EA013883B1

EA013883B1 - Портативное устройство для золочения изделий электронатиранием и способ его использования

Info

Publication number: EA013883B1
Application number: EA200901316A
Authority: EA
Inventors: Виктор Николаевич Бесфамильный; Сергей Петрович Ракшун
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Производственно-Торговая Фирма "Рик"
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2010-08-30
Also published as: EA200901316A1

Abstract

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов, в частности к конструкции портативного устройства, применяемого при золочении электронатиранием металлических изделий, например, из нержавеющей стали. Предложенное устройство содержит корпус, анод с токоподводом и тампоном, пропитываемым электролитом, и характеризуется тем, что анод содержит множество контактирующих с токоподводом слоев из электропроводного материала с развитой поверхностью, при этом тампон выполнен многослойным и слои тампона чередуются со слоями анода. Предложенный способ характеризуется тем, что его осуществляют с использованием устройства по изобретению.

Description

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов, в частности к конструкции портативного устройства, применяемого при золочении электронатиранием металлических изделий, например из нержавеющей стали.

Предшествующий уровень техники

Известен электрод для электронатирания, который может быть использован для электролитического наращивания и съема металла, содержащий электропроводный корпус, тампон, выполненный в виде непрерывной упругой пневмокамеры, и средства для крепления тампона (см. патент РФ № КИ 2234561 С1, опубликованный 20.08.2004 г.).

Известен также комплект портативного оборудования для нанесения гальванических покрытий золотом, включающий в себя аноды для локального золочения натиранием, содержащие токоподвод в виде стальных пластин или стержней с тампоном из чистой хлопковой ваты или с оберткой из полипропиленового рукавного материала (см. Руководство по работе с системой нанесения гальванических металлопокрытий фирмы ООЬИ СОА8Т ΡΕΑΤΙΝΟ, ΙΝΟ., Мобегп Тес11по1още5 1п1егпа1юпа1, 8ап Егапс18со, СА, И8А, 1997).

Недостатками этих известных анодов являются ограничение токового режима из-за высокого удельного электросопротивления материала токоподвода, требующего повышения напряжения для электроосаждения покрытия, например, на нержавеющую сталь, а также необходимость периодического смачивания тампона или обертки свежей порцией электролита.

Известно также устройство для электролитической обработки поверхности металлического материала на рабочем месте, содержащее электрод в форме блока, электрод из металлической ваты и подушку и являющееся ближайшим аналогом заявленного устройства (см. 1Ρ 04-157197 А от 29.05.1992 г.).

Сущность изобретения

Техническими задачами изобретения являются создание портативного устройства для золочения электронатиранием металлических изделий и способа золочения с использованием такого устройства.

Устройство и способ по изобретению обеспечивают увеличение скорости золочения и снижение потерь золотосодержащих компонентов электролита по сравнению с имеющимися аналогами. Устройство и способ по изобретению также позволяют увеличить скорость золочения при сохранении требуемой плотности тока и, таким образом, повысить производительность золочения, необходимую при покрытии крупногабаритных металлических изделий. Кроме того, в случае металлических изделий из нержавеющей стали устройство и способ по изобретению также не требуют дополнительных специальных методов предварительной подготовки поверхности покрываемых изделий.

Эти положительные технические результаты достигаются в устройстве и способе по изобретению за счет увеличения площади поверхности анода и улучшения его емкостной характеристики, обеспечиваемых комбинированным анодом, состоящим из токоподвода, контактирующего с электропроводным наполнителем с развитой поверхностью. Это позволяет увеличить токовый режим процесса золочения, сохраняя допустимые плотности тока.

Таким образом, согласно изобретению предложено портативное устройство для золочения электронатиранием металлических изделий, содержащее корпус, анод с токоподводом и тампоном, пропитываемым электролитом, отличающееся тем, что анод содержит множество контактирующих с токоподводом слоев из электропроводного материала (наполнителя) с развитой поверхностью, при этом тампон выполнен многослойным, и слои тампона чередуются со слоями анода.

Предпочтительно, чтобы электропроводный наполнитель был выполнен из углеродного материала. Устройство преимущественно предназначено для золочения металлических изделий из нержавеющей стали.

Согласно изобретению также предложен способ золочения электронатиранием металлических изделий, отличающийся тем, что его осуществляют с использованием устройства по изобретению.

Краткое описание чертежа

На фигуре показан схематичный вид в разрезе портативного устройства для золочения электронатиранием по изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Портативное устройство по изобретению, показанное на фигуре, предназначено для скоростного золочения электронатиранием металлических изделий и включает в себя комбинированный анод, состоящий из токоподвода (1) и электропроводного наполнителя (2) с развитой поверхностью; тампон (3), в рабочем состоянии пропитанный раствором электролита (4); и корпус (5). При этом один конец токоподвода (1), электропроводный наполнитель (2), тампон (3) и электролит (4) находятся во внутреннем пространстве (6) корпуса (5), а другой конец токоподвода (1) выступает из корпуса (5) и в рабочем состоянии соединен с источником питания (не показан), обеспечивающим подачу тока электролиза. Заливной штуцер (7) в верхней части корпуса (5), противоположной его донной части, позволяет подавать электролит (4) во внутреннее пространство корпуса (5). При этом в рабочем состоянии электролит (4) заполняет по меньшей мере часть внутреннего пространства (6) корпуса (5), предпочтительно практически весь внутренний объем тампона (3) с наполнителем (2), а более предпочтительно практически все

- 1 013883 внутреннее пространство (6) корпуса (5). Донная часть корпуса (5), предпочтительно закрытая специальной тампонной подкладкой (3'), является рабочей поверхностью 8 устройства, через которую осуществляется контакт электролизной ячейки, образованной таким образом внутри корпуса (5), с поверхностью покрываемого металлического изделия (8), также подсоединенного к источнику питания и служащего катодом.

В предпочтительном варианте конструктивной реализации устройство содержит наборную кассету, включающую в себя комбинированный анод из токоподвода (1) и по меньшей мере двух слоев электропроводного наполнителя (2) по меньшей мере с двумя тампонными прослойками (3), выполняющими функцию фитиля для подвода раствора электролита (4) к рабочей поверхности 8 либо самотеком за счет силы тяжести, либо принудительно за счет создания в подаваемом электролите небольшого избыточного давления. Число слоев электропроводного наполнителя (2) и тампонных прослоек (3) предпочтительно составляет от 2 до 10, причем число прослоек обычно на одну больше, чем число слоев наполнителя. Иными словами, наборная кассета предпочтительно образована несколькими чередующимися слоями наполнителя (2) и тампона (3) с расположенными по центру прорезями под токоподвод (1). При изготовлении устройства такая наборная кассета обычно помещается в корпус (5) уже в собранном состоянии, а затем заливается электролитом, например, перед началом и во время эксплуатации устройства.

Токоподвод (1) должен обладать хорошей электропроводностью и химической стойкостью к воздействию электролита и может быть выполнен из любого подходящего для этой цели материала, например, металла, такого как нержавеющая сталь и никель или никелевый сплав. Токоподвод может быть выполнен в любом подходящем виде, например в виде металлических стержня или пластины, и может иметь любую подходящую форму, например форму прутка с круглым, квадратным или другим сечением. Токоподвод также может быть полым для уменьшения массы анода, а также может быть снабжен выступами, шероховатостью поверхности или иными средствами увеличения площади соприкосновения с электропроводным наполнителем (не показаны) для улучшения их взаимного электрического контакта.

Электропроводный наполнитель (2) должен обладать развитой поверхностью, химической стойкостью к воздействию электролита и высокой электропроводностью для того, чтобы распределять электрический ток по как можно большей части электролита при малом сопротивлении протеканию тока электролиза. При этом термин развитая поверхность в данном изобретении означает, что суммарная площадь поверхности электропроводного наполнителя по меньшей мере в 20 раз больше, чем площадь рабочей поверхности 8 устройства, а предпочтительно по меньшей мере в 100, 1000 или даже 10000 раз больше. Таким образом, например, если площадь рабочей поверхности 8 портативного устройства составляет 1 дм² (к примеру, квадрат 1x1 дм), то суммарная площадь поверхности электропроводного наполнителя (2) в таком устройстве составляет по меньшей мере 20 дм², а может составлять и 100, 1000 или даже 10000 дм² (т.е. соответственно 1, 10 или 100 м²). При этом верхний предел суммарной площади поверхности наполнителя, по существу, не ограничен и на практике определяется лишь соображениями доступности, стоимости, удобства в обращении и т.п. материала наполнителя. Наполнитель может быть выполнен по меньшей мере из одного материала с развитой поверхностью и высокой электропроводностью и менее проводящего связующего. Материалом наполнителя может быть углеродный материал, такой как активированный уголь, графитовая пудра, углеродная сажа и т. п. Наполнитель может быть непористым, частично пористым или полностью пористым. Если наполнитель является непористым, то в своей наружной части он будет обладать развитой поверхностью для увеличения общей площади поверхности контакта анода с электролитом. Если наполнитель является частично пористым, то для увеличения общей площади поверхности анода пористостью предпочтительно обладает его наружная поверхностная часть, находящаяся в контакте с электролитом. Если же наполнитель является полностью пористым (что более предпочтительно), то преимущественно он обладает пористостью, достаточной для того, чтобы в рабочем состоянии легко и полностью пропитываться электролитом, что еще больше увеличивает площадь поверхности контакта анода с электролитом. Пористость наполнителя может также варьироваться в его поперечном (т.е. сверху вниз на фигуре) и/или продольном направлении (т.е. горизонтально на фигуре). Например, наполнитель может быть более плотным (менее пористым) в центре для улучшения контакта с токоподводом и быть менее плотным (более пористым) на периферии у стенок корпуса. Наполнитель может находиться в насыпном (порошковом), спрессованном или спеченном состоянии или в любом их сочетании. Например, каждый или отдельный слой наполнителя может состоять из относительно более плотной внешней части из спрессованного или спеченного материала, окружающей относительно менее плотную внутреннюю часть из насыпного материала (к примеру, со средним размером от 1 мм до 0,1 мкм), или наоборот, причем в первом случае дополнительно обеспечивается предотвращение уноса частиц насыпного материала наполнителя вместе с электролитом через тампонную подкладку в процессе золочения. В качестве другого примера насыпной материал наполнителя может иметь размер частиц, превышающий размер ячеек в тампонной подкладке, что также обеспечивает предотвращение уноса насыпного материала наполнителя вместе с электролитом в процессе золочения.

- 2 013883

Тампон (3) предназначен для пропитывания электролитом и состоит из любого подходящего материала, химически стойкого к воздействию электролита и смачиваемого электролитом, т.е. гидрофильного в случае водного электролита. Например, тампон состоит из полимерного материала, такого как полимерная пена, тканый или нетканый полимерный материал и т.п. Предпочтительно тампон выполнен таким образом, что он удерживает пропитавшийся электролит внутри себя, при этом обеспечивая смачивание электролитом во время золочения рабочей поверхности 8, но практически без свободного вытекания электролита, находящегося внутри тампона и/или внутри корпуса. Тампон может состоять из одной или более деталей. Например, как указывалось выше, тампон может содержать тампонные прослойки, расположенные между слоями наполнителя, и тампонную подкладку (3'), образующую рабочую поверхность 8 и предпочтительно обладающую повышенной стойкостью к истиранию о покрываемое изделие. Кроме того, тампон может также содержать периферийную тампонную деталь (3''), расположенную между корпусом и наборной кассетой, состоящей из слоев наполнителя и тампонных прослоек. Такая периферийная тампонная деталь может служить для облегчения или, наоборот, затруднения просачивания электролита между стенкой корпуса и наборной кассетой. Вместе с тем тампон может состоять и из одной единственной детали с модифицированными требуемым образом свойствами в различных зонах такой детали (например, свойствами смачиваемости, просачиваемости, пористости, плотности, истираемости и т.п.). В качестве конкретного примера тампон может быть полностью выполнен из полипропиленовой ткани или же полипропиленовой тканью может быть образована только тампонная подкладка (3'). Тампон или отдельные его детали также могут быть выполнены из любых других подходящих для этой цели материалов, например неполимерных.

Узел, состоящий из анода (1, 2) и тампона (3), может быть выполнен с возможностью вращения внутри корпуса (5) или вместе с ним, вручную или с помощью привода (например, электрического привода), с целью улучшения равномерности наносимого покрытия.

Электролит (4) может быть любым известным в уровне техники электролитом для золочения, например комплексным цитратным электролитом, с любой подходящей концентрацией компонентов, причем параметры электролита могут варьироваться в зависимости от окружающих условий и покрываемого изделия.

Корпус (5) выполнен из неэлектропроводного материала, химически стойкого к воздействию электролита, например из пластика, и может иметь любую подходящую геометрическую форму, обычно квадратную, прямоугольную или цилиндрическую.

Внутреннее пространство (6) корпуса (5) может быть полностью или частично заполнено анодом (1, 2) и тампоном (3) и иметь общий объем, например, от 0,01 до 10 дм³ (т.е. литров) в наиболее предпочтительном ручном варианте исполнения устройства.

Заливной штуцер (7) может иметь любую подходящую конструкцию и может быть снабжен воронкой для облегчения ручной доливки электролита в процессе золочения. Однако предпочтительнее, чтобы устройство было снабжено полуавтоматическим или полностью автоматическим средством подачи дополнительного электролита для компенсации электролита, израсходованного в процессе золочения.

Покрываемое металлическое изделие (8) может быть любым пригодным для золочения изделием из любого подходящего для этой цели металла, такого как, например, нержавеющая сталь. К примеру, покрываемое изделие может представлять собой крупногабаритное изделие сложной формы, такое как купол церкви и т. п., золочение которого погружением в электролитическую ванну невозможно или затруднительно.

Пример.

Предлагаемое устройство вышеописанной конструкции было реализовано и опробовано для золочения электролитическим натиранием нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т в диапазоне силы тока 1,5-7,0 А.

Рабочая температура электролита составляла от комнатной (температуры окружающей среды) до менее чем 100°С, предпочтительно от 30 до 60°С. Анодная плотность тока в расчете на площадь рабочей поверхности 8 составляла от 0,1 до 1 А/дм², предпочтительно от 0,2 до 0,5 А/дм².

Способ золочения осуществляли вручную, перемещая устройство по изобретению подходящим образом по поверхности покрываемого изделия из указанной нержавеющей стали, например, так, как описано в вышеупомянутом Руководстве.

Полученные результаты показали возможность золочения нержавеющей стали с высокой адгезией электролитических осадков без применения специальных методов предварительной подготовки поверхности покрываемого изделия.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Портативное устройство для золочения электронатиранием металлических изделий, содержащее корпус, а также анод с токоподводом и тампоном, пропитываемым электролитом, отличающееся тем, что анод содержит множество контактирующих с токоподводом слоев из электропроводного материала с развитой поверхностью, при этом тампон выполнен многослойным, и слои тампона чередуются со слоями анода.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электропроводный материал представляет собой углеродный материал.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно предназначено для золочения металлических изделий из нержавеющей стали.
4. Способ золочения электронатиранием металлических изделий, отличающийся тем, что его осуществляют с использованием устройства по любому из пп.1-3.