УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE FOR ELECTROLYTE-PLASMA TREATMENT OF METAL SURFACE

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхности изделий из стали, металлов и сплавов.
Известно устройство для обработки поверхности изделия, содержащее ванну, анод, обрабатываемое изделие, источник питания, узел подачи электролита, при этом электролит подают через плоский перфорированный анод из инертного электропроводящего материала, который размещен параллельно заземленному катоду, причем между анодом и изделием размещено устройство для равномерного распределения электролита по поверхности изделия - спрейер, в виде плоского перфорированного слоя. Обработку поверхности изделия ведут в режиме образования разрядов плазмы на поверхности изделия. Устройство используют как для очистки поверхности изделия, так и для нанесения слоя защитного или декоративного покрытия.
(RU 2077611, C25F 5/00, C25F 17/00, опубликовано 20.04.1997.)
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство обработки поверхности металлических изделий микроплазменными разрядами, включающее ванну, систему рециркуляции электролита, источник питания, анод в виде крышки ванны и анод - пластина с отверстиями, обрабатываемое изделие - катод. Обработку изделия ведут в режиме образования микроплазменных разрядов в ионизированной пеногазопаровой среде на поверхности изделия.
(RU 2149930, C25F 1/00, C25F 7/00, опубликовано 27.05.2000.)
Однако опыт эксплуатации известных устройств показал их недостаточную эффективность, поскольку на поверхности анода, обращенной к обрабатываемой поверхности изделия, начинает осаждаться металл наряду с его осаждением на поверхности изделия-катода. Это снижает эффективность модификации поверхности изделий из металла и снижает скорость процесса.
Примером существования осаждения металла на аноде со стороны, обращенной к катоду, может служить электролитно-плазменный процесс нанесения на поверхность стальной полосы цинкового покрытия с использованием в качестве электролита водного раствора сульфата цинка, а в качестве анода - графитовой пластины с отверстиями для прокачки электролита. После проведения процесса покрытия цинком стальной полосы электролитно-плазменной технологией было обнаружено, что на поверхности анода, обращенного к поверхности катода - изделия, высадился цинк, который при окислении разрушил поверхность анода. Также было установлено, что цинк высаживается на поверхности отверстий, образуя трубки, выступающие над поверхностью (см. фиг.1 - фотография поверхности анода после нескольких часов работы).
Задачей и техническим результатом изобретения является устранение осаждения металла на аноде устройства, повышение эффективности электролитно-плазменного процесса обработки и предотвращение разрушения анодов.
Технический результат достигается тем, что устройство для электролитно-плазменной обработки металлической поверхности включает анод, выполненный в виде пластины с отверстиями, камеру, образованную пластиной анода с отверстиями и поверхностью обрабатываемого изделия-катода, и камеру, образованную пластиной анода и металлической крышкой, являющейся вторым анодом, причем металлическая крышка снабжена отверстием и штуцером для подачи электролита в камеру, при этом устройство дополнительно снабжено уплотнительной рамкой из токонепроводящего или диэлектрического материала, отделяющей поверхность изделия-катода от пластины анода с отверстиями, причем поверхность пластины анода с отверстиями со стороны набегающего потока электролита, а также поверхность отверстий покрыта токонепроводящим или диэлектрическим материалом.
Изобретение может быть проиллюстрировано данными, представленными на фиг.1 и 2, где:
а - осажденный цинк;
б - места разрушения анода;
в - цинковые металлические трубки, выступающие над поверхностью;
1 - пластина анода с отверстиями;
2 - металлическая крышка реактора;
3 - токоподвод;
4 - штуцер;
5 - токонепроводящая труба;
6 - уплотнительная рамка;
7 - уплотнительный ролик;
8 - ролики;
9 - изделие-катод;
10 - набегающий поток электролита;
11 - отверстие в уплотнительной рамке;
12 - штуцер для выхода электролита, паров и газов;
13 - покрытие из токонепроводящего материала;
14 - отверстия в пластине анода 1.
Устройство по изобретению работает следующим образом.
Набегающий поток электролита (10), например, водный раствор электролита, содержащий 150 г/л сульфата цинка, подается по токонепроводящей трубе (5) через штуцер (4) и отверстие в металлической крышке в камеру, образованную пластиной анода (1) с отверстиями (14) и металлической крышкой (2) реактора, являющейся вторым анодом. Положительное напряжение 150±20 В на пластину анода (1) и металлическую крышку (2) реактора, которые находятся в физическом и электрическом контакте, подают от внешнего источника постоянного тока через токоподвод (3). Поскольку поверхность пластины анода (1), а также поверхность отверстий (14) анода со стороны набегающего электролита покрыта токонепроводящим или диэлектрическим покрытием, например изолирующим слоем полиэтилена толщиной 0,2 мм, то в камере отсутствует прямой ток между пластиной анода (1) и крышкой (2). Это устраняет осаждение цинка на поверхность пластины анода и ее разрушение. При этом наличие отверстий (14) в пластине анода (1) облегчает процесс возникновения микроплазменных разрядов на поверхности обрабатываемого изделия-катода (9), что повышает эффективность процесса обработки. Набегающий поток электролита (10) через отверстия (14) пластины анода (1) попадает в следующую камеру, образованную пластиной анода (1) с отверстиями и поверхностью обрабатываемого изделия-катода (9). Для надежной герметизации этой камеры ее стенки образованы уплотнительной рамкой (6), выполненной из токонепроводящего или диэлектрического материала, например стеклотекстолита, которая отделяет поверхность катода-изделия от пластины анода с отверстием. В уплотнительной рамке размещен уплотнительный ролик (7), препятствующий вытеканию электролита из камеры. Проход через в камеру изделия-катода (9), например в виде стальной полосы, обеспечивают ролики 8, которые также могут служить средством соединение изделия с отрицательным полюсом источника тока (не показано). Для выхода из камеры электролита, паров и газов уплотнительная рамка (6) снабжена отверстием (11) и штуцером (12).
В результате обработки изделия-катода (9) в устройстве по изобретению в режиме электролитно-плазменной обработки на его поверхности формируется слой α-железа без неметаллических примесей, модифицированный цинком.
Таким образом, устройство по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: устранение осаждения металла на аноде устройства, повышение эффективности электролитно-плазменного процесса обработки и предотвращение разрушения анодов.