[發明專利]電解液中金屬離子濃度的測量和監控的設備和方法

有效

• 申請號: 202210002028.3
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114351231B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 宋秋明;張文偉;賈原;田金鵬
• 申請（專利權）人: 深圳技術大學
• 主分類號: C25D21/12
• 分類號: C25D21/12;C25D11/04
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 顧光一

本發明提供一種電解液中金屬離子濃度的精確在線測量和監控的設備和方法，在線測量電解液的密度，并換算成所述電解液中的金屬離子濃度，包括置于電解槽內的電解液中的液體密度傳感器，計算裝置，和顯示裝置。本發明用液體密度傳感器在線獲取電解液的溶液密度數據，用理論計算和溶液樣品密度信息采樣比對的方式，建立電解液中的金屬離子濃度與該電解液的密度的關系的數據庫，通過數據庫的比對，在線分析溶液中的金屬離子濃度，改進了電解生產的工藝，提高了電解工藝的自動化程度。

技術領域

本發明涉及電解液中金屬離子濃度的在線測量和監控的設備和方法。

背景技術

表面處理工藝給了各種各樣的便攜式電子設備光鮮亮麗的外表。例如，陽極氧化工藝是當今常用金屬表面處理工藝之一，能防止金屬制品被腐蝕，還能達到美化裝飾的效果。在鋁合金表面處理工藝中，以鋁或鋁合金制品為陽極置于電解質溶液中，利用電解作用，在其表面形成氧化鋁薄膜。鋁及其合金的陽極氧化膜的厚度可達幾十至幾百微米，不但具有良好的力學性能和耐蝕性能，具有良好的耐磨性、耐候性，而且還具有較強的吸附性能。鋁制品經陽極氧化后，可再進行后續電解著色，可生產多種美觀的顏色，裝飾產品的外表面。

產業界廣泛使用的是硫酸陽極氧化方法。硫酸陽極氧化方法是在稀硫酸電解液中通以直流或交流電對鋁及其合金表面進行陽極氧化處理。通過該方法可以在金屬制品表面制備5-20μm厚，吸附性較好的金屬氧化膜。

在陽極氧化工藝中，電解液中的水被電解，在陰極產生氫氣，在陽極產生游離氧。游離氧與作為陽極的金屬鋁合金工件進行反應，生成金屬氧化物膜(如Al₂O₃)。該氧化物膜一邊生長一邊被酸溶解，最終在工件表面生成具有多孔結構的氧化物層。

在電解溶液中被酸溶解的Al等金屬以金屬離子的形態存在，隨著電解溶液中積累過多的鋁離子等金屬離子，會導致游離硫酸濃度降低，導電性能下降。當采取恒定電壓工藝方法時，電流密度明顯降低，造成膜層厚度不足、透明度下降，或其他形狀的痕跡；當采取控制電流的工藝方法時，引起電壓升高，電能消耗增大，嚴重時還可能出現膜層燒傷和封閉后變黑等現象。所以陽極氧化溶液中的鋁離子等金屬離子的濃度需要控制在適當的范圍之內，才能獲得符合要求的高質量氧化膜層。

鑒于鋁離子濃度變化與氧化膜質量有密切之關系，在鋁及其合金的陽極氧化工藝中，把鋁離子的濃度的化驗分析視為維護陽極氧化溶液的重要內容之一。但是在目前產業界，還是采取電解溶液離線檢測甚至經驗的方式判斷溶液中金屬離子含量，從而決定電解液中金屬離子含量是否超標是否需要更新，缺少在線監測的方法與設備，甚至導致陽極氧化工藝的產品質量不穩定。

在水處理行業一般采用比色法在線檢測溶液中金屬離子濃度，如采用鉻菁紅光光度比色法來標定溶液中的金屬Al離子含量。比色法的原理是將溶液中的待測成分與特定的試劑反應，產生不同顏色的物質，通過分光光度計檢測顏色改變，與標樣進行比較，可以分析計算出符合比耳定律范圍內的待測成分濃度。這種檢測方法檢測手段復雜，需要耗材較多，維護率高，造價昂貴。而且在水處理領域，金屬離子的含量是微克或者毫克每升的量級，比鋁合金陽極氧化工藝中幾克或者幾十克每升的量級要低很多，超出了其符合比耳定律范圍的要求，不能直接應用于電解溶液中高金屬離子濃度應用場景。

現有技術中電解液中的金屬離子濃度采用的離線檢測方式效率低，無法及時監控生產過程中電解液中金屬離子濃度的動態變化，無法滿足高效生產的要求。用于水處理行業的在線測量方法不能直接適用電解處理行業，所以需要電解液中金屬離子濃度的精確在線測量和監控的設備和方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中不能在線測量和檢測電解液中的金屬離子濃度的問題，提出一種電解液中金屬離子濃度的精確在線測量和監控的設備和方法。

為了解決上述技術問題，本發明提出一種電解液中金屬離子濃度的測量和監控的方法，其特征在于，在線測量電解液的密度，并換算成所述電解液中的金屬離子濃度。