Устройство для анодирования длинномерных изделий

 

УСТРОЙСТВО ДПЯ АНОДИРОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее электролизер, систему подачи электролита , токоподводы и систему электроI дов, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки путем равномерного распредеСчютл/а fgjfsflf ления тока по длине изделия, катоды выполнены с переменным по длине внутренним диаметром, определяемым из соотношения D D 1 UK - (е)1 Р I где D - наименьший внутренний диаметр катода; К - удельная электропроводность электролита; I - плотность тока на единицу длины изделия; Ч(е) - распределение потенциала по длине электролизера; 1 - координата длины электролизера; и - конечное напряжение анодирования .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5П4 С 25 Р 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3(ф л" лв

1 —" (О„- Ч(е)1, где D (К

Ч (е) U к

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3414360/22-02 (22) 01.04.82 (46) 23.11.86. Бюл. И- 43 (72) К.Н. Никитин, С.N. Гельман, Н.С. Пархоменко, А.А. Некрасов и Т.П..Иушулов (53) 621.357.7(088.8) (56) Патент США У 4152221,кл.204-27, 1980.

Авторское свидетельство СССР

; В 674468, кл. С 25 F 7/00, 1978. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНОДИРОВАНИЯ

ДЛИННОИЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее электролизер, систему подачи электролита, токоподводы и систему электро дов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества обработки путем равномерного распределения тока по длине изделия, катоды выполнены с переменным по длине внутренним диаметром, определяемым иэ соотношения наименьший внутренний диа- метр катода; удельная электропроводность электролита; плотность тока на единицу длины изделия; распределение потенциала по длине электролиэера координата длины электроли- . Е

И зера; конечное напряжение анодирования.

Изобретение относится к области электрохимической обработки изделий и может быть использовано для образования защитных анодных окисных пленок барьерного типа на длинномерных изделиях из вентильных металлов и их сплавов (например, на проволоке или трубчатых изделиях нз циркония, гафния, ниобия, тантала и их сплавов), особенно на оболочках для тепловыделя-1О ющих элементов и готовых ТВЭЛ для атомных реакторов.

Известно устройство для анодирования изделий любой длины из алюминия, состоящее из нескольких цилиндричес- t5 ких, разделенных между собой ячеек, охватывающих непрерывно перемещающееся изделие. По мере перемещения изделие последовательно подвергается очистке, промывке, анодированию при 30 определенном потенциале, отмывке, анодированию при более высоком потенциале, снова отмывка и так несколько раз до достижения требуемой толщины окисной пленки. В последней ячейке изде- 2$ ие подвергается сушке; Положительный потенциал подводится непосредственно к изделию. Отрицательный потенциал подводится к корпусу каждой анодирующей ячейки, служащему катодом, ЗО автономно или от общего источника питания через распределительное устройство таким образом, чтобы установить среднюю плотность тока в каждой ячейке на определенном, одинаковом для всех ячеек уровне. Электролит смешивается с сжатым воздухом и углекислым газом и подается на поверхность изделия с помощью форсунок автономно для каждой ячейки. Анодирова- 4О ние ведется импульсным током высокой плотности.

Данное устройство не может быть использовано для нанесения на изделия из циркония, гафния, ниобия, тантала и их сплавов, особенно на оболочки тепловыделяющих элементов и готовые

ТВЭЛ для атомных реакторов защитных окисных пленок барьерного типа, повышающих их коррозионную стойкость, в связи с тем, что: при входе в анодирующую ячейку необработанного при данном потенциале участка изделия возникает высокая локальная плотность тока, что приво- М дит к диэлектрическому пробою окисной пленки, искрению поверхности и, как следствие, .к образованию окисного

522 2 слоя, не обладающего защитными свойствами; подвод потенциала непосредственно к перемещающемуся изделию может привести к искрению, вплоть до образования дуги, при этом поверхность изделия приходит в негодность.

Известно устройство для электрохимической обработки длинномерных изделий, содержащее электролизер, систему подачи электролита, токоподводы и систему электродов. Постоянство плотности тока по длине изделия достигается изменением сечения пластины проводника (например, графита), служащего вспомогательным электродом. В случае катодного электроосаждения металлов или электрополировки общее сопротивление системы между токоподводом к вспомогательному электроду и изделием меняется по длине иэделия не так значительно (в пределах одного порядка). Это позволяет осуществить электрохимическую обработку проволоки с одинаковой плотностью тока по ее длине, используя вспомогательный электрод переменного сечения, но, при постоянстве расстояния между электродом и обрабатываемой проволокой.

В случае образования анодных окисных пленок сопротивление их по длине обрабатываемого участка меняется от

0 до 10 Ом; Поэтому уравнение для расчета сечения электрода, принимающее постоянным по длине удельное сопротивление изделия (проволоки), и сам принцип становятся непригодными.

Даже при использовании в качестве материала электрода графита, обладающего высоким удельным сопротивлением, для компенсации таких изменений сопротивления изделий по длине необходимы очень тонкие в сечении электроды. При аиодировании не проволоки, а длинномерных труб, возникает необходимость изготовления кольцеобразных в сечении вспомогательных электродов, что при малой толщине и большой протяженности становится совершенно невозможным.

Целью изобретения является повышение качества обработки путем равномерного распределения тока по длине иэделия.

Поставленная. цель достигается тем, что в устройстве для аноднрования длинномерных изделий, содержащем элек— тролизер, систему подачи электроли1080522 4

35 йФ

idt где < — потенциал;

i. — плотность тока;

t — - время;

1 — эффективность процесса;

r — - прирост толщины пленки на единицу прошедшего заряда;

Š— напряженность электрического поля в пленке.

Отсюда следует, что потенциал является функцией времени F =f(t), ко- 40 торая для конкретного металла может быть взята из литературы или определена экспериментально. Задаваясь скоростью перемещения изделий V =

1 4S из зависимости потенциала от.

У времени можно определить распределение потенциала по длине электролизеа необходимое для обеспечения гальаностатического режима анодирова- 50 ния, f(1), На чертеже показано устройство для анодирования длинномерных изделий.

Устройство содержит электролизер, SS состоящий из нескольких ячеек 1. Каждая ячейка имеет кольцевой катод 2, диаметр которого меняется по длине та, т«к«подводы и систему электродов, катоды выполнены с переменным по длине внутренним диаметром, определяе- мом из соотношения, где D„ — наименьший диаметр катода;

К вЂ” удельная электропроводность электролита;

I — плотность тока на единицу длины изделия; (е) — распределение потенциала по длине электролизера, требуемое для обеспечения гальваностатического режима анодирования и определяемое опытным путем;

1 †. координата длины электролизера;

U — конечное напряжение анодирования.

Удельная скорость роста анодной окисной пленки при гальваностатическом режиме анодирования определяется как

1j

20 ячейки, и камера 3 и 4 ввода и вывода электролита с патрубками S. С помощью трубопроводов ячейки 1 соединены с насосом 6 и баком 7 для электролита.

Между собой ячейки разделены перего.— . родками 8 с отверстиями для перемещения изделий 9. Отрицательный потенциал к каждой ячейке подводится через распределительное устройство 1О. По краям электролизера расположены ячейки .11, служащие для подвода потенциала к изделиям и состоящие из цилиндрического анода 12 и камер !3 и 14 для ввода н вывода электролита с патрубками 15. С помощью трубопроводов ячейки 11 соединены с насосом 16 и баком 17 для электролита. По торцам ячейки подвода потенциала к изделию ограничены пустотелыми кольцевыми манжетами 18 с воздушным подпорои.

- Устройство работает следующим образом.

При перемещении изделия 9 через электролизер к нему в ячейках 11, через которые с помощью насоса 16 прокачивается электролит, подается потенциал, являющийся положительным по отношению к потенциалам катодов 2 ячеек 1. При входе изделия в первую ячейку 1 плотность тока на нем определяется потенциалом, подводимым к катоду 2 ячейки, и суммарным сопротивлением первоначальной окисной пленки на изделии и электролите в кольцевом зазоре между изделием и катодом. По мере продвижения изделия через ячейку 1 анодная пленка на нем растет и увеличивается ее электрическое сопротивление. Но вместе с тем за счет уменьшения диаметра катода 2 уменьшается сопротивление электролита в кольцевом зазоре. В результате суммарное сопротивление электролита и анодной пленки остается постоянным по длине ячейки, а следовательно,остается постоянной и плотность тока, в то время как потенциал на анодной пленке возрастает. е

Прн входе изделия в следующую ячейку, имеющую ту же геометрию,что предыдущая, потенциал на его анодной пленке имеет ту же величину, что и в конце предыдущей ячейки, а плотность тока сохраняется на прежнем уровне за счет более высокого подводимого к катоду потенциала. В результате при перемещении изделия через устройство

S 10805 наращивание анодной пленки происходит в гальваностатическом режиме.

Выполнение в предложенном устройстве катодов ячеек электролизера анодирования с переменным по их длине диаметром в соответствии с зависимостью

Техред И.Попович

Корректор С. И1екмар

Редактор Корчеико.

Заказ 6496/3

Тираж 615

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Произвоцственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 позволяет осуществить гальваностатический (при постоянной, заданной плотности тока) режим непрерывного анодирования наружной поверхности 15 длиннЬмерных изделий, получить на поверхности беспористые анодные окисные пленки барьерного типа с высокими защитными свойствами и тем самым повысить корроэионную стойкость изде- 20 лий из вентильных металлов и их сплавов.

Кроме того, подвод потенциала к обрабатываемым иэделиям посредством жидкостного контакта в ячейках, расположенных по концам электролизера, позволяет исключить возможность повреждения поверхности обрабатываемых изделий за счет прижога при непосредственном контакте. 30

В качестве примера можно привести анодирование длинномерных трубчатых изделий диаметром 1,36 см иэ сплава

22 Ь циркония в 0,037. растворе NaOH до напряжения 50 В при постоянной плотности тока 5 мА/см, перемещающихся со скоростью 5 см/сек. Экспериментально определенная -при плотности тока

5 мА/см скорость изменения потенциала во времени составляет для электрополированного сплава 1 В/сек.Отсюда, необходимое для поддержания постоянной плотности тока 5 мА/см изменение потенциала по длине электролизера составит 0,2 В/см; общая длина электролизера 250 см. Разбив электролиэер на 15 одинаковых ячеек длиной по 16,7 см, в каждой из которых должен осуществляться гальваностатичес кий режим при плавном изменении потенциала на 3,33 В, и задавшись наименьшим диаметром электродов 2 см, получают плавное изменение диаметров электродов в каждой ячейке от 11,4 см до

2 см s соответствии с приведенной экспоненциальной зависимостью. При этом обеспечивается режим постоянной плотности тока анодирования 5 мА/см .

Устройство позволяет .упростить тех-, нологическую линию производства ТВЭЛ, исключив из нее котлонадзорное автоклавное оборудование, работающее при температуре 300 С и давлении (0,91,1) 10 Па, сократить на 4-5 сут

t объем незавершенного производства и уменьшить расход электроэнергии.