Устройство для анодирования длинномерных изделий

(51)4 С 25 Р 7/00 ОБРЕТЕ ЕТЕЛЬСТВ лен ока пны с ыполн енним диаметроения отно е Ч(е) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНОДИРОВАНИЯДЛИННОИЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащееэлектролизер, 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 распредеине изделия, катодыменным по длине внутопределяемым иэ о 1 -о - ч(е)1,наименьший внутренний диа-метр катода;удельная электропроводностьэлектролита;плотность тока на единицудлины изделия;распределение потенциала подлине электролиэеракоордината длины электроли- .зера;конечное напряжение анодирования.1080Изобретение относится к областиэлектрохимической обработки изделийи может быть использовано для образования защитных анодных окисных пленок барьерного типа на длинномерныхизделиях из вентильных металлов и ихсплавов (например, на проволоке илитрубчатых изделиях нз циркония, гафния, ниобия, тантала и их сплавов),особенно на оболочках для тепловыделяОющих элементов и готовых ТВЭЛ дляатомных реакторов.Известно устройство для анодирования изделий любой длины из алюминия,состоящее из нескольких цилиндрических, разделенных между собой ячеек,охватывающих непрерывно перемещающееся изделие. По мере перемещенияизделие последовательно подвергаетсяочистке, промывке, анодированию при 20определенном потенциале, отмывке, анодированию при более высоком потенциале, снова отмывка и так несколько раздо достижения требуемой толщины окисной пленки. В последней ячейке издеие подвергается сушке; Положительный потенциал подводится непосредственно к изделию, Отрицательный потенциал подводится к корпусу каждой анодирующей ячейки, служащему катодом, 30автономно или от общего источникапитания через распределительное устройство таким образом, чтобы установить среднюю плотность тока в каждойячейке на определенном, одинаковомдля всех ячеек уровне. Электролитсмешивается с сжатым воздухом и углекислым газом и подается на поверхность изделия с помощью форсунок ав"тономно для каждой ячейки. Анодирова Оние ведется импульсным током высокойплотности,Данное устройство не может бытьиспользовано для нанесения на изделияиз циркония, гафния, ниобия, танталаи их сплавов, особенно на оболочкитепловыделяющих элементов и готовыеТВЭЛ для атомных реакторов защитныхокисных пленок барьерного типа, повышающих их коррозионную стойкость, всвязи с тем, что:при входе в анодирующую ячейку необработанного при данном потенциале участка изделия возникает высокая локальная плотность тока, что приво- И дит к диэлектрическому пробою окисной пленки, искрению поверхности и, как следствие, .к образованию окисного 522 1слоя, не обладающего защитными свойствами;подвод потенциала непосредственнок 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, токоподводыи систему электродов. Постоянствоплотности тока по длине изделия достигается изменением сечения пластиныпроводника (например, графита), служащего вспомогательным электродом. Вслучае катодного электроосажденияметаллов или электрополировки общеесопротивление системы между токоподводом к вспомогательному электродуи изделием меняется по длине иэделияне так значительно (в пределах одного порядка), Это позволяет осуществить электрохимическую обработку проволоки с одинаковой плотностью токапо ее длине, используя вспомогательный электрод переменного сечения, но,при постоянстве расстояния между элек"тродом и обрабатываемой проволокой.В случае образования анодных окисных пленок сопротивление их по длинеобрабатываемого участка меняется от0 до 10 Ом; Поэтому уравнение длярасчета сечения электрода, принимающее постоянным по длине удельное сопротивление изделия (проволоки), исам принцип становятся непригодными.Даже при использовании в качествематериала 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 аноднрованиядлинномерных изделий, содержащем элек -тролизер, систему подачи электроли. - плотность тока;С - время;1 - эффективность процесса;т - прирост толщины пленки наединицу прошедшего заряда;Е - напряженность электрическогополя в пленке.Отсюда следует, что потенциал является функцией времени 9 =Г(С), которая для конкретного металла можетбыть взята из литературы или определена экспериментально. Задаваясьскоростью перемещения изделий Ч1 45из зависимости потенциала от.Увремени можно определить распределение потенциала по длине электролизеа, необходимое для обеспечения гальаностатического режима анодирования, Ч(1),На чертеже показано устройстводляанодирования длинномерных изделий.Устройство содержит электролизер, 55состоящий из нескольких ячеек 1. Каждая ячейка имеет кольцевой катод 2,диаметр которого меняется по длине та, токоподводы и систему электродов,катоды выполнены с переменным по длине внутренним диаметром, определяе-мом из соотношения,О = е, 1 Пе - Ф(е),где Р - наименьший диаметр катода; К - удельная электропроводностьэлектролита;1 - плотность тока на единицудлины изделия;(е) - распределение потенциала подлине электролизера, требуемое для обеспечения гальваностатического режима анодирования и определяемоеопытным путем;1 в . координата длины электролизера;11 - конечное напряжение анодирования.Удельная скорость роста анодной окисной пленки при гальваностатическом режиме анодирования определяется как 5 1 О 15 20 ячейки, и камера 3 и 4 ввода и вывода электролита с патрубками 5. 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 1 О. 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.еПрн 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 устройствоФ 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 зависи- мостью Р = 0.1 Б - Ч(е) 1 О Техред И.Попович Корректор С. Яекмар Редактор Корчеико. Заказ 6496/3 Тираж 615ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Произвоцственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 позволяет осуществить гальваностатический (при постоянной, заданнойплотности тока) режим непрерывногоанодирования наружной поверхности 15длиннЬмерных изделий, получить наповерхности беспористые анодные окисные пленки барьерного типа с высокими защитными свойствами и тем самымповысить корроэионную стойкость изделий из вентильных металлов и их сплавов.Кроме того, подвод потенциала к обрабатываемым изделиям посредством жидкостного контакта в ячейках, рас положенных по концам электролизера, позволяет исключить возможность повреждения поверхности обрабатываемых изделий за счет прижога при непосредственном контакте. 30В качестве примера можно привести анодирование длинномерных трубчатых изделий диаметром 1,36 см иэ сплава 22 Ьциркония в 0,037. растваре МаОН 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 электро- полированного 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 гальваностатичесфкий режим при плавном изменении потен" циала 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 в 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 (0,9- 1,1)10 Па, сократить на 4-5 сут7объем незавершенного производства и уменьшить расход электроэнергии.