RU2213811C1 - Updated process and apparatus for cleaning and/or coating metal surfaces by means of electric plasma technology - Google Patents
Updated process and apparatus for cleaning and/or coating metal surfaces by means of electric plasma technology Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213811C1 RU2213811C1 RU2002104968/02A RU2002104968A RU2213811C1 RU 2213811 C1 RU2213811 C1 RU 2213811C1 RU 2002104968/02 A RU2002104968/02 A RU 2002104968/02A RU 2002104968 A RU2002104968 A RU 2002104968A RU 2213811 C1 RU2213811 C1 RU 2213811C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- foam
- anode
- chamber
- workpiece
- electrolyte
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
Abstract
Description
Изобретение связано с усовершенствованием процесса и аппарата для очистки и/или покрытия металлических поверхностей с использованием технологии электроплазмы. The invention relates to the improvement of the process and apparatus for cleaning and / or coating metal surfaces using electroplasma technology.
Металлы, особенно сталь во всех своих формах, обычно нуждаются в очистке или защите от коррозии перед тем, как они будут использованы по окончательному применению. При производстве поверхность стали обычно покрыта пленкой прокатной окалины (черной окиси), которая не является однородно присоединенной и делает лежащий в основе материал подверженным электрохимической коррозии. Прокатная окалина, таким образом, должна быть убрана до того, как сталь может быть окрашена, покрыта или металлизирована (например, цинком). Металл может также иметь другие формы загрязнения (известные в промышленности как "грязь") на своих поверхностях, включая ржавчину, масло или смазку, пигментированные волочильные составляющие, чипы и эмульсол, а также полирующие и шлифовальные компоненты. Они все обычно должны быть убраны. Даже нержавеющая сталь может иметь избыток смешанного оксида на своей поверхности, который должен быть убран перед дальнейшим использованием. Metals, especially steel in all its forms, usually need to be cleaned or protected from corrosion before they are used for their final use. In production, the surface of the steel is usually coated with a film of mill scale (black oxide), which is not uniformly bonded and renders the underlying material susceptible to electrochemical corrosion. Rolling scale must therefore be removed before the steel can be painted, coated or metallized (e.g. zinc). The metal may also have other forms of contamination (known in the industry as “dirt”) on its surfaces, including rust, oil or grease, pigmented drawing components, chips and emulsol, as well as polishing and grinding components. They all usually need to be cleaned. Even stainless steel may have an excess of mixed oxide on its surface, which must be removed before further use.
Традиционный метод очистки металлических поверхностей включает в себя кислотное травление (которое является все более и более неприемлемым по причине цены и проблем, связанных с окружающей средой, вызванных размещением отработанной кислоты); абразивное уничтожение; мокрую или сухую очистку в барабане; удаление накипи соляным раствором; щелочное удаление накипи и кислотную очистку. Операция многоступенчатой очистки может, например, включать в себя (1) сжигание или растворение органических веществ, (2) пескоструйную или дробеструйную обработку с целью удаления прокатной окалины и (3) электролитическую очистку в качестве последней стадии подготовки поверхности. Если очищенная поверхность подлежит антикоррозионной защите путем металлизации, окраски или пластмассового покрытия, обычно это должно быть сделано быстро, чтобы предотвратить окисление обновленной поверхности. Многоступенчатая обработка является эффективной, но дорогой, и в том, что касается поглощения энергии, и во времени процесса. Многие виды традиционной обработки также являются нежелательными по причине их воздействия на окружающую среду. The traditional method of cleaning metal surfaces involves acid etching (which is increasingly unacceptable due to the price and environmental problems caused by the placement of waste acid); abrasive destruction; wet or dry cleaning in the drum; descaling with saline; alkaline descaling and acid cleaning. A multi-stage cleaning operation may, for example, include (1) burning or dissolving organic substances, (2) sandblasting or shot blasting to remove mill scale, and (3) electrolytic cleaning as the final step in surface preparation. If the cleaned surface is subject to corrosion protection by metallization, painting or plastic coating, this usually needs to be done quickly to prevent oxidation of the renewed surface. Multistage processing is effective, but expensive, both in terms of energy absorption and process time. Many types of traditional processing are also undesirable because of their environmental impact.
Электролитические методы очистки металлических поверхностей часто включаются в линии проточной обработки, например, предназначенные для гальванизации и металлизации стальных полос и листов. Обычные покрытия включают в себя цинк, цинковый сплав, олово, медь, никель и хром. Отдельные линии электролитической очистки также используются для поддержания многочисленных операций, приведенных ниже. Электролитическая очистка (или "электро-очистка") обычно включает в себя использование очищающего щелочного раствора, который формирует электролит, в то время как обрабатываемая деталь может быть либо анодом, либо катодом электролитической ячейки, или полярность может быть изменена. Такие процессы обычно используются при низком напряжении (обычно от 3 до 12 В) и текущей плотности от 1 до 15 А/дм2. Потребление энергии, таким образом, варьируется в пределах от 0,01 до 0,5 кВт-ч/м2. Удаление грязи выполняется за счет генерации газовых пузырей, которые поднимают загрязнение с поверхности. Когда поверхность обрабатываемой детали является катодом, поверхность может быть не только очищена, но также и "активизирована", тем самым придавая любому последующему покрытию улучшенную адгезию. Электролитическая очистка обычно неосуществима при удалении тяжелой накипи, и это осуществляется отдельно путем проведения таких операций, как кислотное травление и/или абразивное уничтожение.Electrolytic methods for cleaning metal surfaces are often included in flow-through lines, for example, for galvanizing and metallizing steel strips and sheets. Common coatings include zinc, zinc alloy, tin, copper, nickel and chromium. Separate electrolytic cleaning lines are also used to support the many operations listed below. Electrolytic cleaning (or "electro-cleaning") usually involves the use of a cleaning alkaline solution that forms an electrolyte, while the workpiece can be either the anode or cathode of an electrolytic cell, or the polarity can be changed. Such processes are usually used at low voltage (usually from 3 to 12 V) and current density from 1 to 15 A / DM 2 . Energy consumption, therefore, ranges from 0.01 to 0.5 kWh / m 2 . Removing dirt is done by generating gas bubbles that pick up pollution from the surface. When the surface of the workpiece is a cathode, the surface can be not only cleaned, but also "activated", thereby giving any subsequent coating improved adhesion. Electrolytic cleaning is usually not feasible when removing heavy scale, and this is done separately by operations such as acid etching and / or abrasive destruction.
Процессы традиционной электролитической очистки и металлизации осуществляются при низковольтном режиме, при этом электрический ток возрастает с применяемым напряжением. При некоторых условиях с увеличением напряжения достигается такая точка, когда возникает нестабильность и ток начинает уменьшаться при увеличивающемся напряжении. Неустойчивый режим означает начало электрических разрядов на поверхности одного или другого электрода. Эти разряды ("микродуги" или "микроплазмы") происходят поперек любого непроводящего слоя, находящегося на поверхности, такого как слой газа или пара. Это происходит по причине того, что градиент потенциала в таких областях очень велик. The processes of traditional electrolytic cleaning and metallization are carried out at low voltage, while the electric current increases with the applied voltage. Under some conditions, with increasing voltage, a point is reached when instability occurs and the current begins to decrease with increasing voltage. An unstable mode means the beginning of electric discharges on the surface of one or another electrode. These discharges (“microarcs” or “microplasmas”) occur across any non-conductive layer on the surface, such as a gas or vapor layer. This is due to the fact that the potential gradient in such areas is very large.
Уровень техники
GB-A-1399710 учит, что металлическая поверхность может быть очищена электролитически без чрезмерного нагревания и без чрезмерного потребления энергии, если процесс осуществляется за пределами нестабильной области, при определении "нестабильной области" как такой области, в которой ток уменьшается при увеличении напряжения. Передвижением к слегка более сильному напряжению, когда ток опять возрастает с увеличением напряжения и непрерывная пленка газа/пара устанавливается над обрабатываемой поверхностью, происходит эффективная очистка. Однако потребление энергии у этого процесса является высоким (от 10 до 30 кВт-ч/м2) в сравнении с потреблением энергии при кислотном травлении (от 0,4 до 1,8 кВт-ч/м2).State of the art
GB-A-1399710 teaches that a metal surface can be electrolytically cleaned without excessive heating and without excessive energy consumption if the process is carried out outside an unstable region, by defining an “unstable region” as such an region in which current decreases with increasing voltage. Moving to a slightly higher voltage, when the current increases again with increasing voltage and a continuous film of gas / vapor is placed above the surface to be treated, effective cleaning takes place. However, the energy consumption of this process is high (from 10 to 30 kWh / m 2 ) in comparison with the energy consumption during acid etching (from 0.4 to 1.8 kWh / m 2 ).
SU-A-1599446 описывает высоковольтный электролитический искроэрозивный процесс очистки для присадочных прутков, при котором применяется чрезвычайно высокая плотность тока, порядка 1000 А/дм2, в растворе фосфорной кислоты.SU-A-1599446 describes a high-voltage electrolytic spark-erosive cleaning process for filler bars, which uses an extremely high current density, of the order of 1000 A / dm 2 , in a solution of phosphoric acid.
SU-A-1244216 описывает микродуговую очищающую обработку для частей машины, которая применяется при 100-350V, с использованием анодной обработки. Никакого конкретного метода электролитической обработки не дается. SU-A-1244216 describes a micro-arc cleaning treatment for parts of a machine that is used at 100-350V using anode treatment. No specific electrolytic treatment method is given.
Другие методы электролитической обработки были описаны в GB-A-1306337, где искроэрозивная стадия применяется в сочетании с отдельным химическим или электрохимическим этапом очистки с целью удаления окисной накипи, в SU-A-5232563, где загрязнение удаляется при низком напряжении, от 1,5 до 2 V, с полупроводниковых пластин путем производства на поверхности пластины газовых пузырей, которые поднимают загрязнение; в ЕР-А-0657564, в котором говорится, что обычная низковольтная электролитическая очистка является неэффективной при удалении смазки, но электролитически окисляемые металлы, такие как алюминий, могут быть успешно обезжирены при высоком напряжении (микродуга) путем кислотного анодирования. Other electrolytic treatment methods have been described in GB-A-1306337, where the spark erosion stage is used in combination with a separate chemical or electrochemical cleaning step to remove oxide scale, in SU-A-5232563, where the pollution is removed at low voltage, from 1.5 up to 2 V, from semiconductor wafers by producing gas bubbles on the wafer surface that raise pollution; in EP-A-0657564, which states that conventional low-voltage electrolytic cleaning is ineffective in removing grease, but electrolytically oxidized metals such as aluminum can be successfully degreased at high voltage (microarc) by acid anodizing.
Использование струй электролита, находящегося рядом с электродами в электролитическом очищающем растворе, для создания высокоскоростного турбулентного потока в очищаемой зоне описывается, например, в JP-A08003797 и DE-A-4031234. The use of jets of electrolyte adjacent to the electrodes in an electrolytic cleaning solution to create a high-speed turbulent flow in a cleaning zone is described, for example, in JP-A08003797 and DE-A-4031234.
Электролитическая очистка радиоактивно загрязненных объектов с использованием струи электролита без полного погружения объекта описывается в ЕР-А-0037190. Очищаемый объект является анодным, используемое напряжение от 30 до 50 V. Кратковременная очистка порядка 1 секунды рекомендуется с целью избежания эрозии поверхности, а полное удаление оксида считается нежелательным. Непогружаемость также описывается в СА-А 1165271, где электролит накачивается или отливается через анод формы коробки с решеткой в основе. Назначение данного устройства состоит в позволении металлической полоске быть электрометаллизированной только с одной стороны и, особенно, во избежание использования расходуемого анода. Electrolytic cleaning of radioactively contaminated objects using an electrolyte jet without completely immersing the object is described in EP-A-0037190. The object to be cleaned is anode, the voltage used is from 30 to 50 V. Short-term cleaning of about 1 second is recommended in order to avoid surface erosion, and the complete removal of oxide is considered undesirable. Immunity is also described in CA-A 1165271, where the electrolyte is pumped or cast through an anode of the shape of a box with a grate at the base. The purpose of this device is to allow the metal strip to be electrometallized on one side only and, especially, to avoid the use of a sacrificial anode.
DE-A-3715454 описывает очистку проводов посредством биполярной электролитической обработки путем пропускания провода через первую камеру, в которой провод является катодным, и через вторую камеру, в которой провод является анодным. Во второй камере слой плазмы формируется на анодной поверхности провода путем ионизации газового слоя, который содержит кислород. Провод погружается в электролит при всей обработке. DE-A-3715454 describes the cleaning of wires by bipolar electrolytic treatment by passing the wire through a first chamber in which the wire is cathodic and through a second chamber in which the wire is anode. In the second chamber, a plasma layer is formed on the anode surface of the wire by ionizing a gas layer that contains oxygen. The wire is immersed in the electrolyte during all processing.
ЕР-А-3715454 описывает непрерывный процесс для вытягивания медного провода из медного стержня, в котором стержень очищен плазмой до операции вытягивания. Корпус "плазматрона" является анодом, провод также окружен внутренним анодом в форме перфорированного подковообразного рукава. Чтобы начать производство плазмы, напряжение поддерживается на низком, но не установленном точно уровне, уровень электролита над подруженным проводом понижается, и темп потока уменьшается, чтобы стимулировать начало разряда поверхности провода. EP-A-3715454 describes a continuous process for drawing a copper wire from a copper rod, in which the rod is cleaned by plasma prior to the drawing operation. The "plasmatron" case is an anode, the wire is also surrounded by an internal anode in the form of a perforated horseshoe-shaped sleeve. To start plasma production, the voltage is kept at a low but not exactly set level, the electrolyte level over the wire is lowered, and the flow rate decreases to stimulate the onset of discharge of the wire surface.
В то время как низковольтная электролитическая очистка широко используется для подготовки металлических поверхностей к электрометаллизации или другой покрывающей обработке, она не может применяться к толстым окисным осадкам, таким как множественная накипь, без неприемлемо высокого расхода энергии. Следовательно, такие процессы электролитической очистки должны обычно применяться в связи с другими очистительными процедурами в многоступенчатой операции. While low voltage electrolytic cleaning is widely used to prepare metal surfaces for electrometallization or other coating treatment, it cannot be applied to thick oxide deposits, such as multiple scale, without unacceptably high energy consumption. Therefore, such electrolytic cleaning processes should usually be used in connection with other cleaning procedures in a multi-stage operation.
WO-A-97/35052 описывает электролитический процесс для очистки поверхностей, проводящих электричество, с использованием электроплазмы (дугового разряда), в которой жидкий электролит течет через одно или несколько отверстий в аноде, поддерживаемом под постоянным высоким напряжением, и налетает на обрабатываемую деталь (катод), обеспечивая таким образом путь, проводящий электричество. Система используется в режиме, при котором электрический ток уменьшается или остается по существу постоянным с увеличением напряжения, подаваемого между анодом и катодом, и в режиме, при котором дискретные пузыри газа и/или пара присутствуют на поверхности обрабатываемой детали в процессе обработки. WO-A-97/35052 describes an electrolytic process for cleaning surfaces that conduct electricity, using electroplasma (arc discharge), in which a liquid electrolyte flows through one or more holes in the anode, maintained at a constant high voltage, and flies onto the workpiece ( cathode), thus providing a path that conducts electricity. The system is used in a mode in which the electric current decreases or remains essentially constant with increasing voltage supplied between the anode and cathode, and in a mode in which discrete gas and / or vapor bubbles are present on the surface of the workpiece during processing.
WO-A-97/35051 описывает электролитический процесс для очистки и покрытия поверхностей, проводящих электричество, который является схожим с процессом, описанным в WO-A-97/35052, за исключением того, что анод включает в себя металл для металлического покрытия поверхности обрабатываемой детали. WO-A-97/35051 describes an electrolytic process for cleaning and coating surfaces that conduct electricity, which is similar to the process described in WO-A-97/35052, except that the anode includes metal for metal coating the surface to be treated. the details.
При использовании процессов WO-A-97/35051 и WO-A-97/35052 дуговой разряд или электроплазма формируется на поверхности обрабатываемой детали в пределах пузырчатого слоя. Плазма обладает действием быстрого удаления прокатной окалины и других загрязнений с поверхности обрабатываемой детали, оставляя металлическую поверхность чистой, которая также может быть пассивированной (устойчивой к дальнейшему окислению). When using the processes WO-A-97/35051 and WO-A-97/35052, an arc discharge or electroplasma is formed on the surface of the workpiece within the bubble layer. Plasma has the effect of quickly removing mill scale and other contaminants from the surface of the workpiece, leaving the metal surface clean, which can also be passivated (resistant to further oxidation).
Если анод сконструирован из неинертного материала, такого как металл низкой жаропрочности, тогда атомы металла перемещаются с анода к катоду, обеспечивая металлическое покрытие очищенной поверхности. If the anode is constructed of a non-inert material, such as a low-temperature metal, then the metal atoms move from the anode to the cathode, providing a metallic coating of the cleaned surface.
Покрытие также может быть достигнуто при режиме действия, описанного выше, путем использования инертного анода и электролита, содержащего ионы металла, который должен быть покрыт, в соответствии с описанным в WO-A-99/15714. В этом случае процесс становится особой формой гальваностегии, но так как это происходит под высоким напряжением при наличии дугового разряда, металлизация происходит быстрее, чем обычная гальваностегия, и покрытие обладает лучшим сцеплением с основным материалом. Coating can also be achieved with the mode of action described above by using an inert anode and an electrolyte containing metal ions to be coated, as described in WO-A-99/15714. In this case, the process becomes a special form of electroplating, but since it occurs under high voltage in the presence of an arc discharge, metallization occurs faster than conventional electroplating, and the coating has better adhesion to the base material.
WO-A-99/32892 описывает процесс, который действует по существу таким же образом, как и описанный выше, но использует проводящую смесь газа/пара в качестве проводящей среды. Данная смесь газа/пара генерируется в пределах дву- или многокамерного анода до того, как выпускается в рабочий промежуток через отверстия в аноде. Смесь газа/пара генерируется путем нагревания водного электролита в пределах камер анода до точки кипения или более, а камеры анода могут быть нагреты либо основным электрическим током, либо независимыми электрическими нагревателями. WO-A-99/32892 describes a process that acts essentially in the same manner as described above, but uses a conductive gas / vapor mixture as a conductive medium. This gas / vapor mixture is generated within a two- or multi-chamber anode before being discharged into the working gap through openings in the anode. A gas / vapor mixture is generated by heating an aqueous electrolyte within the anode chambers to a boiling point or more, and the anode chambers can be heated either by a main electric current or by independent electric heaters.
Сейчас мы разработали усовершенствованный процесс, в котором электроплазма (дуговой разряд) применяется для очистки и/или покрытия металлом поверхности, проводящей электричество, например стали, при котором путь, проводящий электричество, обеспечивается пенящимся электролитом, который заполняет пространство между анодом и катодом и обеспечивает преимущества относительно более низкого потребления энергии, более однородной обработки поверхности и большую свободу в размере промежутка между анодом и катодом. We have now developed an improved process in which electroplasma (arc discharge) is used to clean and / or coat a metal with a surface that conducts electricity, such as steel, in which the path that conducts electricity is provided by a foaming electrolyte that fills the space between the anode and cathode and provides benefits relatively lower energy consumption, more uniform surface treatment and greater freedom in the size of the gap between the anode and cathode.
Раскрытие изобретения
Одним из аспектов настоящего изобретения является то, что оно описывает процесс очистки поверхности, проводящей электричество, путем создания электролитической ячейки, в которой поверхность является катодом, а анод поддерживается при напряжении DC 30V, и электрический дуговой разряд (электроплазма) устанавливается на поверхности обрабатываемой детали путем соответствующего регулирования операционных параметров, характеризуемый тем, что рабочий промежуток между анодом и катодом наполняется веществом, проводящим электричество, состоящим из пены, охватывающей газовую/паровую фазу и жидкую фазу.Disclosure of Invention
One aspect of the present invention is that it describes a process for cleaning an electrically conductive surface by creating an electrolytic cell in which the surface is a cathode and the anode is supported at a voltage of DC 30V, and an electric arc discharge (electroplasma) is installed on the surface of the workpiece by appropriate regulation of operational parameters, characterized in that the working gap between the anode and cathode is filled with a substance that conducts electricity, consisting from foam covering the gas / vapor phase and the liquid phase.
Другим аспектом настоящего изобретения является обеспечение процесса для покрытия поверхности, проводящей электричество, путем создания электролитической ячейки, в которой поверхность является катодом, а анод поддерживается при напряжении: DC 30V, и электрический дуговой разряд (электроплазма) устанавливается на поверхности обрабатываемой детали путем соответствующего регулирования операционных параметров, характеризуемый тем, что рабочий промежуток между анодом и катодом наполняется веществом, проводящим электричество, содержащим позитивные ионы одной или более разновидностей, необходимые для формирования покрытия, и состоящим из пены, включающей в себя газовую/паровую фазу и жидкую фазу. Another aspect of the present invention is the provision of a process for coating an electrically conductive surface by creating an electrolytic cell in which the surface is a cathode and the anode is supported at a voltage of: DC 30V, and an electric arc discharge (electroplasma) is installed on the surface of the workpiece by adjusting the operating rooms accordingly parameters, characterized in that the working gap between the anode and cathode is filled with a substance that conducts electricity, containing positive ions of one or more varieties necessary to form a coating, and consisting of a foam including a gas / vapor phase and a liquid phase.
Еще одним аспектом изобретения является описание монтажа ввода, который включает в себя перфорированную анодную пластину, которая связана с камерой (4), приспособленной для поставки потока жидкого электролита в вышеназванную камеру, и преобразования жидкого электролита, полученного в вышеназванной камере, в пену. Another aspect of the invention is the description of mounting the input, which includes a perforated anode plate, which is connected to the chamber (4), adapted to supply a stream of liquid electrolyte to the above chamber, and converting the liquid electrolyte obtained in the above chamber into foam.
И еще одним аспектом настоящего изобретения является описание аппарата для очистки и/или покрытия поверхности, проводящей электричество, который включает в себя
(1) герметизированную зону обработки, обладающую одним или более анодным монтажом в соответствии с описанным выше, подходяще расположенную по отношению к поверхности или поверхностям, подлежащим обработке;
(2) средства для непрерывного перемещения обрабатываемой детали с тем, чтобы она была обработана в зоне обработки между анодными устройствами;
(3) средства для открытия и закрытия зоны обработки и
(4) средства для контролирования поставки пены и удаления пены из зоны обработки.And another aspect of the present invention is a description of an apparatus for cleaning and / or coating an electrically conductive surface, which includes
(1) a sealed treatment zone having one or more anode mounting as described above, suitably located with respect to the surface or surfaces to be treated;
(2) means for continuously moving the workpiece so that it is machined in the processing zone between the anode devices;
(3) means for opening and closing the processing zone and
(4) means for controlling the supply of foam and removing foam from the treatment area.
Пена может быть произведена путем кипячения водного электролита, хотя другие методы производства пены также могут быть использованы. Если вспененный электролит содержит только ионы металлов, которые взаимодействуют с водой, таких как натрий или калий, обрабатываемая поверхность очищается. Если присутствуют ионы других металлов, они к тому же осядут для формирования покрытия на очищенной обрабатываемой детали. Foam can be produced by boiling an aqueous electrolyte, although other methods for producing foam can also be used. If the foamed electrolyte contains only metal ions that interact with water, such as sodium or potassium, the treated surface is cleaned. If other metal ions are present, they will also precipitate to form a coating on the cleaned workpiece.
Действующие параметры, которые могут быть отрегулированы для обеспечения необходимых условий для установления электроплазмы, включают в себя: напряжение; химический состав пены; плотность пены; температуру пены; темп поставки пены в рабочий промежуток; и ширину рабочего промежутка (расстояние между анодом и катодом). The current parameters that can be adjusted to provide the necessary conditions for the establishment of electroplasma include: voltage; chemical composition of the foam; foam density; foam temperature; the rate of supply of foam in the working period; and the width of the working gap (the distance between the anode and cathode).
Данное изобретение также предусматривает для анода устройство, содержащее в себе одну или более обогреваемых камер, в которых электролит может быть преобразован в пену до введения в рабочий промежуток, а также средства для удаления пены из рабочего промежутка, фильтрования, восстановления и рециркуляции пены. The present invention also provides for the anode a device containing one or more heated chambers in which the electrolyte can be converted into foam before being introduced into the working space, as well as means for removing foam from the working space, filtering, restoring and recirculating the foam.
Данное изобретение также предусматривает удержание пены в рабочем промежутке посредством ограждения, через которое обрабатываемая деталь может передвигаться без значительной утечки пены. The present invention also provides for keeping the foam in the working space by means of a guard through which the workpiece can move without significant leakage of foam.
Настоящее изобретение представляет усовершенствование предшествующих методов очистки и/или покрытия, в соответствии с которым проводящей средой между анодом и катодом является не жидкий электролит и не газовая/паровая смесь, а пена, проводящая электричество, которая заполняет весь рабочий промежуток. Обычно термин "пена" относится к среде, приблизительно 20%, а предпочтительно 30% от всего ее объема составляет газ и/или пар в форме пузырей или ячеек, а остальное - жидкость. Более предпочтительным является состав, когда, по крайней мере, 50% от всего объема пены составляет газ и/или пар в форме пузырей или ячеек. Пена, применяемая в соответствии с настоящим изобретением, обычно формируется из водного электролита. The present invention is an improvement on previous cleaning and / or coating methods, according to which the conductive medium between the anode and cathode is not a liquid electrolyte and not a gas / vapor mixture, but an electric conductive foam that fills the entire working gap. Typically, the term "foam" refers to a medium, approximately 20%, and preferably 30% of its total volume, is gas and / or vapor in the form of bubbles or cells, and the rest is liquid. More preferred is a composition where at least 50% of the total volume of the foam is gas and / or vapor in the form of bubbles or cells. The foam used in accordance with the present invention is usually formed from an aqueous electrolyte.
Такая пена может подходящим образом быть сформирована путем кипячения водного электролита, такого как раствор металлических солей в воде. Могут быть добавлены пенящиеся средства и стабилизаторы для улучшения свойств пены, например, в отношении плотности пены, размера пузырей и ячеек. Such a foam may suitably be formed by boiling an aqueous electrolyte, such as a solution of metal salts in water. Foaming agents and stabilizers can be added to improve the properties of the foam, for example with respect to foam density, bubble size and cell size.
Однако также могут применяться другие методы производства пены, такие как соединение в электролите термически активируемых пенящихся средств; выпуск давления из жидкого электролита, сверх насыщенного летучим веществом (так же, как и в случае, когда бутылка шампанского встряхивается и открывается); механическая инжекция жидкого электролита паром или газом; механическое "биение" относительно вязкого электролита; или сочетание двух жидких потоков, которые взаимодействуют между собой и производят газ, который заставляет смесь "выдуваться" в пену; или другие средства, известные в этой области, для создания жидкой пены. However, other methods for producing foam may also be used, such as joining thermally activated foaming agents in an electrolyte; release of pressure from a liquid electrolyte in excess of saturated with a volatile substance (the same as in the case when the bottle of champagne is shaken and opened); mechanical injection of liquid electrolyte with steam or gas; mechanical "beating" relative to a viscous electrolyte; or a combination of two liquid streams that interact with each other and produce gas, which causes the mixture to "blow out" into the foam; or other means known in the art for creating a liquid foam.
Использование пены в качестве проводящей среды имеет следующие преимущества перед жидкими электролитами. The use of foam as a conductive medium has the following advantages over liquid electrolytes.
А) Пена благодаря газу/пару, содержащимся в ней, обладает более низкой проводимостью, чем соответствующий жидкий электролит. Это сокращает поток тока во время очистки/покрытия и, таким образом, сокращает потребление энергии и улучшает экономичность процесса. A) Foam, due to the gas / vapor contained in it, has a lower conductivity than the corresponding liquid electrolyte. This reduces current flow during cleaning / coating and thus reduces energy consumption and improves process efficiency.
Б) Так как размер пузырей и полное газовое/паровое содержание пены может быть изменено, это обеспечивает дополнительное средство контроля потребления энергии в ходе процесса и интенсивности процесса. Это в свою очередь позволяет контролировать гладкость или шероховатость (топографии или профиля) очищаемой или покрываемой поверхности. B) Since the size of the bubbles and the total gas / vapor content of the foam can be changed, this provides an additional means of controlling energy consumption during the process and the intensity of the process. This in turn allows you to control the smoothness or roughness (topography or profile) of the cleaned or coated surface.
В) Так как пена полностью наполняет рабочий промежуток, электрическая проводимость охватывает всю поверхность анода и всю поверхность обрабатываемой детали под анодом. Это контрастирует с использованием жидкого электролита, где независимые потоки электролита налетают на обрабатываемую деталь. Использование пены, таким образом, улучшает однородность процесса и в отношении обрабатываемой поверхности, и (где применимо) в отношении эрозии любого расходуемого анода. Поток тока также является более однородным, не подвергшись воздействию прерывания жидких потоков, которое может произойти, когда используется жидкий электролит, и, например, отверстия анода блокируются. C) Since the foam completely fills the working gap, the electrical conductivity covers the entire surface of the anode and the entire surface of the workpiece under the anode. This contrasts with the use of liquid electrolyte, where independent streams of electrolyte flow onto the workpiece. The use of foam, therefore, improves the uniformity of the process with respect to the surface to be treated, and (where applicable) with respect to erosion of any sacrificial anode. The current flow is also more uniform without being affected by the interruption of liquid flows that can occur when a liquid electrolyte is used, and, for example, the anode openings are blocked.
Г) Когда жидкие потоки налетают на обрабатываемую деталь, существуют ограничения размера рабочего промежутка, которые могут быть применены на практике, так как жидкие потоки разбивают и разрушают проводящий путь. Этого не происходит, когда пена наполняет рабочий промежуток однородно, так что и меньшие и большие рабочие промежутки могут быть допустимы. Это имеет большую практическую важность при, например, оперативной очистке стальных листов, где поддержание однородного рабочего промежутка не является осуществимым. Большой диапазон допустимого пенного метода по отношению к изменениям в рабочем промежутке предоставляет практическое преимущество при таких условиях. D) When liquid flows hit the workpiece, there are limitations on the size of the working gap, which can be applied in practice, since liquid flows break and destroy the conductive path. This does not happen when the foam fills the working space uniformly, so that smaller and larger working spaces can be tolerated. This is of great practical importance in, for example, the operational cleaning of steel sheets, where maintaining a uniform working gap is not feasible. The wide range of acceptable foam method in relation to changes in the working interval provides a practical advantage under such conditions.
Преимущества, перечисленные выше, не являются исчерпывающим списком, а только иллюстрируют то, что использование пены, а не жидкости или газа/пара в качестве проводящей среды представляет собой истинное продвижение в технологии электроплазменной очистки и технологии покрытия. The advantages listed above are not an exhaustive list, but merely illustrate that the use of foam rather than liquid or gas / vapor as a conductive medium represents a true advancement in electroplasma cleaning and coating technology.
Пена может производиться подходящим образом путем введения водного электролита в рабочий промежуток через отверстия в нагреваемом аноде, так, что электролит кипит и пенится в процессе. Предпочтительно нагревание электролита до его точки кипения до перехода в рабочий промежуток. Foam can be suitably produced by introducing an aqueous electrolyte into the working space through openings in the heated anode, so that the electrolyte boils and foams in the process. It is preferable to heat the electrolyte to its boiling point before moving into the working space.
Это продвинутое вспенивание может подходящим образом быть достигнуто путем использования для анода такой конструкции, чтобы он содержал одну или более нагревательные камеры, через которые электролит проходит последовательно, при этом камеры разделены перфорированными пластинами, чтобы позволить переход электролита из одной камеры в другую и, в конце концов, в рабочий промежуток. Сами по себе камеры могут быть нагреваемы рабочим током, проходящим через анод, но предпочтительно одним или более независимыми нагревателями, находящимися в камере (камерах). This advanced foaming can be suitably achieved by using an anode structure such that it contains one or more heating chambers through which the electrolyte passes in series, the chambers being separated by perforated plates to allow the electrolyte to pass from one chamber to another and, finally, ends, in the working period. The chambers themselves can be heated by a working current passing through the anode, but preferably by one or more independent heaters located in the chamber (s).
В альтернативном варианте конструкции в изобретении напряжение подается на анод, а электролит вводится в рабочий промежуток в удобном месте, ином, чем отверстия в аноде. Электролит преобразуется в пену в рабочем промежутке путем кипения, которое вызывает его собственное резистивное нагревание (или иначе) и соприкасается с горячими поверхностями анода и/или катода. Однако предпочтительно преобразование электролита в пену подходящими средствами за пределами рабочего промежутка и его последующее введение в него. Попадает ли пена в рабочий промежуток через отверстия в аноде или иначе, необходимо обеспечить для использованной пены средства удаления из рабочей области. Если система является открытой, это произойдет естественным путем, так как пена сбегает с обрабатываемой детали в сборный резервуар. Если рабочий промежуток огорожен, обеспечивается выхлопное отверстие для сливания использованной пены. В большинстве случаев использованная пена может быть сконденсирована в жидкость, очищена, профильтрована, восстановлена (например, путем регулирования концентрации водорода или соли), подогрета и рециркулирована. In an alternative embodiment in the invention, voltage is applied to the anode, and the electrolyte is introduced into the working gap in a convenient place other than the holes in the anode. The electrolyte is converted into foam in the working interval by boiling, which causes its own resistive heating (or otherwise) and comes into contact with the hot surfaces of the anode and / or cathode. However, it is preferable to convert the electrolyte into foam by suitable means outside the working interval and its subsequent introduction into it. Whether the foam enters the working gap through openings in the anode or otherwise, it is necessary to provide means for removing foam from the working area for the used foam. If the system is open, this will happen naturally, as the foam escapes from the workpiece into the collection tank. If the working gap is fenced, an exhaust opening is provided for draining the used foam. In most cases, the used foam can be condensed into a liquid, purified, filtered, restored (for example, by adjusting the concentration of hydrogen or salt), heated and recycled.
В настоящем изобретении используется процесс, при котором электрический дуговой разряд (электроплазма) устанавливается на поверхности обрабатываемой детали. Это достигается соответствующим регулированием рабочих параметров, таких как напряжение, междуэлектродное разделение, темп потока электролита в рабочей зоне (в форме либо жидкости, либо пены) и температура электролита. Может быть выгодным начать выпуск плазмы в водной (не пенной) среде, а затем ввести вспененный электролит в рабочий промежуток. Например, в закрытой рабочей камере (смотрите ниже) может быть сформирован бассейн жидкого электролита между анодом и обрабатываемой деталью (катодом), который обеспечит проводящий мост для начала процесса и установки желаемого режима плазмы. The present invention uses a process in which an electric arc discharge (electroplasma) is mounted on the surface of a workpiece. This is achieved by appropriate regulation of operating parameters, such as voltage, interelectrode separation, the rate of electrolyte flow in the working area (in the form of either liquid or foam) and the temperature of the electrolyte. It may be beneficial to start the release of plasma in an aqueous (non-foam) medium, and then introduce the foamed electrolyte into the working gap. For example, in a closed working chamber (see below), a pool of liquid electrolyte can be formed between the anode and the workpiece (cathode), which will provide a conductive bridge for starting the process and setting the desired plasma mode.
Дальнейший вариант конструкции в изобретении описывается таким устройством для анода и области обрабатываемой детали, подвергаемой обработке, чтобы была возможность находиться в пределах герметизированного ограждения, которое обладает свойством удержания пены. Это увеличивает уверенность в том, что пена полностью наполняет рабочий промежуток все время и позволяет уменьшить темп введения пены. Также это позволяет поддерживать в рабочей области несколько более высокое давление, чем атмосферное давление. Поднятое давление обладает эффектом уменьшения размера пузырей и в пене, и на поверхности обрабатываемой детали и может производить более гладкие очищенные или покрытые поверхности. A further embodiment of the invention is described by such a device for the anode and the area of the workpiece to be processed, so that it is possible to be within the sealed enclosure, which has the property of retaining foam. This increases the confidence that the foam completely fills the working gap all the time and reduces the rate of foam injection. It also allows you to maintain a slightly higher pressure in the work area than atmospheric pressure. The increased pressure has the effect of reducing the size of the bubbles both in the foam and on the surface of the workpiece and can produce smoother cleaned or coated surfaces.
Так как одним важным применением изобретения является его использование в непрерывных процессах, где обрабатываемая деталь непрерывно перемещается через зону обработки, ограждение должно позволять обрабатываемой детали передвигаться при поддержании разумной герметичности. Это может быть достигнуто путем использования гибкого резинового уплотнения вокруг движущейся обрабатываемой детали. Since one important application of the invention is its use in continuous processes, where the workpiece is continuously moved through the treatment zone, the guard must allow the workpiece to move while maintaining a reasonable tightness. This can be achieved by using a flexible rubber seal around a moving workpiece.
Считается, что очищающее действие, достигаемое процессом настоящего изобретения, в основном (но не исключительно) происходит через микрозональное таяние поверхности обрабатываемой детали. Маленькие пузыри водорода и пара формируются на катоде и претерпевают электрическое разрушение благодаря высокому градиенту потенциала, развившемуся поперек них. В то время как каждый пузырь претерпевает разрушение, быстро формируется микродуга, поднимая температуру поверхности в пределах микрообласти (области, измеряемой в микронах) и вызывая локализованное таяние поверхности. То есть микрозональное таяние поверхности происходит через выход микроэлектрической плазмы позитивными ионами в пене, которые сконцентрированы ближе к поверхности обрабатываемой детали. После того как микровыход произошел, поверхность быстро затвердевает опять. It is believed that the cleaning effect achieved by the process of the present invention mainly (but not exclusively) occurs through microzonal melting of the surface of the workpiece. Small bubbles of hydrogen and steam are formed at the cathode and undergo electrical destruction due to the high potential gradient that has developed across them. While each bubble undergoes destruction, a microarc is rapidly formed, raising the surface temperature within the microregion (the area measured in microns) and causing localized melting of the surface. That is, microzonal surface melting occurs through the exit of microelectric plasma by positive ions in the foam, which are concentrated closer to the surface of the workpiece. After the micro-out has occurred, the surface quickly hardens again.
Процесс настоящего изобретения может быть использован различными путями для очистки и покрытия одной стороны или обеих сторон изделия одновременно путем применения множественных анодов, расположенных соответствующим образом по отношению к обрабатываемой детали. Любой вид или форма обрабатываемой детали, такая как лист, пластина, провод, стержень, труба или комплексная форма, может быть обработана с применением при необходимости формированной поверхности анода для обеспечения разумно однородного рабочего расстояния. И статичные, и движущиеся обрабатываемые детали могут быть обработаны в соответствии с настоящим изобретением. The process of the present invention can be used in various ways to clean and coat one side or both sides of the product at the same time by applying multiple anodes arranged appropriately with respect to the workpiece. Any kind or shape of the workpiece, such as a sheet, plate, wire, rod, pipe or complex shape, can be processed using, if necessary, an anode surface formed to ensure a reasonably uniform working distance. Both static and moving workpieces can be machined in accordance with the present invention.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение в дальнейшем будет описываться с использованием ссылок к фиг. 1-4, изображающим:
на фиг.1 схематично проиллюстрировано устройство анода для генерации пены;
на фиг.2 проиллюстрировано непрерывное действие изобретенного процесса;
на фиг. 3 проиллюстрирована поверхность обрабатываемой детали, обрабатываемая в соответствии с изобретенным процессом;
на фиг. 4 проиллюстрирован дальнейший вариант конструкции непрерывного действия процесса изобретения.Brief Description of the Drawings
The present invention will be further described with reference to FIG. 1-4 depicting:
1 schematically illustrates an anode device for generating foam;
figure 2 illustrates the continuous operation of the inventive process;
in FIG. 3 illustrates the surface of a workpiece being machined in accordance with the inventive process;
in FIG. 4, a further embodiment of the continuous operation of the process of the invention is illustrated.
Лучший вариант осуществления процесса
На фиг.1 изображено устройство анода 1, которое включает в себя перфорированную анодную пластину 2, которая стоит перед одной поверхностью обрабатываемой детали 3, действующей в качестве катода. Устройство 1 имеет одну камеру 4, содержащую жидкий электролит, эта камера отделена от второй камеры 5, содержащей пену, посредством перфорированного разделителя камер 6 и нагреваемый кран с регулятором температуры 7. Жидкий электролит подается через всасывающий трубопровод 8 в первую камеру 4. Жидкий электролит нагревается посредством нагреваемого экрана 7, закипает и пенится. Пена, которая собирается во второй камере 5, проходит через отверстия в перфорированной анодной пластине 2, чтобы заполнить пространство 9 между анодной пластиной 2 и обрабатываемой деталью 3. Обрабатываемая деталь 3 располагается на вращающихся цилиндрах 10 так, что она может быть передвинута из-под анодной пластины 2 после обработки. Вращающиеся цилиндры 10 также применяются для заземления системы.Best Process Option
Figure 1 shows the device of the anode 1, which includes a perforated anode plate 2, which faces one surface of the workpiece 3, acting as a cathode. The device 1 has one chamber 4 containing liquid electrolyte, this chamber is separated from the second chamber 5 containing foam by means of a perforated separator of chambers 6 and a heated valve with temperature controller 7. The liquid electrolyte is fed through the suction pipe 8 to the first chamber 4. The liquid electrolyte is heated by means of a heated screen 7, boils and foams. The foam that collects in the second chamber 5 passes through the holes in the perforated anode plate 2 to fill the space 9 between the anode plate 2 and the workpiece 3. The workpiece 3 is located on the rotating cylinders 10 so that it can be moved from under the anode plate 2 after processing. Rotating cylinders 10 are also used to ground the system.
На фиг.2 показана система для непрерывной обработки обеих сторон движущейся обрабатываемой детали. Система действует в вертикальном направлении. Обрабатываемая деталь 11, действующая в качестве катода, проводится в вертикальном направлении двумя комплектами вращающихся цилиндров 12 и 13, которые не только перемещают обрабатываемую деталь, но также применяются для заземления системы. Обрабатываемая деталь 11 перемещается вращающимися цилиндрами 12 через гибкие резиновые уплотнения 14 в зону обработки, которая снабжена анодными устройствами 15 со всех сторон обрабатываемой детали. Анодные устройства 15 по существу сконструированы в соответствии с устройством, показанным на фиг.1, за исключением того, что они расположены вертикально. Электролит проводится через выходы 16 в анодные устройства 15 и там вспениваются. Пена выводится из устройства 15 в показанном направлении в рабочие промежутки 17 на любую сторону обрабатываемой детали. Обрабатываемая деталь перемещается в ходе обработки (путем перематывания или другими подходящими способами) над проводящими вращающимися цилиндрами 13 через резиновые уплотнения 18, которые содержат пену в зоне обработки, в то время как обрабатываемая деталь 11 передвигается. Figure 2 shows a system for continuous processing of both sides of a moving workpiece. The system operates in a vertical direction. The
Фиг. 3 иллюстрирует характерную изъеденную поверхность детали, обрабатываемую в соответствии с изобретением. Деталь обладает характерной изъеденной поверхностью, состоящей из маленьких кратеров, соответствующих размеру микрозон, которые растапливаются в течение очищающего процесса. FIG. 3 illustrates a characteristic pitted surface of a workpiece machined in accordance with the invention. The part has a characteristic pitted surface consisting of small craters corresponding to the size of microzones that melt during the cleaning process.
На фиг.4 изображен аппарат, включающий в себя обрабатываемую деталь 20, источник электрической энергии 21, реакционную камеру 22, сосуд для электролита 23 и подающий трубопровод 24. Реакционная камера 22 связана с положительным полюсом источника электрической энергии 21 и сконструирована с камерами 25 для приготовления пены. Камеры 25 имеют отверстия 26 в основании 27. Отверстия 26 связаны с отделами обработки 28. Аппарат включает в себя электрически изолированные вращающиеся цилиндры 29, которые закрывает отдел обработки 28, приборы 30 для выпуска давления через обходы, оборудованные клапанами, в сосуд 23, заземленные металлические вращающиеся цилиндры 31, изолирующий кожух 32, защитную камеру 33 и отводной трубопровод 34. Обрабатываемая деталь 20 при обработке связывается с отрицательным полюсом источника электрической энергии 21 и протягивается через зону обработки 28. Электролит поставляется из сосуда 23 по поставляющему трубопроводу 24, оборудованному насосом (не указан), в камеры 25 реакционной камеры 22. Пена приготовляется из электролита, который затем проходит через отверстия 26 в пластине 27 в зону обработки 28, где происходит изменение поверхности обрабатываемой детали посредством переплавки поверхностного слоя благодаря применению возникновения микроэлектроплазмы между ионами, сконцентрированными около поверхности обрабатываемой детали 20. Пена сохраняется в пределах обработки зоны 28 благодаря замкнутому пространству, сформированному электрически изолированными вращающимися цилиндрами 29. Избыточная пена сливается, и давление выпускается через отверстия 30 через каналы, оборудованные клапанами, в сосуд с электролитом 23. Чтобы связать отрицательный полюс источника энергии 21 с обрабатываемой деталью 20, применяются заземленные металлические вращающиеся цилиндры 31. Для достижения электрической изоляции реакционной камеры 22 она помещается в изолированный кожух 32. Реакционная камера 22 с кожухом 32 помещается в защитную камеру 33 для защиты от утечки электролита и пены и для содействия в улучшении рециркуляции электролита. Электролит, который накапливается в защитной камере 33, сливается в сосуд 23 через отводной трубопровод 24. Figure 4 shows an apparatus including a
Настоящее изобретение будет в дальнейшем описываться со ссылками на следующие примеры. The present invention will be further described with reference to the following examples.
Пример 1. Example 1
Непрерывная лента низкоуглеродистой стали, покрытая с обеих сторон слоем черной прокатной окалины, пропущена вертикально через закрытый аппарат, показанный на фиг.2, при постоянной скорости около 1 см/с. Ширина ленты 10 см, а рабочая область каждого анода составляет 10 см х 10 см = 100 см2.A continuous strip of low carbon steel, coated on both sides with a layer of black mill scale, was passed vertically through the closed apparatus shown in FIG. 2 at a constant speed of about 1 cm / s. The width of the tape is 10 cm, and the working area of each anode is 10 cm x 10 cm = 100 cm 2 .
Электролит состоит из 10% раствора кислого углекислого натрия в воде, был подогрет до 90oС и направлен через отверстия в анодных пластинах, находящихся на каждой стороне ленты, в 10-миллиметровый рабочий промежуток (расстояние анод - обрабатываемая деталь).The electrolyte consists of a 10% solution of sodium hydrogencarbonate in water, was heated to 90 o C and sent through the holes in the anode plates located on each side of the tape, into the 10-mm working gap (the distance of the anode - the workpiece).
Изначально электролит собран в бассейн внизу камеры, будучи частично удержан резиновыми уплотнениями. Постоянное напряжение было подано к аноду (лента-заземление) и автоматически ограничено до 10 В вследствие высокого потока тока выше 40 А. Initially, the electrolyte was collected in the pool at the bottom of the chamber, being partially retained by rubber seals. A constant voltage was applied to the anode (grounding tape) and was automatically limited to 10 V due to the high current flow above 40 A.
Рабочий расход электролита постепенно понижался до того, как резистивное нагревание собранного в бассейн жидкого электролита внизу камеры не довело его до кипения и вспенивания, наполняя рабочие промежутки на любой из сторон ленты пеной сверху донизу. The working flow rate of the electrolyte gradually decreased until the resistive heating of the liquid electrolyte collected in the pool at the bottom of the chamber brought it to a boil and foaming, filling the working gaps on either side of the tape with foam from top to bottom.
В то же время текущий ток резко уменьшился и (под влиянием саморегулирующегося источника питания) постоянное напряжение автоматически поднялось до установленной ранее максимальной величины - 150 В. Плазма сформировалась на поверхностях стальной ленты, видимость обеспечена боковыми окнами из плексиглаза в камере. At the same time, the current flow decreased sharply and (under the influence of a self-regulating power supply), the constant voltage automatically rose to the previously set maximum value of 150 V. The plasma formed on the surfaces of the steel strip, visibility was provided by side windows made of plexiglass in the chamber.
Процесс стабилизировался в данном состоянии, с текущим током - приблизительно 20 А - через каждый анод. Таким образом, потребление энергии составило около 30 Вт/см2 обрабатываемой поверхности. Это в сравнении с потреблением энергии - около 50 Вт/см2 для процесса, выполненного в аппарате, таком, как показан на фиг. 1, но с использованием потоков жидкого электролита без вспенивания.The process stabilized in this state, with a current of approximately 20 A through each anode. Thus, the energy consumption was about 30 W / cm 2 of the treated surface. This is compared with energy consumption of about 50 W / cm 2 for a process carried out in an apparatus such as that shown in FIG. 1, but using streams of liquid electrolyte without foaming.
Поверхность стальной ленты была очищена с обеих сторон, и загрязнение электролитом было смыто чистой горячей водой. The surface of the steel strip was cleaned on both sides, and contamination with electrolyte was washed away with clean hot water.
Поверхность состояла из тонкого слоя (толщиной в несколько микронов) альфа-железа, с которого был удален углерод для создания поверхности, сопротивляющейся окислению. The surface consisted of a thin layer (several microns thick) of alpha iron, from which carbon was removed to create an oxidation resistant surface.
Пример 2. Example 2
Непрерывная низкоуглеродистая стальная лента, как в примере 1, была проведена горизонтально через аппарат, показанный на фиг.1, при скорости около 1 см/с. A continuous low-carbon steel strip, as in Example 1, was drawn horizontally through the apparatus shown in FIG. 1 at a speed of about 1 cm / s.
Поток электролита, как описано в примере 1, был направлен через отверстия в анодных пластинах в рабочий промежуток над лентой, который был установлен в 10 мм. DC напряжение в 200 В было подано на анод. Первоначально электролит состоял из жидких потоков, а устойчивая плазма была установлена на поверхности ленты путем постепенного сокращения расходов электролита. The electrolyte flow, as described in example 1, was directed through openings in the anode plates into the working gap above the tape, which was set to 10 mm. A 200 V DC voltage was applied to the anode. Initially, the electrolyte consisted of liquid flows, and a stable plasma was installed on the surface of the tape by gradually reducing the cost of electrolyte.
Внутренний подогреватель в устройстве анода был включен, поднимая температуру электролита и действуя на него таким образом, чтобы он наполнял рабочий промежуток по существу в форме пены. В ходе процесса рабочий промежуток был увеличен до 20 мм без разрушения плазмы или нарушения очищающего процесса. The internal heater in the anode device was turned on, raising the temperature of the electrolyte and acting on it so that it filled the working gap essentially in the form of foam. During the process, the working interval was increased to 20 mm without destroying the plasma or disrupting the cleaning process.
Без пенящегося электролита (т.е. с использованием только потоков жидкого электролита) такое увеличение рабочего промежутка вызывает охлаждение плазмы. Таким образом, с пенящимся электролитом могут быть использованы большие рабочие расстояния, чем с жидким электролитом. Without a foaming electrolyte (i.e., using only liquid electrolyte streams), such an increase in the working gap causes the plasma to cool. Thus, longer working distances can be used with foaming electrolyte than with liquid electrolyte.
Поверхность стальной ленты была очищена с одной стороны, прокатная окалина была удалена полностью. The surface of the steel strip was cleaned on one side, the mill scale was completely removed.
Пример 3. Example 3
Стационарный медный лист был очищен от оксида в аппарате, как показано на фиг.2. По существу процесс был таков, как описано в примере 1, за исключением того, что электролит состоял из насыщенного раствора хлористого натрия, подогретого до 90oС. В этом случае, однако, труба выхода электролита была ограничена зажимом для генерирования слегка поднятого давления в огороженной рабочей камере величиной 112 кПа.The stationary copper sheet was cleaned of oxide in the apparatus as shown in FIG. 2. Essentially, the process was as described in example 1, except that the electrolyte consisted of a saturated solution of sodium chloride, heated to 90 o C. In this case, however, the electrolyte outlet pipe was limited by a clamp to generate a slightly raised pressure in the fenced a working chamber of 112 kPa.
Медный лист был очищен, и поверхность в результате была боле гладкой, чем после использования жидкого электролита при атмосферном давлении и без вспенивания, в аппарате, таком как показано на фиг.1. The copper sheet was cleaned and the surface was more smooth than after using a liquid electrolyte at atmospheric pressure and without foaming in an apparatus such as that shown in FIG.
Пример 4. Example 4
Высокоуглеродистый стальной провод диаметром 3 мм с "патентировочной" окалиной был очищен в аппарате, таком же, как изображен на фиг.2, но с расположением горизонтально, с обрабатываемой деталью (проводом), также расположенным горизонтально. High-carbon steel wire with a diameter of 3 mm with a "patent" scale was cleaned in the apparatus, the same as shown in figure 2, but with a horizontal position, with the workpiece (wire) also located horizontally.
Для создания "патентировочной" окалины натянутый провод был нагрет до 900oС, а затем охлажден в расплавленном свинце при 510oС. В результате патентировочного процесса была получена тонкая, прочно прилипшая окалина, большей частью - Fе3О4, нерастворимая в серной кислоте. Данная обработка, следовательно, производит гораздо более вязкую окалину, чем обычно, и представляет собой определенный вызов любому процессу, разработанному для его удаления.To create a “patent” scale, the tensioned wire was heated to 900 ° C, and then cooled in molten lead at 510 ° C. As a result of the patenting process, a thin, strongly adhered scale was obtained, mostly Fe 3 O 4 , insoluble in sulfuric acid . This treatment, therefore, produces a much more viscous scale than usual and poses a certain challenge to any process designed to remove it.
Провод был очищен от окалины статично при следующих условиях. The wire was descaled statically under the following conditions.
Температура электролита: 90oС (температура жидкости до вспенивания).Electrolyte temperature: 90 o C (temperature of the liquid before foaming).
Состав электролита: 10% водный NaHCO3 (pH 7,64).The composition of the electrolyte: 10% aqueous NaHCO 3 (pH 7.64).
Расход электролита: 0,25 г/мин. Electrolyte consumption: 0.25 g / min.
Давление рабочей камеры: от 17,2 до 62,0 кПа (от 2,5 psi до 9,0 psi). Working chamber pressure: 17.2 to 62.0 kPa (2.5 psi to 9.0 psi).
Два анода были сделаны из нержавеющей стали. Анодная пластина была размером 53 мм х 228 мм, представляя область рабочей поверхности размером около 12000 мм2. Расстояние от каждой лицевой стороны анода до провода - 22 мм.Two anodes were made of stainless steel. The anode plate was 53 mm x 228 mm in size, representing an area of the working surface of about 12,000 mm 2 . The distance from each front side of the anode to the wire is 22 mm.
Электролит попал в рабочую камеру через 6,0 мм-отверстие в центре рабочей камеры. Одиночный 6,0 мм-выход обеспечен в верхней левой части рабочего пространства. Данный выход имел манометр и контрольный клапан. The electrolyte entered the working chamber through a 6.0 mm hole in the center of the working chamber. A single 6.0 mm output is provided in the upper left of the workspace. This output had a manometer and a control valve.
Внизу рабочей камеры были расположены два керамических нагревателя по 500 Вт, которые были использованы для кипячения (изначально) жидкого электролита, так чтобы наполнить рабочую камеру пеной. Обзорное стекло было использовано для того, чтобы убедиться, что уровень жидкости находится выше нагревателей, но ниже провода. Плазма была пущена в ход при постоянном напряжении 140 В путем регулирования расхода электролита. Началось вспенивание. Рабочее напряжение затем постепенно сокращалось по 10 В до того, как напряжение достигло 80 В, когда плазма истощилась. Амплитуда тока составила от 6 А при 140 V до 8 А при 8 V. Процесс работал одинаково хорошо и при поднятом напряжении и при пониженном. При поднятом напряжении давление в рабочей камере было больше, чем при пониженном. At the bottom of the working chamber were two 500 W ceramic heaters, which were used to boil (initially) a liquid electrolyte so as to fill the working chamber with foam. A sight glass was used to make sure that the liquid level is above the heaters but below the wire. The plasma was launched at a constant voltage of 140 V by controlling the flow of electrolyte. Foaming started. The operating voltage was then gradually reduced by 10 V before the voltage reached 80 V when the plasma was depleted. The amplitude of the current ranged from 6 A at 140 V to 8 A at 8 V. The process worked equally well both with a raised voltage and with a reduced one. With a raised voltage, the pressure in the working chamber was greater than with a reduced one.
Провод первоначально был покрыт гладкой черной окалиной. После погружения в плазму на приблизительно одну секунду провод проявил чистую матово-белую поверхность, а вся окалина была удалена. The wire was originally coated with smooth black scale. After immersing in the plasma for approximately one second, the wire showed a clean, dull white surface, and all the dross was removed.
Пример 5. Example 5
Низкоуглеродистая стальная лента, как в примере 1, была покрыта с обеих сторон цинком в аппарате, показанном на фиг.2. Лента держалась стационарно и обрабатывалась в течение 10 с. Электролит представлял собой 80% насыщенный раствор сернокислого цинка в воде, рабочие условия были по существу такими же, как описано в примере 1. Получившийся покрытый образец был подвергнут исследованиям с использованием электронного сканирующего микроскопа для осмотра поперечного разреза и электронного микроскопа (EDAX) для покрытой поверхности. A low carbon steel strip, as in Example 1, was coated on both sides with zinc in the apparatus shown in FIG. 2. The tape was held stationary and processed for 10 s. The electrolyte was an 80% saturated solution of zinc sulfate in water, the operating conditions were essentially the same as described in example 1. The resulting coated sample was examined using an electron scanning microscope to examine the cross section and an electron microscope (EDAX) for the coated surface .
Цинковое покрытие было твердым, его толщина варьировалась в пределах от 4 до 7 мкм. Покрытая поверхность дала четкую дифракционную модель с содержанием только максимум альфа-железа и цинка (признаков окиси цинка обнаружено не было). Металлургический состав цинкового покрытия ( в весовом проценте) был установлен: цинк 96%, железо 4,0%. The zinc coating was hard, its thickness ranged from 4 to 7 microns. The coated surface gave a clear diffraction model containing only a maximum of alpha iron and zinc (no signs of zinc oxide were detected). The metallurgical composition of the zinc coating (in weight percent) was established: zinc 96%, iron 4.0%.
Claims (16)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/GB2000/002917 WO2001009410A1 (en) | 1999-07-30 | 2000-07-28 | An improved process and apparatus for cleaning and/or coating metal surfaces using electro-plasma technology |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2213811C1 true RU2213811C1 (en) | 2003-10-10 |
Family
ID=31985481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002104968/02A RU2213811C1 (en) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | Updated process and apparatus for cleaning and/or coating metal surfaces by means of electric plasma technology |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2213811C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455400C2 (en) * | 2010-09-23 | 2012-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | Method for electrolytic-plasma treatment of surface of conductive products |
-
2000
- 2000-07-28 RU RU2002104968/02A patent/RU2213811C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455400C2 (en) * | 2010-09-23 | 2012-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | Method for electrolytic-plasma treatment of surface of conductive products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6585875B1 (en) | Process and apparatus for cleaning and/or coating metal surfaces using electro-plasma technology | |
| AU720586B2 (en) | An electrolytic process for cleaning electrically conducting surfaces | |
| US3546088A (en) | Anodizing apparatus | |
| KR20170107494A (en) | Ecological methods and related devices for continuous chrome plating of bars | |
| US5981084A (en) | Electrolytic process for cleaning electrically conducting surfaces and product thereof | |
| CN103255467A (en) | Novel material surface modification method and apparatus | |
| US8282805B2 (en) | Process and apparatus for cleaning and/or coating conductive metal surfaces using electro-plasma processing | |
| RU2213811C1 (en) | Updated process and apparatus for cleaning and/or coating metal surfaces by means of electric plasma technology | |
| KR20010015609A (en) | Electro-plating process | |
| US3331760A (en) | Electrolytic milling | |
| US3827953A (en) | Process for coating refractory metals with oxidation-resistant metals | |
| US20030085113A1 (en) | Process and apparatus for cleaning and/or coating metal surfaces using electro-plasma technology | |
| CN115449872A (en) | Ultrasonic-assisted cathode plasma electrolytic deposition coating and surface treatment method and device | |
| CN111621829A (en) | Method and equipment for ceramic surface treatment of aluminum alloy with high Cu content and/or Si content | |
| MXPA98007563A (en) | Electrolytic process to clean surfaces electrically duct | |
| US3650910A (en) | Method for anodizing aluminized steel strip | |
| JPS5989790A (en) | Method for preventing electrodeposition of metal on electrically conductive roll during electroplating | |
| RU97107452A (en) | METHOD FOR CLEANING THE SURFACE OF A METAL PRODUCT IN ELECTROLYTE | |
| JPS58189398A (en) | Electroplating method using insoluble anode | |
| MXPA98007562A (en) | Electrolytic process to clean and cover surfaces electrically conduit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080324 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080729 |