[发明专利]电解液中金属离子浓度的测量和监控的设备和方法

说明书

本发明提供一种电解液中金属离子浓度的精确在线测量和监控的设备和方法，在线测量电解液的密度，并换算成所述电解液中的金属离子浓度，包括置于电解槽内的电解液中的液体密度传感器，计算装置，和显示装置。本发明用液体密度传感器在线获取电解液的溶液密度数据，用理论计算和溶液样品密度信息采样比对的方式，建立电解液中的金属离子浓度与该电解液的密度的关系的数据库，通过数据库的比对，在线分析溶液中的金属离子浓度，改进了电解生产的工艺，提高了电解工艺的自动化程度。

技术领域

本发明涉及电解液中金属离子浓度的在线测量和监控的设备和方法。

背景技术

表面处理工艺给了各种各样的便携式电子设备光鲜亮丽的外表。例如，阳极氧化工艺是当今常用金属表面处理工艺之一，能防止金属制品被腐蚀，还能达到美化装饰的效果。在铝合金表面处理工艺中，以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，在其表面形成氧化铝薄膜。铝及其合金的阳极氧化膜的厚度可达几十至几百微米，不但具有良好的力学性能和耐蚀性能，具有良好的耐磨性、耐候性，而且还具有较强的吸附性能。铝制品经阳极氧化后，可再进行后续电解着色，可生产多种美观的颜色，装饰产品的外表面。

产业界广泛使用的是硫酸阳极氧化方法。硫酸阳极氧化方法是在稀硫酸电解液中通以直流或交流电对铝及其合金表面进行阳极氧化处理。通过该方法可以在金属制品表面制备5-20μm厚，吸附性较好的金属氧化膜。

在阳极氧化工艺中，电解液中的水被电解，在阴极产生氢气，在阳极产生游离氧。游离氧与作为阳极的金属铝合金工件进行反应，生成金属氧化物膜(如Al₂O₃)。该氧化物膜一边生长一边被酸溶解，最终在工件表面生成具有多孔结构的氧化物层。

在电解溶液中被酸溶解的Al等金属以金属离子的形态存在，随着电解溶液中积累过多的铝离子等金属离子，会导致游离硫酸浓度降低，导电性能下降。当采取恒定电压工艺方法时，电流密度明显降低，造成膜层厚度不足、透明度下降，或其他形状的痕迹；当采取控制电流的工艺方法时，引起电压升高，电能消耗增大，严重时还可能出现膜层烧伤和封闭后变黑等现象。所以阳极氧化溶液中的铝离子等金属离子的浓度需要控制在适当的范围之内，才能获得符合要求的高质量氧化膜层。

鉴于铝离子浓度变化与氧化膜质量有密切之关系，在铝及其合金的阳极氧化工艺中，把铝离子的浓度的化验分析视为维护阳极氧化溶液的重要内容之一。但是在目前产业界，还是采取电解溶液离线检测甚至经验的方式判断溶液中金属离子含量，从而决定电解液中金属离子含量是否超标是否需要更新，缺少在线监测的方法与设备，甚至导致阳极氧化工艺的产品质量不稳定。

在水处理行业一般采用比色法在线检测溶液中金属离子浓度，如采用铬菁红光光度比色法来标定溶液中的金属Al离子含量。比色法的原理是将溶液中的待测成分与特定的试剂反应，产生不同颜色的物质，通过分光光度计检测颜色改变，与标样进行比较，可以分析计算出符合比耳定律范围内的待测成分浓度。这种检测方法检测手段复杂，需要耗材较多，维护率高，造价昂贵。而且在水处理领域，金属离子的含量是微克或者毫克每升的量级，比铝合金阳极氧化工艺中几克或者几十克每升的量级要低很多，超出了其符合比耳定律范围的要求，不能直接应用于电解溶液中高金属离子浓度应用场景。

现有技术中电解液中的金属离子浓度采用的离线检测方式效率低，无法及时监控生产过程中电解液中金属离子浓度的动态变化，无法满足高效生产的要求。用于水处理行业的在线测量方法不能直接适用电解处理行业，所以需要电解液中金属离子浓度的精确在线测量和监控的设备和方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中不能在线测量和检测电解液中的金属离子浓度的问题，提出一种电解液中金属离子浓度的精确在线测量和监控的设备和方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种电解液中金属离子浓度的测量和监控的方法，其特征在于，在线测量电解液的密度，并换算成所述电解液中的金属离子浓度。