CN101506409B - 用于电镀工件的工艺和设备 - Google Patents

Abstract

一种工艺和设备，在电镀工艺中采用至少一个相似的阳极(40)以施加镀层至工件(10)。金属丝或者适用于阳极的其他材料成形为与待涂覆工件区域的大概形状相似。该阳极由电源(44)供电，该工件用作阴极。该阳极和工件两者都浸在电镀槽(38)中。该工件和阳极绕该工件的中心轴(22)相对彼此转动。该阳极和该工件的相对运动使得均匀的镀层(46)施加到通过该阳极的所选择的工件区域。另一阳极(50)可相对该工件固定布置以与另一阳极一起同时电镀该工件分开的所选择的区域。

Description

用于电镀工件的工艺和设备

本发明要求美国临时申请No.60/702,483的优先权，其递交于2005年7月26日，其整体结合在这里。

技术领域

本发明大体上涉及电镀工件的工艺和设备，例如但不限于，内燃机的活塞。

背景技术

已知电镀工件的方法是：通过将工件浸在电镀槽中并建立阳极/阴极装置，借此将该工件的一个或多个表面镀上来自该电镀槽液的材料。例如，一些工件使用该通常技术镀铬。

电镀具有波状外形表面和/或尖角的工件的挑战之一是该工件的形状会干扰镀层的均匀生成，某些区域涂层比需要的多而其他区域涂层比需要的少。

发明内容

本发明提供一种利用来自电镀槽的涂层电镀工件的设备和装工艺，如，将铬基涂层涂到活塞表面。该设备包括成形的阳极，其外形轮廓为该工件的外部轮廓特征的至少一部分。该工件本身构成阴极，该阴极和阳极在电镀期间相对彼此运动以控制将镀层施加到该工件。

按照一个具体实施例，该成形的阳极保持静止而该活塞在该电镀槽内相对该成形的阳极转动。这个相对运动，特别是这个相对旋转运动使得能够更好地控制将涂层施加到该活塞需要涂覆的区域。关于这一点，本发明特别适于具有旋转对称的工件，从而该阳极的形状可固定，而该工件相对该阳极转动以在电镀期间保持该工件和该阳极外形轮廓之间恒定的间隔。关于这一点，活塞是特别适合的，因为许多特征，包括活塞的外表面、活塞环槽、顶部表面以及往往该燃烧室，相对于该活塞体的中心纵轴对称，或至少大概对称。

关于涂覆活塞，不仅有利于涂覆外表面，还有利于涂覆该上部活塞环槽、顶部表面以及该燃烧室的表面。在一些活塞构造中，该燃烧室具有凹入的碗形构造，从而该燃烧室底切该碗的圆周上部凸缘，因此，使其特别难以使用传统的电镀槽装置电镀这些区域。本发明可适应不同的外形轮廓，就上部活塞环槽来说，通过将该阳极的一部分延伸入活塞环槽并且将该阳极成形为跨过该顶部表面并进入该燃烧室，以在需要时包括该燃烧室的凹入特征。这样，随着该活塞相对于该阳极绕该活塞的纵轴转动，根据需要在电镀工艺期间将所需量的涂层施加到这些表面，以能够将电镀材料均匀地沉积在与该成形的阳极相关的所需区域。

按照本发明的进一步具体特征，该设备和工艺可选地包括至少第二阳极，其相对于待电镀工件静止而相对于该第一阳极运动。在一个优选实施例中，这个第二阳极设计为与该工件一起相对该第一阳极转动以同时电镀该工件的其他区域，这些区域是该第一固定阳极无法到达或者不方便到达的。例如，该工件具有内部特征或通道，其从该工件的外面是无法进入的(例如，通道或孔或非圆形特征)。就活塞来说，例如，最好是从电镀槽电镀这些销孔。销状的阳极可设在这些销孔内并且受到支撑以与该活塞一起绕该活塞的纵轴转动，以该阳极连接到相关的整流器以向这些销孔的表面施加可控的电镀。这可在随着该活塞的外表面相对转动固定的第一阳极转动而电镀的同时完成。利用这个设备和方法，就可能在通过该第一阳极涂覆该活塞裙部、顶部活塞环槽和该活塞燃烧室时，通过在同一电镀槽的该第二阳极同时电镀这些销孔以便在单步工艺中在所有需要的表面上实现所期望的电镀一致性和均匀性。

附图说明

当结合当前优选实施例和最佳模式的详细描述、所附权利要求和附图考虑时，本发明的这些和其他特征和优点将变得更容易理解，其中：

图1是由该工艺电镀的工件的立体图；

图2是连同该电镀设备一同示出的该工件的剖视示意图；以及

图3是与图2类似的、绕该工件中心轴转动90度的视图。

具体实施方式

本发明提供一种工艺和设备，其在电镀工艺中采用相似的阳极以将电镀材料施加到工件上。适于用作阳极的金属丝或其他材料成形为与待涂覆工件区域的近似外形相似。阳极由电源供电，如整流器，而该工件用作阴极，其中该阳极和工件都浸在电镀槽中。在浸入时，在该阳极和该工件之间存在相对运动。在一个当前优选实施例中，该工件相对该阳极绕该工件的中心轴转动，其中该阳极可以固定以便不绕该中心轴转动。该阳极和该工件之间相对运动的结果是，在该阳极通过的工件区域上施加均匀的电镀，由此可实现该工件所需360度的电镀。

该方法和设备还可包括一个或多个额外的阳极，其可相对于该工件位置上固定(并因此可相对其他形状的阳极相对运动以电镀该工件其他区域，这些区域是通过其他形状的阳极达不到的或者通常较少涂覆的)。例如，如果该工件具有布置为横穿该工件转动轴的孔，那么该设备和方法就将相应形状的阳极插入该孔，其可与该工件一起转动从而该孔的表面可在与利用那个形状的阳极电镀的其他表面相同的槽中以及同时电镀。

现在转到这些图中，其中，作为示例而不是限制，图1-3示出活塞工件10，下文中称为活塞，作为待电镀的工件。该活塞10包括活塞头部12，其具有基本上垂直于该中心轴22延伸的上表面14，该活塞头部12中形成燃烧室16。该燃烧室16可具有边缘或凸缘18和从该凸缘18径向向外延伸的凹陷区域20。该活塞10具有中心纵轴22，该活塞的多个不同表面至少部分关于其对称延伸，并且还包括一对横向隔开的销座24，其中形成具有公共销孔轴28的对准的销孔26。该销孔轴28横穿该中心轴22延伸，并且可垂直于该中心轴22。该活塞10可进一步包括一对相对的活塞裙部30，其和具有外表面32的销座24形成一体。该活塞头部12形成有多个活塞环槽，包括上部活塞环槽34，其最接近该活塞工件10的上表面14。

图2和3示出连同电镀设备36一起的活塞10。该设备36优选地包括含有选择性电镀液(如，产生铬基镀层的那种)的电镀槽38，该活塞10可浸入其中。该设备36包括第一成形阳极40，其可以由金属丝或其他可用作阳极的合适材料形成。该阳极40沿该活塞10的外面布置并且面积小于该活塞10外表面的总面积。该阳极40形成为具有与该活塞外表面的整体形状对应的形状，与该活塞呈现给该阳极40待电镀表面的纵截面有关。同样，即使在轴向截面具有几何上不连续形状的区域上，如从线性表面变换到非线性和/或曲线表面的表面，该阳极40能够与该表面外形轮廓相似。这对于能在各个活塞环槽以及凹陷区域20上施加均匀涂覆是特别重要的。

例如，关于图1-3所示的该活塞10的示例，该成形的阳极40相对于该活塞10的形状设置以便在该裙部30的外表面32、该上部活塞环槽34以及优选地该燃烧室16的全部表面上逐渐形成镀层。为此，该成形的阳极40至少部分在轴向上大体平行于该中心轴22的纵向以及沿邻近该裙部30外表面32的该活塞10外表面、沿该活塞12的头部延伸。该阳极40表示为具有大体上垂直于该中心轴22延伸进该上部活塞环槽34的部分42，还具有包住该活塞10的上表面14并向下进入该燃烧室16的部分。该阳极40在该燃烧室中的这个部分仿效凹陷区域20的外形轮廓，其中其可终止于该中心纵轴22。这样，该凹陷区域20可以根据需要电镀均匀厚度的涂覆材料。理想地，该阳极40与邻近表面隔开的距离可以高精度地控制。这样，可以认识到如果该活塞工件10相对该阳极40转动(或者反过来也一样)，这个相对运动会导致该活塞10需要涂覆的区域的整个外表面暴露于该成形的阳极。换句话说，每次转动，这些外表面将通过该固定形状的阳极40。

在该电镀工艺中，该成形的阳极40连接到对应的电源，如整流器44和该活塞10电连接以相对该阳极40形成阴极。与该成形的阳极40一起浸在该电镀槽38中的该活塞10相对该成形的阳极40转动以在所提到的该活塞10的目标区域上形成可控制的镀层46厚度。当然，也可能涂覆其他区域，但是该成形的阳极保证这些目标区域被小心控制。

进一步有利的是利用来自该槽38的电镀材料涂覆该销孔26的内径表面48。这可以通过设置另一阳极(在下文称作销孔阳极50)而在涂覆该外表面的同时完成，这个阳极设在销孔26内并且以与该活塞10具有相对固定的关系支撑该销孔阳极50，同时使得该销孔阳极50在电镀工艺期间绕该纵向中心轴22与该活塞10同时转动，并因此相对于该成形的阳极40转动。该销孔阳极50连接到相关的整流器52，这导致电镀材料沉积到销孔表面48。将该销孔阳极50连接到独立于另一整流器44的它自己的整流器52使得能够在需要的情况下控制该销孔阳极50和该销孔表面48上对应的电镀，并独立于该成型的阳极40和其他表面上(包括上表面14、该燃烧室16、该裙部30、一个或多个活塞环槽)对应的电镀。

因此，本发明的一方面提供阳极的应用，该阳极与电镀工艺中电镀表面变化的几何形状相似，如用来涂覆重型(HD)钢活塞的电镀工艺。金属丝(如示为40)，或其他预成型的与该活塞上待电镀表面(裙部区域30到在该裙部区域上至顶部室区域14的活塞环区域)的大概形状相似的阳极构件被用于使涂层沉积在所需要的区域。这由电镀电源供电，如该整流器44。整个活塞总成在电镀槽38内转动从而其转过形状相似的阳极40，导致涂层沉积在所希望的区域上。另外，利用该第二阳极50，公共阴极连接是同一钢活塞10，借此该第二相似的阳极50设置在销孔26内，导致涂层沉积在该销孔26的ID表面48上。这由该整流器52供电，该整流器52如上所述独立于该整流器44。

使用相似的阳极40、50以电镀该活塞10表面允许涂层在那些需要涂层的区域沉积所需厚度。旋转该活塞10是为了围绕该活塞10的整个圆周均匀沉积。使用两个独立的整流器44、52和阳极40、50(具有公共阴极，这里指的是该活塞10)是为了将涂层沉积在彼此分开的区域，这些区域不能用单个整流器/阳极的构造进行涂覆，并且允许在所需要的地方应用所需厚度的电镀材料。

该活塞10将安装在夹具中或以其他方式由一个构件支撑，该构件形成至该活塞10的公共阴极连接以及用作围绕中心轴22转动该活塞10的机构，从而其可以转过该相似的阳极40，其导致涂层沉积在该活塞裙部30、活塞环槽区域和该上表面14(包括该燃烧室16)上。这些销孔26凭借设在该销孔区域内的圆柱形阳极50电镀，其如所描述的由该第二整流器52供电。这是为了在两个分开的电镀区域上施加合适的镀层密度和厚度。这样，在单个电镀工艺中，由独立的阳极40、50电镀的活塞区域可具有不同的镀层密度和厚度。

显然，按照上面的教导，本发明的许多修改和变化是可能的。所以，可以理解的是在所附权利要求的范围内，可以不同于所具体描述的方式来实施本发明。

Claims (15)

1.一种电镀工件表面的工艺，该工件在电镀槽中用作阴极，所述表面至少部分关于所述工件的中心轴对称延伸，所述表面包括在轴向截面具有不连续几何形状的部分，所述工艺包括：

提供至少一个阳极，其形状与所述部分的所述不连续几何形状相似；

将所述阳极设在距所述工件预先确定的距离，从而所述阳极仿效所述表面的所述部分；

将所述工件和所述阳极设在所述电镀槽中；以及

将所述工件和所述阳极绕所述中心轴相对彼此转动，以及在所述电镀槽中对所述阳极通电以将预先确定厚度的镀层施加到所述部分。

2.根据权利要求1的工艺，所述工件为活塞，所述工艺进一步包括形成所述阳极，从而所述阳极的一部分垂直于所述轴延伸而所述阳极另一部分平行于所述轴延伸，且所述阳极还包括包住所述活塞的上表面并向下进入所述活塞的燃烧室的部分。

3.根据权利要求1的工艺，所述工件为活塞，其具有绕所述轴周向延伸的环状活塞环槽，以及进一步包括将所述阳极一部分形成为延伸进所述活塞环槽，从而在所述转动步骤期间电镀所述活塞环槽。

4.根据权利要求3的工艺，其中所述活塞具有垂直于所述轴延伸的燃烧室，以及进一步包括将所述阳极一部分形成为仿效所述燃烧室的外形轮廓，从而在所述转动步骤期间电镀所述燃烧室。

5.根据权利要求3的工艺，所述活塞为钢活塞。

6.根据权利要求1的工艺，所述工件为具有垂直于所述轴延伸的燃烧室的活塞，所述燃烧室具有绕所述轴周向延伸的环状凹陷区域，以及进一步包括将所述阳极的一部分形成为仿效凹陷区域的外形轮廓，从而在转动步骤期间电镀凹陷区域。

7.根据权利要求1的工艺，进一步包括提供另一阳极，并且在所述转动步骤期间电镀独立于所述一个阳极的所述工件的一部分。

8.根据权利要求7的工艺，所述工件为具有燃烧室和一对形成销孔的销座的活塞，并且在所述转动步骤期间利用所述一个阳极电镀所述燃烧室以及利用所述另一阳极电镀所述销孔。

9.根据权利要求8的工艺，进一步包括在所述转动步骤期间使所述一个阳极相对所述另一阳极移动。

10.根据权利要求8的工艺，所述活塞具有绕所述轴周向延伸的环状活塞环槽，并且在所述转动步骤期间利用所述一个阳极电镀活塞环槽。

11.根据权利要求10的工艺，进一步包括将所述一个阳极的至少一部分延伸进所述活塞环槽以便于将均匀的镀层施加到所述活塞环槽。

12.一种电镀用作阴极的工件的表面的设备，所述表面至少部分关于所述工件的中心轴对称延伸，并且包括在轴向截面具有不连续几何形状的部分，所述设备包括：

电镀槽，其中具有电镀材料；

电源；以及

至少一个阳极，与所述电源电连接，所述阳极具有与所述工件的不连续几何形状相似的形状。

13.根据权利要求12的设备，进一步包括另一阳极，用于电镀与由所述一个阳极电镀的部分分开的所述工件的另一部分。

14.根据权利要求13的设备，其中所述一个阳极和所述另一阳极相对彼此同时移动。

15.根据权利要求13的设备，其中所述的工件为活塞。

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