CN107022777B - 电沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电沉积设备，其解决了现有复合镀技术无法生产长直的泵筒类管件的技术问题，其包括储液槽、循环泵、阳极、搅拌装置、加热装置和直流电源，还包括进液循环管道、回液循环管道、进液端溢流型电镀槽、出液端溢流型电镀槽、旋转装置和导电装置，循环泵的输入端通过管道与储液槽连接，循环泵的输出端通过进液循环管道与进液端溢流型电镀槽连接，出液端溢流型电镀槽通过回液循环管道与储液槽连接；阳极位于所述进液端溢流型电镀槽和出液端溢流型电镀槽之间；旋转装置用于使管件绕着阳极旋转，阳极与直流电源的正极连接；导电装置与直流电源的负极连接，所述导电装置与管件的外壁接触。本发明广泛用于电沉积技术领域。

Description

电沉积设备

技术领域

本发明涉及电沉积技术领域，具体地说是一种电沉积设备。

背景技术

在石油机械技术领域，随着石油资源的不断消耗，致使开采石油的环境越来越恶劣，对石油设备的耐腐蚀、耐摩擦性能要求也越来越高。因此，研制出一种防腐耐磨表面处理技术一直是本领域技术人员研究的课题。

现有的表面处理技术主要包括电沉积技术和化学镀技术。电沉积技术的发展由来已久，因其优良的耐磨性、耐腐蚀性，简单方便的操作而被广泛应用。镀铬工艺已经在石油开采行业中应用多年，有力的促进了石油行业的发展，但是电镀铬技术因其污染环境而逐渐被淘汰。近些年逐渐出现的复合镀技术已经逐渐发展壮大，比如铁钨合金、镍钨合金、铁镍钨合金、镍钨磷合金，在某些应用特性上，已经展现出超越传统电镀铬技术的优势，不过因其设备及工艺的局限性，一直以来无法生产长度在1500mm至9500mm的长直泵筒类管件，主要体现在生产效率低、镀层厚度不均匀、结合力以及耐腐蚀性差。

关于化学镀技术，镍磷化学镀工艺已经在石油开采行业中应用多年，但是，镍磷化学镀技术在产品性能上不如镀铬和复合镀技术。

发明内容

本发明为了解决现有复合镀技术无法生产长直的泵筒类管件的技术问题，提供一种能够生产长直的泵筒类管件的电沉积设备。

本发明的技术方案是，提供一种电沉积设备，包括储液槽、循环泵、阳极、搅拌装置、加热装置和直流电源，其特征是，还包括进液循环管道、回液循环管道、进液端溢流型电镀槽、出液端溢流型电镀槽、旋转装置和导电装置，循环泵的输入端通过管道与储液槽连接，循环泵的输出端通过进液循环管道与进液端溢流型电镀槽连接，出液端溢流型电镀槽通过回液循环管道与储液槽连接；

阳极位于进液端溢流型电镀槽和出液端溢流型电镀槽之间，阳极包括钛管、左端部铜棒、右端部铜棒和至少两个铜导电块，左端部铜棒与钛管以螺纹连接方式固定连接，右端部铜棒与钛管以螺纹连接方式固定连接，至少两个铜导电块连接于钛管的内孔中，铜导电块之间用铜电缆连接，左端部铜棒与铜导电块之间用铜电缆连接，右端部铜棒与铜导电块之间用铜电缆连接；

旋转装置用于使管件绕着阳极旋转，阳极与直流电源的正极连接；导电装置与直流电源的负极连接，导电装置与管件的外壁接触；

进液端溢流型电镀槽和出液端溢流型电镀槽均设有一个电解液容纳槽和两个溢流槽，两个溢流槽位于电解液容纳槽两侧，电解液容纳槽的底部设有进液口，两个溢流槽的底部设有回流口；电解液容纳槽的顶部设有溢流口和弧形凹槽；溢流槽的顶部设有溢流口和弧形凹槽；

进液端溢流型电镀槽包括第一立板、第二立板、第三立板、第四立板、第一侧板、第二侧板、底板、第一插板、第二插板、第三插板、第四插板、第一斜板、第二斜板、第三斜板、第四斜板、第五斜板和第六斜板，第一侧板和第二侧板分别与底板连接，第一侧板和第二侧板相对设置；第一立板、第二立板、第三立板、第四立板分别与底板连接，第一立板、第二立板、第三立板、第四立板连接于第一侧板和第二侧板之间；底板设有第一回流口、进液口、第二回流口，第一立板、第二立板、第三立板、第四立板均设有溢流口；第一插板与第一立板连接，第二插板与第二立板连接，第三插板与第三立板连接，第四插板与第四立板连接，第一插板、第二插板、第三插板、第四插板均设有弧形凹槽；

第一斜板的四个边分别与第一立板、底板、第一侧板和第二侧板连接；第二斜板的四个边分别与第二立板的一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接；第三斜板的四个边分别与第二立板的另一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接；第四斜板的四个边分别与第三立板的一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接，第五斜板的四个边分别与第三立板的另一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接；第六斜板的四个边分别与第四立板、底板、第一侧板和第二侧板连接；

第一立板、第二立板、第一侧板、第二侧板、第一斜板和第二斜板组合形成第一溢流槽，第一回流口与第一溢流槽连通；第一立板、第一斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；第二立板、第二斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；

第二立板、第三立板、第一侧板、第二侧板、第三斜板和第四斜板组合形成电解液容纳槽，进液口与电解液容纳槽连通；第二立板、第三斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔，第三立板、第四斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；第三立板、第四立板、第一侧板、第二侧板、第五斜板和第六斜板组合形成第二溢流槽，第二回流口与第二溢流槽连通；第三立板、第五斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；第四立板、第六斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；

空腔设有排气孔。

优选地，导电装置包括碳刷、碳刷安装板、弹簧、底板，碳刷安装板通过四个弹簧与底板连接，碳刷与碳刷安装板连接；直流电源的负极与碳刷连接，碳刷与管件的外壁接触。

优选地，旋转装置包括支架、电机、主动齿轮、从动齿轮，电机安装在支架上，主动齿轮与电机的输出轴连接，从动齿轮与主动齿轮啮合。

本发明的有益效果是：可用于生产长度在1500mm至9500mm的泵筒类管件，生产效率高，稳定性高，操作简单方便，且内孔镀层厚度均匀性好，结合力以及耐腐蚀性均达到了电镀铬层的水平。本发明适用于光亮镍、镍磷合金、复合涂层、单质铬等镀层的加工生产，不管原始配方是酸性配方还是碱性配方，都可以使用本设备进行正常生产。具体表现在：

全卧式生产，工位附带抽风装置和水洗液回流装置，全程无废气、废水排放。

使用本发明的设备进行生产时，无需将产品完全浸入电解液中，配方溶液仅接触管件待镀表面，避免酸性溶液对工件其他表面的腐蚀。

镀层厚度均匀，管件内表面尺寸偏差小，最小偏差可控制在0.03mm内。以生产内孔直径为50.99mm的泵筒类管件举例，测量数据如下表，有7个测量点，测量点间距为1000mm，内径尺寸延续了镀前基体的尺寸变化，实际尺寸变动量为0.02mm(最大值50.825减最小值50.805)。

实测位置	1#	2#	3#	4#	5#	6#	7#
								镀前尺寸	50.99	50.98	50.98	50.985	50.99	50.985	50.99
镀后尺寸	50.82	50.81	50.805	50.81	50.82	50.825	80.825

附图说明

图1是电沉积设备的整体结构示意图；

图2是储液槽和搅拌装置连接示意图；

图3是图1中阳极穿过管件的结构示意图；

图4是阳极的结构示意图；

图5是图4中P处的局部放大图；

图6是旋转装置的结构示意图；

图7是图6的侧视图；

图8是进液端溢流型电镀槽的结构示意图；

图9是图8中A-A方向的剖视图；

图10是图8中B-B方向的剖视图；

图11是图8中C-C方向的剖视图；

图12是图8中D-D方向的剖视图；

图13是第一插槽板的主视图；

图14是第一插槽板的俯视图；

图15是第一插板的结构示意图；

图16是第一立板的结构示意图；

图17是第一插板和第一插槽板连接的示意图；

图18是空腔上设置排气孔的结构示意图；

图19是管件与出液端溢流型电镀槽、进液端溢流型电镀槽连接示意图；

图20是离子沉积过程示意图。

图中符号说明：

10.储液槽；20.循环泵；30.进液循环管道；40.回液循环管道；50.阳极，51.钛管，52.左端部铜棒，53.右端部铜棒，54.铜导电块，55.铜电缆，56.铜电缆，57.铜电缆；60.进液端溢流型电镀槽，601.第一立板，6011.溢流口，602.第二立板，603.第三立板，604.第四立板，605.第一侧板，606.第二侧板，607.底板，608.第一斜板，609.第二斜板，610.第三斜板，611.第四斜板，612.第五斜板，613.第六斜板，614.第一插槽板，6141.插槽，615.第二插槽板，616.第三插槽板，617.第四插槽板，618.第一回流口，619.进液口，620.第二回流口，621.第一插板，6211.弧形凹槽；622.空腔；623.排气孔；70.出液溢端流型电镀槽；80.管件；90.搅拌装置；100.旋转装置，110.支架，120.电机，130.主动齿轮，140.从动齿轮；200.导电装置，210.碳刷，220.碳刷安装板；230.弹簧，240.底板，250.移动机构。

具体实施方式

如图1所示，电沉积设备包括储液槽10、循环泵20、进液循环管道30、回液循环管道40、阳极50、进液端溢流型电镀槽60、出液端溢流型电镀槽70、搅拌装置90、旋转装置100、导电装置200、加热装置。

循环泵20的输入端通过管道与储液槽10连接，循环泵20的输出端通过进液循环管道30与进液端溢流型电镀槽60连接，出液端溢流型电镀槽70的溶液出口通过回液循环管道40与储液槽10连接。

待加工的管件80的一端与进液端溢流型电镀槽60连接，与进液端溢流型电镀槽60的内腔连通；另一端与出液端溢流型电镀槽70连接。

阳极50穿过管件80的中心通孔，阳极50用支架固定好，阳极50静止不动。

如图2所示，搅拌装置90与储液槽10连接。搅拌装置90采用现有技术的常规结构，用于搅拌储液槽10中的电解液。储液槽10内安装有用于对电解液加热的加热装置，加热装置采用现有技术的常规结构。储液槽10内还安装有用于检测电解液的热电偶。

如图3、4和5所示，阳极50包括钛管51、左端部铜棒52、右端部铜棒53以及7个铜导电块54，左端部铜棒52与钛管51以螺纹连接方式固定连接，右端部铜棒53与钛管51以螺纹连接方式固定连接，7个铜导电块54以螺纹连接方式安装在钛管51内孔的内壁上，相邻两个铜导电块54之间用铜电缆55连接，左端部铜棒52与相邻的铜导电块(第一个铜导电块)之间用铜电缆56连接，右端部铜棒53与相邻的铜导电块(第七个铜导电块)之间用铜电缆56连接。

阳极50的结构采用分段导电的原理，避免电流集中分布在阳极两端，从而避免工件内壁形成的沉积层厚度不均。阳极50为可重复利用的惰性阳极(使用的材质在镀液中不会被消耗，可重复利用，性质不属于易损耗的活泼金属，所以称为惰性阳极)，阳极50不会随电镀时间的累积而消耗。

如图6和7所示，旋转装置100包括支架110、电机120、主动齿轮130、从动齿轮140，电机120安装在支架110上，主动齿轮130与电机120的输出轴连接，从动齿轮140与主动齿轮130啮合。管件80穿过从动齿轮140的中心安装孔，其中部部分与从动齿轮140的中心安装孔固定连接。电机120的输出轴通过主动、从动齿轮可带动管件80旋转。主动、从动齿轮也可以用其他传动机构代替。

导电装置200包括碳刷210、碳刷安装板220、弹簧230、底板240、移动机构250，移动机构250安装在支架110上，底板240与移动机构250连接，碳刷安装板220通过四个弹簧230与底板240连接，碳刷210与碳刷安装板220连接。

碳刷210可以为弹性碳刷(可以避免电流过度集中)，其位于管件80的下方，与管件80的外壁紧贴接触在一起。移动机构250可以带动碳刷210如图7中的左右方向移动。

用导线将碳刷210与直流电源的负极连接，用导线将直流电源的正极与阳极50的左端部铜棒52连接。

如图8-12所示，进液端溢流型电镀槽60整体呈长方体形状，其包括第一立板601、第二立板602、第三立板603、第四立板604、第一侧板605、第二侧板606、底板607，第一侧板605和第二侧板606分别与底板607连接，第一侧板605和第二侧板606相对设置。第一立板601、第二立板602、第三立板603、第四立板604分别与底板607连接，第一立板601、第二立板602、第三立板603、第四立板604连接于第一侧板605和第二侧板606之间。底板607设有第一回流口618、进液口619、第二回流口620。第一斜板608的四个边分别与第一立板601、底板607、第一侧板605和第二侧板606连接。第二斜板609的四个边分别与第二立板602的一侧、底板607、第一侧板605和第二侧板606连接。第三斜板610的四个边分别与第二立板602的另一侧、底板607、第一侧板605和第二侧板606连接。第四斜板611的四个边分别与第三立板603的一侧、底板607、第一侧板605和第二侧板606连接，第五斜板612的四个边分别与第三立板603的另一侧、底板607、第一侧板605和第二侧板606连接。第六斜板613的四个边分别与第四立板604、底板607、第一侧板605和第二侧板606连接。第一插槽板614与第一立板601连接，第二插槽板615与第二立板602连接，第三插槽板616与第三立板603连接，第四插槽板617与第四立板604连接。

如图13和14所示的第一插槽板614，其设有插槽6141。第二插槽板615、第三插槽板616和第四插槽板617的结构与第一插槽板614相同，均设有插槽。

如图15所示的第一插板621，其顶部设有弧形凹槽6211。第一插板621插入到第一插槽板614中。其他三个插板，第二插板、第三插板、第四插板的结构与第一插板621相同，均设有弧形凹槽。第二插板插入到第二插槽板615中，第三插板插入到第三插槽板616中，第四插板插入到第四插槽板617中。

如图16所示第一立板601，其设有溢流口6011。第二立板602、第三立板603、第四立板604与第一立板601的结构相同，均设有溢流口。

如图17所示，第一插板621插入第一插槽板614内，第一插板621的弧形凹槽6211位于第一立板601的溢流口6011的上部位置，弧形凹槽6211与溢流口6011重叠。弧形凹槽6211用于放置支撑管件80。

第一立板601、第二立板602、第一侧板605、第二侧板606、第一斜板608和第二斜板609组合形成第一溢流槽，第一回流口618与第一溢流槽连通。第一立板601、第一斜板608、第一侧板605、第二侧板606和底板607之间形成空腔622。第二立板602、第二斜板609、第一侧板605、第二侧板606和底板607之间同样形成空腔。第一斜板608和第二斜板609的斜面能够保持足够刚性以承担溶液自身重量和溶液温度变化带来的负荷。

第二立板602、第三立板603、第一侧板605、第二侧板606、第三斜板610和第四斜板611组合形成电解液容纳槽，进液口619与电解液容纳槽连通。第二立板602、第三斜板610、第一侧板605、第二侧板606和底板607之间形成空腔。第三立板603、第四斜板611、第一侧板605、第二侧板606和底板607之间形成空腔。

第三立板603、第四立板604、第一侧板605、第二侧板606、第五斜板612和第六斜板613组合形成第二溢流槽，第二回流口620与第二溢流槽连通。第三立板603、第五斜板612、第一侧板605、第二侧板606和底板607之间形成空腔。第四立板604、第六斜板613、第一侧板605、第二侧板606和底板607之间形成空腔。

如图18所示，空腔622最高点位置设有用于在冷热交替时平衡内外压力的排气孔(第二侧板606上开排气孔623)，防止焊接板材焊接处开裂(如果发生开裂，则会影响槽内电解溶液的稳定，影响流入到管件内孔中溶液的稳定，最终会导致镀层厚度不均)。其他的空腔同样设有排气孔。

进液端溢流型电镀槽60采用15mm厚耐酸碱PP板裁剪焊接而成。

出液端溢流型电镀槽70与进液端溢流型电镀槽60的结构相同，同样设有一个电解液容纳槽和两个溢流槽，两个溢流槽位于电解液容纳槽两侧，电解液容纳槽的底部设有进液口，两个溢流槽的底部设有回流口。电解液容纳槽的顶部设有溢流口和弧形凹槽。出液端溢流型电镀槽70也是由一个底板、两个侧板、四个立板、六个斜板、四个插槽板、四个插板构成。

如图19所示，管件80与出液端溢流型电镀槽70和进液端溢流型电镀槽60的具体连接方式如下：

将管件80的左端放置在进液端溢流型电镀槽60的第三插槽板616中第三插板的弧形凹槽中，让管件80的管口伸入电解液容纳槽中(管件的伸入部分外壁使用防护措施避免被溶液污染)；将管件80的右端放置在出液端溢流型电镀槽70的第一插槽板中第一插板的弧形凹槽中，让管件80的管口伸入出液端溢流型电镀槽70的第一溢流槽中。

进液循环管道30与进液端溢流型电镀槽60的进液口619连接，回液循环管道40与出液溢端流型电镀槽70的第一回流口618连接。

在加工之前，先对管件80进行抛光、去油脂、除锈、活化等前处理工作。结合图1和18，电沉积设备工作过程如下：储液槽10中的电解溶液从进液端溢流型电镀槽60的进液口619向上进入到电解液容纳槽中，一部分电解溶液从管件80的左端部开口流入并填满管件80内孔，另一部分电解溶液按照图19中虚线箭头方向从第二立板602的溢流口、第三立板603的溢流口流出，分别进入第一溢流槽、第二溢流槽，最终从第一回流口618、第二回流口620向下流出并且被回收(可以回收到储液槽10中)。

管件80内孔中的电解液容从其右端部开口处流出进入出液端溢流型电镀槽70的第一溢流槽中，再从第一回流口流入进入回液循环管道40，最终流入储液槽10中。

电解溶液穿过管件80内孔的同时，旋转装置的电机120带动管件80绕着阳极50旋转，直流电源的正极、阳极50、管件80、碳刷210、直流电源的负极形成电流回路，进行离子沉积反应，如图20中箭头指示所示，这样就在管件80内壁形成沉积层，即镀层。

使管件80绕着阳极50旋转，能够依靠重力调整管件内孔填充的电解溶液的均匀性，以保证形成的沉积层厚度的均匀性。

进液端溢流型电镀槽60和出液端溢流型电镀槽70为一组工位，多个进液端溢流型电镀槽60和出液端溢流型电镀槽70可以并排做成多工位。

整个电沉积设备各产生蒸汽的位置均安装抽风装置和水洗液回流装置，设备及车间室内不存在有害蒸汽。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。

Claims (3)

1.一种电沉积设备，包括储液槽、循环泵、阳极、搅拌装置、加热装置和直流电源，其特征是，还包括进液循环管道、回液循环管道、进液端溢流型电镀槽、出液端溢流型电镀槽、旋转装置和导电装置，循环泵的输入端通过管道与储液槽连接，所述循环泵的输出端通过进液循环管道与进液端溢流型电镀槽连接，所述出液端溢流型电镀槽通过回液循环管道与储液槽连接；

所述阳极位于所述进液端溢流型电镀槽和出液端溢流型电镀槽之间，所述阳极包括钛管、左端部铜棒、右端部铜棒和至少两个铜导电块，所述左端部铜棒与钛管以螺纹连接方式固定连接，所述右端部铜棒与钛管以螺纹连接方式固定连接，所述至少两个铜导电块连接于钛管的内孔中，铜导电块之间用铜电缆连接，左端部铜棒与铜导电块之间用铜电缆连接，右端部铜棒与铜导电块之间用铜电缆连接；

所述旋转装置用于使管件绕着阳极旋转，阳极与直流电源的正极连接；所述导电装置与直流电源的负极连接，所述导电装置与管件的外壁接触；

所述进液端溢流型电镀槽和出液端溢流型电镀槽均设有一个电解液容纳槽和两个溢流槽，所述两个溢流槽位于电解液容纳槽两侧，所述电解液容纳槽的底部设有进液口，两个溢流槽的底部设有回流口；所述电解液容纳槽的顶部设有溢流口和弧形凹槽；所述溢流槽的顶部设有溢流口和弧形凹槽；

所述进液端溢流型电镀槽包括第一立板、第二立板、第三立板、第四立板、第一侧板、第二侧板、底板、第一插板、第二插板、第三插板、第四插板、第一斜板、第二斜板、第三斜板、第四斜板、第五斜板和第六斜板，所述第一侧板和第二侧板分别与底板连接，第一侧板和第二侧板相对设置；所述第一立板、第二立板、第三立板、第四立板分别与底板连接，所述第一立板、第二立板、第三立板、第四立板连接于第一侧板和第二侧板之间；底板设有第一回流口、进液口、第二回流口，所述第一立板、第二立板、第三立板、第四立板均设有溢流口；所述第一插板与第一立板连接，所述第二插板与所述第二立板连接，所述第三插板与第三立板连接，所述第四插板与第四立板连接，所述第一插板、第二插板、第三插板、第四插板均设有弧形凹槽；

所述第一斜板的四个边分别与第一立板、底板、第一侧板和第二侧板连接；所述第二斜板的四个边分别与第二立板的一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接；所述第三斜板的四个边分别与第二立板的另一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接；所述第四斜板的四个边分别与第三立板的一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接，所述第五斜板的四个边分别与第三立板的另一侧、底板、第一侧板和第二侧板连接；第六斜板的四个边分别与第四立板、底板、第一侧板和第二侧板连接；

所述第一立板、第二立板、第一侧板、第二侧板、第一斜板和第二斜板组合形成第一溢流槽，第一回流口与第一溢流槽连通；第一立板、第一斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；第二立板、第二斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；

所述第二立板、第三立板、第一侧板、第二侧板、第三斜板和第四斜板组合形成电解液容纳槽，所述进液口与电解液容纳槽连通；所述第二立板、第三斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔，第三立板、第四斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；所述第三立板、第四立板、第一侧板、第二侧板、第五斜板和第六斜板组合形成第二溢流槽，第二回流口与第二溢流槽连通；第三立板、第五斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；第四立板、第六斜板、第一侧板、第二侧板和底板之间形成空腔；

所述空腔设有排气孔。

2.根据权利要求1所述的电沉积设备，其特征是，所述导电装置包括碳刷、碳刷安装板、弹簧、底板，所述碳刷安装板通过四个弹簧与底板连接，碳刷与碳刷安装板连接；直流电源的负极与碳刷连接，碳刷与管件的外壁接触。

3.根据权利要求2所述的电沉积设备，其特征是，所述旋转装置包括支架、电机、主动齿轮、从动齿轮，所述电机安装在支架上，主动齿轮与电机的输出轴连接，从动齿轮与主动齿轮啮合。