RU219715U1 - Катод для получения сферических ронделей - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому получению никеля в виде отдельных дисков и шаров (ронделей) путем осаждения на катодную основу. Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции катода для получения металлических ронделей, имеющих форму, близкую к сферической. Катод для получения сферических ронделей характеризуется тем, что содержит плоскую пластину из химически стойкого полимера, имеющую вертикальные канавки с отверстиями, в которых размещена зафиксированная и изолированная термополимером металлическая гребенка, сформированная приваренными к проводникам металлическими резьбовыми контактными стержнями с контактными площадками, причем резьбовые контактные стержни изолированы втулками из химически стойкого полимера с внутренней резьбой с возможностью формирования вынесенных относительно плоскости катода контактных площадок и позволяющих быструю замену втулок при повреждении в процессе съема готовых ронделей. Втулки из химически стойкого полимера имеют форму конуса для обеспечения формирования ронделей правильной шаровидной формы. Заявляемая конструкция катода позволяет получать рондели в горячих (выше 60°С) электролитах, насыщенных хлором.

Description

Настоящая полезная модель относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому получению никеля в виде отдельных дисков и шаров (ронделей) путем осаждения на катодную основу. Никель такой формы широко используют в качестве анодов при проведении процесса никелирования металлических деталей. Шаровидные рондели упрощают процесс дозирования и транспортировки металла в технологических процессах.

Известен способ осаждения металла на малые электропроводные участки катодной основы при пропускании электрического тока через электролит (патент US №3860509, 1975). Участки формируют из свободных концов множества тонких электрических проводов, помещая их в матрицу из непроводящего материала. Площадь каждого участка составляет 0,0005-0,018 кв.мм. Металлический осадок, получаемый на такой проводящей поверхности, хотя и имеет тенденцию к радиальному расширению в начале процесса, к концу его приобретает дискообразную форму. Кроме того, получаемый металлоосадок имеет очень незначительные размеры из-за непрочной связи с катодной основой.

Известен способ получения шаровидных ронделей электролитического никеля размером 2,5 см (Патент US №4147597, 1979). Осаждение проводят, пропуская ток через сульфат-хлоридный электролит на электропроводные участки круглой формы, выделенные в непроводящей поверхности катодной основы. Поверхность этих участков специально обрабатывают методом шлифования до получения четких "микрозазубрин" размерами 0,6-7,6 мкм округлой или пирамидальной формы. Это позволяет надежно удерживать металлоосадок на катодной основе при проведении процесса осаждения металла. Однако конструкция катода, используемого в данном способе не позволяет получать никель правильной шарообразной формы. Известен способ получения никеля шарообразной формы: Патент RU №2074267 1997 г. Указанный способ позволяет получить электролитный никель правильной шарообразной формы.

Это достигается тем, что в способе получения никеля шарообразной формы, включающем его осаждение из сульфат-хлоридного электролита на электропроводные участки катодной основы, покрытой диэлектриком, каждый из которых имеет площадь не более 0,5 кв.см, при изменении плотности катодного тока во время периода осаждения t, осаждение проводят на участки, имеющие форму правильной пирамиды, при первоначальной плотности катодного тока, равной 0,6-0,8 А/кв. дм, которую затем изменяют следующим образом : от 0 до 1/4 t поддерживают постоянной; от 1/4 t до 1/2 t увеличивают не более, чем на 0,01 (А/кв. дм)/ч; от 1/2 t до 1/4 t поддерживают постоянной; при 3/4 t увеличивают на 1,5-3 А/кв.дм; от 3/4 t до t поддерживают постоянной.

Осаждение ведется на катод в виде правильной пирамиды,что позволяет сконцентрировать на ее вершине поток катионов Ni²⁺, избежать его рассеивания по поверхности, что бывает при осаждении на плоскую подложку. Пирамида вершиной погружается в электролит и вращается вокруг оси со скоростью 0,5-2 об/мин. При оптимальном режиме вращения пирамиды и режиме осаждения форма получаемых ронделей близка к шаровидной.

Недостатком указанной конструкции катода является сложность конструкции и низкая производительность не позволяющая ставить производство ронделей не поток.

Известна конструкция катода, применяемая в процессе осаждения никеля шарообразной формы путем пропускания электрического тока через сульфат-хлоридный электролит с использованием долговечного катодного блока, содержащего жесткую плиту из непроводящего материала, внутри которой находится проводящий металлический узел (Патент US №4082641, 1978). Указанный узел представляет собой ряды металлических стержней, расположенных в теле непроводящего блока заподлицо с поверхностью непроводящего блока, образуя сеть плоских электропроводных участков, каждый из которых имеет площадь 0,13-1,3 кв.см. Осаждение проводят с изменением плотности катодного тока. В течение времени, составляющего половину всего временного цикла осаждения, первоначальную плотность катодного тока увеличивают примерно в три раза, после чего остальную часть времени осаждения ее поддерживают постоянной.

Данный способ позволяет получать осадок в форме короны круглой или эллиптической формы с плоским основанием. Общая площадь поверхности такого осадка не менее, чем в три раза превышает площадь основания. Однако получение никеля шарообразной формы с использованием указанной конструкции катода данного изобретения невозможно. Недостатки данной конструкции катода:

Сложность конструкции, избыточная металлоемкость и, как следствие, чрезмерный вес. При изготовлении такого катода, например, из титана сложность изготовления вырастает многократно вследствие использования листового титанового проката и специального сварочного оборудования при сборке.

Известна конструкция катода для получения шаровидных ронделей RU 208678 U1 от 24.06.2021 характеризующаясяся тем, что содержит плоскую пластину из химически стойкого полимера, имеющую вертикальные канавки с отверстиями, в которых размещена зафиксированная и изолированная термополимером металлическая гребенка, сформированная механической гибкой из единого отрезка металла в виде соединенных проводниками контактных стержней с контактными площадками, причем контактные стержни изолированы втулками из термоусадочного полимера с возможностью формирования вынесенных относительно плоскости катода контактных площадок. Металлическая гребенка сформирована из металлической проволоки, ленты, прутка или профиля круглого, квадратного, треугольного, прямоугольного сечения, поддающегося механической гибке. Указанная конструкция имеет ряд недостатков. Термоусадочный полимер, который служит изоляцией стержня конструктивно не может в полной мере закрыть доступ электролита к металлу стержня, что приводит к образованию боковых наростов металла, росту кристаллов металла в теле стержня. Этот недостаток приводит к постепенному разрушению изоляции стержней, росту контактных площадок. Рондели становятся бесформенными и трудно снимаются со стержней. Наросты металла появляются и в основании стержней. Весомую роль в повреждении конструкции катода играет состав электролита. При работе в условиях высоких температур электролита 60-70°С и насыщения хлором обеспечение герметичности гребенок представляет важнейшую задачу, не решаемую использованием герметиков, клеев. Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции катода для получения металлических ронделей, имеющих форму близкую к сферической с длительным периодом эксплуатации без ремонтных мероприятий.

Данная задача решается за счет того, что заявленный катод для получения сферических ронделей содержит плоскую пластину из химически стойкого полимера, имеющую вертикальные канавки с отверстиями, в которых размещена зафиксированная и изолированная термополимером металлическая гребенка, сформированная приваренными к продольным проводникам металлическими резьбовыми контактными стержнями с контактными площадками, причем резьбовые контактные стержни изолированы втулками из химически стойкого полимера с внутренней резьбой с возможностью формирования вынесенных относительно плоскости катода контактных площадок и позволяющих производить быструю замену втулок при повреждении в процессе съема готовых ронделей.

Втулки из химически стойкого полимера имеют форму конуса для обеспечения формирования ронделей правильной шаровидной формы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является возможность эксплуатации данного вида катода для наращивания ронделей в электролитах с рабочей температурой выше 60°С, насыщенных хлором.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:

Фиг. 1 - Катод в сборе. Фронтальный вид.

Фиг. 2 - Катод в сборе. Обратная сторона.

Фиг. 3 - Стержни с втулками.

Фиг. 4 - Катод в сборе (фото1).

Фиг. 5 - Катод с ронделями (фото 2).

Фиг.6 - Втулка и стержень. Контактная площадка (фото 3).

Фиг. 1 - фронтальный вид катода с контактными площадками (5). На Фиг. 2 изображена обратная сторона катода, представляющего из себя лист химически стойкого полимера (1) с вертикальными канавками(4) с отверстиями и уложенными в них проводниками (2). Справа показана канавка с заливкой термополимером (3) для изоляции проводников от электролита после монтажа металлических частей катода. Все канавки после сборки катода заливаются термополимером. Фиг. 3 - разрез по линии Б-Б (Фиг. 1) с детальной иллюстрацией формы стержня, представляющего из себя резьбовую шпильку (6), приваренную к продольному проводнику (7) и имеющую контактную площадку (5). Фиг. 4 - катод в сборе. Резьбовая шпилька изолируется от электролита втулкой (4) из термически и химически стойкого полимера, закрывающей резьбовую шпильку так, чтобы на конце оставалась площадка (5), на которую будет осаждаться металл из электролита. Увеличением или уменьшением длины изолирующей втулки (4) возможно изменение площади контактной площадки (5) и, как следствие, за счет этого возможна регулировка усилия отрыва готового ронделя от катода при съеме. Указанное усилие нормируется в пределах 5-15 кг. Следует иметь в виду, что чрезмерная полировка торцов шпилек (контактных площадок) может привести к легкому отрыву готовых ронделей при снятии катода с подвески ванны и их осыпанию в ванну.

Фиг. 5 - фото катода с готовыми ронделями. Процесс на постоянной рабочей силе тока без изменения режима осаждения на протяжении всего цикла. Форма ронделей шарообразная, напоминает форму ягод малины. Фиг. 6 - фото крупным планом стержней с контактными площадками после 10 циклов наращивания ронделей. Повреждений не наблюдается.

Металл гребенки (шпилька и продольный проводник) - титан ВТ 1-00, проволока ∅ 4 мм. Электролит сульфатно-хлоридный. Время наращивания - 4 дня. Режим наращивания: I = 2 А/дм². Сила тока не меняется на протяжении всего цикла. Анод - титан.

рН = 2,t° = 70°С.

Форма контактной площадки - плоская. Лабораторные испытания показали, что форма контактной площадки принципиальной роли не играет. Были испытаны следующие формы контактных площадок:

1) Полусфера

2) Полутороид

3) Плоская квадратная

4) Плоская круглая

Результат: в процессе роста ронделя после достижения диаметра 5-7 мм форма ронделя становится шарообразной независимо от формы контактной площадки. Готовый рондель имеет близкую к сферической форму с отклонениями геометрии и радиальным глухим отверстием по размеру контактного стержня. Все размеры на чертежах взяты с работающего катода и указаны для примера исполнения. Чем выше сила тока, тем выше скорость роста ронделя и больше отклонения формы от сферы. Баланс подбирается экспериментально в зависимости от требований заказчика к форме.

Claims (2)

1. Катод для получения сферических ронделей, характеризующийся тем, что содержит плоскую пластину из химически стойкого полимера, имеющую вертикальные канавки с отверстиями, в которых размещена зафиксированная и изолированная термополимером металлическая гребенка, сформированная приваренными к проводникам металлическими резьбовыми контактными стержнями с контактными площадками, причем резьбовые контактные стержни изолированы втулками из химически стойкого полимера с внутренней резьбой с возможностью формирования вынесенных относительно плоскости катода контактных площадок и позволяющих быструю замену втулок при повреждении в процессе съема готовых ронделей.

2. Катод по п. 1, в котором втулки из химически стойкого полимера имеют форму конуса для обеспечения формирования ронделей правильной шаровидной формы.