用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的制作方法

本发明涉及一种电镀系统，具体地，涉及一种用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统。

背景技术

铬镀层具有优异的耐磨损及耐腐蚀性能，尽管欧盟rohs指令明确规定电机电子设备自2008年起不得含有六价铬，并且国内已经开始推行和欧盟指令配套的“中国rohs”计划，但由于在实际工业产品制造中，可替代铬镀层特别是硬铬镀层的低成本工艺技术还极为匮乏，因此电镀铬工艺依然在制造业领域具有十分广泛的应用，如钢铁冷轧行业采用硬铬镀层用于轧辊的毛化处理及超差修复；燃气轮机的活塞环、气缸内壁及活塞杆等采用硬铬耐磨镀层提高使用寿命；大型工程机械起重机吊臂采用硬铬镀层作为耐磨及耐蚀防护涂层以提高液压活塞、活塞筒的使用寿命；大型磨损超差轴类零件仍然采用电镀硬铬作为超差修复工艺。

大型回转体工件电镀铬工艺实施过程中存在两类较为突出的问题，其一是沿回转体轴向长度方向以及周向厚度均匀性控制的问题，由于大型回转体工件，长度大于1.5m-4m，甚至更长，周向直径大于250mm-600mm，往往在工件的端部以及周向上存在较大的厚度差异，需要后续磨削，以保持整体尺寸的均匀性，导致工序增加、成本上升。而对于一些具有织构化表面的电镀镀层，如毛化镀铬工件，后续的磨削工序是严格禁止的，因此如何提高大型工件铬镀层均匀性具有重要的工程意义。

此外，在电镀铬工艺实施中，废气、清洗溶液中的六价铬对人体及环境的危害也是迫切需要解决的问题。电镀铬工艺中对人体以及环境危害性物质主要为六价铬，属于吞入性毒物/吸入性极毒物，可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体，可能造成遗传性基因缺陷，有致癌危险，对环境有持久危险性。

镀层厚度均匀性往往受阴阳极间距分布均匀性影响，特别对于大型回转体工件，现有普通吊镀工装夹具无法保障镀层厚度均匀性，上下位置及周向镀层的厚度偏差较大,无法实现对表面镀层结构尺寸的精密控制。包含电镀槽及与工件配合的工装夹具等电镀装置，其合理设置对于保障电镀工艺参数稳定性、连续性及工件镀层质量的稳定性起着至关重要的作用。在已公开专利“优化温度场分布的电镀装置及其电镀方法，zl201410203254.3”中，介绍了通过设计不溶性筒状阳极、控制电解液流场、阴阳极间距等实现工件表面均匀镀层的设计方法，但对于如何采用保障阴阳极相对位置的稳定、解决废气(电解液蒸汽)排放、自动清洗回流等方面没有给出较好的解决措施，此外尺寸固定的不溶性筒状阳极存在难于拆装、调整不灵活等缺点。本专利发明的目的是提供一种环保型的紧凑电镀装置，避免蒸汽、废液对周围环境及施工人员的影响，达到环保的效果，同时通过结构设计、电解液循环流动、旋转电极等解决大型回转体工件电镀铬镀层厚度的均匀性问题。本发明专利所提供的电镀装置不仅适合于大型回转体工件的电镀铬工艺，如冷轧带钢毛化轧辊、活塞柱、气缸等，同时还适用于这类工件电镀其他金属或电镀表面处理工艺，该装置的缩小及放大均是本专利发明思想的体现。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统。

根据本发明提供的一种用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统，包括工作槽、电镀装置、工件定位装置、储液槽、清洗液回流储液槽、水箱以及废气处理槽，其中：

工件定位装置和电镀装置设置于工作槽上，工件定位装置用于固定工件，电镀装置用于对工件进行电镀；

工作槽的底部进液口和侧壁出液口分别通过管道连通储液槽的出液口和进液口；

工作槽的排气口通过管道连通废气处理槽，废气处理槽处理工作槽排出的废气；

工作槽的喷淋清洗口通过进水泵连接水箱，水箱能够对工作槽进行清洗。

优选地，所述电镀装置包括阳极夹装、阴极夹装以及阴极电刷夹装，其中：阳极夹装和阴极夹装之间设置通过绝缘材料间隔；阴极电刷夹装套设于阴极夹装上；阳极夹装和阴极电刷夹装分别接入电镀电源的阳极和阴极。

优选地，所述阳极夹装包括接电端、多个阳极挂片和定位孔，其中：

接电端用于连接电镀电源的阳极；

多个定位孔设置于阳极夹装上，每个定位孔固定一个阳极挂片的一端，阳极挂片的另一端伸入所述工作槽内部；

阳极夹装紧固于工作槽上方。

优选地，所述阴极夹装包括传动齿轮配合面和阴极夹装导电面，其中：

传动齿轮配合面配合外部齿轮实现阴极夹装的传动；

阴极夹装导电面用于接触阴极电刷夹装。

优选地，所述阴极触电夹装包括导电端、固定安装端以及电刷固定架，其中：

导电端连接电镀电源的阴极；

固定安装端用于固定阴极触电夹装；

电刷固定架呈环形分布设置，用于接触阴极夹装。

优选地，所述工件定位装置包括工件定位夹装锥面，工件定位装置紧固连接工件的端部，工件定位装置通过工件定位夹装锥面配合连接阴极夹装。

优选地，工作槽和出液槽之间设置有进液泵和出液泵；

工作槽和废气处理槽之间设置有抽气泵。

优选地，所述工作槽的底部设置有底部出液口，工作槽通过底部出液口连通储液槽和清洗液回流储液槽。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构合理紧凑，操作、拆装方便且成本低；

2、本发明通过设置电镀装置提高工件表面电镀的均匀性，减少了后续的磨削工作量，同时节约能耗；

3、本发明设置有废气处理槽和清洗液回流储液槽，减少废气、废液的排放，实现废气、废液的回收处理及“零”排放。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的示意图；

图2为用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的工作槽的剖视图；

图3为用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的爆炸示意图；

图4为用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的阳极夹装的结构示意图；

图5为用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的阴极夹装、阴极电刷夹装的套装示意图；

图6为用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的阳极夹装与工作槽密封盖板的套装示意图；

图7为用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统的工件定位夹装的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图6所示，根据本发明提供的一种用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统，所述电镀系统位精准、封闭循环且能够自清洗回流，其结构简单紧凑，具有建设成本低、重复利用率高、拆装方便、温度场分布均匀以及零排放环保等优点，可以在整个大型回转体工件表面沉积均匀、成分均一、表面质量良好、不需后续加工的镀层。所述电镀系统包括电镀电源1、工作槽2、工作槽密封盖板3、阳极夹装4、绝缘材料、阴极夹装6、阴极电刷夹装7、施镀工件8、工件定位夹装9、储液槽10、清洗液回流储液槽16、水箱18以及废气处理槽20，其中：工作槽2可以选用不锈钢、钛合金、聚四氟乙烯等作为槽体材料，最优地，以钛合金作为槽体材料，也可在钛合金槽体外部衬不锈钢以增加结构强度，为进一步提高耐腐蚀能力，可以选用聚四氟乙烯作为钛合金槽体的内衬材料。工作槽密封盖板3、阳极夹装4、衬聚四氟乙烯钢套5、阴极夹装6、阴极电刷夹装7、施镀工件8、工件定位夹装9均设置于工作槽2上，具体的，工作槽2上安置固定工作槽密封盖板3，阳极夹装4嵌套在工作槽密封盖板3上并与工作槽2固定，然后放置衬聚四氟乙烯钢套5，然后嵌套安置阴极夹装6，然后安置阴极电刷夹装7，最后将固定好工件定位夹装9的工件直接落座于阴极夹装6上。

更为详细的，工作槽密封盖板3采用绝缘耐蚀能力优异的工程塑料，优选地，选取聚四氟乙烯作为盖板材料，阳极夹装4嵌套在工作槽密封盖板3上；阳极夹装4的材料选用高导电紫铜，阳极夹装4与外部导电铜排连接到电源，阳极夹装4包括接电端41和阳极挂片42，接电端41与电镀电源1的阳极相连，同时也可以作为固定安装端具有定位功能；阳极挂片42定位于阳极夹装4的定位孔43，通过焊接或螺纹连接固定位置；阳极挂片42通过与工作槽密封盖板3的定位孔32以及定位面31配合，阳极挂片41选用铅锡合金材料、纯钛或钛合金、镀铂金纯钛或钛合金、镀氧化钇纯钛或钛合金；更优地，为提高阳极挂片41导电性且防止阳极泥对电解液的污染，优选镀铂金纯钛或钛合金作为阳极挂片材料，阳极挂片41可以采用棒材或板材，50mm-100mm宽度，挂片数量依据工件直径、阴阳极间距以及挂片宽度选取，以6-24个为宜，更优地，选取挂片数量为12个；阳极挂片41与阳极夹装4的固定，可以采用焊接、螺纹等连接方式。整体通过螺栓紧固于工作槽2的固定安装面21上；定位面31具有固定阳极夹装4的功能，同时可以屏蔽电解液对阳极夹装4的腐蚀。

进一步地，阳极夹装4与阴极夹装6之间的绝缘材料采用衬聚四氟乙烯钢套5，衬聚四氟乙烯钢套5包括凸台定位面51，衬聚四氟乙烯钢套5与下方阳极夹装4螺纹连接固定，上方通过凸台定位面51嵌套进阴极夹装6，衬聚四氟乙烯钢套5的表面起到绝缘以及摩擦润滑的作用，方便降低阴极夹装6在旋转时的摩擦阻力，同时具有对阴极夹装6的旋转定位功能。

下面对阴极夹装6进一步阐述，阴极夹装6包括工件定位面64、齿轮面62以及定位旋转环槽61；工件定位面64是指阴极夹装6上部内孔中的锥面，其通过与工件定位夹装9的工件定位夹装锥面93配合实现对施镀工件8的位置的定位，保障施镀工件8与阳极挂片41之间相对位置的稳定，阳极挂片41与施镀工件8之间的间距应保持在50mm-400mm，更优地，50mm-200mm，最优地，50-100mm。齿轮面62位于阴极夹装6底部外环面，与外部传动齿轮配合，实现阴极夹装6与施镀工件8的旋转；定位旋转环槽61位于阴极夹装6的底部，所述定位旋转环槽61的环槽面与固定在阳极夹装4上的衬聚四氟乙烯钢套5配合，实现旋转定位功能；阴极夹装6的定位旋转结构方式并不仅仅可以采用环槽的设计方法，也可以采用实现本发明设计思想的其他定位方法如内环齿轮面定位或固定多齿轮定位，这些方法均属于本发明设计方法的变形和改进，属于本发明的保护范围。

更进一步地，阴极电刷夹装7为导电碳刷的安装夹持平台，阴极电刷夹装7的材料选用高导电紫铜，上面间距均匀分布碳刷，碳刷被夹持后紧密贴合在阴极夹装6的阴极夹装导电面63上，实现工件阴极电流的输入，碳刷数量根据输入电流功率选择，数量6-24个为宜。阴极电刷夹装7具有固定安装端72，目的为保持阴极电刷夹装7的固定，使其在阴极夹装6旋转时保持位置固定，可以通过螺栓连接于外部的支架上；导电端71与外部电镀电源1的负极相连；电刷固定架73为碳刷的固定支架，在工作时使其紧密贴合于阴极夹装导电面63，实现外部电源与阴极夹装6的连通；

工件定位夹装9选择强度和韧性较好的碳钢作为材料，为提高其导电性能，其外表面可以进行镀铜或其他高导电涂层如铂、金等处理，其功能是实现施镀工件8的夹持固定，具体通过螺栓91紧固开合式夹装92与施镀工件8的工件轴头81，实现施镀工件8与阴极夹装6之间导电连接以及工件定位。夹持固定以开合式抱紧并辅助螺栓紧固的方式。更优地，抱紧面94可以选用内螺纹面，以增加摩擦力；工件定位夹装9的定位功能通过定位夹装9的外锥面93实现，其与阴极夹装6的工件定位面64的配合实现施镀工件8与阳极挂片41之间位置的稳定控制；外锥面定位仅仅是实现本发明设计思想的一种设计方式，对其进行变形设计处理，如台阶、多级阶梯锥面、多级阶梯台阶等均属于本发明设计方法的变形和改进，属于本发明的保护范围。

进一步的，用于回转体工件电镀铬处理的电镀系统还包括屏蔽夹装82，屏蔽夹装82设置于施镀工件8的端部，屏蔽夹装82的功能是将施镀工件8中不需镀覆的地方进行隔离，屏蔽外部电场与电解液，屏蔽夹装的材料可以选择绝缘耐蚀工程塑料，如聚四氟乙烯、聚丙烯等。

工作槽2上设置有多个连接孔，工作槽2底部设置有进液口23，进液口23回流时能够作为出液口使用，工作槽2通过进液口23分别连接储液槽10和清洗液回流储液槽16，工作槽2侧壁设置有出液口22、排气口24以及喷淋清洗口25，出液口22通过出液泵11连接储液槽10，出液口22在施镀工件8施镀时，将从工作槽2底部流入的电解液循环至储液槽10，直至电镀过程结束，出液口22设置位置低于排气口24和喷淋清洗口25，可根据流量控制的实际需要，增加出液口22设置数量；排气口24通过抽气泵19连接废气处理槽20，排气口24主要用于电镀铬过程中产生的铬雾、氢气、水蒸气，此排气口与管道、抽气泵19相连，导入含有石灰水的废气处理槽，进行中和沉淀处理，去除废气中的六价铬离子；喷淋清洗口25通过进水泵17连接水箱18。

工作槽2存有由外部储液槽10循环而进的电解液，且是电镀实施的场所，镀铂金钛合金阳极与施镀工件8浸没在电解液中，在通电状态下发生电极反应，在规定的工艺时间内完成镀层沉积。储液槽10仅在施镀工件8电镀过程中参与电解液的循环，作为工作电解液的储存场所；清洗液回流储存槽16中的溶液在施镀工件8电镀过程中不参与电解液的循环，仅做为临时的清洗液储存区，经浓缩处理及成分分析调整后补加至储液槽10中作为电解液使用，做到清洗废液重新利用和零排放。

本发明的工作流程如下：施镀工件8经过除油活化后安置固定于电镀装置上；电解液在储液槽10中调整好浓度和温度后，经进液泵13进入到工作槽2内；电解液在工作槽2中的流动方向为自下而上；打开排气口24，接通抽气泵19、出液泵12，开通旋转装置，接通电源，完成电镀；关闭上部出液泵22，关闭下部进液泵13，接通下部出液泵12，将残留溶液抽回储液槽10；接通进水泵17，喷淋清洗后将残液回流至清洗液回流储存槽16，关闭旋转，吊装出工作槽，完成电镀。

具体的，电镀前，工作槽密封盖板3与固定好阳极挂片42的阳极夹装4通过螺栓紧固于工作槽的固定安装面21上；阴极电刷夹装7与阳极夹装4分别与电镀电源1的阴极和阳极连接；嵌套于衬聚四氟乙烯钢套5上的阴极夹装6在外部齿轮传动下进行旋转并带动施镀工件8，固定在阴极电刷夹装7上的碳刷紧密贴合阴极夹装导电面63，实现施镀工件8的接电；将工件定位夹装9与施镀工件8紧固后直接套座在阴极夹装6上；

电镀时：工作槽2底部进液口23通过进液泵13、三向阀门14、管路连通于储液槽10，使调整好温度和成分的电解液进入工作槽2；工作槽2上方侧壁出液口22、管路、出液泵11连通于储液槽10，实现电解液循环；工作槽2上方侧壁的排气口24、抽气泵19、管路与废气处理槽20连通，实现电镀过程中废气的中和处理；接通电镀电源1、齿轮传动电源，开始电镀；

电镀完成后：电镀完成后，关闭电镀电源1、进液泵13、抽气泵19；工作槽2底部出液口23通过出液泵12、三向阀门14、管路连通于储液槽10，将工作槽2中的电解液抽回储液槽10；工作槽2上方侧壁的喷淋清洗口25、管道、进水泵17连通于水箱18，将外部的清洗水导入对施镀工件进行喷淋清洗；工作槽2底部出液口23通过出液泵15、三向阀门14、管路连通于清洗液回流储液槽16，将残液和清洗液回流到清洗液回流储液槽；关闭阴极夹装齿轮传动电源、关闭清洗进水泵17及出液泵12，吊出施镀工件8，完成电镀。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。