КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ВАННЫ

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ:

Конструкция гальванической ванны определяются особенностями технологического процесса. Ванны могут дополняться:  элементами подогрева или охлаждения электролита, перемешиванием, качанием штанг, непрерывной фильтрацией и так далее. Для электрохимических ванн необходим подвод электрического тока.

К ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ ВАННАМ, ВНЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРОЦЕССА, ПРЕДЪЯВЛЯЕТСЯ общий РЯД ТРЕБОВАНИЙ:

Герметичность;

Химическая инертность материала ванны к раствору;

Возможность создания и поддержания заданного теплового режима;

Безопасность обслуживания.

Несмотря на дополнительное оборудование и комплектацию, устройство гальванической ванны включает в себя несколько основных узлов:

Корпус;

Элементы токоподвода (при необходимости);

Устройства для перемешивания и циркуляции электролита;

Устройства для нагрева и охлаждения электролита;

Устройства для удаления газообразных продуктов электролиза;

Электроды.

Фото 1. Конструкция корпуса гальванической ванны с основными узлами

Рассмотрим основные узлы гальванической ванны более подробно.

1. КОРПУС ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ВАННЫ

Корпус ванны изготавливают из полимерных материалов, стали, титана. Материал изготовления можно подразделить:

Конструкционный;

Футеровочный.

Конструкционный материал служит для изготовления основного корпуса ванны. Чаще это различные полимеры (полипропилен, поливинилхлорид, поливинилиденфторид и так далее) или металл (углеродистая и нержавеющие стали, титан).

В качестве футеровочных материалов используют химически стойкие полимерные материалы - поливинилиденфторид, поливинилхлорид, полиэтилен. Футеровка или облицовка внутренней поверхности ванны проводится для защиты от коррозии корпуса.

2. ЭЛЕМЕНТЫ ТОКОПОДВОДА

Подвод постоянного тока к электрохимическим ваннам осуществляется токопроводящие элементы - штанги, которые изготавливаются из меди, алюминия, иногда железа. Для подвешивания анодов и изделий в стационарных ваннах применяются штанги из меди, латуни. Места стыков рекомендуется покрыть медью или оловом. Контактирующие поверхности шин должны быть тщательно очищены и защищены от окисления. Алюминиевые шины обязательно соединяют сваркой.

Применяют штанги круглого и прямоугольного сечения. Диаметр штанг круглого сечения от 25 до 40 мм. При одинаковой площади поперечного сечения прямоугольная штанга имеет момент сопротивления изгибу в несколько раз больший, чем штанга круглого сечения. Вследствие этого на практике обычно применяют штанги диаметром 15 - 25 мм.

Токопроводящие опоры служат для передачи тока на катодную или анодную штанги, а далее – на обрабатываемые изделия. Используются в гальванических ваннах любого типа, обладают большой площадью контакта, тем самым улучшая эффективность подачи тока на штангу.

Фото 2. Гальваническая ванна с самозажимными токопроводящими опорами

3. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ раствора

Перемешивание обеспечивает поддержание постоянной температуры и концентрации компонентов во всем объеме раствора гальванической ванны, вследствие чего возрастает плотность тока и улучшается качество покрытия.

Перемешивание можно подразделить на  типы:

Гидравлическое перемешивание;

Пневматическое перемешивание;

Механическое перемешивание;

Гидравлическое перемешивание

Гидравлическое перемешивание осуществляется при помощи эжекторов, чаще всего совмещается с фильтрованием электролитов и рабочих растворов. Поток электролита, подающийся в эжектор насосом, затягивает за собой электролит из ванны, и на выходе эжектора формируется в больший поток электролита, который перемешивает весь объем раствора.

Преимущества данного вида перемешивания:

Уменьшение токсичных испарений над ванной;

Увеличение электропроводности металла;

Повышается равномерность осаждения покрытия;

Уменьшаются затраты на подогрев ванны.

Фото 3. Эжекторное перемешивание

Пневматическое перемешивание

Для пневматического перемешивания применяется барботёр – труба с отверстиями диаметром 1,1-1,5 мм, при этом диаметр отверстий равномерно увеличивается к её концу. Площадь сечения трубы должна быть в 1,5 раза больше суммарной площади отверстий. Барботер изготавливают, в зависимости от состава и температуры раствора, из углеродистой и нержавеющей стали, титана, химстойких полимеров (полипропилена, полиэтилена, поливинилхлорида и так далее). К недостаткам барботера относится неравномерное перемешивание электролитов и растворов, потери тепла, пенообразование, снижение электропроводности электролита по причине его газонаполнение.

Фото 4. Пример пневматического перемешивания раствора в гальванических ванна

Механическое перемешивание

Данный тип перемешивания происходит при помощи механических перемешивателей, которые снабжены лопастями с электрическим или пневматическим приводом. Используется в настоящее время очень редко.

4. НАГРЕВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН

Нагрев осуществляется при помощи:

Электроэнергии (тепловые электронагреватели - ТЭНы, теплообменники, нагревательные стержни);

Пара (теплообменники, паровой нагреватель);

Воды (водяная рубашка).

Подробнее о видах нагрева и типах нагревателей мы рассказываем в статье “Гальванические ванны с нагревателями. Виды нагрева гальванических ванн”.

Фото 6. Гальваническая ванна с электронагревателями

5. Охлаждение гальванических ванн

В этой статье мы упоминали о требованиях к гальваническим ванна, одно из них  создание и поддержание заданного теплового режима. Так как большинство химических реакций протекают с выделением тепла, необходимо предусмотреть охлаждение гальванических ванн. Это поможет  избежать перегрева электролита, а также выхода из строя технологического оборудования.

Охлаждение жидкостей/электролитов осуществляют с помощью:

Змеевиков. Работа змеевика заключается в циркуляции охладительной жидкости (воды), которая непрерывно протекает внутри змеевика. Устройство располагают рубашкой или внутри ванны. Изготавливают змеевики из углеродистой или нержавеющей стали, титана.

Чиллеров.  Принцип работы чиллера основан на процессе охлаждения основного компонента этого агрегата. Перегретый пар хладагента, имеющий низкое давление, выходит из испарителя, поступая в компрессор сжимается. Горячий пар под высоким давлением, покидает компрессор и поступает в конденсатор, в котором отдает охлаждаемому наружному воздуху тепло, а сам конденсируется. Перед выходом из конденсатора жидкий хладагент подается в переохладитель, где его температура понижается, а проходя через фильтр-осушитель из жидкого фреона удаляется влага. В результате прохождения хладагента по чиллеру он представляет собой смесь пара и жидкости низкого давления, поступающей в испаритель. В испарителе хладагент закипает, забирая тепло у охлаждаемой воды, вследствие чего приобретает парообразное состояние. Пар хладагента, достигший состояния перегрева, выходит из испарителя, после чего цикл вновь повторяется.

Фото 7. Холодильная установка - чиллер

6. ПРИНЦИП РАБОТЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН

Принцип работы гальванической ванны определяется  технологическим процессом и зависит от конфигурации, габаритов обрабатываемых изделий.

Рассмотрим более детально схему работы гальванической ванны, которая включает в себя следующие этапы:

Нюансы перед подготовкой гальванической ванны к работе

Приготовление электролита для проведения процесса может осуществляться в отдельной емкости или в самой рабочей ванне. Раствор готовят строго по технологической схеме с соблюдением техники безопасности.

Гальваническая ванна заполняется приготовленным раствором не полностью, оставляют около 10 - 15 сантиметров до края ванны. Это необходимо, чтобы избежать переливания раствора, так как при погружении изделий объем раствора в ванне значительно увеличивается.

Подготовка гальванической ванны к работе

Нагрев ванн до необходимой температуры осуществляется за несколько часов до начала ее работы. Время нагрева определяется габаритами ванны, мощностью нагревательных элементов, материалом изготовления ванны.

Перед началом процесса проверяют уровень электролита и проводят анализ его состава. При необходимости корректируют по компонентам.

Предварительные расчеты

Теоретическим этапом в процессе подготовки ванны к работе является расчет основных параметров электролиза.

Перед началом процесса необходимо рассчитать:

Площадь покрываемой поверхности изделий (площадь единовременной загрузки);

Длительность процесса осаждения при заданной толщине покрытия;

Токовую нагрузку на ванну.

При налаженной автоматизации производства, расчет этих параметров не займет много времени, так как всё может рассчитать программа.

Подготовка поверхности перед нанесением гальванического покрытия

Предварительная подготовка поверхности - важный и ответственный этап в процессе нанесения гальванического покрытия. Благодаря правильной и тщательной подготовке сцепление осаждаемого металла с основой будет максимально сильным, минимизируется пористость осадков, тем самым увеличится качество покрытий и износостойкость изделий.

Этап предварительной подготовки разделяют на:

Механическую обработку поверхности.

К которой относятся: шлифование, кварцевание, полирование, галтовка, пескоструйная, гидроабразивная, вибрационная обработки поверхности деталей и др. Главной целью механической подготовки является уменьшение шероховатости поверхности, которая принимается с учетом назначения и вида гальванопокрытия.

Химическую или электрохимическую обработку поверхности.

Данный этап обработки включает в себя следующие операции: химическое и электрохимическое обезжиривание, травление, которые служат для окончательного очищения поверхности металла от продуктов механической обработки, масел, оксидных пленок и так далее.

Фото 8. Погружение изделий в ванну предварительной обработки перед нанесением гальванического покрытия

Нанесение гальванического покрытия

Предварительно монтированные на штангу подвесочные приспособления с изделиями опускают в гальваническую ванну, наполненную электролитом, с заданными технологическими параметрами (температурой, плотностью тока и так далее), при необходимости раствор перемешивают. Во время работы ванны контролируется уровень и температура раствора, его водородный показатель (рН), напряжение в ванне.

На анод подается положительный заряд от источника питания, а к катоду, с обрабатываемым изделием, отрицательный. При этом, обрабатываемые изделия (в зависимости от полярности процесса) могут находиться на аноде. В гальванической ванне происходит процесс осаждения металла, который заключается в разряде ионов на катоде и ионизации их на аноде.

После завершения процесса нанесения покрытия штанга с подвесным приспособлением поступает в ванну промывки, и ванну постобработки (уплотнения, окрашивания, пассивации  и так далее). Завершающим этапом процесса является сушка и демонтаж изделий с подвесного приспособления.

Фото 8. Изделия с гальваническим покрытием никель-хром

Наше предприятие более 20 лет специализируется на производстве гальванического оборудования и очистных сооружений.

Все необходимое оборудование для нанесения любого гальванического покрытия вы можете приобрести у нас.

Гальванические ванны

Линии гальванические

Автооператоры

Разрабатываем системы автоматического управление линией (САУ)

Гальванические барабаны

Локальные очистные сооружения

На правах официального дистрибьютора мы поставляем:

Элементы нагрева и контроля температуры от производителя Mazurczak GmbH,

Токопроводящие опоры Auerswald

Выпрямители KraftPoweercon AB

Фильтровальные установки и насосы Siebec SAS.