RU1702721C - Устройство для вневанного электроосаждения покрытий - Google Patents

Abstract

Устройство относится к нанесению покрытий, в частности к устройствам для нанесения гальванических покрытий, преимущественно на плоские поверхности значительных размеров, и может быть использовано в серийном производстве для нанесения износостойких покрытий значительной толщины на рабочие поверхности стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Целью изобретения является повышение качества покрытий толщиной 0,5-2,0 мм на плоских поверхностях крупногабаритных деталей, за счет создания плоскопараллельного потока с минимальным количеством газовых включений, а также повышение износостойкости покрытия за счет распределения его на часть торца. Сущность изобретения заключается в том, что устройство снабжают платформой 1 с П-образной рамой, причем боковые уплотнения выполнены из диэлектрического материала и установлены с возможностью горизонтального перемещения, анод расположен на щечках с возможностью герметизации межэлектродного зазора, сопло 15 выполнено U-образной формы, при этом высота его на выходе и высота щели сливного кармана 19 больше в 1,2-1,5 раза величины межэлектродного зазора 13. После установки детали-катода 2 на платформу 1 ее перемещают посредством катков 37 в отделение покрытия, где осуществляют сборку всего устройства. После чего включают источник тока, осуществляют подачу электролита с помощью насоса 35 и ведут процесс электрохимического осаждения. Применение устройства позволит повысить качество покрытия и его износостойкость. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Устройство относится к нанесению покрытий, в частности к устройствам для нанесения гальванических покрытий, преимущественно на плоские поверхности значительных размеров, и может быть использовано в серийном производстве для нанесения износостойких покрытий значительной толщины на рабочие поверхности стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок.

Целью изобретения является повышение качества покрытий толщиной 0,5-2,0 мм на плоских поверхностях крупногабаритных деталей за счет создания плоскопараллельного потока с минимальным количеством газовых включений, а также повышение износостойкости покрытия за счет распределения его на часть торца.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для электрохимичеcкого осаждения покрытий, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - вариант сопла с рамкой; на фиг.4 - сопло (в увеличенном масштабе); на фиг.5 - расположение покрытия на торцовой поверхности и кромке детали.

Предлагаемое устройство для вневанного электроосаждения покрытий содержит платформу 1, на которой установлена деталь-катод 2 с плоской обрабатываемой поверхностью 3. К боковым поверхностям детали-катода 2 с помощью винтов 4 поджаты щечки 5 из диэлектрического материала, оснащенные химически стойкими уплотнениями 6 и 7 из вспененного поливинилхлорида. Щечки 5 имеют уступы 8, выступающие над обрабатываемой поверхностью 3 детали-катода 2 на величину, равную 1-2 толщинам δ наносимого покрытия.

Сверху на щечки уложен анод 9, обернутый фильтрующей тканью (например, тканью хлорин, на фигурах не показана).

Вся конструкция стянута винтами 10, взаимодействующими через поперечины 11 и опорные башмаки 12 на щечки 5.

Таким образом, покрываемая поверхность 3 детали 2, щечки 5 и анод 9 образуют замкнутую в поперечном сечении герметичную полость 13, в которой осуществляется проток электролита.

Герметичная полость 13 находится вне корпуса 1, и на одном ее конце 14 смонтировано сопло 15, имеющее фланец 16 с уплотнительным элементом 17, а на другом конце 18 - сливной карман 19, имеющий фланец 20 с уплотнительным элементом 21.

Высота щели h_с сопла 15 на его выходе и высота щели h_к сливного кармана 19 выполнена большей, чем высота щели h_п герметичной полости 13 в 1,2-1,5 раза. Это предусмотрено для того, чтобы оголить торцы 22 и 23 детали-катода 2 на высоту, равную 1-2 толщинам покрытия δ, наносимого на поверхность 3 детали-катода 2.

Предусмотрено два варианта сопла 15, но в обоих случаях высота щели на его выходе больше, чем высота щели герметичной полости 13. По первому варианту (см. фиг.1) сопло 15 имеет участок 24, размер щели которого по высоте постоянен и превышает размер щели герметичной полости 13.

По второму варианту (см. фиг.3) сопло 15 снабжено рамкой 25, смонтированной между его фланцем 16 и концом 14 герметичной полости 13. Окно рамки 25 образует нишу 26, которая позволяет оголить торец 22 детали-катода 2.

Второй вариант более предпочтительный, так как он обеспечивает сохранение геометрии потока электролита при высокой его скорости исключает завихрение потока ввиду того, что высота щели конца сопла 15 равна высоте щели герметичной полости 15.

Сопло 15 выполнено U-образной формы и образовано двумя криволинейными пластинами 27 и 28, расположенными одна внутри другой и ограниченным по бокам параллельными стенками 29 (см. фиг.4). Криволинейные пластины 27 и 28 состоят из прямоугольных участков и дуговых участков, очерченных соответственно по радиусам R₁ и R₂, центры которых смещены на величину "е". Это позволяет образовать зазор в сопле переменной величины. При этом U-образная форма в вершине 30 имеет минимальный зазор и одна ветвь ее 31 выполнена клиновой. Таким образом, в сопле 15 образуется реверсивная камера, назначение которой организовать равномерный поток электролита.

В торце клиновой ветви 31 установлена заглушка 32 с вмонтированными патрубками 33, которые расположены наклонно под углом α = 30-60^о к внутренней криволинейной пластине 27. Исходя из ширины щели сопла 15 (которая, например, равна 275 мм) и равномерности потока электролита необходимо, как минимум, два патрубка 33 для подачи электролита.

Сливной карман 19 выполнен криволинейным в виде двух дугообразных пластин, очерченных радиусами R₃, R₄ из одного центра. Конец его опущен в емкость 34 с электролитом, оснащенную насосом 35, соединенным через трубопровод 36 с патрубками 33. Платформа 1 выполнена с катками 37 и вертикальными стойками 38.

Данная конструкция обеспечивает наименьшее гидродинамическое сопротивление потоку электролита при полном заполнении герметичной полости (межэлектродного зазора), спокойное стекание (без пенообразования и насыщения газом) электролита в бак.

Предлагаемое устройство для внезапного электроосаждения покрытий работает следующим образом.

На платформу 1 устанавливают крупногабаритную деталь-катод 2, например, узкую стенку кристаллизатора (размером 270х1200 мм), поверхность 3 которой необходимо покрыть гальваническим износостойким покрытием на основе никеля.

После установки детали-катода 2 на платформу 1 ее перемещают посредством катков 37 в отделение покрытия, где осуществляют сборку всего устройства с помощью винтов 4, размещенных в вертикальных стойках 38. После чего включают источник тока, осуществляют подачу электролита с помощью насоса 35 и ведут процесс электрохимического осаждения по заданному режиму.

С помощью насоса 35 электролит по трубам 36 поступает через патрубки 33 в клиновую ветвь 31 сопла 15. Здесь поток ударяется во внутреннюю криволинейную пластину 27, что способствует образованию более равномерного по сечению потока. Ресиверная камера также способствует организации равномерного потока электролита.

При движении электролита по криволинейной траектории внутри сопла 15 возникает центробежная сила, за счет которой вытесняются из электролита газообразные продукты к поверхности с меньшим радиусом, и таким образом, вдоль детали-катода 2 идет плоскопараллельный поток, содержащий меньшее количество газовых включений, что позволяет повысить качество покрытия. Поток электролита, проходя через герметичную полость 13, омывает обрабатываемую поверхность 3 и торцы 22, 23 детали-катода 2. В результате процесса электролиза происходит осаждение покрытия на этих участках детали-катода 2.

Поток, пройдя через герметичную полость 13, сливной карман 19, сливается в емкость 34, из которой электролит снова подается насосом 35 в сопло 15 по трубопроводу 36. После получения покрытия заданной толщины отключают источник тока и насос 35 для подачи электролита. После слива электролита в приемную емкость 34 производят промывку герметичной полости водой. За счет малого объема герметичной полости и интенсивного протока качественная промывка осуществляется минимальным количеством воды. Разборка устройства производится в обратной сборке последовательности.

С помощью предлагаемого устройства было проведено электроосаждение никелевого покрытия из сульфаминовокислого электролита на стенке кристаллизатора с размерами обрабатываемой поверхности 275х1200 мм и радиусом кривизны боковых граней 10 м. Радиус скругления (г) торцовых кромок 1 мм. Высота герметичной полости была равна 10 мм, торцовые поверхности стенки кристаллизатора в зоне электролиза были оголены на 12 мм. Линейная скорость электролита в герметичной полости составила 1 м/с. Плотность тока варьировалась от 5 до 20 А/дм². Высота выступа щечек 2 мм. При указанных параметрах было получено ровное блестящее покрытие толщиной 2 мм с отвесными кромками вдоль длинной стороны детали.

На торцовых оголенных участках толщина никелевого покрытия составила от 0,1 до 1 мм и был обеспечен ровный переход покрытия через радиусную фаску на рабочую поверхность детали. При этом плоскостность рабочей поверхности стенки кристаллизатора сохранялась. Было также отмечено, что при плотности тока 20 А/дм² для получения отвесных кромок необходим интенсивный проток электролита. Аналогичные результаты были получены при нанесении покрытия толщиной 2 мм на стенку кристаллизатора при высоте герметичной полости 10 мм, оголении торцовых поверхностей на 15 мм, высоте выступа щечек 4 мм и линейной скорости электролита 1,2 м/с.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить равномерное гальваническое покрытие толщиной 0,52 мм на плоских поверхностях крупногабаритных деталей с сохранением высокой точности их заданных геометрических форм и размеров.

Полученные покрытия толщиной до 2 мм с помощью предлагаемого устройства повышают стойкость стенок кристаллизатора в 2-3 раза и исключает трудоемкие операции по механической обработке кромок покрытия.

В результате применения стенок кристаллизатора с износостойким покрытием увеличивается производительность установок непрерывной разливки стали на 0,18% за счет уменьшения числа замен кристаллизатора.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНЕВАННОГО ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащее катод и анод, межэлектродный зазор, боковые уплотнения, сопло и сливной карман для циркуляции электролита, отличающееся тем, что, с целью повышения качества покрытия толщиной 0,5 - 2,0 мм на плоских поверхностях крупногабаритных деталей за счет создания плоскопараллельного потока с минимальным количеством газовых включений, а также повышения износостойкости покрытия за счет распределения его на часть торца, оно снабжено платформой с П-образной рамой, образованной вертикальными стойками и поперечинами, причем боковые уплотнения выполнены в виде щечек из диэлектрического материала и установлены с возможностью горизонтального перемещения относительно платформы, анод расположен на щечках с возможностью герметизации межэлектродного зазора, а сопло выполнено U-образной формы переменного сечения, сужающегося при его вершине, при этом высота его на выходе и высота щели сливного кармана больше в 1,2 - 1,5 раза величины межэлектродного зазора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сопло снабжено рамкой, смонтированной на его выходе, при этом высота щели сопла равна межэлектродному зазору, а высота щели рамки больше высоты межэлектродного зазора в 1,2 - 1,5 раза.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые уплотнения с внутренней стороны имеют уступы.

Images