способ нанесения покрытия
Классы МПК: | C25D5/04 нанесение покрытий подвижными электродами |
Автор(ы): | Власов В.М., Долгов В.В., Гончаренко И.А., Кирилин В.Н., Мельниченко Н.В., Новикова Л.Ф., Панченко И.В., Шуляков В.В., Беляев В.Б. |
Патентообладатель(и): | Тульский государственный технический университет, Власов Виктор Михайлович, Долгов Виталий Васильевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-05-24 публикация патента:
10.05.1997 |
Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для восстановления и упрочнения внутренних поверхностей деталей, например, для цинкования корпусных деталей запорного газового оборудования. Нанесение покрытия осуществляют методом электролитического натирания обрабатываемой поверхности вращающимся инструментом, на боковой поверхности которого расположены электроды в виде секторов из пористого материала, к которым радиально подводят электролит, при этом линейную скорость наружной поверхности электродов Vmex выбирают из диапазона:
где
н - эквивалент газовыделения водорода, г/мин;
н - плотность газа водорода, г/см3; Qн - количество водорода, выделяющегося с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3;
мс - химический эквивалент осаждения металла покрытия, г
см2/A
мин; Jк - катодная плотность тока, А/см2; c - концентрация активного компонента металла покрытия в электроде, г/см3; Qэ - количество подводимого электролита к единице площади пористого материала в единицу времени, см3; L - ширина сектора пористого материала электрода, см; Rэ, Rн - водо- и газопроницаемость пористого материала электрода соответственно (безразмерен). 1 табл., 1 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856t.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078190/961.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/183.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/183.gif)
Формула изобретения
Способ нанесения покрытия, включающий электролитическое натирание обрабатываемой поверхности вращающимся вокруг оси цилиндрическим инструментом, на боковой поверхности которого с равномерным шагом расположены электроды в виде секторов из пористого материала, к которым радиально подводят электролит, отличающийся тем, что линейную скорость наружной поверхности электродов Vmax выбирают из диапазона![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-31t.gif)
где
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078190/961.gif)
Qн количество водорода, выделяющегося с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3;
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/183.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/183.gif)
Iк катодная плотность тока, А/см2;
C концентрация активного компонента металла покрытия в электролите, г/см3;
Qэ количество подводимого электролита к единице площади пористого материала в единицу времени, см3;
L ширина сектора пористого материала электрода см;
Rэ, Rн водо- и газопроницаемость пористого материала электрода соответственно, безразмерн.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для восстановления и упрочнения внутренних деталей, например для цинкования корпусных деталей запорного газового оборудования. Известен способ электрохимического нанесения покрытий на поверхность сложнопрофильных изделий (патент РФ N 2004634, МКИ 5 C 25 D 21/12), согласно которому осуществляют электрохимическое натирание обкаткой изделия анодом -инструментом при вращении изделия вокруг своей оси, при этом регулируют напряжение между изделием и инструментом с учетом текущего значения площади натирания. Данный способ позволяет выровнять толщину слоя покрытия по профилю изделия. Однако данный способ имеет тот недостаток, что в нем не учитываются процессы непрерывного осаждения металлического покрытия и своевременного удаления образующегося при этом газа с упрочняемой поверхности, что в конечном итоге приводит к снижению качества покрытия по пористости и шероховатости. Известен способ нанесения покрытия методом электрохимического натирания, описанный в а.с. N 685727, МКИ 2 C 25 D 5/04, который взят в качестве прототипа. По данному способу нанесение покрытия осуществляют методом электролитического натирания вращающимся относительно изделия инструментом, на внешней поверхности которого секторами расположен пористый материал, а электролит подводят к пористому материалу через отверстия. Данный способ позволяет повысить производительность процесса с обеспечением равномерного по толщине слоя покрытия. Однако в данном способе стремление повысить производительность одновременно снижает качество покрытия по пористости и шероховатости, так как не нормируется скорость относительного вращения детали и инструмента с учетом технологических и конструкционных параметров процесса натирания. Задачей изобретения является повышение качества гальванического покрытия по пористости и шероховатости при сохранении высокой производительности за счет регламентации скорости относительного вращения электрода-инструмента и обрабатываемой детали исходя из технологических и конструктивных параметров процесса натирания. Задача решается тем, что в способе нанесения покрытия, включающем электролитическое натирание обрабатываемой поверхности цилиндрическим инструментом, вращающимся вокруг своей оси, на боковой поверхности которого с равномерным шагом расположены электроды в виде секторов из пористого материала, к которому радиально подводят электролит, линейную скорость наружной поверхности электродов Vmex выбирают из диапазона![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-3t.gif)
где
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078190/961.gif)
Qн количество водорода, выделяемого с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3;
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-4t.gif)
Jк катодная плотность тока, А/см2;
c концентрация активного компонента металла покрытия в электролите, г/см3;
Qэ количество подводимого электролита к единице площади пористого материала в единицу времени, см3;
L ширина сектора пористого материала электрода, см;
Rэ, Rн водо- и газопроницаемость пористого материала электрода соответственно (безразмерен). При нанесении местного гальванического покрытия на внутренние кольцевые поверхности методом натирания вращающимся инструментом с несколькими рабочими анодами-тампонами (электродами), каждый из них представляет собой электролизную ячейку, которая непрерывно скользит с мягким прижимом по упрочняемой поверхности. При этом на участке поверхности шириной L, перекрываемой электродом, осуществляется гальванический процесс. С одной стороны, для обеспечения заданного качества наносимого покрытия по шероховатости требуется выполнять условие достаточности времени процесса для воспроизведения времени процесса для воспроизведения элементарного эффекта гальванического массопереноса
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-5t.gif)
где
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-6t.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-7t.gif)
при этом
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-8t.gif)
где
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-9t.gif)
Jк катодная плотность тока;
а
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-10t.gif)
где
Qэ количество подводимого электролита к единице площади пористого материала в единицу времени, см3;
Rэ водопроницаемость пористого материала электрода (безразмерен);
c концентрация активного компонента металла покрытия в электролите, г/см3;
tmex технологическое время контакта участка обрабатываемой поверхности с сектором электрода, мин;
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-11t.gif)
тогда
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-12t.gif)
так как
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-13t.gif)
где
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
Vmex линейная скорость наружной поверхности электродов
то
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-14t.gif)
С другой стороны, в процессе осаждения покрытия на упрочняемой поверхности выделяется водород, который необходимо непрерывно удалять с целью повышения стабильности процесса массопереноса и формирования минимальной пористости. Вследствие этого технологическое время контактирования тампона (электрода) с участком обрабатываемой поверхности должно быть ограничено возможностью удаления образующегося газа через пористый материал тампона:
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-15t.gif)
где
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-16t.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-17t.gif)
при этом
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-18t.gif)
где
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078190/961.gif)
a
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-19t.gif)
гдe
Qн количество водорода, выделяющегося с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3;
Rн газопроницаемость пористого материала электрода (безразмерен);
тогда
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-20t.gif)
так как
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-21t.gif)
то
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-22t.gif)
Избыток выделяющегося газа, который пористый материал не в состоянии вывести из зоны электролитического осаждения по механизму вытеснения электролитом, удаляется при вращении инструмента путем механического съема избыточных пузырьков водорода пористым материалом электрода в межэлектродное пространство. Таким образом, для обеспечения качества по шероховатости и пористости технологическую линейную скорость наружной поверхности электрода необходимо выбирать из диапазона:
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-23t.gif)
Сущность изобретения поясняется чертежом. Внутреннюю поверхность детали 1 обрабатывают инструментом, имеющим цилиндрический корпус 2 из материала покрытия. На боковой поверхности корпуса инструмента равномерно расположены электроды в виде секторов 3 из пористого материала, образующего тампон. В корпусе выполнены радиальные отверстия 4 для подвода электролита к секторам 3. Для обеспечения процесса гальванического натирания инструмент вращают с обеспечением равномерного легкого касания пористого материала электродов 3 с обрабатываемой поверхностью. Пористый материал пропитывают электролитом путем подачи его через радиальные отверстия 4. При подаче постоянного электролитического тока на деталь и инструмент, сектора 3 пористого материала, пропитанного электролитом, образуют электролитические ячейки. Пример. Осуществляли нанесение коррозионностойкого цинкового покрытия на нижний и верхний полукорпуса запорного газового оборудования, выполненного из cтали 09ГС. Выбор покрытия из цинка обусловлен обеспечением непрерывности анодной защиты поверхности стали, так как оно "залечивает" открытые поры в покрытии в процессе эксплуатации оборудования. Требования к качеству покрытия верхнего полукорпуса более толстый слой с допустимой пористостью до 5%
Требования к качеству покрытия нижнего полукорпуса менее толстый слой, но более жесткие условия по пористости исходя из специфики эксплуатации нижнего полукорпуса запорного оборудования. Нанесение покрытия осуществляли инструментом с корпусом из цинка и диаметром 70,0 см. На боковой поверхности инструмента равномерно механически были закреплены четыре сектора электродов из пористого материала фетра из стекловолокон ГОСТ 4659-72 шириной L 15 см и толщиной слоя 0,5 см с водо- и газопроницаемостью Rэ
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078023/8776.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078023/8776.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078003/177.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-24t.gif)
для заданных значений:
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-25t.gif)
Jk 2
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/183.gif)
c 10-2 г/см3;
Qэ 2 см3;
L 15 см;
Rэ 0,8;
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-26t.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-27t.gif)
для заданных значений:
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/945.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078190/961.gif)
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078008/183.gif)
Qн 2 см3;
Rн 0,8;
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-28t.gif)
Для нанесения цинкового покрытия на верхний полукорпус технологическая скорость выбиралась равной
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-29t.gif)
для нижнего полукорпуса
![способ нанесения покрытия, патент № 2078856](/images/patents/394/2078856/2078856-30t.gif)
Время всего цикла обработки в обоих случаях равнялось 20 мин. В таблице приведены результаты по покрытиям для верхнего и нижнего полукорпуса. Как видно из таблицы, заявленный способ нанесения покрытий позволяет повысить качество гальванического покрытия по пористости и шероховатости, что в конечном итоге увеличивает срок службы упрочняемых деталей, в первую очередь за счет значительного повышения их коррозионной стойкости.
Класс C25D5/04 нанесение покрытий подвижными электродами