Установка для электрохимического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб
Установка для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб относится к области электрохимического нанесения металлических покрытий на внутреннюю поверхность труб. Она может быть использована, например, для хромирования, никелирования или платинирования внутренней поверхности длинномерных труб сложной формы. Установка содержит источник питания, ванну для хранения электролита, насос, две электролитические камеры, коммутатор, прижимные клеммы. Каждая из электролитических камер состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого установлены аноды, защищенные анионообменными и катионообменными мембранами. Аноды каждой электролитической камеры соединены с положительным полюсом источника питания. Отрицательный полюс источника питания связан с коммутатором, соединенным с прижимными клеммами, устанавливаемыми на поверхности обрабатываемой трубы. Источник питания выполнен в виде источника асимметричного или постоянного тока. Каждая из электролитических камер имеет по два вывода. Первый вывод первой электролитической камеры соединен с первым выводом ванны для хранения электролита, второй вывод которой через насос связан с первым выводом второй электролитической камеры. Вторые выводы электролитических камер предназначены для подключения обрабатываемой трубы. Технический результат заключается в обеспечении качественного и равномерного покрытия внутренней поверхности длинномерных изделий малого диаметра и сложной геометрической формы. 1 н.з. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к гальванотехнике, а именно к области электрохимического нанесения металлических покрытий на внутреннюю поверхность труб и может быть использована, например, для хромирования, никелирования или платинирования внутренней поверхности длинномерных труб сложной формы.
Известно устройство для электрохимической обработки полостей длинномерных изделий, преимущественно для труб с внутренними диаметрами 3-8 мм [1. Патент SU 
1790638 A3, 5 МПК C25D 19/00, опубликовано 23.01.1993. Бюл. 3]. Устройство содержит два соединенных друг с другом электрода, имеющих возможность перемещения внутри обрабатываемой полости; устройство, обеспечивающее перемещение электродов; средства уплотнения и подвода электролита в электролитическую ячейку. Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения равномерного покрытия на сложную внутреннюю поверхность длинномерных изделий малого сечения, связанную с тем, что внутри изделия требуется поместить электрод, что не всегда является возможным.
Известно также устройство для электролитического нанесения покрытия на внутреннюю поверхность полого изделия, описанное в [2. Патент RU 2156837, опубликовано 2000.09.27, 7 МПК C25D 5/22]. Устройство включает ванну с раствором, в котором размещают изделие. В полости изделия расположен анод, имеющий прижимы и систему лопаток, установленных под углом к торцу изделия. Анод с системой лопаток и с прижимами имеет возможность вращения вокруг своей оси, а изделие имеет возможность возвратно-поступательного перемещения в ванне относительно анода. Устройство позволяет нанести покрытие на внутреннюю поверхность изделия с диаметром около 80 мм. Устройство [2], является сложным, т.к. необходимо изготовление специального анода с прижимами и системой лопаток, установленных под заданным углом к торцу изделия. Кроме того, необходимо обеспечить вращение анода с заданной угловой скоростью и возвратно-поступательное перемещение изделия в ванне. С помощью этого устройства также невозможно обеспечить равномерное покрытие сложных внутренних поверхностей длинномерных изделий малого сечения.
Известна установка для гальванического покрытия внутренней поверхности изделия [3. Патент RU 2282684, опубликован 2006.08.27, МПК (2006.01) C25D 7/04, C25D 19/00], которая является наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сути и достигаемому результату и взята за прототип. Эта установка содержит две ванны, заполненные электролитом и насос. Установка снабжена также средством для изменения направления потока электролита, элементами подвода и отвода электролита и держателем покрываемого изделия. Первая ванна заполнена электролитом, содержащим драгоценный металл (металл, который необходимо нанести на внутреннюю поверхность трубы), и соединена с положительным полюсом источника тока. Вторая ванна заполнена электролитом, не содержащим драгоценный металл, и соединена с отрицательным полюсом источника тока. Средство для изменения потока электролита соединено с центробежным насосом, который размещен в первой ванне. Элементы подвода и отвода электролита одними концами соединены со средством изменения направления потока электролита, а другими концами - с покрываемым изделием, которое подвешено посредством держателя во второй ванне. Эта установка позволяет наносить покрытия на сложную внутреннюю поверхность изделий, имеющих малое сечение. Однако нанести равномерное покрытие на сложную внутреннюю поверхность длинномерных изделий малого диаметра не представляется возможным, так как в данном устройстве размер обрабатываемой детали ограничен размерами ванны, в которой размещается это изделие. Кроме того, в процессе электролиза ионы металла, из которого выполнен корпус первой ванны, будут поступать в электролит, содержащий драгоценный металл, тем самым, загрязняя его, что приводит к ухудшению качества внутреннего покрытия трубы. Подключение отрицательного полюса источника постоянного тока происходит через жидкую проводящую среду (электролит). Если обрабатываемая труба имеет сложную геометрическую форму, то на ее участках, по разному удаленных от металлического корпуса второй ванны, будет протекать различный по величине ток, что приведет к неравномерности покрытия внутренней поверхности трубы.
Задачей и техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение качественного и равномерного покрытия внутренней поверхности длинномерных изделий малого диаметра и сложной геометрической формы.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что заявляемая полезная модель, как и прототип, содержит соединенную с насосом ванну, заполненную электролитом и источник питания.
В отличие от прототипа заявляемая полезная модель дополнительно содержит две электролитические камеры, коммутатор, соединенный с прижимными клеммами. Каждая из электролитических камер состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого установлены аноды, защищенные анионообменными и катионообменными мембранами. При этом анионообменная мембрана расположена непосредственно у анода. Аноды каждой электролитической камеры соединены с положительным полюсом источника питания. Отрицательный полюс источника питания связан с коммутатором, выходы которого соединены с прижимными клеммами, установленными на поверхности обрабатываемой трубы. Каждая из электролитических камер имеет по два вывода. Первый вывод первой электролитической камеры соединен с другим выводом ванны, а первый вывод второй электролитической камеры соединен с соответствующим выводом насоса. Вторые выводы электролитических камер предназначены для подключения между ними обрабатываемой трубы. Источник питания выполнен в виде источника асимметричного тока.
В частном случае выполнения заявляемого устройства прижимные клеммы расположены равномерно на поверхности обрабатываемой трубы. Первые выводы электролитических камер имеют патрубки, а их вторые выводы имеют уплотнители. Для перекачивания электролита применен реверсивный насос. Источник питания выполнен в виде источника постоянного тока. Коммутатор выполнен в виде управляемых ключей и дополнительных источников питания, количество которых соответствует количеству прижимных клемм. При этом отрицательные выводы дополнительных источников питания образуют вход коммутатора, а их положительные выводы через управляемые ключи соединены с прижимными клеммами через соответствующие выходы коммутатора.
Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели среди известных источников информации заявителями не обнаружена, что подтверждает ее новизну.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 представлена функциональная схема установки для электрохимического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб. На фиг.2 показана функциональная схема коммутатора 6 и его подключение к прижимным клеммам 7 и источнику питания 5.
Установка содержит две электролитические камеры, каждая из которых имеет диэлектрический корпус 1, внутри которого установлены аноды 2, защищенные анионообменными 3 и катионообменными 4 мембранами. Аноды 2 каждой электролитической камеры соединены с положительным полюсом источника питания 5. Отрицательный полюс источника питания 5 связан с коммутатором 6, выходы которого соответственно соединены с прижимными клеммами 7, устанавливаемыми на поверхности обрабатываемой трубы 8. Количество прижимных клемм 7 зависит от длины и формы обрабатываемой трубы 8. Каждая из электролитических камер имеет по два вывода. Первый вывод 9 первой электролитической камеры соединен с выводом 10 ванны 11, заполненной электролитом. Первый вывод 12 второй электролитической камеры соединен с другим выводом ванны 11 через насос 13. Вторые выводы 14 и 15 электролитических камер имеют уплотнители 16 и предназначены для подключения между камерами обрабатываемой трубы 8. Аноды 2 электролитических камер соединены с положительным полюсом источника питания 5 с помощью клемм 17.
На фиг.2 прижимные клеммы 7 обозначены позициями 7, 7.1, 7.2. Прижимная клемма 7 является центральной по отношению к обрабатываемой трубе, а две клеммы 7.1 и две клеммы 7.2 расположены симметрично относительно клеммы 7. Коммутатор 6 содержит: управляемые ключи 18, 19, 20, 21, 22, образующие соответственно выходы коммутатора 6, подключенные к прижимным клеммам 7.2, 7.1, 7, 7.1, 7.2 и дополнительные источники питания 23, 24, 25, 26, 27. Отрицательные клеммы дополнительных источников питания 23, 24, 25, 26, 27 объединены и образуют вход коммутатора 6, а положительные клеммы дополнительных источников питания 23, 24, 25, 26, 27 подключены соответственно к другим выводам управляемых ключей 18, 19, 20, 21, 22.
Работа заявляемой полезной модели показана на конкретном примере. Между выводами 14 и 15 электролитических камер с помощью уплотнителей 16 размещают трубу 8. Аноды 2 электролитических камер выполнены в виде пластин из нержавеющей стали. В качестве мембран 3 и 4 использованы соответственно анионообменные мембраны МА и катионообменные мембраны МК, прижатые друг к другу. Такое их соединение образует биполярную мембрану 3-4. В качестве источника питания 5 использован источник асимметричного тока с коэффициентом симметрии равным 0,15 (возможно также использование источника постоянного тока). Прижимные клеммы 7 равномерно расположены на поверхности трубы 8, если она имеет прямолинейную форму. В ванну 11 заливают электролит, в составе которого входит хромовый ангидрид СrО3 с концентрацией 150 г/литр и серная кислота H2SO 4 с концентрацией 1,25 г/литр, который с помощью реверсивного насоса 13 прокачивается по гидравлическому контуру: насос 13 - вторая электролитическая камера - внутренняя поверхность обрабатываемой трубы 8 - первая электролитическая камера - ванна 11. С помощью насоса 13 можно менять направление движения электролита. При включении источника питания 5 начинает протекать электрический ток по двум электрическим контурам. Первый электрический контур: плюс источника питания 5 - клемма 17 второй электролитической камеры - анод 2 второй электролитической камеры - биполярная мембрана 3-4 второй электролитической камеры - электролит, прокачиваемый по упомянутому гидравлическому контуру внутренняя поверхность обрабатываемой трубы 8 - прижимные клеммы 7 коммутатор 6 - минус источника питания 5. Второй электрический контур: плюс источника питания 5 - клемма 17 первой электролитической камеры - анод 2 первой электролитической камеры - биполярная мембрана 3-4 первой электролитической камеры, электролит, прокачиваемый по упомянутому гидравлическому контуру - внутренняя поверхность обрабатываемой трубы 8 - прижимные клеммы 7 - коммутатор 6 - минус источника питания 5. При этом катионы хрома, содержащиеся в электролите, осаждаются на внутренней поверхности трубы 8. В исходном состоянии включена центральная прижимная клемма 7. Поскольку труба 8 металлическая, то ее сопротивление много меньше сопротивления электролита, и труба 8 будет эквипотенциальной, то есть будет иметь практически одинаковый отрицательный потенциал источника питания 5. Аноды 2 обеих электролитических камер аналогично будут иметь положительный потенциал источника питания 5. Электрический ток, протекающий по электролиту и переносящий ионы хрома, будет зависеть от расстояния между каждой точкой анода 2 и каждой точкой внутренней поверхности трубы 8 и от разности потенциалов, приложенных к этим точкам. То, что центральная прижимная клемма 7 расположена в центре трубы 8, вдвое уменьшает среднегеометрическое расстояние между упомянутыми точками, а значит и повышает равномерность покрытия. Точки, расположенные по краям трубы в зоне прижимных клемм 7.2 фиг.2, имеют наименьшее расстояние до анодов 2, а значит там и будет протекать самый большой ток и, соответственно, там будет самая большая толщина покрытия. При изменении потенциалов концов трубы 8 с помощью подключения к прижимным клеммам 7.2 дополнительных источников питания 23, 27 включением ключей 18 и 22 количество ионов хрома, осаждаемых в зоне прижимных клемм 7.2, уменьшится, то есть скорость роста толщины покрытия снизится. В соседней зоне, соответствующей зоне прижимных клемм 7.1, скорость роста осаждаемого покрытия увеличивается. По мере достижения требуемой толщины в зоне прижимных клемм 7.1 на них также подается положительный потенциал дополнительных источников питания 23, 26 путем включения ключей 19, 21 фиг.2. Скорость осаждения ионов хрома в зоне клемм 7.1 уменьшается, а в зоне клеммы 7 увеличивается, выравнивая толщину покрытия. Поскольку эквипотенциальность металлической трубы 8 не зависит от ее кривизны, то воздействие потенциала дополнительного источника на скорость осаждения ионов хрома будет такой как описано выше для прямой трубы. Кроме того, равномерность осаждения ионов хрома обеспечивается: скоростью течения электролита и направлением его движения по гидравлическому контуру. Аноды 2 закрыты от электролита биполярными мембранами 3, 4 фиг.1, поэтому попадание ионов электродов в раствор электролита при их деструкции исключено, что также повышает качество покрытия.
Полезная модель является промышленно применимой, так как может быть многократно реализована с помощью серийно выпускаемых элементов и блоков с достижением указанного выше технического результата. Выполнение установки для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб не вызывает затруднений для специалистов в данной области.
1. Установка для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб, содержащая источник питания, ванну для хранения электролита, один из выводов которой соединен с насосом, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит две электролитические камеры, коммутатор, прижимные клеммы, причем каждая из электролитических камер состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого установлены аноды, защищенные анионообменными и катионообменными мембранами, наложенными друг на друга, при этом аноды каждой электролитической камеры соединены с положительным полюсом источника питания, а отрицательный полюс источника питания связан с входом коммутатора, выходы которого подключены к прижимным клеммам, установленным на поверхности обрабатываемой трубы, причем источник питания выполнен в виде источника асимметричного тока, кроме того, каждая из электролитических камер имеет по два вывода: первый вывод первой электролитической камеры соединен с другим выводом ванны для хранения электролита, а первый вывод второй электролитической камеры соединен с соответствующим выводом насоса, причем вторые выводы электролитических камер предназначены для подключения обрабатываемой трубы.
2. Установка для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб по п.1, отличающаяся тем, что прижимные клеммы расположены равномерно на поверхности обрабатываемой трубы.
3. Установка для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб по п.1, отличающаяся тем, что первые выводы электролитических камер имеют патрубки, а их вторые выводы имеют уплотнители.
4. Установка для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб по п.1, отличающаяся тем, что насос для перекачивания электролита выполнен реверсивным.
5. Установка для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде источника постоянного тока.
6. Установка для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб по п.1, отличающаяся тем, что коммутатор выполнен в виде управляемых ключей и дополнительных источников питания, количество которых соответствует количеству прижимных клемм, при этом отрицательные выводы дополнительных источников питания образуют вход коммутатора, а их положительные выводы через управляемые ключи соединены с прижимными клеммами через соответствующие выходы коммутатора.
