CN209816303U

CN209816303U - 一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置

Info

Publication number: CN209816303U
Application number: CN201920589804.8U
Authority: CN
Inventors: 赵小康; 明平美; 闫亮; 张新民; 王日鑫; 郑兴帅; 秦歌; 王伟; 李欣潮
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2019-12-20
Anticipated expiration: 2029-04-28

Abstract

本实用新型公开了一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，包括阳极、圆棒状阴极、驱动源、主槽、调节槽、含有柔性纤毛和夹板的柔性刷条、挂具；还包括含有保持架上板、支撑杆和保持架下板的保持架；所述的柔性刷条安设于保持架上板和保持架下板分别设有的方槽I和方槽II上；所述的柔性纤毛压贴在圆棒状阴极的表面上；所述的圆棒状阴极通过挂具与驱动源联接。此装置通过将柔性纤毛压贴在圆棒状阴极面上，在圆棒状阴极旋转和上下往复运动时，柔性纤毛将对圆棒状阴极面产生摩擦和刮擦作用，这不仅使阴极面扩散层变薄，沉积速度加快，为薄壁无缝圆管的电沉积过程提供了流场与电场分布均匀的电沉积环境，还能实现圆棒状阴极的自动定心，结构简单，易实现。

Description

一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置

技术领域

本实用新型涉及一种电化学沉积装置，具体为一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置。

背景技术

电沉积金属层/件厚度分布的均匀性是电沉积业界主要关注的指标之一。研究表明，沉积金属层/件厚度分布特性主要取决于阴极表面的电场分布和流场分布状况。为此，业界常采取措施协同地改善阴极表面电场-流场的分布均匀性。专利号为201420591581.6的专利提出了一种用于电沉积的阴极移动装置，该专利通过驱使工件（阴极）作轨迹为圆的平面运动，以使工件表面上各处获得分布均一性好的相对液流速度和电流密度，进而达到改善平面电沉积层厚度分布的目的。然而，这种装置不适用于曲面工件的电沉积。又如，专利号为201610173061.7的专利提出了一种复杂轮廓薄壁回转体零件的电铸方法。该专利通过在绕中心轴线转动的阴极周围设计一组绕阴极轴向等间距布置的象形阳极来改善阴极表面的电场和流场分布。虽然该方法适合于曲面工件的电沉积并在一定程度上使阴极面的电场和流场分布更均匀，但是由于象形阳极与阴极不接触，使得阴极面电解液层的扰动主要靠阴极与电解液间的剪切力驱动，搅拌强度较低，传质效果不佳，沉积速度较慢，且象形阳极极难与复杂形状旋转体（阴极）表面保持均匀一致的间隙。为此，亟待开发一种用于能高速电沉积出厚度分布均匀性好且适用于薄壁无缝圆管的电沉积装置。

发明内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种电解液流动状态稳定，能高速电沉积出厚度分布均匀性好且适用于薄壁无缝圆管的电沉积装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，包括阳极、圆棒状阴极、驱动源、主槽、调节槽、含有柔性纤毛和夹板的柔性刷条、挂具，它还包括含有保持架上板、支撑杆和保持架下板的保持架；所述的支撑杆的上端与下端分别与保持架上板、保持架下板固定联接；所述的保持架上板位于保持架下板的上方，且两者平行正对；所述的保持架上板和保持架下板的中心处分别设有圆形通孔I和圆形通孔II，且圆形通孔I和圆形通孔II的中心轴线共线；所述的保持架上板和保持架下板分别设有方槽I和方槽II；所述的柔性刷条竖直地安设于方槽I和方槽II上，且可沿圆形通孔I和圆形通孔II的径向方向滑动；所述的保持架可拆卸地固定于主槽的中心处；所述的圆棒状阴极竖直地置于圆形通孔I和圆形通孔II中，三者的中心轴线重合；所述的阳极固定于保持架上；所述的保持架下板的外缘区域规则地布排有微小通孔；所述的柔性纤毛压贴在圆棒状阴极的表面上；所述的挂具为电绝缘柔性线；所述的圆棒状阴极通过挂具与驱动源联接。

所述的方槽I和方槽II分别沿圆形通孔I和圆形通孔II的圆周方向等间隔布置。

所述的柔性纤毛的材质为耐酸碱腐的高分子材料。

所述的挂具与所述的圆棒状阴极的端面圆心处连接。

所述的圆棒状阴极可同时做转动和上下往复移动的复合运动。

所述的阳极和圆棒状阴极分别与所述的电铸电源的正极与负极连接。

所述的圆棒状阴极完全浸没于电解液中。

所述的主槽、调节槽、保持架和夹板的材质均为耐酸碱腐蚀的电绝缘非金属材料。

本实用新型所涉及的装置的工作原理如下。

在薄壁无缝圆管电沉积过程中，电解液通过主槽上设有的进液孔流入保持架下板和主槽形成的空间内，再经保持架下板上的微小通孔进入电沉积加工区；进入电沉积加工区的液流因受众多微小通孔的阻尼减速作用，变成流速低、流动状态稳定的液流，进而基本消除了进液活动对电沉积过程的影响。

与此同时，竖直地（因圆棒状阴极通过柔性挂具悬挂于驱动源上，圆棒状阴极在自身重力的作用下自动竖直向下）置于主槽中心处的圆棒状阴极可同时做旋转运动和上下往复移动的复合运动。这样，一方面，圆棒状阴极的旋转运动使得其与压贴在圆棒状阴极面上的柔性纤毛形成相对运动，进而通过柔性纤毛的摩擦作用对阴极面液层形成强烈的搅拌作用，扩散层厚度将大幅度减薄，同时还能对阴极面上可能产生的气泡能形成很好的驱离与去除作用；另一方面，圆棒状阴极的上下往复运动既可使圆棒状阴极表面与压贴在其上的柔性纤毛间形成刮擦作用，以有利于阴极面液层的搅拌作用的强化与均匀化，也可以进一步均匀化阴极面的电场分布。两种作用的协同，可在阴极面形成均匀分布的流场和电场，且阴极面液层对流运动剧烈，这样，为薄壁无缝圆管的高速均匀性电沉积创造了利好条件。

自进液孔缓慢流入的电解液经过电沉积区后，从主槽侧壁上设有的溢流孔流进调节槽内，通过调节槽上设有的出液孔流出并流经外置循环设备（图中未画出）后，通过进液孔再次汇入保持架下板和主槽形成的的空间内，完成槽体内电解液的循环更新。

与现有技术相比，本实用新型的突出优点是：

1、能高速电沉积出厚度分布均匀性好的薄壁无缝圆管。一方面，该装置通过将柔性纤毛压贴在圆棒状阴极面上，在圆棒状阴极做旋转和上下往复运动的过程中，柔性纤毛会对阴极面产生摩擦及其刮擦作用，这不仅使得阴极面扩散层变薄，沉积速度加快，还能使得阴极面的流场与电场分布均匀；另一方面，该装置还通过在保持架下板的外缘区域布排微小通孔，使得流经微小通孔而进入电沉积加工区得电解液，因受众多微小通孔的阻尼减速作用，变成流速低，流动状态稳定的液流，进而基本消除了进液活动对电沉积过程的影响。如此，该装置为高速电沉积出厚度分布均匀性好的薄壁无缝圆管提供了良好的沉积环境。

2、结构简单、易实现，实用性强。该装置通过将柔性挂具连接于圆棒状阴极的端面圆心处，圆棒状阴极在自身重力的作用下自动垂直向下，与此同时，压贴在圆棒状阴极面上的柔性纤毛会对圆棒状阴极产生一定的压贴力，圆棒状阴极在压贴力的相互制衡下，将自动定心于圆形通孔的中心轴线上，而无需设置专有的定心机构，结构简单、易于实现。此外，通过滑动调节刷条在方槽上的位置和改变圆棒状阴极上下往复移动的行程，可满足不同直径、不同长度的圆棒状阴极的电沉积加工。

附图说明

图1是本实用新型一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置的阶梯剖面图。

图中标号及名称：1、主槽；1-1、底座；1-2、进液孔；1-3、溢流孔；2、调节槽；2-1、出液孔；3、保持架；3-1、保持架上板；3-1-1、方槽I；3-1-2、圆形通孔I；3-1-3、上板阳极孔；3-2、支撑杆；3-3、保持架下板；3-3-1、圆形通孔II；3-3-2、方槽II；3-3-3、微小通孔；3-3-4、下板阳极孔；4、柔性刷条；4-1、柔性纤毛；4-2、夹板； 5、固定板；6、驱动源；7、挂具；8、阳极；9、圆棒状阴极；10、电铸电源；11、电解液。

具体实施方式

下面结合图1对本实用新型的实施做进一步的详细说明。

一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，包括阳极8、圆棒状阴极9、驱动源6、主槽1、调节槽2、含有柔性纤毛4-1和夹板4-2的柔性刷条4、挂具7，它还包括含有保持架上板3-1、支撑杆3-2和保持架下板3-3的保持架3；所述的支撑杆3-2的上端与下端分别与保持架上板3-1、保持架下板3-3固定联接；所述的保持架上板3-1位于保持架下板3-3的上方，且两者平行正对；所述的保持架上板3-1和保持架下板3-3的中心处分别设有圆形通孔I3-1-2和圆形通孔II3-3-1，且圆形通孔I3-1-2和圆形通孔II3-3-1的中心轴线共线；所述的保持架上板3-1和保持架下板3-3分别设有方槽I3-1-1和方槽II3-3-2；所述的柔性刷条4竖直地安设于方槽I3-1-1和方槽II3-3-2上，且可沿圆形通孔I3-1-2和圆形通孔II3-3-1的径向方向滑动；所述的保持架3可拆卸地固定于主槽1的中心处；所述的圆棒状阴极9竖直地置于圆形通孔I3-1-2和圆形通孔II3-3-1中，三者的中心轴线重合；所述的阳极8固定于保持架3上；所述的保持架下板3-3的外缘区域规则地布排有微小通孔3-3-3；所述的柔性纤毛4-1压贴在圆棒状阴极9的表面上；所述的挂具7为电绝缘柔性线；所述的圆棒状阴极9通过挂具7与驱动源6联接。

所述的方槽I和方槽II均设置四个，分别沿圆形通孔I和圆形通孔II的圆周方向等间隔布置。

所述的柔性纤毛的材质为耐酸碱腐的聚丙烯材料。

所述的挂具与所述的圆棒状阴极的端面圆心处连接。

所述的圆棒状阴极可同时做转动和上下往复移动的复合运动,圆棒状阴极的转速为30r/min，上下往复移动的行程为100mm。

所述的圆棒状阴极完全浸没于电解液中。

所述的主槽、调节槽、保持架和夹板的材质均为耐酸碱腐蚀的电绝缘非金属聚丙烯材料。

Claims

1.一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，包括阳极（8）、圆棒状阴极（9）、驱动源（6）、主槽（1）、调节槽（2）、含有柔性纤毛（4-1）和夹板（4-2）的柔性刷条（4）、挂具（7），其特征在于：它还包括含有保持架上板（3-1）、支撑杆（3-2）和保持架下板（3-3）的保持架（3）；所述的支撑杆（3-2）的上端与下端分别与保持架上板（3-1）、保持架下板（3-3）固定联接；所述的保持架上板（3-1）位于保持架下板（3-3）的上方，且两者平行正对；所述的保持架上板（3-1）和保持架下板（3-3）的中心处分别设有圆形通孔I（3-1-2）和圆形通孔II（3-3-1），且圆形通孔I（3-1-2）和圆形通孔II(3-3-1）的中心轴线共线；所述的保持架上板（3-1）和保持架下板（3-3）分别设有方槽I（3-1-1）和方槽II（3-3-2）；所述的柔性刷条（4）竖直地安设于方槽I（3-1-1）和方槽II（3-3-2）上，且可沿圆形通孔I（3-1-2）和圆形通孔II（3-3-1）的径向方向滑动；所述的保持架（3）可拆卸地固定于主槽（1）的中心处；所述的圆棒状阴极（9）竖直地置于圆形通孔I（3-1-2）和圆形通孔II（3-3-1）中，三者的中心轴线重合；所述的阳极（8）固定于保持架（3）上；所述的保持架下板（3-3）的外缘区域规则地布排有微小通孔（3-3-3）；所述的柔性纤毛（4-1）压贴在圆棒状阴极（9）的表面上；所述的挂具（7）为电绝缘柔性线；所述的圆棒状阴极（9）通过挂具（7）与驱动源（6）联接。

2.根据权利要求1所述的一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，其特征在于：所述的方槽I（3-1-1）和方槽II（3-3-2）分别沿圆形通孔I（3-1-2）和圆形通孔II（3-3-1）的圆周方向等间隔布置。

3.根据权利要求1所述的一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，其特征在于：所述的柔性纤毛（4-1)的材质为耐酸碱腐的高分子材料。

4.根据权利要求1所述的一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，其特征在于：所述的挂具（7）与所述的圆棒状阴极（9）的端面圆心处连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，其特征在于：所述的圆棒状阴极（9）可同时做转动和上下往复移动的复合运动。

6.根据权利要求1所述的一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，其特征在于：所述的阳极（8）和圆棒状阴极（9）分别与电铸电源（10）的正极与负极连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，其特征在于：所述的圆棒状阴极（9）完全浸没于电解液（11）中。

8.根据权利要求1所述的一种用于电沉积薄壁无缝圆管的装置，其特征在于：所述的主槽（1）、调节槽（2）、保持架（3）和夹板（4-2）的材质均为耐酸碱腐蚀的电绝缘非金属材料。