[发明专利]一种用于制备中空工件内表面Ni‑SiC复合镀层的装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面改性技术及设备领域，具体是一种用于在回转体等中空工件的内表面上制备Ni-SiC复合镀层的循环电镀设备。

背景技术

目前，工程机械企业基本采用传统的浸泡式电镀工艺，即将工件完全浸泡在电镀液中进行电镀。浸泡式Ni-SiC电镀工艺存在诸多问题。最主要的是，传统浸泡工艺不能完全解决电镀液中SiC微粒团聚的问题，导致SiC利用率低，镀层性能不稳定，成品率低。其次，只有中空工件的内表面是待镀工作面，其余部分均为非工作面，采用传统浸泡式工艺进行电镀时，若工件的非工作面未进行绝缘保护处理，其表面也会镀覆一层Ni-SiC复合镀层。但是对于形状复杂的中空工件，密封工作繁琐，对密封材料要求高。密封材料的选择标准有：①耐酸、耐碱、耐高温；②绝缘性好、疏水性好；③电镀完成后易去除。另外，浸泡式电镀装置中电镀槽大多没有设置槽盖，是敞口、非封闭的，进行电镀时产生热量、废气、酸雾等，直接从镀液中溢出并混合于空气中，既污染电镀车间的环境又有损操作人员的身体健康。另外，电镀液中水分的蒸发引起电镀液中组分的浓度发生改变，环境中的粉尘等外来物会沉降到镀液中，使镀液的稳定性降低，影响镀层质量。

综上，浸泡式电镀具有SiC微粒利用率低、SiC在镀层中分布不均匀、密封要求高、污染问题严重等问题。寻找新的更环保、更高效的电镀装置，实现清洁生产、节能绿色环保电镀的应用是表面处理技术发展的必然趋势。

循环镀液法已经投入工业生产实践中，用循环泵将电镀液从镀液贮槽中输入镀槽，使之在阳极和工件的间隙中流过，再返回镀液贮槽。循环镀液法中，通过改变电流密度，可以控制Ni的沉积速率，而通过改变镀液流速，可以控制SiC的沉积速度。采用循环镀液法时，电镀液中SiC悬浮效果好，镀覆速率高，中空工件的非工作面无需绝缘密封也不会受到污染，镀层中SiC微粒含量和镀速控制方便，电镀液限制管道内循环流动，无废气酸雾等排出。

专利CN101023204A、CN103031590A和CN102828220A中，分别提供了一种在中空工件膛壁上形成镀层的电镀装置，这些装置进行电镀时均具有一个共同的特点：电镀液总是由下至上流过阴极与阳极间的间隙。电镀液的这种流动方式会造成镀层厚度及SiC含量呈梯度分布。专利JPA2014214375和JPA1998310896中电镀液的流动方式具有类似的特点，也会导致复合镀层中微粒分布不均匀，且敞口式的储液槽不能避免电镀液在加热过程中大量蒸发，既会导致电镀液的组分浓度改变又污染环境。

专利JPA2010285645和专利JPA2011122205，提供了采用电镀液循环法在缸体内表面进行电镀的装置示意图，但专利内容重点强调缸体的密封夹具，并没有对电镀液的流动路径和流动速度、储液槽的结构及槽内电镀液的控制和连通储液槽与缸体的管道设计等信息进行详细说明。专利JPA1991018167，电镀液利用自重从储液槽中流向柱状阳极与中空工件间的间隙空间，完成电镀后，电镀液再通过循环泵回到储液槽中。电镀液采用这种流动方式循环流动时，流出储液槽的速率υ₁受储液槽中电镀液的液面高度控制，流回储液槽的速率υ₂须小于υ₁，才能保证电镀液能充满间隙空间，也能保证循环泵不会吸入空气。但是这种流动方式的缺点是，不能通过控制电镀液的流速来实现控制复合镀层的沉积速率的目的，循环泵的体积流量随着υ₁的变化而不断调整，会降低循环泵的使用寿命。专利JPA2000104198是在专利JPA1995188990的基础上，进行补充和完善，增加了温控系统和自动加料调节pH的控制系统。为了使微粒在电镀液中始终保持悬浮状态，专利中采用了搅拌器机械搅拌与空气搅拌相结合的方式。