Электролизер для анодирования малогабаритных цилиндрических металлоизделий

Полезная модель относится к области создания электрохимических устройств (электролизеров) для анодирования металлов и их сплавов в различных электролитах и может использоваться при получении оксидных биосовместимых покрытий на цилиндрических костных имплантатах для стоматологии, травматологии и ортопедии. Анодирование малогабаритных цилиндрических металлоизделий осуществляется в электролизере, содержащем корпус цилиндрической формы с узлами для проточной подачи воды, водяную рубашку, цилиндрическую ванну, дисковую подвеску-анод для закрепления изделий и их завески в электролит, цилиндрический катод со сквозными каналами круглого сечения для размещения обрабатываемых изделий, крышку. Технический результат полезной модели заключается в создании наилучших условий анодирования группы цилиндрических изделий для исключения опасности возникновения краевого эффекта в процессе формирования покрытий за счет обеспечения возможности обработки изделий в отдельных каналах цилиндрического катода. Электролизер позволяет получать равнотолщинные анодно-оксидные покрытия с высокой поверхностно-структурной однородностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к электрохимическому оборудованию для анодирования металлоизделий, а именно, к электролизерам для получения анодно-оксидных покрытий на малогабаритных цилиндрических имплантатах, широко применяемых в стоматологии, травматологии и ортопедии при лечении различных костных патологий челюстно-лицевого отдела и опорно-двигательного аппарата.

При анодной обработке изделий существенное влияние на качество получаемых покрытий оказывают условия проведения электролиза, в значительной степени определяемые техническими возможностями применяемого электрохимического оборудования. Разработка и конструирование электрохимического оборудования носит специализированный характер и предусматривает создание устройств для каждого отдельно взятого метода обработки и вида металлоизделия. Анодирование промышленных изделий различного назначения осуществляют в специальных электролизерах, типаж которых определяется конфигурацией и количеством обрабатываемых заготовок [1-4]. Такие электролизеры обычно характеризуются значительным габаритом, большим расходом электролитов и электроэнергии, отличаются сложностью конструкции и не дают технической возможности для проведения высокоэффективной обработки малогабаритных изделий типа костных имплантатов [5, 6]. Известные промышленные электролизеры не позволяют получать высококачественные анодно-оксидные покрытия на малогабаритных медицинских изделиях цилиндрической формы, вследствие чего их применение в производстве имплантатов является сильно ограниченным, а зачастую и невозможным.

Ближайшим прототипом, по мнению авторов, является конструкция электролизера для анодирования цилиндрических имплантатов, включающая два цилиндрических корпуса разного диаметра - внешний с узлами для проточной подачи воды и внутренний, являющийся ванной для анодирования, которые установлены с возможностью образования между их стенками водяной рубашки для циркуляции воды; подвеску-анод в виде диска; цилиндрический полый катод, состоящий из двух концентричных колец, соединенных между собой перемычками и образующих рабочий катодный зазор; крышку [7]. Данный электролизер позволяет получать анодно-оксидные покрытия на малогабаритных цилиндрических имплантатах, но за счет конструкции катода не дает технической возможности исключить возникновение краевого эффекта при анодировании, что приводит к образованию поверхностных оксидов с неравномерной толщиной и неоднородной структурой.

Задача полезной модели состоит в создании технических условий анодирования цилиндрических металлоизделий, исключающих возникновение краевого эффекта при формировании оксидного покрытия и способствующих получению поверхностных оксидов с равномерной толщиной и высокой однородностью структуры.

Поставленная задача решается следующим образом. В электролизере для анодирования малогабаритных цилиндрических металлоизделий, содержащем цилиндрический корпус с крышкой и узлами для проточной подачи воды, цилиндрическую ванну анодирования, размещенную внутри корпуса с возможностью образования между их стенками водяной рубашки для циркуляции воды, установленную на торце ванны дисковую подвеску-анод с элементами крепления обрабатываемых металлоизделий, цилиндрический катод, расположенный в ванне, цилиндрический катод выполнен со сквозными осевыми каналами круглого сечения для размещения в них обрабатываемых металлоизделий, причем расположение каналов в катоде и элементов крепления на подвеске-аноде произведено с соблюдением соосности между ними. Кроме того, цилиндрический катод имеет высоту не менее длины обрабатываемых изделий, а сквозные каналы, выполненные в нем, имеют диаметр, выбранный с соблюдением условия образования межэлектродного зазора, который должен быть не меньше диаметра изделий.

Соответствие формы сквозных катодных каналов форме обрабатываемых цилиндрических изделий исключает возникновение краевого эффекта анодирования, обеспечивает получение покрытий равномерных по толщине и однородных по структуре за счет повышенной равномерности распределения анодной плотности тока по поверхности изделий. Соответствие высоты катода длине обрабатываемых изделий дает возможность проведения анодирования по всей их длине, а выбор диаметра сквозных осевых каналов с учетом образования межэлектродного зазора не менее диаметра обрабатываемых изделий обеспечивает возможность эффективного перемешивания электролита в зазоре.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция электролизера, на фиг.2 показан вид сверху цилиндрического катода со сквозными осевыми каналами круглого сечения.

Предложенный электролизер (фиг.1) состоит из цилиндрического корпуса 7, имеющего углубление на середине основания и вмонтированные в стенки узлы 2, 3 для проточной подачи воды из термостата (на чертеже не показан). Внутри корпуса 1 расположена цилиндрическая ванна 4 анодирования, которая с помощью имеющегося выступа 5 фиксируется в корпусе 1 на некотором расстоянии от его стенок. Из-за разности диаметров корпуса 7 и ванны 4 между ними образуется водяная рубашка 6. В ванне 4 размещен цилиндрический катод 7 со сквозными осевыми каналами круглого сечения 8 (фиг.2). На ванне 4 расположена подвеска-анод 9 в виде диска с вмонтированными в него элементами крепления 75 и с закрепленными на них цилиндрическими изделиями 10, каждое из которых погружено в отдельный сквозной канал катода 7. В подвеске имеются два отверстия - 77 и 72. Отверстие 77 предназначено для вывода электрического контакта катода 7 и его подключения к источнику питания (на чертеже не показан), отверстие 72 - для доливки электролита в ванну 4 при его испарении в процессе обработки. Сверху электролизер закрыт крышкой 13, имеющей соосные с подвеской 9 симметричные отверстия. Дополнительное отверстие 14 в крышке 13 предназначено для вывода электрического контакта подвески-анода 9.

Электролизер работает следующим образом. При открытой крышке 13 электролизера в ванну 4 анодирования наливают предварительно подготовленный рабочий электролит до определенного уровня. По водяной рубашке 6 обеспечивают циркуляцию воды из термостата, температура которой определяет температуру электролита. С помощью дисковой подвески 9 с закрепленной на ней группой цилиндрических изделий 10 производят их завеску в ванну 4 так, чтобы каждое отдельное изделие располагалось в отдельном сквозном канале 8 цилиндрического катода 7. Электролизер закрывают крышкой 13, включают источник питания и осуществляют групповое анодирование изделий при заданных значениях технологического режима электролиза.

Предложенный электролизер для анодирования малогабаритных цилиндрических металлоизделий типа медицинских имплантатов характеризуется повышенной эффективностью применения, а получаемые аноднооксидные покрытия имеют равномерную толщину и высокооднородную структуру на всех участках обработанной поверхности. Благодаря созданным техническим условиям в процессе анодирования цилиндрических изделий в таком электролизере происходит равномерное распределение анодной плотности тока по металлической поверхности, в результате чего образование и рост оксидов происходят с примерно одинаковой скоростью по всей поверхности анода, исключая возникновение краевого эффекта.

Источники информации:

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: «Химия», 1973. 752 с.

2. Инженерная гальванотехника в приборостроении / Под ред. A.M.Гинберга. -М.: «Машиностроение», 1977. 512 с.

3. Оборудование для нанесения гальванических, химических и анодно-оксидных покрытий: Каталог. М.: НИИмаш, 1982. 55 с.

4. Типаж оборудования для нанесения гальванических, химических и анодно-оксидных покрытий на 1981-1985 гг.М.: НИИмаш, 1980. 26 с.

5. Оборудование цехов электрохимических покрытий: Справочник / Александров В.М., Антонов Б.В., Гендлер Б.И. и др.; Под. ред. П.М.Вячеславова. Л.: Машиностроение, 1987. 309 с.

6. Дасоян М.А., Пальмская Н.Я. Оборудование цехов электрохимических покрытий. Л.: Машиностроение, 1979. 287 с.

7. Родионов И.В. Специализированное электрохимическое оборудование для получения высококачественных анодно-оксидных биопокрытий на медицинских имплантатах / Materialy IV Mezinarodni vdecko-prakticka konference «Vda: teorie a praxe - 2008». Praha, Czech Republic: Publishing House «Education and Science» s.r.o. Dil 10 (Chemie a chemicka technologie). S. 45-49.

1. Электролизер для анодирования малогабаритных цилиндрических металлоизделий, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и узлами для проточной подачи воды, цилиндрическую ванну анодирования, размещенную внутри корпуса с возможностью образования между их стенками водяной рубашки для циркуляции воды, установленную на торце ванны дисковую подвеску-анод с элементами крепления на ней обрабатываемых металлоизделий, цилиндрический катод, расположенный в ванне, отличающийся тем, что цилиндрический катод выполнен со сквозными осевыми каналами круглого сечения для размещения в них обрабатываемых металлоизделий, причем расположение каналов в катоде и элементов крепления на подвеске-аноде произведено с соблюдением соосности между ними.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический катод имеет высоту не менее длины обрабатываемых металлоизделий, а сквозные каналы, выполненные в нем, имеют диаметр, выбранный с соблюдением условия образования межэлектродного зазора, который должен быть не меньше диаметра обрабатываемых металлоизделий.