Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: 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 αн - эквивалент газовыделения водорода, г/мин; ρн - плотность газа водорода, г/см3; Qн - количество водорода, выделяющегося с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3; αмс - 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.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2078856
Класс(ы) патента: C25D5/04
Номер заявки: 95108202/02
Дата подачи заявки: 24.05.1995
Дата публикации: 10.05.1997
Заявитель(и): Тульский государственный технический университет; Власов Виктор Михайлович; Долгов Виталий Васильевич
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
Описание изобретения: 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

где
αн эквивалент газовыделения водорода, г/мин;
ρн плотность газа водорода, г/см3;
Qн количество водорода, выделяемого с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3;
αмс химический эквивалент осаждения металла покрытия ;
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

где
скорость нарастания слоя покрытия, определяемая электрохимическими процессами;
скорость подвода к обрабатываемой поверхности активного вещества в электролите;
при этом ,
где
αмс -химический эквивалент осаждения металла покрытия ;
Jк катодная плотность тока;
а
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;

тогда
так как
где α ширина сектора пористого материала;
Vmex линейная скорость наружной поверхности электродов
то
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:

где
скорость выделения газа водорода с поверхности обрабатываемой детали, см3/мин;
скорость отвода газа пористым материалом тампона, см3/мин;
при этом
где
αн эквивалент газовыделения водорода, г/мин;
ρн плотность газа водорода, г/см3;
a
гдe
Qн количество водорода, выделяющегося с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3;
Rн газопроницаемость пористого материала электрода (безразмерен);
тогда
так как
то
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:

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≈Rн≈0,8.
Для нанесения покрытия использовали электролит следующего состава: окись цинка ZnO 10 г/л (C 10-2 г/см3); едкий натр NaOH 152 г/л; вода дистиллированная 1 л; температура электролита регулировалась в пределах 30±5oC.
Для заданных конструктивных и технологических параметров процесса предварительно определяли предельные значения технологической линейной скорости наружной поверхности электродов.

для заданных значений:

Jk 2·10-2 А/см2;
c 10-2 г/см3;
Qэ 2 см3;
L 15 см;
Rэ 0,8;


для заданных значений:
αн= 10-7г/мин;
ρн= 0,9·10-7г/см3;
Qн 2 см3;
Rн 0,8;

Для нанесения цинкового покрытия на верхний полукорпус технологическая скорость выбиралась равной
для нижнего полукорпуса
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.
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

где αн эквивалент газовыделения водорода, г/мин;
ρн плотность газа водорода, г/см3;
Qн количество водорода, выделяющегося с единицы площади обрабатываемой поверхности в единицу времени, см3;
αмс химический эквивалент осаждения металла покрытия, г·см2/А·мин;
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.