CN106283166A - 一种用于制备中空工件内表面Ni‑SiC复合镀层的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于制备中空工件内表面Ni‑SiC复合镀层的装置，在储液槽内排布有相互平行的并且上下排布的下出水管和上出水管。从上出水管与下出水管流出的电镀液汇合后，在电镀液循环泵的驱动力下，流向密封电镀台，调节电磁流量计控制流向密封电镀台的电镀液体积流量。在密封电镀台中完成复合电镀后，电镀液由回路回到储液槽中。空气排气管的一端与压缩空气泵的出口连接，另一端接入储液槽内。本发明是一种基于传统的非封闭浸泡式电镀装置开发的一种封闭、连续循环的电镀装置，具有结构合理、运行可靠、使用操作方便的特点，能够获得质量良好的Ni‑SiC复合镀层的中空工件内表面。

Description

一种用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置

技术领域

本发明涉及金属材料表面改性技术及设备领域，具体是一种用于在回转体等中空工件的内表面上制备Ni-SiC复合镀层的循环电镀设备。

背景技术

目前，工程机械企业基本采用传统的浸泡式电镀工艺，即将工件完全浸泡在电镀液中进行电镀。浸泡式Ni-SiC电镀工艺存在诸多问题。最主要的是，传统浸泡工艺不能完全解决电镀液中SiC微粒团聚的问题，导致SiC利用率低，镀层性能不稳定，成品率低。其次，只有中空工件的内表面是待镀工作面，其余部分均为非工作面，采用传统浸泡式工艺进行电镀时，若工件的非工作面未进行绝缘保护处理，其表面也会镀覆一层Ni-SiC复合镀层。但是对于形状复杂的中空工件，密封工作繁琐，对密封材料要求高。密封材料的选择标准有：①耐酸、耐碱、耐高温；②绝缘性好、疏水性好；③电镀完成后易去除。另外，浸泡式电镀装置中电镀槽大多没有设置槽盖，是敞口、非封闭的，进行电镀时产生热量、废气、酸雾等，直接从镀液中溢出并混合于空气中，既污染电镀车间的环境又有损操作人员的身体健康。另外，电镀液中水分的蒸发引起电镀液中组分的浓度发生改变，环境中的粉尘等外来物会沉降到镀液中，使镀液的稳定性降低，影响镀层质量。

综上，浸泡式电镀具有SiC微粒利用率低、SiC在镀层中分布不均匀、密封要求高、污染问题严重等问题。寻找新的更环保、更高效的电镀装置，实现清洁生产、节能绿色环保电镀的应用是表面处理技术发展的必然趋势。

循环镀液法已经投入工业生产实践中，用循环泵将电镀液从镀液贮槽中输入镀槽，使之在阳极和工件的间隙中流过，再返回镀液贮槽。循环镀液法中，通过改变电流密度，可以控制Ni的沉积速率，而通过改变镀液流速，可以控制SiC的沉积速度。采用循环镀液法时，电镀液中SiC悬浮效果好，镀覆速率高，中空工件的非工作面无需绝缘密封也不会受到污染，镀层中SiC微粒含量和镀速控制方便，电镀液限制管道内循环流动，无废气酸雾等排出。

专利CN101023204A、CN103031590A和CN102828220A中，分别提供了一种在 中空工件膛壁上形成镀层的电镀装置，这些装置进行电镀时均具有一个共同的特点：电镀液总是由下至上流过阴极与阳极间的间隙。电镀液的这种流动方式会造成镀层厚度及SiC含量呈梯度分布。专利JPA2014214375和JPA1998310896中电镀液的流动方式具有类似的特点，也会导致复合镀层中微粒分布不均匀，且敞口式的储液槽不能避免电镀液在加热过程中大量蒸发，既会导致电镀液的组分浓度改变又污染环境。

专利JPA2010285645和专利JPA2011122205，提供了采用电镀液循环法在缸体内表面进行电镀的装置示意图，但专利内容重点强调缸体的密封夹具，并没有对电镀液的流动路径和流动速度、储液槽的结构及槽内电镀液的控制和连通储液槽与缸体的管道设计等信息进行详细说明。专利JPA1991018167，电镀液利用自重从储液槽中流向柱状阳极与中空工件间的间隙空间，完成电镀后，电镀液再通过循环泵回到储液槽中。电镀液采用这种流动方式循环流动时，流出储液槽的速率υ₁受储液槽中电镀液的液面高度控制，流回储液槽的速率υ₂须小于υ₁，才能保证电镀液能充满间隙空间，也能保证循环泵不会吸入空气。但是这种流动方式的缺点是，不能通过控制电镀液的流速来实现控制复合镀层的沉积速率的目的，循环泵的体积流量随着υ₁的变化而不断调整，会降低循环泵的使用寿命。专利JPA2000104198是在专利JPA1995188990的基础上，进行补充和完善，增加了温控系统和自动加料调节pH的控制系统。为了使微粒在电镀液中始终保持悬浮状态，专利中采用了搅拌器机械搅拌与空气搅拌相结合的方式。

专利JPA1999350195中，电镀液的流动方式是利用循环泵将电镀液从储液槽输送至镀槽的镍阳极内，镍阳极侧壁上开有孔状电镀液流动通道，电镀液由电镀液流动通道喷射到缸体内表面上，完成复合电镀后，电镀液经回流管道返回到储液槽中。根据流体力学的连续性方程可知，υ_{电镀液流动通道}＝υ_镍阳极*(S_镍阳极/S_{电镀液流动通道})，式中S_镍阳极和S_{电镀液流动通道}分别为镍阳极截面面积和电镀液流动通道的面积总和，υ_镍阳极和υ_{电镀液流动通道}分别为先后流入镍阳极和电镀液流动通道的电镀液流速。因此需要调整好S_镍阳极与S_{电镀液流动通道}的比例关系，保证电镀液以适当的速度从电镀液流动通道流出，否则，当携带着SiC微粒的高速电镀液持续喷射和冲刷缸体内表面时，硬质SiC微粒刮削硬度较低的缸体内表面，导致出现呈发散状的刮削花纹，且花纹与镍阳极上的电镀液流动通道平行正对。花纹的面积较大，由中心延伸至试样的上下边缘，花纹中心呈金属银白色，说明中心处SiC含量低。根据流体力学的连续性方程可知，υ_{电镀液流动通道}＝υ_镍阳极*(S_镍阳极/S_{电镀液流动通道})，式中S_镍阳极和S_{电镀液流动通道}分别为镍阳极截面面积和电镀液流动通道的面积总和， υ_镍阳极和υ_{电镀液流动通道}分别为先后流入镍阳极和电镀液流动通道的电镀液流速，故即使采用较小的体积流量1.280m³/h，υ_{电镀液流动通道}仍然很大，从镍阳极上的孔状电镀液流动通道中高速喷出电镀液冲击刮削而导致破坏镀层表面。

因此，基于传统浸泡式电镀系统，设计开发一种具有电镀速率快、SiC微粒利用率高、节能环保等特点的连续循环电镀装置，对于绿色高效地制备硬度高耐磨性好的Ni-SiC复合镀层具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术中存在的从镍阳极上的孔状电镀液流动通道中高速喷出电镀液冲击刮削而导致镀层表面被破坏的不足，本发明提出了一种用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置。

本发明包括储液槽、电镀液循环泵、压缩空气泵、电磁流量计、压缩空气泵和密封电镀台。

在所述储液槽内排布有相互平行的下出水管和上出水管，并使所述上出水管位于电镀液液位的3/4处，下出水管位于电镀液液位的最低处。所述下出水管的出口端与位于储液槽外的电镀液循环泵的入口连通；所述上出水管的出口端在储液槽外与下出水管连通。

所述电镀液循环泵的出口通过管路与位于储液槽内的电磁流量计的入口连通。所述电磁流量计的出口通过管路与下夹具的电镀腔进水口连通。从上出水管与下出水管流出的电镀液汇合后，在电镀液循环泵的驱动力下，流向密封电镀台，调节电磁流量计控制流向密封电镀台的电镀液体积流量。在密封电镀台中完成复合电镀后，电镀液由回路回到储液槽中。

所述压缩空气泵位于储液槽外另一侧；该压缩空气泵的出口连接在电磁流量计出口与电镀液循环泵之间的管路上；在所述压缩空气泵的出口管路上有空气排气管；所述空气排气管出口端的管子水平的置于该储液槽内底表面，并且在该空气排气管位于储液槽内底表面一段的管壁上有两排气孔，所述两排气孔对称的分布在该空气排气管圆周表面的下侧；所述两排气孔的中心线之间的夹角α为90°。

压缩空气泵有两个出气接口。第一出气接口与位于储液槽内的空气排气管通过软管连通，在两者之间的软管上设置有浮子流量计。压缩空气泵的第二个出气接口通过软管向空气供给支路提供空气，空气供给支路与电镀液输送管之间有45°夹角。

所述控制面板的第二输出端通过数据线与电镀液循环泵的输入端连接；所述控制面板的第三输出端通过数据线与位于储液槽内的加热管和热电偶连接。所述控制面板的输入端与位于储液槽内的液位计连接。

所述的空气供给支路的一端与电镀液循环泵的出口连通，另一端与电磁流量计的入口连通。所述电磁流量计的出口与密封电镀台中的下夹具的电液入口连通；位于所述下夹具上的电液出口通过回流管路与储液槽的入口连通。

所述密封电镀台包括中空工件、镍阳极、上夹具、下夹具、阳极导电杆、密封圈、锁紧丝杠和电镀整流电源。其中，所述中空工件和镍阳极均位于所述下夹具与上夹具之间，并使该中空工件、镍阳极、下夹具与上夹具同轴。

所述镍阳极封闭端端盖为镍阳极的导电板。该镍阳极的筒体中部均布有穿透筒体的电镀液流动通道。在所述导电板的中心处有安装螺纹孔，阳极导电杆的螺纹端在该螺纹孔内；为使所述阳极导电杆稳固，在该导电板内表面中心有加固板。所述阳极导电杆的顶端有用于连接导线的接线孔。

所述电镀液流动通道为多条在所述镍阳极筒体上轴向分布的条状电镀液流动通道，各电镀液流动通道在镍阳极筒体圆周上间隔30°；各电镀液流动通道宽度方向中心线的延伸线与该镍阳极筒体的中心线相交，或者各电镀液流动通道宽度方向中心线的延伸线与该镍阳极筒体的中心线之间有60°夹角；所述条状电镀液流动通道的宽度为3.5mm，轴向长度为50mm；

所述电镀液流动通道或者呈螺旋状分布在该镍阳极的筒体上；该螺旋状电镀液流动通道顶端与该镍阳极的筒体上端面之间的距离为10mm；该螺旋状电镀液流动通道底端与该镍阳极的筒体下端面之间的距离为10mm；所述螺旋形电镀液流动通道的螺距为10mm，通道宽度为2mm。

所述储液槽槽体支架包括工作台面板和挡板。在该工作台面板上均布有3个下夹具固定孔和管道安装口。所述管道安装口用于安装与进水口和出水口连通的管道。环所述下夹具固定孔有圆形的挡板。储液槽槽体支架的下层面板用于安放储液槽、电镀液循环泵和压缩空气泵。

所述的上夹具的下表面中心有凹槽，该凹槽的直径与镍阳极的外径相同；在该凹槽槽底中心有阳极导电杆安装孔，环所述阳极导电杆安装孔安放有密封圈，使上夹具与镍阳极间形成封闭空间。所述凹槽周边的上夹具的下表面的凹面的直径与中空工件 的外径相同，所述中空工件的一端安放在该凹面上，并通过该凹面外缘的定位台阶定位。所述定位台阶的表面有安放密封圈的环形槽。在所述上夹具表面外缘处均布有三个贯通的丝杠安装孔。

所述的下夹具的上表面中心有凹槽，该凹槽的直径与镍阳极的外径相同；在该凹槽的中心有进水口。在所述凹槽周边的下夹具的上表面有圆形的凹面，该凹面的直径与中空工件的外径相同，所述中空工件的另一端安放在该凹面上，并通过该凹面外缘的定位台阶定位；所述定位台阶的表面有安放密封圈的环形槽。在所述凹面上对称的分布有两个出水口。在所述上夹具表面外缘处均布有三个丝杠安装孔和三个下夹具固定孔。所述的三个丝杠安装孔与三个下夹具固定孔交错分布。所述的三个丝杠安装孔为螺纹盲孔，通过锁紧丝杠将所述下夹具与上夹具之间固紧并固定在工作台上，使上夹具、下夹具和中空工件的接触面压紧密封。

所述储液槽顶部有槽盖；槽盖中央设置有透视窗。储液槽内的pH计、液位计、热电偶及六组加热管分别平行固定在储液槽内壁一侧。下出水管的出水口与回流管路的进水口分别位于在储液槽槽体两侧的对角线上。

本发明是一种基于传统的非封闭浸泡式电镀装置开发的一种封闭、连续循环的电镀装置。

与传统的非封闭浸泡式电镀装置相比，本发明所提供的循环电镀装置具有以下特点：①储液槽上设置了槽盖，电镀液在封闭的储液槽和管道内循环，实现了密封，故生产过程中没有废气、有毒物质排放到生产车间，也避免了粉尘等污染镀液，延长电镀液的使用寿命的同时还具有清洁、环保的特点；②镀液流动时只接触待镀面即中空工件内表面，节约了电镀液的消耗；非电镀部分并不接触镀液，不需要进行绝缘保护处理；③镀液的循环流动有利于SiC的均匀分散，因为镀液的搅拌方式是由空气搅拌和镀液流动搅拌两种方式共同完成的；④由于镀液是在储液槽中进行加热、调整pH值、压缩空气搅拌使SiC分散，镀液均匀稳定后才开始内循环，因此，空气搅拌速率大小并不会直接影响SiC的沉积。而在浸泡式电镀过程中，搅拌速率对SiC的沉积有较大影响，需确定最佳搅拌速率；⑤该工艺的关键在于气缸内腔的密封设计和镀液流经内腔的速率的控制。

本发明先对储液槽中的电镀液进行预备处理，如加热到电镀温度、调节pH、添加新的电镀液、空气搅拌等准备工作，使电镀液达到合格要求，然后通过循环泵驱动电 镀液，从储液槽底部的出水口出发，流入电镀腔的镍阳极内，经镍阳极侧壁上的贯穿孔喷射到中空工件内表面并充满镍阳极与中空工件形成的电镀腔，完成复合电镀，再从电镀腔底部设置的出水口回流到储液槽中，再进行下一轮的内循环。

储液槽顶部设置有“L”型导轨槽，槽盖能沿导轨槽滑动取下来或放上去；板状槽盖中央设置有透视窗。板状槽盖能减少电镀液的蒸发引起的水分损失，电镀液中各组分的浓度能维持较长的时间不发生明显变化，不需要持续调节电镀液，只需隔段时间对电镀液进行定期抽检即可，根据抽检结果进行添加。储液槽内设置有空气排气管、pH计、液位计、热电偶、加热管及两组出水口和两组进水口。下出水管的出水口与回流管路的进水口分别位于在储液槽槽体两侧的对角线上，一方面能搅动储液槽内的电镀液，保证SiC微粒充分悬浮，另一方面能避免由进水口进入的电镀液直接从出水口流出进行下一轮循环，而没有与储液槽中本体溶液进行混合，调整和补充。

所述液位计能使所述循环电镀装置实现自保护的功能，当液位低于或超过某一临界值时，警报器启动。尤其当液位低于临界值时，可能导致加热管上端“干烧”而被损坏。

本发明中通过空气供给支路，将空气混入传输管的电镀液内，使电镀液在输送管内流动的同时还受到空气泡的搅拌作用，促进SiC在电镀液中始终处于悬浮状态。混有气泡的电镀液经传输管进入管状阳极，经阳极上的电镀液流动通道引导至电镀腔。经阳极电镀液流动通道的这一过程将电镀液内气泡调节成均匀的小气泡，便于气泡的平稳运动，从而使气泡对电镀液的搅拌作用也相对平稳，也减小了气泡对阴极表面电沉积过程的影响，有利于在中空工件内表面上整体形成均匀的厚度。因此使用本发明提供的电镀装置获得的Ni-SiC复合镀层中SiC的分散性优于传统浸泡式电镀方法。

电镀时，中空工件、镍阳极、上夹具和下夹具的中心线重合，以保证中空工件内表面的镀层的厚度均匀，并在阳极导电板与上夹具接触面之间放入氟橡胶密封圈，能避免电镀液接触腐蚀阳极导电杆。

电镀完成后，电镀腔内剩余电镀液在重力的作用下，通过电镀腔底部的出水口回流至储液槽中，方便取下工件，也能防止电镀液的污染与浪费。

本发明提供一种电镀液流动方式：输送管道中的电镀液先进入镍阳极，再经电镀液流动通道喷入电镀腔，再流动至阴极内表面。该流动方式有诸多优势：①电镀液始终处于流动状态，使电镀液流动性极好，SiC微粒不会沉淀，而且能连续持续地补充镍 离子，保证了电镀液成分的稳定性，有效解决了浸泡式电镀过程中电镀液浓差极化的问题；②避免现有专利中复合镀层中SiC微粒呈梯度分布的现象；③电镀液从阳极向阴极喷射过程产生的机械力有利于电镀液中SiC粒子在阴极表面的沉积，电镀液中SiC微粒的利用率增大，复合镀层中SiC微粒的含量升高；④电镀液经过镍阳极上的电镀液流动通道时被分散，使电镀液的流动更均匀；⑤使电镀液中混入的空气气泡均匀分散。

本发明关闭槽底的出水口，打开槽中部的出水口，此时输入管道的电镀液是SiC含量较少的上清液，采用较小流速，避免搅动储液槽中的电镀液，从而将管道和工件表面残留的SiC重新冲刷清洗到电镀液中，减小带出损失。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：高效环保地获得均匀致密的Ni-SiC复合镀层。采用锉边法、划痕法、摩擦法和抛光法等方法对结合力进行检测，镀层与基体表现出非常好的结合力，高温摩擦磨损试验表明涂层具有良好的耐磨性。

本发明提供的循环电镀装置，通过合理安排各部分的位置，很好的节约了电镀装置的占地空间。

本发明提供的循环电镀装置，不仅能实现自保护，还具有省电节能的特点。施镀时不需要对电镀液进行空气搅拌，仅依靠电镀液自身的循环流动作用即可实现SiC微粒在电镀液中均匀分散，生产工艺条件稳定性和一致性好，产品质量更加稳定。

循环电镀装置实现了电镀液的闭路循环，生产过程中没有废气、有毒物质排放到生产车间，也避免了车间内粉尘等污染电镀液，改善了工作环境，有利于职工的身心健康，具有环保的特点，同时电镀液挥发量小、稳定性高、使用寿命长，电镀液处理周期得到有效延长。另外，电镀液只接触缸体内腔，非电镀部分并不接触镀液，不需要进行密封处理。

循环电镀装置使电镀液始终处于流动状态，有效解决了浸泡式电镀系统中电镀液浓差极化的问题，也能使SiC微粒充分悬浮，沉积速率快，阴极极化好，能制备均匀致密的SiC含量高的纳米级镍基质的复合镀层。

密封电镀台中电镀液的喷射过程，有利于获得SiC含量高的Ni-SiC复合镀层。采用本发明提供的循环电镀装置进行电镀时，在SiC浓度为20g/L的电镀液中制备的复合镀层中SiC含量高达18.8％vol.，SiC的利用率有效提高。

图5所示本发明非工作状态：通过O型密封圈、丝杠和螺母实现了处于工作状态的密封电镀台的密封要求。合理设计阳极导电杆的结构，使上夹具、阳极导电杆和镍 阳极能整体安装和拆卸，提高了工作效率。

图8是本发明提供的电镀液的流动方式：输送管道中的电镀液先进入镍阳极，再经电镀液流动通道喷入电镀腔，再流动至阴极内表面，能避免现有专利中出现的梯度镀层的现象，因为新的镀液几乎同时接触阴极内表面；更主要的是，电镀液能充当SiC向阴极表面运动的传输介质，电镀液携带着SiC微粒从阳极向阴极的流动更有利于SiC微粒在阴极表面沉积，提高镀层中SiC微粒的含量。

当本发明采用图9a的流动方式时，电镀液从阳极喷出时，流速大，对阴极表面镀层的冲击和刮削作用力大，导致镀层表面出现发散状的刮痕。采用图9b的流动方式获得的复合电镀层中SiC分布不均匀。这是因为，当电镀液流入电镀腔时，形成从电镀腔的低端至顶端的电镀液的螺旋流。但是该方法无法控制电镀液局部流态造成局部镀层增厚，进一步扰乱电镀液的螺旋流状态；且在整个施镀过程中，新的电镀液总是先接触阴极低端，再流动至顶端，会造成镀层厚度及SiC含量呈梯度分布。

本发明具有结构合理、运行可靠、使用操作方便的特点，能够获得质量良好的Ni-SiC复合镀层的中空工件内表面。

附图说明

图1为本发明的工作过程示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为密封电镀台工作状态示意图。

图5为密封电镀台的非工作状态示意图。

图6为密封电镀台上夹具的结构示意图，其中图6a是主视图；图6b是图6a中的Ⅰ部位放大图；图6c是图6a中的Ⅱ部位放大图。

图7为密封电镀台下夹具的结构示意图，其中图7a是主视图；图7b是图7a中的Ⅰ部位放大图。

图8为本发明提供的密封电镀台内部电镀液流动方式示意图。

图9为两种传统电镀装置的电镀液流动方式示意图，其中图9a是阳极上孔状电镀液流通通道；图9b是阳极上无流通通道。

图10为有条状电镀液流动通道的镍阳极；其中，图10a为主视图，图10b为图10a的A-A向视图，图10c是图10a的B-B向视图，图10d是镍阳极的轴测图。

图11为有螺旋状电镀液流动通道的镍阳极；其中，图11a为主视图，图11b为图11a的A-A向视图，图11c是镍阳极的轴测图。

图12为与径向呈60°的条状电镀液流动通道的镍阳极；其中，图12a为主视图，图12b为图12a的A-A向视图，图12c是图12a的B-B向视图，图12d是镍阳极的轴测图。

图13为两个进水口对SiC微粒进行混合的作用示意图。

图14为循环流动的电镀液使储液槽中SiC微粒悬浮分散的作用示意图。

图15为装置工作台的结构示意图；其中，图15a为主视图，图15b为图15a的侧视图，图15c是图15a的俯视图。

图16是气孔在空气排气管横截面上的位置示意图。图中：

1.储液槽；2.控制面板；3.密封电镀台；4.高浓度SiC电镀液；5.低浓度SiC电镀液；6.混合电镀液；7.工作台面板；9.工作台骨架；10.挡板；11.pH计；12.液位计；13.热电偶；14.加热管；15.电镀液；16.空气排气管；17.空气供给支路；18.储液槽槽体支架；19.工作台；20.储液槽槽盖；21.下出水管；22.电镀液循环泵；23.上出水管；24.压缩空气泵；25.电磁流量计；26.阀门；27.回流管路；28.阳极导电杆安装孔；29.环形槽；30.丝杠安装孔；31.下夹具；32.中空工件；33.上夹具；34.阳极导电杆；35.浮子流量计；36.阴极导电环；37.锁紧丝杠；38.电镀整流电源；39.电镀腔进水口；40.电镀腔出水口；41.不锈钢垫片；42.镍阳极；43.密封圈；44.电镀液流动通道；45.接线孔；46.电镀腔；47.SiC微粒；48.Ni-SiC复合镀层；49.下夹具固定孔；50.管道安装口。

具体实施方式

本实施例是一种用于在回转体工件内表面制备Ni-SiC复合镀层的装置，所述工件的材质为Q235钢。本实施例包括储液槽1、储液槽槽体支架18、电镀液循环泵22、压缩空气泵24、电磁流量计25、压缩空气泵38、密封电镀台3、镍阳极42、控制面板4和电镀整流电源38。

所述储液槽为PVC材质，尺寸为600*500*500mm，储液槽顶部设置有一个600*500mm的PP材质的长方形板状槽盖。所述储液槽1安放在储液槽槽体支架18的下面板上。在该储液槽内排布有下出水管21和上出水管23，并使所述下出水管的入口位于储液槽底部，使上出水管的入口位于储液槽的中部；所述上出水管23与下出水管21相互平行，并且上出水管23位于电镀液15液位的3/4处，下出水管21位于电 镀液液位的最低处。所述下出水管21的出口端穿过该储液槽壳体与电镀液循环泵22的入口连通。在该储液槽的顶部安装有电磁流量计25；在所述储液槽1内有pH计11、液位计12、加热管14、热电偶13和空气排气管16。

在所述储液槽1上设置有两个出水口，形成了电镀液搅动混合通路。通过该电镀液搅动混合通路，充分利用电镀液循环流动产生的搅动作用，使储液槽中上下层的SiC微粒47充分混合，实现在电镀液中均匀分布。

从上出水管23与下出水管21流出的电镀液汇合后，在电镀液循环泵22的驱动力下，流向密封电镀台3，调节电磁流量计25控制流向密封电镀台3的电镀液体积流量。在密封电镀台3中完成复合电镀后，电镀液15由回路27回到储液槽1中。

所述下出水管21的出口端穿过该储液槽壳体与电镀液循环泵22的入口连通。所述电镀液循环泵22位于储液槽外一侧。该电镀液循环泵的入口与下出水管21出口端连通；该电镀液循环泵的出口通过管路与位于储液槽内的电磁流量计的入口连通。所述电磁流量计25的出口通过管路与位于储液槽槽体支架18上面板上的下夹具的电镀腔进水口连通。

所述压缩空气泵24位于储液槽外另一侧。该压缩空气泵的出口连接在电磁流量计25出口与电镀液循环泵22之间的管路上。在所述压缩空气泵的出口的管路上分出一条支流，该支流为空气排气管16；所述空气排气管的出口端穿过储液槽的储液槽槽盖20，接入该储液槽内底表面，并且该空气排气管出口端的管子水平的置于储液槽内底表面。在该空气排气管出口端的水平段的管壁上有两排气孔，并且所述两排气孔对称的分布在该空气排气管圆周表面的下侧，即使所述两排气孔对称的分布在该空气排气管横截面两侧的下方。在该空气排气管横截面上，所述两排气孔的中心线之间的夹角α为90°。

压缩空气泵24有两个出气接口。第一出气接口与位于储液槽内的空气排气管16通过软管连通，在两者之间的软管上设置有浮子流量计35，用于对储液槽内电镀液15进行空气搅拌，并通过浮子流量计控制空气搅拌的强度。压缩空气泵24的第二个出气接口通过软管向空气供给支路17提供空气，空气供给支路与电镀液输送管呈45°角，能够通过浮子流量计控制和监测空气供给量。所述压缩空气泵24的输入端与控制面板2的第一输出端通过数据线连接。

所述控制面板2的第二输出端通过数据线与电镀液循环泵22的输入端连接；所述控 制面板2的第三输出端通过数据线与位于储液槽内的加热管14和热电偶13连接。所述控制面板2的输入端与位于储液槽内的液位计12连接。

所述的空气供给支路17的一端与电镀液循环泵22的出口连通，另一端与电磁流量计25的入口连通。所述电磁流量计的出口与密封电镀台3中的下夹具31的电镀液入口连通；位于所述下夹具上的电镀液出口通过回流管路27与储液槽1的入口连通。

所述密封电镀台3包括中空工件32、镍阳极42、上夹具33、下夹具31、阳极导电杆34、密封圈43、锁紧丝杠37和电镀整流电源38。其中，所述中空工件32和镍阳极42均位于所述下夹具31与上夹具33之间，并使该中空工件、镍阳极、下夹具与上夹具同轴。

所述镍阳极42为一端封闭的筒状，并且该端盖为镍阳极的导电板。该镍阳极的筒体中部均布有穿透筒体的电镀液流动通道44。在所述导电板的中心处设置有M10的螺纹孔，阳极导电杆34的螺纹端安装在该螺纹孔内；为使所述阳极导电杆34稳固，在该导电板内表面中心有加固板。所述阳极导电杆的顶端有用于连接导线的接线孔45。

所述电镀液流动通道为多条在所述镍阳极筒体上轴向分布的条状电镀液流动通道，各电镀液流动通道在镍阳极筒体圆周上间隔30°；各电镀液流动通道宽度方向中心线的延伸线与该镍阳极筒体的中心线相交，或者各电镀液流动通道宽度方向中心线的延伸线与该镍阳极筒体的中心线之间有60°夹角；所述条状电镀液流动通道的宽度为3.5mm，轴向长度为50mm。

所述电镀液流动通道或者呈螺旋状分布在该镍阳极的筒体上；该螺旋状电镀液流动通道顶端与该镍阳极的筒体上端面之间的距离为10mm；该螺旋状电镀液流动通道底端与该镍阳极的筒体下端面之间的距离为10mm；所述螺旋形电镀液流动通道的螺距为10mm，通道宽度为2mm。

所述条状电镀液流动通道长度方向的中心线与该镍阳极筒体的中心线平行，并且各电镀液流动通道的宽度方向的中心线的延长线均过该镍阳极筒体的中心线。如图10所示。所述电镀液流动通道的宽度为3.5mm，轴向长度为50mm。所述电镀液流动通道有12条。

或者，所述电镀液流动通道呈螺旋状分布在该镍阳极的筒体上。如图11所示。所述的螺旋状电镀液流动通道的宽度为2.5mm，螺距为10mm。该螺旋状电镀液流动通道顶端与该镍阳极的筒体上端面之间的距离为10mm；该螺旋状电镀液流动通道底端与该镍阳极的筒体下端面之间的距离为10mm。

或者，所述电镀液流动通道亦为条状，各电镀液流动通道长度方向中心线均与该镍阳极筒体的中心线平行，并且电镀液流动通道宽度方向中心线的延长线均与镍阳极筒体的中心线之间有60°的夹角。如图12所示。所述电镀液流动通道的宽度为3.5mm，轴向长度为50mm。所述电镀液流动通道有12条。

所述储液槽槽体支架18为双层支架，包括工作台面板7、工作台骨架9和挡板10。其中，所述工作台面板7位于工作台骨架9的顶端，在该工作台面板7上均布有3个下夹具固定孔49和管道安装口50。所述管道安装口用于安装与进水口39和出水口40连通的管道。环所述下夹具固定孔有圆形的挡板10。储液槽槽体支架18的下层面板用于安放储液槽1、电镀液循环泵22和压缩空气泵24。

所述的上夹具33为圆形板状。该上夹具的下表面中心有凹槽，该凹槽的直径与镍阳极42的外径相同；在该凹槽槽底中心有阳极导电杆安装孔28，环所述阳极导电杆安装孔安放有密封圈43，使上夹具33与镍阳极42间形成封闭空间，避免电镀液接触和腐蚀阳极导电杆34。所述凹槽周边的上夹具的下表面被加工成为圆形的凹面，该凹面的直径与中空工件32的外径相同，所述中空工件的一端安放在该凹面上，并通过该凹面外缘的定位台阶定位。所述定位台阶的表面有安放密封圈的环形槽29。在所述上夹具表面外缘处均布有三个贯通的丝杠安装孔30。

所述的下夹具31亦为圆形板状。该下夹具的上表面中心有凹槽，该凹槽的直径与镍阳极42的外径相同；在该凹槽的中心有进水口39。在所述凹槽周边的下夹具的上表面被加工成为圆形的凹面，该凹面的直径与中空工件32的外径相同，所述中空工件的另一端安放在该凹面上，并通过该凹面外缘的定位台阶定位；所述定位台阶的表面有安放密封圈的环形槽29。在所述凹面上对称的分布有两个出水口40。在所述上夹具表面外缘处均布有三个丝杠安装孔30和三个下夹具固定孔49。所述的三个丝杠安装孔与三个下夹具固定孔49交错分布。所述的三个丝杠安装孔为螺纹盲孔，通过锁紧丝杠37将所述下夹具31与上夹具33之间固紧并固定在工作台19上，使上夹具33、下夹具31和中空工件32的接触面压紧密封。通过三个下夹具固定孔49，用螺栓将该下夹具固定在工作台表面。

工作时，电镀液15由进水口39进入密封电镀台，从位于镍阳极42的管壁上的电镀液流动通道44进入环形的电镀腔46内；所述的电镀腔是由中空工件32的内表面与镍阳极的外表面之间的间隙形成的。当电镀液15充满电镀腔46后，在中空工件内表面上沉 积一层Ni-SiC复合镀层48，随后，在重力作用下由出水口40流出密封电镀台。完成复合电镀后，密封电镀台内的电镀液在重力作用下全部回流到储液槽中，方便拆卸中空工件。拆卸中空工件时，直接将上夹具33抬起，由于上夹具33受到阳极导电杆34上设置的凸台的限制，上夹具33、阳极导电杆34和镍阳极42整体被抬起，能直接取出中空工件，提高了工作效率。在中空工件上下端面上分别设置有一环形不锈钢垫片41，能起到分散电流密度的作用，改善因电流密度的边缘效应产生的瘤状物等不良组织的问题。

工作时，在电镀液循环泵22驱动下，高浓度SiC电镀液4从储液槽1底部的下出水管21进入输液管道内开始循环，低浓度SiC电镀液5从储液槽1上部的上出水管23进入输液管道内开始循环。当所述的高浓度SiC电镀液4与低浓度SiC电镀液5在管路中混合形成混合电镀液6。所述的高浓度SiC电镀液是指在储液槽底部的SiC电镀液，是由于SiC微粒47沉淀而形成；所述的低浓度SiC电镀液5是指位于储液槽上部的电镀液，由于其中的部分SiC微粒沉淀至储液槽底部，使其SiC的浓度降低。

经过电镀液循环泵22后混合电镀液6流入密封电镀台3，完成复合电镀，再从电镀腔底部设置的2个出水口40沿回流通道27回流到储液槽1中，电镀液在管道中继续重复这一过程，持续进行内循环。

本实施例中，储液槽1顶部设置有一个槽盖20，槽盖20为普通的pvc盖板，能够取下来或放上去；槽盖20中央设置有透视窗。盖板20能减少电镀液的蒸发引起的水分损失的作用，通过透视窗能够观察储液槽内的搅拌和水位情况。储液槽内的pH计11、液位计12、热电偶13及六组加热管14分别平行固定在储液槽内壁一侧。下出水管21的出水口与回流管路27的进水口分别位于在储液槽槽体两侧的对角线上。

本实施例中，在各连接管路上均设有阀门26，以调节液体的流速。

储液槽1、控制面板2、密封电镀台3、电镀液循环泵22、压缩空气泵24和电镀整流电源38合理地分布在工作台19各个位置，节省了空间。工作台支架脚上设置有滚轮，能使工作台19整体移动。

Claims (10)

1.一种用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，包括储液槽、电镀液循环泵、压缩空气泵、电磁流量计、压缩空气泵和密封电镀台；在所述储液槽内排布有相互平行的下出水管和上出水管，并使所述上出水管位于电镀液液位的3/4处，下出水管位于电镀液液位的最低处；所述下出水管的出口端与位于储液槽外的电镀液循环泵的入口连通；所述上出水管的出口端在储液槽外与下出水管连通；

所述电镀液循环泵的出口通过管路与位于储液槽内的电磁流量计的入口连通；所述电磁流量计的出口通过管路与下夹具的电镀腔进水口连通；从上出水管与下出水管流出的电镀液汇合后，在电镀液循环泵的驱动力下，流向密封电镀台，调节电磁流量计控制流向密封电镀台的电镀液体积流量；在密封电镀台中完成复合电镀后，电镀液由回路回到储液槽中；

所述压缩空气泵位于储液槽外另一侧；该压缩空气泵的出口连接在电磁流量计出口与电镀液循环泵之间的管路上；在所述压缩空气泵的出口管路上有空气排气管；所述空气排气管出口端的管子水平的置于该储液槽内底表面，并且在该空气排气管位于储液槽内底表面一段的管壁上有两排气孔，所述两排气孔对称的分布在该空气排气管圆周表面的下侧；所述两排气孔的中心线之间的夹角α为90°。

2.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，压缩空气泵有两个出气接口；第一出气接口与位于储液槽内的空气排气管通过软管连通，在两者之间的软管上设置有浮子流量计；压缩空气泵的第二个出气接口通过软管向空气供给支路提供空气，空气供给支路与电镀液输送管之间有45°夹角。

3.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，所述控制面板的第二输出端通过数据线与电镀液循环泵的输入端连接；所述控制面板的第三输出端通过数据线与位于储液槽内的加热管和热电偶连接；所述控制面板的输入端与位于储液槽内的液位计连接。

4.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，所述的空气供给支路的一端与电镀液循环泵的出口连通，另一端与电磁流量计的入口连通；所述电磁流量计的出口与密封电镀台中的下夹具的电液入口连通；位于所述下夹具上的电液出口通过回流管路与储液槽的入口连通。

5.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，所述密封电镀台包括中空工件、镍阳极、上夹具、下夹具、阳极导电杆、密封圈、锁紧丝杠和电镀整流电源；其中，所述中空工件和镍阳极均位于所述下夹具与上夹具之间，并使该中空工件、镍阳极、下夹具与上夹具同轴；

所述镍阳极封闭端端盖为镍阳极的导电板；该镍阳极的筒体中部均布有穿透筒体的电镀液流动通道；在所述导电板的中心处有安装螺纹孔，阳极导电杆的螺纹端在该螺纹孔内；为使所述阳极导电杆稳固，在该导电板内表面中心有加固板；所述阳极导电杆的顶端有用于连接导线的接线孔。

6.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，所述电镀液流动通道为多条在所述镍阳极筒体上轴向分布的条状电镀液流动通道，各电镀液流动通道在镍阳极筒体圆周上间隔30°；各电镀液流动通道宽度方向中心线的延伸线与该镍阳极筒体的中心线相交，或者各电镀液流动通道宽度方向中心线的延伸线与该镍阳极筒体的中心线之间有60°夹角；所述条状电镀液流动通道的宽度为3.5mm，轴向长度为50mm；

所述电镀液流动通道或者呈螺旋状分布在该镍阳极的筒体上；该螺旋状电镀液流动通道顶端与该镍阳极的筒体上端面之间的距离为10mm；该螺旋状电镀液流动通道底端与该镍阳极的筒体下端面之间的距离为10mm；所述螺旋形电镀液流动通道的螺距为10mm，通道宽度为2mm。

7.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，所述储液槽槽体支架包括工作台面板和挡板；在该工作台面板上均布有3个下夹具固定孔和管道安装口；所述管道安装口用于安装与进水口和出水口连通的管道；环所述下夹具固定孔有圆形的挡板；储液槽槽体支架的下层面板用于安放储液槽、电镀液循环泵和压缩空气泵。

8.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，所述的上夹具的下表面中心有凹槽，该凹槽的直径与镍阳极的外径相同；在该凹槽槽底中心有阳极导电杆安装孔，环所述阳极导电杆安装孔安放有密封圈，使上夹具与镍阳极间形成封闭空间；所述凹槽周边的上夹具的下表面的凹面的直径与中空工件的外径相同，所述中空工件的一端安放在该凹面上，并通过该凹面外缘的定位台阶定位；所述定位台阶的表面有安放密封圈的环形槽；在所述上夹具表面外缘处均布有三个贯通的丝杠安装孔。

9.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，所述的下夹具的上表面中心有凹槽，该凹槽的直径与镍阳极的外径相同；在该凹槽的中心有进水口；在所述凹槽周边的下夹具的上表面有圆形的凹面，该凹面的直径与中空工件的外径相同，所述中空工件的另一端安放在该凹面上，并通过该凹面外缘的定位台阶定位；所述定位台阶的表面有安放密封圈的环形槽；在所述凹面上对称的分布有两个出水口；在所述上夹具表面外缘处均布有三个丝杠安装孔和三个下夹具固定孔；所述的三个丝杠安装孔与三个下夹具固定孔交错分布；所述的三个丝杠安装孔为螺纹盲孔，通过锁紧丝杠将所述下夹具与上夹具之间固紧并固定在工作台上，使上夹具、下夹具和中空工件的接触面压紧密封。

10.如权利要求1所述用于制备中空工件内表面Ni-SiC复合镀层的装置，其特征在于，储液槽顶部有槽盖；槽盖中央设置有透视窗；储液槽内的pH计、液位计、热电偶及六组加热管分别平行固定在储液槽内壁一侧；下出水管的出水口与回流管路的进水口分别位于在储液槽槽体两侧的对角线上。