RU2110614C1

RU2110614C1 - Device for electrochemically treating metal surface

Info

Publication number: RU2110614C1
Application number: RU95120383A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Ибрагимова; С.Г. Борисов; Г.Н. Красовский; А.И. Соколов; А.В. Фальцман
Original assignee: Научный центр при Государственном комитете Российской Федерации по высшему образованию
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1998-05-10

Abstract

FIELD: corrosion protection and electroplated coatings. SUBSTANCE: invention relates to electrochemical corrosion protection of metals, removal of corrosion products and non-metallic formations or coatings from metal surface, and applying electroplated coatings. Device contains master clock pulse generator with controllable frequency, intergrain space control, bipolar power source with low internal resistance, positive rectangular pulse generator with controllable amplitude, first current overload protection block, electric signal summator, rarely occurring pulse generator, warning unit, influence electrodes, and electrode insertion. Bipolar feed voltage generated, due to its capability to change polarity of metal surface potential, makes it possible to realize a variety of electrochemical processes. EFFECT: extended versatility of device. 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам электрохимической защиты металлов от коррозии, вызванной атмосферными осадками или другими агрессивными средами; для удаления с поверхности металла продуктов коррозии, неметаллических образований или покрытий; для нанесения гальванических покрытий и для реализации иных электрохимических воздействий. The invention relates to means for electrochemical protection of metals against corrosion caused by precipitation or other aggressive environments; to remove corrosion products, non-metallic formations or coatings from the metal surface; for plating and for the implementation of other electrochemical influences.

Атмосферная коррозия является электрохимическим процессом, связанным с прохождением, как минимум, двух сопряженных окислительно-восстановительных реакций, протекающих на поверхности корродируемого металла, например, в виде восстановления ионов водорода и ионизации (растворения) металла. Atmospheric corrosion is an electrochemical process associated with the passage of at least two coupled redox reactions occurring on the surface of a corroded metal, for example, in the form of reduction of hydrogen ions and ionization (dissolution) of a metal.

Наиболее распространенным средством защиты металлов от коррозии является покрытие их поверхностей специальными защитными пленками, предотвращающими непосредственный контакт металлов с корродирующей средой - электролитом [1]. The most common means of protecting metals from corrosion is coating their surfaces with special protective films that prevent direct contact of metals with a corrosive medium - electrolyte [1].

Однако данное средство так называемой пассивной защиты обладает существенным недостатком - практической невозможностью контроля состояния защитной пленки, особенно в труднодоступных местах. Поэтому более предпочтительным является применение активных средств защиты металлов от коррозии. However, this means of so-called passive protection has a significant drawback - the practical impossibility of monitoring the state of the protective film, especially in hard-to-reach places. Therefore, it is more preferable to use active means of protecting metals from corrosion.

Как известно, в результате протекания сопряженных реакций корродирующий металл приобретает определенный коррозионный потенциал. Сдвиг от коррозионного потенциала в отрицательную сторону (создание защитного потенциала) вызывает ускорение реакции выделения водорода и замедление реакции ионизации металла. As is known, as a result of the course of conjugated reactions, the corroding metal acquires a certain corrosion potential. A shift from the corrosion potential to the negative side (creation of a protective potential) causes an acceleration of the hydrogen evolution reaction and a slowdown of the metal ionization reaction.

Создание величины защитного потенциала может осуществляться различными методами и средствами. Creating the value of the protective potential can be carried out by various methods and means.

Известно устройство для защиты токопроводящей поверхности объекта от атмосферной коррозии, работа которого осуществляется за счет электрохимического воздействия на поверхность металла [2]. A device for protecting the conductive surface of an object from atmospheric corrosion, the operation of which is due to electrochemical effects on the surface of the metal [2].

Данное устройство, выбираемое в качестве прототипа, содержит электронный блок формирования защитных токов и напряжений (токов и напряжений воздействия), первый вход которого подключен к положительному полюсу источника постоянного напряжения, второй вход подключен к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения, n защитных электродов (электродов воздействия), подключенных к выходу блока, и n электродов сравнения, подключенных к третьему входу блока. В свою очередь электронный блок формирования защитных токов и напряжений содержит генератор колебаний, преобразователь напряжения, пороговую схему включения, два элемента индикации, схему защиты от короткого замыкания и схему сравнения. Защитные электроды изолированно закрепляются на защищаемой металлической поверхности, которая также соединяется с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения. При попадании на поверхность металла электролита (например, при конденсации на ней атмосферной влаги) образуется замкнутая электрическая цепь: защитный электрод (+) - электролит - защищаемый металл (-). При этом потенциал металла сдвигается в отрицательную сторону, что способствует выделению водорода и препятствует растворению (коррозии) металла. This device, selected as a prototype, contains an electronic unit for the formation of protective currents and voltages (currents and stresses), the first input of which is connected to the positive pole of the constant voltage source, the second input is connected to the negative pole of the constant voltage source, n protective electrodes (exposure electrodes ) connected to the output of the block, and n reference electrodes connected to the third input of the block. In turn, the electronic block for the formation of protective currents and voltages contains an oscillation generator, a voltage converter, a threshold switching circuit, two display elements, a short circuit protection circuit and a comparison circuit. The protective electrodes are isolated in isolation on the protected metal surface, which also connects to the negative pole of the DC voltage source. If electrolyte gets on the metal surface (for example, when atmospheric moisture condenses on it), a closed electrical circuit is formed: a protective electrode (+) - an electrolyte - a protected metal (-). In this case, the metal potential is shifted in the negative direction, which contributes to the evolution of hydrogen and prevents the dissolution (corrosion) of the metal.

Однако реализация этого принципа электрохимического воздействия на поверхность металлов в прототипе имеет ряд недостатков. Наиболее существенным из них является создание на выходе устройства однополярного постоянного напряжения. Это не позволяет реализовать оптимальные режимы электрохимической защиты. Кроме того, прототип имеет узкую область использования - только защита от коррозии и не может быть применен для других видов электрохимического воздействия. However, the implementation of this principle of electrochemical effects on the surface of metals in the prototype has several disadvantages. The most significant of them is the creation of a unipolar constant voltage at the output of the device. This does not allow to realize optimal modes of electrochemical protection. In addition, the prototype has a narrow scope - only corrosion protection and can not be applied to other types of electrochemical effects.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, позволяющего реализовать катодные, анодные и переменные режимы электрохимического воздействия за счет однополярных или знакопеременных импульсных электрических воздействий (регулируемых по амплитуде положительных и отрицательных воздействий и их длительности) с регулируемыми параметрами в электролитической среде между электродами устройства и поверхностью металла, что позволяет повысить эффективность защиты от коррозии и расширить область использования за счет возможности очистки от продуктов коррозии, уменьшения адгезии лакокрасочных покрытий перед их удалением или получения гальванических покрытий. The problem to which the invention is directed, is to create a device that allows to realize cathodic, anodic and variable modes of electrochemical exposure due to unipolar or alternating pulsed electrical effects (controlled by the amplitude of positive and negative effects and their duration) with adjustable parameters in the electrolytic medium between the electrodes devices and metal surface, which allows to increase the effectiveness of corrosion protection and expand the scope of use Bani purification due to the possibility of corrosion products reduce the adhesion of coatings prior to their removal or receipt of galvanic coatings.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для электрохимического воздействия на поверхность металла, содержащем источник питания, один выход которого соединен с поверхностью металла, а другой - с блоком формирования токов и напряжений воздействия, выполненным с генератором и первым блоком защиты от перегрузки по току, соединенным с не менее чем одним электродом воздействия, выполненным с возможностью изолированного закрепления на поверхности металла, согласно изобретению источник питания выполнен двуполярным с малым внутренним сопротивлением, общий выход которого соединен с поверхностью металла, генератор выполнен в виде задающего генератора импульсов с регулируемой частотой, блок формирования токов и напряжений воздействия снабжен формирователем положительных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, выход которого соединен с входом первого блока защиты от перегрузки по току, а вход - с выходом положительного напряжения двуполярного источника питания, последовательно соединенными формирователем отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, вторым блоком защиты от перегрузки по току и сумматором электрических сигналов, блоком регулировки скважности, вход которого подключен к задающему генератору импульсов, а выход соединен с импульсными входами управления формирователей положительных и отрицательных прямоугольных импульсов, и последовательно соединенными дополнительным генератором редко повторяющихся импульсов и блоком сигнализации, второй и третий входы которого соединены с вторыми выходами, соответственно, первого и второго блоков защиты от перегрузки по току, а выход - с входом управления двуполярного источника питания, при этом выход генератора редко повторяющихся импульсов соединен также с входами управления первого и второго блоков защиты от перегрузки по току, вход формирователя отрицательных прямоугольных импульсов соединен с выходом отрицательного напряжения двуполярного источника питания, а первый блок защиты от перегрузки по току соединен с не менее чем одним электродом воздействия через сумматор электрических сигналов. The problem is solved due to the fact that in the device for electrochemical impact on the metal surface containing a power source, one output of which is connected to the metal surface, and the other with the block of the formation of currents and voltages of the impact, made with the generator and the first block of overload protection current connected to at least one impact electrode configured to be insulated on a metal surface, according to the invention, the power source is made bipolar with a small internal resistance, the total output of which is connected to the metal surface, the generator is made in the form of a master pulse generator with an adjustable frequency, the block of current and voltage generation is equipped with a positive rectangular pulse generator with an adjustable amplitude, the output of which is connected to the input of the first overcurrent protection block, and the input - with the positive voltage output of a bipolar power source, connected in series by the negative rectangular pulse shaper s with adjustable amplitude, a second block of overcurrent protection and an adder of electrical signals, a duty cycle control unit, the input of which is connected to a master pulse generator, and the output is connected to pulse control inputs of the shapers of positive and negative rectangular pulses, and sequentially connected by an additional generator of rarely repeated pulses and an alarm unit, the second and third inputs of which are connected to the second outputs, respectively, of the first and second protection blocks you are from overcurrent, and the output is from the control input of a bipolar power source, while the output of the rarely repeated pulses generator is also connected to the control inputs of the first and second overcurrent protection blocks, the input of the negative rectangular pulse shaper is connected to the negative voltage output of the bipolar source power supply, and the first overcurrent protection unit is connected to at least one exposure electrode through an adder of electrical signals.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры сигналов в различных точках устройства. In FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 - diagrams of signals at various points of the device.

Устройство для электрохимического воздействия на поверхность металла содержит задающий генератор 1 импульсов, блок 2 регулировки скважности, двуполярный источник 3 питания с низким внутренним сопротивлением, формирователь 4 положительных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, формирователь 5 отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, первый блок 6 защиты от перегрузки по току, второй блок 7 защиты от перегрузки по току, сумматор 8 электрических сигналов, генератор 9 редко повторяющихся импульсов, блок 10 сигнализации, электроды 11 воздействия и диэлектрическую прокладку 12. При этом блоки 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 образуют единый электронный блок 13 формирования токов и напряжений воздействия. На фиг. 1 изображена также металлическая поверхность 14. The device for electrochemical impact on the metal surface contains a driving pulse generator 1, a duty cycle adjusting unit 2, a bipolar power supply 3 with low internal resistance, a positive rectangular pulse generator 4 with adjustable amplitude, a negative negative pulse generator 5 with adjustable amplitude, the first block 6 against current overload, second block 7 overcurrent protection, adder 8 electrical signals, generator 9 of rarely repeated pulses, block 10 alarms, exposure electrodes 11, and dielectric gasket 12. In this case, blocks 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 form a single electronic unit 13 for generating currents and stresses. In FIG. 1 also depicts a metal surface 14.

Устройство для электрохимического воздействия на поверхность металла работает следующим образом. A device for electrochemical effects on a metal surface works as follows.

Задающий генератор 1 импульсов вырабатывает последовательность коротких импульсов (фиг. 2а), частота следования которых с учетом коэффициента пересчета в блоке 2 регулировки скважности определяет частоту выходного сигнала устройства. На выходе блока 2 вырабатывается прямоугольное напряжение (фиг. 2 б), скважность которого можно изменять без изменения частоты имеющимися в блоке 2 регулировками. Двуполярный источник 3 питания с низким внутренним сопротивлением вырабатывает относительно общей шины два питающих напряжения -U_п и +U_п, величины которых способны сформировать и поддержать на электродах 11 и металлической поверхности 14, подверженной электрохимическому воздействию, необходимую для данного вида воздействия величину их электрохимических потенциалов. Напряжениями, сформированными двуполярным источником питания, питаются формирователи 4 и 5 положительных и отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, на выходе которых формируются относительно общей шины устройства положительные и отрицательные импульсы, длительность которых определяется поступающим на входы управления блоков 4 и 5 сигналом с выхода блока 2 регулировки скважности, а амплитуда устанавливается содержащимися в блоках 4 и 5 регулировками (фиг. 2 в и 2 г). С выхода блоков 4 и 5 сигналы через блоки 6 и 7 защиты от перегрузки по току поступают на входы сумматора 8 электрических сигналов, в котором происходит их сложение (фиг. 2 д), после чего выходной сигнал сумматора 8 подается на параллельно соединенные электроды 11, закрепленные на поверхности 14 металла 4 через диэлектрические прокладки 12. Если потребляемый по цепи положительного или отрицательного питания ток превышает установленный в блоках 6 и 7 защиты от перегрузки по току порог, срабатывает защита, на блок 10 сигнализации с вторых выходов блоков 6 или 7 поступает сигнал тревоги, в блоке 10 сигнализации включается звуковая и(или) световая сигнализация о наличии неисправности, и одновременно с выхода блока сигнализации подается сигнал, отключающий двуполярный источник 3 питания по цепи его управления. После появления перегрузки устройство устанавливается в режим самоблокировки. Для периодической проверки возможности продолжения нормальной работы, если причина перегрузки по току устранилась, предусмотрен генератор 9 редко повторяющихся импульсов, вырабатывающий импульсы с большим периодом повторения (например, через 5-10 мин). При появлении этих импульсов происходит разблокирование системы защиты, и, если перегрузки по току больше нет, система продолжает работать в штатном режиме. Если перегрузка сохранилась, устройство опять отключается.The master pulse generator 1 generates a sequence of short pulses (Fig. 2a), the repetition rate of which, taking into account the conversion factor in the duty cycle adjusting unit 2, determines the frequency of the output signal of the device. At the output of block 2, a rectangular voltage is generated (Fig. 2 b), the duty cycle of which can be changed without changing the frequency of the adjustments available in block 2. The bipolar power source 3 with low internal resistance generates two supply voltages -U _p and + U _p relative to the common busbar, the values of which are able to form and maintain on the electrodes 11 and the metal surface 14 exposed to electrochemical effects, the magnitude of their electrochemical potentials required for this type of exposure . The voltage generated by the bipolar power source feeds the shapers 4 and 5 of positive and negative rectangular pulses with adjustable amplitude, the output of which is formed relative to the common bus device positive and negative pulses, the duration of which is determined by the signal received from the output of block 2 to the control inputs of blocks 4 and 5 the duty cycle, and the amplitude is set contained in blocks 4 and 5 adjustments (Fig. 2 in and 2 g). From the output of blocks 4 and 5, the signals through blocks 6 and 7 of the overcurrent protection are supplied to the inputs of the adder 8 of the electrical signals, in which they are added (Fig. 2 e), after which the output signal of the adder 8 is fed to the parallel connected electrodes 11, mounted on the surface 14 of the metal 4 through dielectric gaskets 12. If the current consumed in the positive or negative supply circuit exceeds the threshold set in blocks 6 and 7 of the overcurrent protection, the protection is triggered, on the signaling unit 10 from the second outputs of the block an alarm is received at 6 or 7, an audible and (or) light alarm is turned on in the alarm unit 10 to indicate a malfunction, and at the same time, a signal is sent from the output of the alarm unit, which turns off the bipolar power source 3 through its control circuit. After an overload occurs, the device is set to self-locking mode. To periodically check the possibility of continuing normal operation, if the cause of the current overload has been eliminated, a generator 9 of rarely repeated pulses is provided, which generates pulses with a long repetition period (for example, after 5-10 minutes). When these pulses appear, the protection system is unlocked, and if there is no current overload anymore, the system continues to operate normally. If the overload persists, the device switches off again.

Таким образом, совокупность введенных признаков обеспечивает защиту от перегрузки по току, что повышает эксплуатационную надежность, а двуполярное питающее напряжение за счет возможности изменения полярности потенциала металлической поверхности позволяет реализовать различные электрохимические процессы, расширяя тем самым область применения устройства. Thus, the combination of the introduced features provides protection against current overload, which increases operational reliability, and bipolar supply voltage due to the possibility of changing the polarity of the potential of the metal surface allows you to implement various electrochemical processes, thereby expanding the scope of the device.

Claims

A device for electrochemical exposure of a metal surface containing a bipolar power source, one output of which is connected to the metal surface, and the other with a current and voltage generation unit, made with a generator and the first overcurrent protection unit, the output of the current generation unit and the exposure voltage is connected to at least one impact electrode, made with the possibility of insulated fixing on the metal surface, characterized in that the power source is filled with low internal resistance, the overall output of which is connected to the metal surface, the generator of the unit for generating currents and stresses of influence is made in the form of a master pulse generator with an adjustable frequency, the unit for generating currents and voltages of influence is equipped with a generator of positive rectangular pulses with adjustable amplitude, the output of which is connected to the input of the first overcurrent protection unit, and the input with the positive voltage output of the bipolar power source, in series with a single negative amplitude rectangular pulse shaper with adjustable amplitude, a second overcurrent protection unit and an electric signal adder, a duty cycle adjustment unit, the input of which is connected to the output of the master pulse generator, and the output is connected to the pulse control inputs of the positive and negative rectangular pulse shapers and connected in series an additional generator of rarely repeating pulses and an alarm unit, the second and third inputs of which are connected to the second outputs of the first and second overcurrent protection blocks, respectively, and the output is connected to the control input of a bipolar power source, while the output of the rarely repeated pulses generator is also connected to the control inputs of the first and second overcurrent protection blocks, the input of the negative shaper rectangular pulses is connected to the negative voltage output of a bipolar power source, and the first overcurrent protection unit is connected to at least one exposure electrode es adder electrical signals.