CN112522748A - 一种管件内壁自动化连续流动电镀装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管内壁电沉积制备镀层领域，涉及一种管件内壁自动化连续流动电镀装置及方法。装置包含镀槽、多路镀液流量控制器、挂具、机械臂、整流器及显示控制器。首先管状工件经除油、酸洗等前处理过程后装夹在自动化连续流镀装置的挂具上；镀槽中分别装有纯水、活化液、电镀液；通过设定显示控制器程序按照水洗、活化、电镀、水洗工艺流程，控制机械臂、多路镀液流量控制器与电镀电源的协同运行，可根据需求增加上述流程实现多层复合电镀。本发明尤其适用于大长径比管件内壁流动电镀单一或多层复合镀层，通过本发明装置及方法可一次性获得没有锥度的镀层，基体与镀层之间结合优良。

Description

一种管件内壁自动化连续流动电镀装置及方法

技术领域

本发明属于电镀领域，涉及一种管件内壁自动化电镀装置及方法，尤其涉及大长径比管件内壁电镀获得均匀镀铬层的方法。

背景技术

表面涂层是赋予机械产品或零件表面特定服役性能的有效物质载体，在国防军工、精密制造、机械化工等领域发挥着重要作用。在国防科技和普通工业中，有大量的管状工件需要进行表面处理，然而其内表面的功能化涂层问题一直是表面工程领域的一个技术难题。深管是典型的大长径比细长管轴类零件，具有孔径小、孔深长、加工空间小、精度要求高等特点，需要同时承受高温、高压、高速腐蚀性火药燃气烧蚀冲刷、交变载荷挤压和磨损等多种因素的综合作用。深管烧蚀磨损引起内膛表面损坏和深管内膛尺寸增大，其造成的直接后果是膛压、初速、射程、精度下降，严重影响作战性能，并导致寿终。内膛电镀硬铬是提高深管寿命有效途径，也是目前国内外深管内膛表面防护技术主流，但电镀硬铬存在致命的缺点，但是目前六价铬镀铬工艺存在许多问题：其一，现有工艺仍大量采用的是传统挂镀方式，由于长径比较大、孔径较小，电镀时管内溶液难以得到及时补充，极易导致管内镀液浓度下降，从而降低镀层质量；其二，挂镀方式只能从管件的一端给电，会引起管件两端电流密度分布不均匀。因此现行工艺较难控制管件内的镀层尺寸，一次电镀合格率较低，镀层常常具有锥度，需要补镀；甚至局部区域尺寸会超出合格范围导致需要擦膛重镀，无法做到一次电镀获得合格的镀层尺寸。虽然目前也存在一些流动电镀装置，但按照电镀工艺流程在每个工序之间流转时，这些装置存在着装夹不方便，不利于连续电镀的问题，工序之间流转涉及拆卸及装夹的时间太长，影响生产效率。

公布号为CN106435536A的中国发明专利，公开了“用于细长管件内表面的化学镀及化学复合镀的装置及方法”，首先其属于化学镀领域，与电镀有着本质的区别。其次，其装置是通过设置并联出液总线与回液总线实现抽取及回收溶液的目的，会使各支线中残留的溶液存在交叉污染的情况，不利于连续稳定生产。第三，其为了提高细长管件内壁镀层的均匀性，在化学镀过程中需要将细长管件反复对调。该方式破坏了化学镀过程中的连续性，增加了拆卸装夹的步骤，工艺繁琐。该方式在电镀领域会导致镀层结合不良。

发明内容

为解决背景中所述的问题，在大长径比管件内壁电镀获得高质量均匀镀层，本项目提供一种管件内壁自动化连续流镀装置及方法，具体技术方案如下：

一种管件内壁自动化连续流动电镀装置，所述装置包括镀槽，镀槽中设有加热装置、空气搅拌装置、循环过滤泵；镀槽通过导管与多路镀液流量控制器相连，再通过可伸缩导管与挂具上的进液夹具相连；管件夹持固定于进液夹具与出液夹具之间；丝状阳极从进液夹具穿入经过大长径比管件后从出液夹具穿出，并通过阳极锁将丝状阳极固定并拉紧；机械臂可使管件在各镀槽之间空间移动；整流器为电沉积提供电源；显示控制器控制装置各部分按工艺流程协调运行及工作参数的调节。

进一步地，镀槽包含纯水槽、镀液槽、活化液槽等若干分镀槽，可根据实际需求确定所需数量。且每个镀槽分别设有加热装置、搅拌装置、溶液循环过滤装置，达到不同溶液对不同温度的需求。

进一步地，多路镀液流量控制器由多路自动通断阀门及流镀泵组成，通道数量由镀槽数量确定。多路自动通断阀门通过各支路的自动切换实现与流镀泵连通，使每条支路在工作时都是主路，无需设置出液总线。流镀泵可控制各路镀液的流速。

进一步地，机械臂可以带动管件在镀槽上方移动，方便水洗、活化和电镀时溶液的回流。简化了镀液回流装置，使各支路镀液直接回流到镀槽中，避免在回液端产生镀液污染。

进一步地，电镀挂具具备自动装夹管件以及阳极功能，挂具上设有机械导轨，进液夹具固定于导轨一端，出液夹具置于导轨上使其可在显示控制器的控制下沿导轨移动，故可通过控制夹具的移动方向达到装卸管件目的，据此也可满足不同长度管件的装夹；此外电镀挂具上端设有阳极锁，当丝状阳极穿过时可自动将阳极拉紧并固定。

进一步地，显示控制器可实时输入工艺参数，协同控制多路自动通断阀门的开关时间及流镀泵镀液流速、整流器通断时间与电流大小、机械臂所处位置。

一种基于如上所述的管件内壁自动化连续流动电镀装置的电镀方法，其特征在于，首先管状工件经除油、酸洗等前处理过程后装夹在自动化连续流镀装置的挂具上；镀槽中分别装有若干纯水、活化液、电镀液；通过设定显示控制器程序按照水洗、活化、电镀、水洗工艺流程，控制机械臂、多路镀液流量控制器与电镀电源的协同运行，可根据需求增加上述流程实现连续多层复合电镀。本发明尤其适用于大长径比管件内壁流动电镀六价铬镀层和镍/三价铬复合镀层，通过该制备方法可一次性获得没有锥度的镀层，基体与镀层之间结合力优良。

具体步骤如下：

(1)准备溶液，配置镀液及相应的镀前活化液，并将纯水、活化液、镀液分别装入不同镀槽中，并将镀液加热至设定温度。

(2)制定实验参数，根据管件尺寸计算其内表面积，确定电镀时所需电流，根据所需镀层厚度确定所需电镀时间和镀液流速，以及水洗和活化的时间、溶液流速。

(3)设定实验程序，根据制定的实验参数在显示控制器中按照水洗-活化-水洗-电镀-水洗的工艺流程设定实验程序，每道工序包含机械臂移动位置、阀门开关、溶液流速、工作电流、工作时间等参数。

(3)管件前处理，将管件进行除油、酸洗等前处理流程去除管件上的油脂和氧化膜。并将其装夹于挂具上。

(4)启动程序，在显示控制器中启动所设定程序，此时实验按照既定工艺流程分步进行。进一步地，步骤(4)所述启动程序中的工艺流程具体执行步骤如下：

Step1.水洗，机械臂运行至纯水槽上方，纯水槽阀门打开，纯水按设定流速进入管件清洗，无工作电流，设定时间到达后，纯水槽阀门关闭。

Step2.活化，机械臂运行至活化上方，活化槽阀门打开，活化液按设定流速进入管件对其活化，无工作电流，设定时间到达后，活化槽阀门关闭。

Step3.水洗，机械臂运行至纯水槽上方，纯水槽阀门打开，纯水按设定流速进入管件清洗残留活化液，无工作电流，设定时间到达后，纯水槽阀门关闭。

Step4.电镀，机械臂运行至电镀槽上方，镀液槽阀门打开，镀液按设定流速进入管件中，整流器通电并稳定至设定电流，设定时间到达后，整流器断电，纯水槽阀门关闭。

Step5.水洗，机械臂运行至纯水槽上方，纯水槽阀门打开，纯水按设定流速进入管件清洗残留镀液，无工作电流，设定时间到达后，纯水槽阀门关闭。

(5)如需在管件内电镀多层涂层，则继续重复以上步骤。

(6)所有设定工序完成后，取下管件，关闭设备，实验结束。

所述方法不限于单一镀种，可根据需求增加其他镀种镀槽，实现管件内壁无间断流动电沉积多层镀层体系的自动化生产，获得复合镀层体系，且可以防止不同镀种之间的镀液污染。

本发明技术方案特点：首先该装置可实现自动化连续流镀，装置各部分均与显示控制器连接，可在显示控制器中设定工艺执行程序及执行参数。实现镀槽的实时温控、镀液循环及搅拌；多路镀液流量控制器控制各镀槽阀门开关及镀液流速调节；机械臂的移动位置调节；整流器电源的通断及电流大小的实时调节；并控制各部分之间的协同运行。电沉积时无需将管件的入液口与出液口反复换向，本发明通过程序控制溶液或阳极与管件内壁的相对运动的调节实现单次连续电沉积获得尺寸合格且均匀的镀层。

本发明的上述技术方案的有益效果是：首先通过该装置实现了多镀种间的自动化连续流镀工艺，解决了多镀种流镀工序间的配合问题，以及各工序间镀液互相污染问题。其次流镀工艺区别于传统挂镀工艺，管件与挂具处于镀液槽之外，可以达到屏蔽大长径比管件外表面的效果及防止金属杂质进入镀液。最后采用程序控制管内溶液或阳极与管件内壁的相对运动的方式可以无需管件反复换向，无需外加震动等干扰的情况下得到均匀的镀层，实现一次性获得尺寸合格且没有锥度差的镀层。

附图说明

图1为本发明的管件内壁自动化连续流镀装置平面布置图；

图2为本发明的管件内壁自动化连续流镀装置结构示意图。

1——镀液槽； 2——加热装置；

3——空气搅拌装置； 4——循环过滤装置；

5——多路镀液流量控制器； 6——可伸缩软管；

7——挂具； 8——进液夹具；

9——大长径比管件； 10——出液夹具；

11——丝状阳极； 12——阳极锁；

13——机械臂； 14——整流器；

15——显示控制器；

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明进一步描述，但本发明的保护范围不限于下述实施例。即以本发明公开的内容所作的简单的等效变化与修饰，均应属发明专利保护的范围之内。

【实施例1】

采用本发明在长径比约为78的管件中流镀制备六价铬镀层，如图1所示，镀液槽1应包含纯水槽①、活化槽②、镀铬槽③等三个镀槽。具体实施过程如下：

(1)制定实验参数，实验所用大长径比管件内表面积约1dm²，六价铬镀铬电流密度为25A/dm²，对应电流分别为25A，电镀时间为120min；水洗时间2min、活化时间1min，溶液流速5L/min。

(2)通过显示控制器打开镀铬槽的加热器2、空气搅拌器3和过滤器4，使镀液达到50℃并保持。同时管件进行除油、酸洗等前处理流程除去大长径比管件内壁上的油脂和氧化膜。

(3)根据制定的实验参数在显示控制器15中按照工艺流程设定实验程序，本次实施例如表1所示设定参数，每道工序包含工作时间、溶液流速、工作电流等参数，且每道工序之间都必须进行严格水洗。

表1实施例1程序参数

(4)将前处理后的管件9装夹于挂具7上，并在显示控制器15中启动程序。

(6)所有设定工序完成后，取下管件，关闭设备，实验结束。

所获镀层均匀有光泽，显微硬度计测其表面硬度为820HV，镀铬层厚度为30μm，镀层一次成型，管件两端镀层厚度差小于5μm，结合力优良，故利用本发明方法，能够在大长径比管件内制备结合力可靠，表面硬度高且厚度均匀无锥度差的镀层。

【实施例2】

采用本发明在长径比约为78的管件中流镀镍+三价铬的多层镀层体系，如图1所示，镀液槽1应包含纯水槽①、镀镍活化槽②、镀镍槽③、镀铬活化槽④和镀铬槽⑤等五个镀槽。具体实施过程如下：

(1)制定实验参数，实验所用大长径比管件内表面积约1dm²，镀镍和镀铬电镀的电流密度分别为2A/dm²、25A/dm²，对应电流分别为2A、25A，电镀时间分别为20min、60min；水洗时间2min、活化时间1min，溶液流速5L/min。

(2)通过显示控制器15打开镀镍槽和镀铬槽的加热器2、空气搅拌器3和过滤器4，使镀液达到50℃并保持。同时管件进行除油、酸洗等前处理流程除去大长径比管件内壁上的油脂和氧化膜。

(3)根据制定的实验参数在显示控制器15中按照工艺流程设定实验程序，本次实施例如表1所示设定参数，每道工序包含工作时间、溶液流速、工作电流等参数。

表2实施例2程序参数

(4)将前处理后的管件9装夹于挂具7上，并在显示控制器15中启动程序。

(6)所有设定工序完成后，取下管件，关闭设备，实验结束。

所获镀层均匀有光泽，其硬度为655HV，镀镍层厚度为10μm、镀铬层厚度为20μm，400℃下热震15次镀层不掉无剥落，管件两端镀层厚度差小于5μm，而未采用本方法时管件两端的镀层厚度差高达60μm。故利用本发明方法，能够在大长径比管件内制备结合力可靠，表面硬度高，内部具有硬度梯度，且厚度均匀的镀层。

Claims (9)

1.一种管件内壁自动化连续流动电镀装置，其特征在于：所述装置包括镀槽(1)，镀槽中设有加热装置(2)、空气搅拌装置(3)、循环过滤泵(4)；镀槽通过导管与多路镀液流量控制器(5)相连，再通过可伸缩导管(6)与挂具(7)上的进液夹具(8)相连；管件(9)夹持固定于进液夹具与出液夹具(10)之间；丝状阳极(11)从进液夹具(8)穿入经过大长径比管件后从出液夹具(10)穿出，并通过阳极锁(12)将丝状阳极固定并拉紧；机械臂(13)可使管件在各镀槽之间空间移动；整流器(14)为电沉积提供电源；显示控制器(15)控制装置各部分按工艺流程协调运行及工作参数的调节。

2.根据权利要求1所述的一种管件内壁自动化连续流动电镀装置，其特征在于：所述镀槽(1)包含纯水槽、镀液槽、活化液槽若干分镀槽，可根据实际需求确定所需数量。

3.根据权利要求1所述的一种管件内壁自动化连续流动电镀装置，其特征在于：所述多路镀液流量控制器(5)由多路自动通断阀门及流镀泵组成，可控制各路镀液的流速及通断，通道数量由镀槽数量确定。

4.根据权利要求1所述的一种管件内壁自动化连续流动电镀装置，其特征在于：所述机械臂(13)可以带动管件在镀槽上方移动，方便水洗、活化和电镀时溶液的回流。

5.根据权利要求1所述的一种管件内壁自动化连续流动电镀装置，其特征在于：所述电镀挂具具备自动装夹管件以及阳极功能，挂具上设有机械导轨，进液夹具(8)固定于导轨一端，出液夹具(10)置于导轨上使其可在显示控制器的控制下沿导轨移动，故可通过控制出液夹具(10)的移动方向达到装卸管件目的，据此也可满足不同长度管件的装夹；此外电镀挂具上端设有阳极锁，当丝状阳极穿过时可自动将阳极拉紧并固定。

6.根据权利要求1所述的一种管件内壁自动化连续流动电镀装置，其特征在于：所述显示控制器可实时输入工艺参数，协同控制多路自动通断阀门的开关时间及流镀泵镀液流速、整流器通断时间与电流大小、机械臂所处位置。

7.一种基于如权利要求1～6所述装置的管件内壁自动化连续流动电镀的方法，其特征在于，首先管状工件经除油、酸洗前处理过程后装夹在自动化连续流镀装置的挂具上；镀槽中分别装有若干纯水、活化液、电镀液；通过设定显示控制器程序按照水洗、活化、电镀、水洗工艺流程，控制机械臂、多路镀液流量控制器与电镀电源的协同运行，可根据需求增加上述流程实现连续多层复合电镀；具体步骤如下：

(1)准备溶液，配置镀液及相应的镀前活化液，并将纯水、活化液、镀液分别装入不同镀槽中，并将镀液加热至设定温度；

(2)制定实验参数，根据管件尺寸计算其内表面积，确定电镀时所需电流，根据所需镀层厚度确定所需电镀时间和镀液流速，以及水洗和活化的时间、溶液流速；

(3)设定实验程序，根据制定的实验参数在显示控制器中按照水洗-活化-水洗-电镀-水洗的工艺流程设定实验程序，每道工序包含机械臂移动位置、阀门开关、溶液流速、工作电流、工作时间参数；

(3)管件前处理，将管件进行除油、酸洗前处理流程去除管件上的油脂和氧化膜。并将其装夹于挂具上；

(4)启动程序，在显示控制器中启动所设定程序，此时实验按照既定工艺流程分步进行。

8.根据权利要求7所述的一种管件内壁自动化连续流动电镀方法，其特征在于：步骤(4)所述启动程序中的工艺流程具体执行步骤如下：

Step1.水洗，机械臂运行至纯水槽上方，纯水槽阀门打开，纯水按设定流速进入管件清洗，无工作电流，设定时间到达后，纯水槽阀门关闭；

Step2.活化，机械臂运行至活化上方，活化槽阀门打开，活化液按设定流速进入管件对其活化，无工作电流，设定时间到达后，活化槽阀门关闭；

Step3.水洗，机械臂运行至纯水槽上方，纯水槽阀门打开，纯水按设定流速进入管件清洗残留活化液，无工作电流，设定时间到达后，纯水槽阀门关闭；

Step4.电镀，机械臂运行至电镀槽上方，镀液槽阀门打开，镀液按设定流速进入管件中，整流器通电并稳定至设定电流，设定时间到达后，整流器断电，纯水槽阀门关闭；

Step5.水洗，机械臂运行至纯水槽上方，纯水槽阀门打开，纯水按设定流速进入管件清洗残留镀液，无工作电流，设定时间到达后，纯水槽阀门关闭；

(5)如需在管件内电镀多层涂层，则继续重复以上步骤；

(6)所有设定工序完成后，取下管件，关闭设备，实验结束。

9.根据权利要求7所述的一种管件内壁自动化连续流动电镀方法，其特征在于：所述方法不限于单一镀种，可根据需求增加其他镀种镀槽，实现管件内壁连续流动电沉积多层镀层体系的自动化生产，获得复合镀层体系，且可以防止不同镀种之间的镀液污染。

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