Анод для установок электролитического нанесения покрытий Советский патент 1992 года по МПК C25D17/10 

Изобретение относится к конструкциям электродов, в частности растворимых анодов для установок электролитического нанесения покрытий.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет обеспечения работы во фторидсодержащих электролитах и использования крупнокускового анодного материала,

На фиг. 1 изображен пример выполнения предлагаемого анода, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - узел I на фиг. 1.

Предлагаемый вариант конструкции анода состоит из перфорированного контейнера 1 коробчатой формы, снабженного токопроводящим поясом, включающим внутренние контактные пластины 2 и наружную рамку 3, образованную парой скоб За четырехугольного контура, скрепленными со скобами За, контактно-подвесными крю- ками/4, и из размещенного в его полости активного Элемента, образованного кусками 5 растворяемого металла

Контейнер 1 выполнен сварным из жесткого коррозионно-стойкого листового диэлектрика, преимущественно непластифицированного поливинилхлорида (винипласта). При эксплуатации анод в электролитах с рабочей температурой выше контейнер изготавливается из более термостойких полимерных материалов, например пентопласта.

Рамка 3 токопроводящего пояса является узловым элементом разветвленной системы токоподвода к кускам 5 активного элемента описываемого анода с диэлектрическим контейнером, каждая ветвь которой оканчивается контактными элементами: непогружными 6, частично погружными 7 или погружными 8.

Погружные контактные элементы 8 эле ктрически, а также механически связаны с рамкой 3 посредством гибких проводников 9, выполненных преимущественно из меди, одно- илиТмногопроволочными, и заключенных в гибкую коррозиоиностойкую изоляцию 10, например, в трубки из поливи- нилхлоридного пластиката.

сл

с

М СП Оч

ы

00

XI

Присоединение проводников 9 к рамке 3 предусмотрено разъемным. Для этого скобы За оснащены торцовыми зажимами, включающими гладкие вертикальные отверстия 11 под оголенные концы проводников и горизонтальные резьбовые отверстия для прижимных винтов 12.

Внутренние и наружные элементы токо- проводящего пояса расположены в верхней части контейнера, выступающей над уровнем электролита (фиг. 5), и скреплены с его стенками, а также одновременно между собой с помощью металлических крепежных деталей 13, 14, 15, имеющих коррозионно- стойкое токопроводящее покрытие, например, никелевое, с низким переходным сопротивлением. Пластины 2, скобы За, так же как и крюки 4, выполнены из материала с хорошей электропроводностью, например, из полосой меди, Крепление крюков 4 к рамке 3, и одновременно скоб За между собой производится с помощью пайки, заклепок или крепежными деталями 16, 17, аналогичными деталям 13-15.

Непогружные контактные элементы б выполнены в виде съемных стержней (оди- ночных или парных - ба, 66) клинообразной формы и применяются преимущественно в тех случаях, когда активный элемент анода значительно выступает над уровнем электролита. При этом они выполняются, по возможности, из металла того же химсостава, что и сам активный элемент.

Частично погружные контактные элементы 7 выполнены в виде съемных изогну- тых пластинчатых пружин, изготовляемых из коррозионностойкого металла, электрохимически устойчивого в условиях проведения анодного процесса, например титана, и применяются только тогда, когда активный элемент полностью погружается в электролит или незначительно выступает над ним (фиг. 5, пружина и активный элемент показаны штрихпунктиром). Контактные элемен- -ты б или 7 введены в полость контейнера через его горловину для обеспечения электрической связи между пластинами 2 и верхними кусками 5 активного элемента.

Погружные контактные элементы 8 выполнены в виде проволочных спиралей, об- разующих при навивке гибкие в различных направлениях и упругие тонкостенные ци: линдры, и введены в полость контейнера че рез посадочные отверстия 19 в его боковых стенках в форме близких к консольным ба- лок. Для изготовления контактных элементов 8 используются материалы, химически и электрохимически устойчивые в условиях проведения анодного процесса, например,

нагартованный титан или нержавеющая сталь - в зависимости от состава и кислотности (щелочности) используемого при нанесении покрытия электролита.

На противоположных контактирующих стенках они расположены в нескольких противолежащих горизонтальных рядах, в которых размещены попарно противолежащими друг другу с горизонтальным смещением t в каждой паре, соответствующим диаметру посадочного отверстия 19. Отверстия 19 выполнены большего или равного диаметра с диаметром токопроводящих отверстий 20 перфорации.

Для облегчения эксплуатационного и ремонтного обслуживания анода контактные элементы 8 и гибкие проводники 9 соединены между собой разьемно-посред- ством ввертных пробок 21 со специальной резьбой на одном конце и резьбовым хвостовиком - на fljjyrou. Своим резьбовым участком пробки 21 ввернуты в полость цилиндров 8, образуя вместе с их концевыми витками жесткие посадочные участки для установки в отверстиях 19, а резьбовым хвостовиком соединены с ответной частью (отверстиями 22) наконечников 23, которыми снабжены погружные концы проводников 9. Кроме отверстия 22 каждый наконечник 23 имеет отверстие 24 для ввода в него оголенного погружного конца проводника и сквозное отверстие или паз для крепления этого конца пропайкой. Наконечники 23, присоединительные концы проводников 9, включая крайние участки их изоляции 10, имеют наружную коррозионностойкую изоляцию 25, выполненную, например из материала, аналогичного материалу контейнера. Герметизация изоляции 25 по отверстиям для соединения наконечников с пробками обеспечивается уплотнительными втулками 26 из эбонита, кислотостойкой резины и т.п. материалов, которые одновременно являются изоляцией наружных участков пробок 21. При эксплуатации в агрессивных, например фторидных, электролитах пробки 21, так же как и контактные элементы 8, выполняются, по возможности, с платиновым покрытием.

Места ввода и выхода оголенных концов проводников 9 в торцовых зажимах уплотнены резиновыми или пластиковыми трубками 27 28.

Перед осуществлением анодного процесса производй гя монтаж погружных контактных элементов на стенках контейнера, при этом концы проводников 9 закрепляются в торцовых зажимах с образованием в них натяга, обеспечивающего начальный

незначительный наклон концов цилиндров в сторону дна контейнера.

Последующие перемещения кусков 5 в полости контейнера при формировании активного элемента анода производится с осевыми усилиями, дополнительными к действующим силам тяжести. При этом каждый очередной кусок металла, нажимая своим нижним торцом на концевые участки противолежащих консольных цилиндров, прбги- бает их в разные стороны, превращая из прямых в упруго изогнутые. При этом витки цилиндров со стороны приложения изгибающей нагрузки веерообразно раскрываются, а на противоположной стороне (в плоскости ее действия) надавливают друг на друга, располагаясь центрами поперечных сечений по кривой, близкой к дуге окружности.

По окончании загрузки контейнера растворяемым металлом производится закорачивание внутренних контактных пластин 2 на верхнюю часть активного элемента с помощью стержней или пружин, после чего анод завешивается на токоведущую штангу 29. В результате активный элемент оказывается плотно зажатым между многими контактными элементами противоположных стенок по всей высоте контейнера.

Благодаря двустороннему давлению контактных элементов токоподвода анодный материал в сборном столбе металла расположен упорядочение и, так же как и монолитная пластина, находится в средней части контейнера на сравнительно большом удалении от его стенок, в отличие от известных конструкций, где большинство токопро- водящих отверстий перфорации прикрыто изнутри плоскостями отдельных кусков. По мере его растворения толщина слоя электролита в этих зазорах, благодаря упругим контактным элементам, постепенно увеличивается. Все это способствует уменьшению затруднений по уходу катионов металла из приэлектродного столба электролита через токопроводящие отверстия 20, что благоприятствует равномерному растворению поверхностных слоев активного элемента и в конечном итоге уменьшает вероятность получения некачественных покрытий вследствие нарушения анодного процесса,

В начальные периоды растворения исходной загрузки цилиндры 8 могут контактировать с анодным металлом несколькими нижними витками, т.е. одновременно в нескольких точках. По мере уменьшения толщины столба металла вышележащие витки из непосредственного контактирования выключаются, и в процессе растворения осноаной массы металла оно осуществляется последним аитком на площадке точечных размеров. Благодаря высоким удельным давлениям, развиваемым при этом за счет 5 сил реакции прогнутых витков цилиндров, электроизолирующая пассивная пленка на материале последних, так же как и возможные химические или механические загрязнения на поверхности анодного металла,

0 продавливаются, чем обеспечивается существование надежных Зл ёктрических контактов на весь период его растворения.

Поскольку в описываемом аноде токо- подвод к сборному активному элементу осу5 ществляется многими равномерно распределенными контактными элементами, а сам активный элемент состоит, как правило, из одного-трех вертикальных рядов (в продольном сечении) кусков металла,

0 потенциал анодной поляризации практически на каждый из них подается непосредственно от контактных элементов, т.е. с минимальными потерями - в отличие от аналогичных известных конструкций, где он по5 дается последовательно от одного куска металла к другому с потерями ъ каждой из них и на границах их соприкосновения. Это способствует обеспечению постоянства и идентичности электрического режима рас0 творения составляющих активный элемент кусков металла, а вместе с этим стабильности работы анода в целом.

По мере растворения исходной загрузки производится периодическое пополне5 ние зоны реакции электрохимического растворения новой порцией анодного материала с демонтажем и Тювторной установкой контактных элементов в горловине контейнера.

0В случаях, когда активный элемент анода образован монолитной пластиной или другими подобными длинномерными кусками растворяемого металла с высокой собственной электропроводностью, процесс

5 растворения может осуществляться с применением одних только контактных элементов, устанавливаемых в горловине контейнера.

Использование погружных контактных

0 элементов при этом необязательно, поскольку распределение тока по поверхности активного элемента обеспечивается самым металлом этого вита анодного материала. При растворении длинномерных кусков

5 в комбинации с кусками меньших размеров (длиной, например в 1/3...1/4 высоты контейнера) вместо погружных контактных элементов 8 с проводниками 9 в отверстиях 19 боковых стенок контейнера могут устанавливаться прижимные элементы, выполнявмые, например, в виде стержней, из корро- зионностойкого диэлектрика, например губчатой резины (на чертежах не показано). При таком выполнении анода прижимные элементы, образующие на боковых стенках контейнера многоупругие элементы, выполняют все функции многоупругих контактных элементов, образуемых токопроводящими спиралями: они ориентируют и направляют куски металла при загрузке, обеспечивают технологически необходимые массогабари- ты активного элемента и т. д. При этом функции по контактированию эти многоупругие элементы из коррозионно-стойких материалов выполняют косвенно - за счет прижима кусков металла меньших размеров к длинномерным, токоподвод к которым обеспечивается контактными элементами 6 или 7.

Таким образом, система токоподвода в описанном аноде, способствуя повышению постоянства и идентичности электрического режима растворения составляющих активный элемент кусков металла, обеспечивает возможность качественного растворения крупнокускового анодного материала разных размерных характеристик. При этом система токоподвода принимает на себя несколько важнейших функций контейнера, превращая его в обычный корпусной элемент устройства, служащий для пространственного координирования монтируемых на нем элементов конструкции, Это позволяет обойтись минимальным потреблением труднодоступных металлов, таких как титан, при ведении анодного хозяйства в обычных электролитах, поскольку наиболее габаритная и материалоемкая часть анода - контейнер - выполнена из значительно менее дефицитных и дорогостоящих полимерных материалов. Эта возможность изготовления контейнера из химически и электрохимически инертных материалов, наряду с выполнением контактных элементов и контейнера самостоятель- ными элементами конструкции, обеспечивающим их независимый ремонт или замену, позволяет использовать описанный анод в агрессивных по отношению к титану электролитах, например фторидных, в которых известные конструкции с улучшенным токоподводом малопригодны ввиду быстрого коррозионного износа металлического контейнера, экранирования

им активного элемента или протекания побочных процессов вследствие ослабления электроизолирующих свойств пассивными пленками или полной утратой поспедшЬего материалом,

Ф о рмул а и з об р ете н ия

1, Анод для установок электролитического нанесения покрытий, содержащий перфорированный контейнер для анодного материала, боковые стенки которого выполнены с контактными элементами, и контактно-подвесные крюки, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения работы во фторидсодержащих электролитах и

использования длинномерного анодного материала, он снабжен токопроводящим поясом с дополнительными контактными элементами, закрепленными в верхней части контейнера и электрически соединенными с контактно-подвесными крюками, при этом контейнер выполнен из жесткого кор- розионнестойкого диэлектрика, а контактные элементы боковых стенок-гибкими и упругими.

2. Анод поп. 1, от л и ч а ю щи и с я тем, что контактные элементы боковых стенок выполнены в виде спиралей с проводниками, соединенными с токопроводящим поясом

3. Анод по пп. 1 и 2, отличающий- С я тем, что он снабжен разъемными соединениями с пробками, при этом одни концы проводников выполнены в виде наконечников, установленных в разъемных соединениях, а концы спиралей навернуты на пробки.

4.Анод по пп. 1-3, отличающийся тем, что он снабжен торцовыми зажимами для соединения токопроводящего пояса с

проводниками контактных элементов,

5.Анод по пп. 1-4, отличающийся тем, что проводники, наконечники и пробки выполнены с коррозионностойкой электроизоляцией.

Фие.1

cS 3%

rs

IN

f

$ J

/////////////№.

У/////7777/

IN.

2 L s

Сущность изобретения: анод состоит из перфорированного контейнера 1 коробчатой формы, снабженного то ко про водящим поясом, включающим внутренние контактные пластины и наружную рамку, образованную парой скоб За четырехугольного контура, скрепленными со скобами За, контактно-подвесными крюками 4, и из размещенного в его полости активного элемента, образованного кусками 5 растворяемого металла 4 з. п. ф-лы, 5 ил.