SU1080522A1

SU1080522A1 - Устройство дл анодировани длинномерных изделий

Info

Publication number: SU1080522A1
Application number: SU823414360A
Authority: SU
Inventors: К.Н. Никитин; С.М. Гельман; Н.С. Пархоменко; А.А. Некрасов; Т.П. Мушулов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7340; Московский химико-технологический институт им.Д.И.Менделеева
Priority date: 1982-04-01
Filing date: 1982-04-01
Publication date: 1986-11-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДПЯ АНОДИРОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее электролизер, систему подачи электролита , токоподводы и систему электроI дов, отличающеес тем, что, с целью повышени качества обработки путем равномерного распредеСчютл/а fgjfsflf лени тока по длине издели , катоды выполнены с переменным по длине внутренним диаметром, определ емым из соотношени D D 1 UK - (е)1 Р I где D - наименьший внутренний диаметр катода; К - удельна электропроводность электролита; I - плотность тока на единицу длины издели ; Ч(е) - распределение потенциала по длине электролизера; 1 - координата длины электролизера; и - конечное напр жение анодировани .

Description

Изобретение относитс к области электрохимической обработки изделий и может быть использовано дл образо вани защитных анодных окиснЫх пленок барьерного типа на длинномерных издели х из вентильных металлов и их сплавов (например, на проволоке или трубчатых издели х из циркони , гафни , ниоби , тантала и их сплавов). особенно на оболочках дл тепловьщел -10 ющих элементов и готовых ТВЭЛ дл атомных реакторов. Известно устройство дл анодировани изделий любой длины из алюмини , состо щее из нескольких цилиндрических , разделенных между собой чеек, охватывающих непрерывно перемещающеес изделие. По мере перемещени изделие последовательно подвергаетс очистке, промывке, анодированию при определенном потенциале, отмывке, ано дированию при более высоком потенциале , снова отмывка и так несколько раз до достижени требуемой толщины окисной пленки. В последней чейке изде1пие подвергаетс сушке; Положительный потенциал подводитс непосредственно к изделию. Отрицательный потенциал подводитс к корпусу каждой анодирующей чейки, служащему катодом, автономно или от общего источника питани через распределительное устрсэйство таким образом, чтобы установить среднкйо плотность тока в каждой чейке на определенном, одинаковом дл всех чеек уровне. Электролит смешиваетс с сжатым воздухом и углекислым газом и подаетс на поверхность издели с помощью форсунок автономно дл каждой чейки. Анодирование ведетс импульсным током высокой плотности. Данное устройство не может быть использовано дл нанесени на издели из циркони , гафни , ниоби , тантала и их сплавов, особенно на оболочки тепловыдел ющих элементов и готовые ТВЭЛ дп атомных реактор.ов защитных ОКИСНЫХ пленок барьерного типа, повы шающих их коррозионную стойкость, в св зи с тем, что: при входе в анодирующую чейку необработанного при данном потенциале участка издели возникает высока локальна плотность тока, что приводит к диэлектрическому пробою окисной пленки, искрению поверхности и, как следствие, .к образованию окисного 222 сло , не обладающего защитными свойствами; подвод потенциала непосредственно к перемещающемус изделию может привести к искрению, вплоть до образовани дуги, при этом поверхность издели приходит в негодность. Известно устройство дл электрохимической обработки длинномерных изделий , содержащее электролизер, систему подачи электролита, токоподводы и систему электродов. Посто нство плотности тока по длине издели достигаетс изменением сечени пластины проводника (например, графита), служащего вспомогательным электродом. В случае катодного электроосаждени металлов или электрополировки общее сопротивление системы между токоподводом к вспомогательному электроду и изделием мен етс по дайне издели не так значительно (в пределах одного пор дка). Это позвол ет осуществить электрохимическую обработку проволоки с одинаковой плотностью тока по ее длине, использу вспомогательный электрод переменного сечени , но при посто нстве рассто ни между электродом и обрабатываемой проволокой. В случае образовани анодных окисных пленок сопротивление их по длине обрабатываемого участка мен етс от О до 10 См.- Поэтому уравнение дл расчета сечени электрода, принимающее посто нным по длине удельное сопротивление издели (проволоки), и сам принцип станов тс непригодными. Даже при использовании в качестве материала электрода графита, обладаю ° высоким удельным сопротивлением. дл компенсации таких изменений сопротивлени изделий по длине необходимы очень тонкце в сечении электроды . При анодировании не проволоки, а длинномерных труб, возникает необходимость изготовлени кольцеобразных в сечении вспомогательных электродов , что при малой толщине и большой прот женности становитс совершенно невозможным. Целью изобретени вл етс повышение качества обработки путем равномерного распределени тока по длине издели . . Поставленна , цель достигаетс тем, что в устройстве дл анодировани длинномерных изделий, содержащем элек тролизер , систему подачи электролита , токоподводы и систему электродов катоды выполнены с переменным по длине внутренним диаметром, определ емом из соотношени ,

D D,-I. и, - f(e), где D - наименьший диаметр катода;

К - удельна электропроводность

электролита; I - плотность тока на единицу

длины издели ; Ч (е) - распределение потенциала по

длине электролизера, требуемое дл обеспечени гальваностатического режима анодировани и определ емое опытным путем; 1 -: координата длины электролизера;

Uj - конечное напр жение анодировани .

Удельна скорость роста анодной окисной пленки при гальваностатическом режиме анодировани определ етс как

df

Ч гЕ,

idt

где - потенциал;

i. - плотность тока;

t - врем ;

- эффективность процесса;

г - прирост толщины пленки на

единицу прошедшего зар да; Е - напр женность электрического

пол в пленке.

Отсюда следует, что потенциал вл етс функцией времени ), котора дл конкретного металла может быть вз та из литературы или определена экспериментально. Задава сь скоростью перемещени издейий V

1

- , из зависимости потенциала от.

времени можно определить распределение потенциала по длине электролизера , необходимое дл обеспечени гальваностатического режима анодировани , 4(1).

На чертеже показано устройство дл анодировани длинномерных изделий .

Устройство содержит электролизер, состо щий из нескольких чеек 1. Кажда чейка имеет крльцевой катод 2, диаметр которого мен етс по длине

чейки, и камера 3 и 4 ввода и вывод электролита с патрубками 5. С помощь трубопроводов чейки 1 соединены с насосом 6 и баком 7 дл электролита. Между собой чейки разделены neperoj родками 8 с отверсти ми дл перемещени изделий 9. Отрицательный потенциал к каждой чейке подводитс через распределительное устройство 10. По кра м электролизера расположены чейки 11, служащие дл подвода потенциала к издели м и состо щие из цилиндрического анода 12 и камер 13 и 14 дл ввода и вывода электролита с патрубками 15. С помощью трубопроводов чейки 11 соединены с насосом 16 и баком 17 дл электролита. По торцам чейки подвода потенциала к изделию ограничены пустотелыми кольцевыми манжетами 18 с воздушным подпором.

- Устройство работает следующим образом .

При перемещении издели 9 через электролизер к нему в чейках 11, через которые с помощью насоса 16 прокачиваетс электролит, подаетс потенциал , вл ющийс положительным по отношению к потенциалам катодов 2 чеек 1. При входе издели в первую чейку 1 плотность тока на нем определ етс потенциалом, подводимым к катоду 2 чейки,, и суммарным сопротивлением первоначальной окисной пленки на изделии и электролите в кольцевом зазоре между изделием и катодом . По мере продвижени издели через чейку 1 анодна пленк 1 на нем растет и увеличиваетс ее электрическое сопротивление, Но вместе с тем за счет уменьшени диаметра катода 2 уменьшаетс сопротивление электролита в кольцевом зазоре. В результате суммарное сопротивление электролита и анодной пленки остаетс посто нным по длине чейки, а следовательно,остаетс посто нной и плотность тока, в то врем как потенциал на анодной пленке возрастает.

При входе издели s следующую чейку, имеющую ту же геометрию,что предьщуща , потенциал на его анодной пленке имеет ту же величину, что и в конце предыдущей чейки, а плотность тока сохран етс на прежнем уровне за счет более высокого подводимого к катоду потенциала. В результате при перемещении издели через устройство наращивание анодной пленки происходит в гальваностатическом режиме. Выполнение в предложенном устройстве катодов чеек электролизера ано дировани с переменным по их длине диаметром в соответствии с зависимостью D D,.i - UK - (е) позвол ет осуществить гальваностатический (при посто нной, заданной плотности тока) режим непрерывного анодирова ни наружной поверхности дпиннЬмерных изделий, получить на поверхности беспористые анодные окис ные пленки барьерного типа с высокими защитными свойствами и тем самым повысить коррозионную стойкость изде лий из вентильных металлов и их спла Кроме того, подвод потенциала к обрабатываемым издели м посредством жидкостного контакта в чейках, расположенных по концам электролизера, позвол ет исключить возможность повреждени поверхности обрабатываемых изделий за счет прижога при непосред ственном контакте. В качестве примера можно привести анодирование длинномерных трубчатых изделий диаметром 1,36 см из сплава циркони в 0,03% растворе NaOH до напр жени 50 В при посто нной плотности тока 5 мА/см, перемещающихс со скоростью 5 см/сек. Экспериментально определенна -при плотности тока 5 мА/см скорость изменени потенциала во времени составл ет дл электрополированного сплава 1 В/сек.Отсюда, необходимое дл поддержани посто нной плотности тока 5 мА/см изменение потенциала по длине электролизера составит 0,2 В/см; обща длина электролизера 250 см. Разбив электролизер на 15 одинаковых чеек длиной по 16,7 см, в каждой из которых должен осуществл тьс гальваностатический режим при плавном изменении потенциала на 3,33 В, и задавшись наикеньшим диаметром электродов 2 см, получают плавное изменение диаметров электродов в каждой чейке от 11,4 см до 2 см в соответствии с приведенной экспоненциальной зависимостью. При этом обеспечиваетс режим посто нной плотности тока анодировани 5 мА/см. Устройство позвол ет .упростить технологическую линию производства ТВЭЛ, исключив из нее котлонадзорйое автоклавное оборудование, работающее при температуре 300°С и давлении (0,91 ,1)-10 Па, сократить на 4-5 сут объем незавершенного производства и уменьшить расход электроэнергии.

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНОДИРОВАНИЯ

ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее электролизер, систему подачи электролита, токоподводы и систему электроI дов, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки путем равномерного распреде ления тока по длине изделия, катоды выполнены с переменным по длине внутренним диаметром, определяемым из соотношения . у/ ! 2Λ [«,-4(.)1 где - наименьший внутренний диаметр катода;

К - удельная электропроводность электролита;

I - плотность тока на единицу длины изделия;

Ч(е) - распределение потенциала по длине электролизера;

1 - координата длины электроли- . § зера;

U_K - конечное напряжение аноди- ( _ рования. f