一種用於製備中空工件內表面Ni‑SiC複合鍍層的裝置的製作方法
2023-09-23 11:02:15
本發明涉及金屬材料表面改性技術及設備領域，具體是一種用於在迴轉體等中空工件的內表面上製備Ni-SiC複合鍍層的循環電鍍設備。
背景技術：
目前，工程機械企業基本採用傳統的浸泡式電鍍工藝，即將工件完全浸泡在電鍍液中進行電鍍。浸泡式Ni-SiC電鍍工藝存在諸多問題。最主要的是，傳統浸泡工藝不能完全解決電鍍液中SiC微粒團聚的問題，導致SiC利用率低，鍍層性能不穩定，成品率低。其次，只有中空工件的內表面是待鍍工作面，其餘部分均為非工作面，採用傳統浸泡式工藝進行電鍍時，若工件的非工作面未進行絕緣保護處理，其表面也會鍍覆一層Ni-SiC複合鍍層。但是對於形狀複雜的中空工件，密封工作繁瑣，對密封材料要求高。密封材料的選擇標準有：①耐酸、耐鹼、耐高溫；②絕緣性好、疏水性好；③電鍍完成後易去除。另外，浸泡式電鍍裝置中電鍍槽大多沒有設置槽蓋，是敞口、非封閉的，進行電鍍時產生熱量、廢氣、酸霧等，直接從鍍液中溢出並混合於空氣中，既汙染電鍍車間的環境又有損操作人員的身體健康。另外，電鍍液中水分的蒸發引起電鍍液中組分的濃度發生改變，環境中的粉塵等外來物會沉降到鍍液中，使鍍液的穩定性降低，影響鍍層質量。
綜上，浸泡式電鍍具有SiC微粒利用率低、SiC在鍍層中分布不均勻、密封要求高、汙染問題嚴重等問題。尋找新的更環保、更高效的電鍍裝置，實現清潔生產、節能綠色環保電鍍的應用是表面處理技術發展的必然趨勢。
循環鍍液法已經投入工業生產實踐中，用循環泵將電鍍液從鍍液貯槽中輸入鍍槽，使之在陽極和工件的間隙中流過，再返回鍍液貯槽。循環鍍液法中，通過改變電流密度，可以控制Ni的沉積速率，而通過改變鍍液流速，可以控制SiC的沉積速度。採用循環鍍液法時，電鍍液中SiC懸浮效果好，鍍覆速率高，中空工件的非工作面無需絕緣密封也不會受到汙染，鍍層中SiC微粒含量和鍍速控制方便，電鍍液限制管道內循環流動，無廢氣酸霧等排出。
專利CN101023204A、CN103031590A和CN102828220A中，分別提供了一種在 中空工件膛壁上形成鍍層的電鍍裝置，這些裝置進行電鍍時均具有一個共同的特點：電鍍液總是由下至上流過陰極與陽極間的間隙。電鍍液的這種流動方式會造成鍍層厚度及SiC含量呈梯度分布。專利JPA2014214375和JPA1998310896中電鍍液的流動方式具有類似的特點，也會導致複合鍍層中微粒分布不均勻，且敞口式的儲液槽不能避免電鍍液在加熱過程中大量蒸發，既會導致電鍍液的組分濃度改變又汙染環境。
專利JPA2010285645和專利JPA2011122205，提供了採用電鍍液循環法在缸體內表面進行電鍍的裝置示意圖，但專利內容重點強調缸體的密封夾具，並沒有對電鍍液的流動路徑和流動速度、儲液槽的結構及槽內電鍍液的控制和連通儲液槽與缸體的管道設計等信息進行詳細說明。專利JPA1991018167，電鍍液利用自重從儲液槽中流向柱狀陽極與中空工件間的間隙空間，完成電鍍後，電鍍液再通過循環泵回到儲液槽中。電鍍液採用這種流動方式循環流動時，流出儲液槽的速率υ1受儲液槽中電鍍液的液面高度控制，流回儲液槽的速率υ2須小於υ1，才能保證電鍍液能充滿間隙空間，也能保證循環泵不會吸入空氣。但是這種流動方式的缺點是，不能通過控制電鍍液的流速來實現控制複合鍍層的沉積速率的目的，循環泵的體積流量隨著υ1的變化而不斷調整，會降低循環泵的使用壽命。專利JPA2000104198是在專利JPA1995188990的基礎上，進行補充和完善，增加了溫控系統和自動加料調節pH的控制系統。為了使微粒在電鍍液中始終保持懸浮狀態，專利中採用了攪拌器機械攪拌與空氣攪拌相結合的方式。
專利JPA1999350195中，電鍍液的流動方式是利用循環泵將電鍍液從儲液槽輸送至鍍槽的鎳陽極內，鎳陽極側壁上開有孔狀電鍍液流動通道，電鍍液由電鍍液流動通道噴射到缸體內表面上，完成複合電鍍後，電鍍液經回流管道返回到儲液槽中。根據流體力學的連續性方程可知，υ電鍍液流動通道＝υ鎳陽極*(S鎳陽極/S電鍍液流動通道)，式中S鎳陽極和S電鍍液流動通道分別為鎳陽極截面面積和電鍍液流動通道的面積總和，υ鎳陽極和υ電鍍液流動通道分別為先後流入鎳陽極和電鍍液流動通道的電鍍液流速。因此需要調整好S鎳陽極與S電鍍液流動通道的比例關係，保證電鍍液以適當的速度從電鍍液流動通道流出，否則，當攜帶著SiC微粒的高速電鍍液持續噴射和衝刷缸體內表面時，硬質SiC微粒刮削硬度較低的缸體內表面，導致出現呈發散狀的刮削花紋，且花紋與鎳陽極上的電鍍液流動通道平行正對。花紋的面積較大，由中心延伸至試樣的上下邊緣，花紋中心呈金屬銀白色，說明中心處SiC含量低。根據流體力學的連續性方程可知，υ電鍍液流動通道＝υ鎳陽極*(S鎳陽極/S電鍍液流動通道)，式中S鎳陽極和S電鍍液流動通道分別為鎳陽極截面面積和電鍍液流動通道的面積總和， υ鎳陽極和υ電鍍液流動通道分別為先後流入鎳陽極和電鍍液流動通道的電鍍液流速，故即使採用較小的體積流量1.280m3/h，υ電鍍液流動通道仍然很大，從鎳陽極上的孔狀電鍍液流動通道中高速噴出電鍍液衝擊刮削而導致破壞鍍層表面。
因此，基於傳統浸泡式電鍍系統，設計開發一種具有電鍍速率快、SiC微粒利用率高、節能環保等特點的連續循環電鍍裝置，對於綠色高效地製備硬度高耐磨性好的Ni-SiC複合鍍層具有重要意義。
技術實現要素：
為克服現有技術中存在的從鎳陽極上的孔狀電鍍液流動通道中高速噴出電鍍液衝擊刮削而導致鍍層表面被破壞的不足，本發明提出了一種用於製備中空工件內表面Ni-SiC複合鍍層的裝置。
本發明包括儲液槽、電鍍液循環泵、壓縮空氣泵、電磁流量計、壓縮空氣泵和密封電鍍臺。
在所述儲液槽內排布有相互平行的下出水管和上出水管，並使所述上出水管位於電鍍液液位的3/4處，下出水管位於電鍍液液位的最低處。所述下出水管的出口端與位於儲液槽外的電鍍液循環泵的入口連通；所述上出水管的出口端在儲液槽外與下出水管連通。
所述電鍍液循環泵的出口通過管路與位於儲液槽內的電磁流量計的入口連通。所述電磁流量計的出口通過管路與下夾具的電鍍腔進水口連通。從上出水管與下出水管流出的電鍍液匯合後，在電鍍液循環泵的驅動力下，流向密封電鍍臺，調節電磁流量計控制流向密封電鍍臺的電鍍液體積流量。在密封電鍍臺中完成複合電鍍後，電鍍液由迴路回到儲液槽中。
所述壓縮空氣泵位於儲液槽外另一側；該壓縮空氣泵的出口連接在電磁流量計出口與電鍍液循環泵之間的管路上；在所述壓縮空氣泵的出口管路上有空氣排氣管；所述空氣排氣管出口端的管子水平的置於該儲液槽內底表面，並且在該空氣排氣管位於儲液槽內底表面一段的管壁上有兩排氣孔，所述兩排氣孔對稱的分布在該空氣排氣管圓周表面的下側；所述兩排氣孔的中心線之間的夾角α為90°。
壓縮空氣泵有兩個出氣接口。第一出氣接口與位於儲液槽內的空氣排氣管通過軟管連通，在兩者之間的軟管上設置有浮子流量計。壓縮空氣泵的第二個出氣接口通過軟管向空氣供給支路提供空氣，空氣供給支路與電鍍液輸送管之間有45°夾角。
所述控制面板的第二輸出端通過數據線與電鍍液循環泵的輸入端連接；所述控制面板的第三輸出端通過數據線與位於儲液槽內的加熱管和熱電偶連接。所述控制面板的輸入端與位於儲液槽內的液位計連接。
所述的空氣供給支路的一端與電鍍液循環泵的出口連通，另一端與電磁流量計的入口連通。所述電磁流量計的出口與密封電鍍臺中的下夾具的電液入口連通；位於所述下夾具上的電液出口通過回流管路與儲液槽的入口連通。
所述密封電鍍臺包括中空工件、鎳陽極、上夾具、下夾具、陽極導電桿、密封圈、鎖緊絲槓和電鍍整流電源。其中，所述中空工件和鎳陽極均位於所述下夾具與上夾具之間，並使該中空工件、鎳陽極、下夾具與上夾具同軸。
所述鎳陽極封閉端端蓋為鎳陽極的導電板。該鎳陽極的筒體中部均布有穿透筒體的電鍍液流動通道。在所述導電板的中心處有安裝螺紋孔，陽極導電桿的螺紋端在該螺紋孔內；為使所述陽極導電桿穩固，在該導電板內表面中心有加固板。所述陽極導電桿的頂端有用於連接導線的接線孔。
所述電鍍液流動通道為多條在所述鎳陽極筒體上軸向分布的條狀電鍍液流動通道，各電鍍液流動通道在鎳陽極筒體圓周上間隔30°；各電鍍液流動通道寬度方向中心線的延伸線與該鎳陽極筒體的中心線相交，或者各電鍍液流動通道寬度方向中心線的延伸線與該鎳陽極筒體的中心線之間有60°夾角；所述條狀電鍍液流動通道的寬度為3.5mm，軸向長度為50mm；
所述電鍍液流動通道或者呈螺旋狀分布在該鎳陽極的筒體上；該螺旋狀電鍍液流動通道頂端與該鎳陽極的筒體上端面之間的距離為10mm；該螺旋狀電鍍液流動通道底端與該鎳陽極的筒體下端面之間的距離為10mm；所述螺旋形電鍍液流動通道的螺距為10mm，通道寬度為2mm。
所述儲液槽槽體支架包括工作檯面板和擋板。在該工作檯面板上均布有3個下夾具固定孔和管道安裝口。所述管道安裝口用於安裝與進水口和出水口連通的管道。環所述下夾具固定孔有圓形的擋板。儲液槽槽體支架的下層面板用於安放儲液槽、電鍍液循環泵和壓縮空氣泵。
所述的上夾具的下表面中心有凹槽，該凹槽的直徑與鎳陽極的外徑相同；在該凹槽槽底中心有陽極導電桿安裝孔，環所述陽極導電桿安裝孔安放有密封圈，使上夾具與鎳陽極間形成封閉空間。所述凹槽周邊的上夾具的下表面的凹面的直徑與中空工件 的外徑相同，所述中空工件的一端安放在該凹面上，並通過該凹面外緣的定位臺階定位。所述定位臺階的表面有安放密封圈的環形槽。在所述上夾具表面外緣處均布有三個貫通的絲槓安裝孔。
所述的下夾具的上表面中心有凹槽，該凹槽的直徑與鎳陽極的外徑相同；在該凹槽的中心有進水口。在所述凹槽周邊的下夾具的上表面有圓形的凹面，該凹面的直徑與中空工件的外徑相同，所述中空工件的另一端安放在該凹面上，並通過該凹面外緣的定位臺階定位；所述定位臺階的表面有安放密封圈的環形槽。在所述凹面上對稱的分布有兩個出水口。在所述上夾具表面外緣處均布有三個絲槓安裝孔和三個下夾具固定孔。所述的三個絲槓安裝孔與三個下夾具固定孔交錯分布。所述的三個絲槓安裝孔為螺紋盲孔，通過鎖緊絲槓將所述下夾具與上夾具之間固緊並固定在工作檯上，使上夾具、下夾具和中空工件的接觸面壓緊密封。
所述儲液槽頂部有槽蓋；槽蓋中央設置有透視窗。儲液槽內的pH計、液位計、熱電偶及六組加熱管分別平行固定在儲液槽內壁一側。下出水管的出水口與回流管路的進水口分別位於在儲液槽槽體兩側的對角線上。
本發明是一種基於傳統的非封閉浸泡式電鍍裝置開發的一種封閉、連續循環的電鍍裝置。
與傳統的非封閉浸泡式電鍍裝置相比，本發明所提供的循環電鍍裝置具有以下特點：①儲液槽上設置了槽蓋，電鍍液在封閉的儲液槽和管道內循環，實現了密封，故生產過程中沒有廢氣、有毒物質排放到生產車間，也避免了粉塵等汙染鍍液，延長電鍍液的使用壽命的同時還具有清潔、環保的特點；②鍍液流動時只接觸待鍍面即中空工件內表面，節約了電鍍液的消耗；非電鍍部分並不接觸鍍液，不需要進行絕緣保護處理；③鍍液的循環流動有利於SiC的均勻分散，因為鍍液的攪拌方式是由空氣攪拌和鍍液流動攪拌兩種方式共同完成的；④由於鍍液是在儲液槽中進行加熱、調整pH值、壓縮空氣攪拌使SiC分散，鍍液均勻穩定後才開始內循環，因此，空氣攪拌速率大小並不會直接影響SiC的沉積。而在浸泡式電鍍過程中，攪拌速率對SiC的沉積有較大影響，需確定最佳攪拌速率；⑤該工藝的關鍵在於氣缸內腔的密封設計和鍍液流經內腔的速率的控制。
本發明先對儲液槽中的電鍍液進行預備處理，如加熱到電鍍溫度、調節pH、添加新的電鍍液、空氣攪拌等準備工作，使電鍍液達到合格要求，然後通過循環泵驅動電 鍍液，從儲液槽底部的出水口出發，流入電鍍腔的鎳陽極內，經鎳陽極側壁上的貫穿孔噴射到中空工件內表面並充滿鎳陽極與中空工件形成的電鍍腔，完成複合電鍍，再從電鍍腔底部設置的出水口回流到儲液槽中，再進行下一輪的內循環。
儲液槽頂部設置有「L」型導軌槽，槽蓋能沿導軌槽滑動取下來或放上去；板狀槽蓋中央設置有透視窗。板狀槽蓋能減少電鍍液的蒸發引起的水分損失，電鍍液中各組分的濃度能維持較長的時間不發生明顯變化，不需要持續調節電鍍液，只需隔段時間對電鍍液進行定期抽檢即可，根據抽檢結果進行添加。儲液槽內設置有空氣排氣管、pH計、液位計、熱電偶、加熱管及兩組出水口和兩組進水口。下出水管的出水口與回流管路的進水口分別位於在儲液槽槽體兩側的對角線上，一方面能攪動儲液槽內的電鍍液，保證SiC微粒充分懸浮，另一方面能避免由進水口進入的電鍍液直接從出水口流出進行下一輪循環，而沒有與儲液槽中本體溶液進行混合，調整和補充。
所述液位計能使所述循環電鍍裝置實現自保護的功能，當液位低於或超過某一臨界值時，警報器啟動。尤其當液位低於臨界值時，可能導致加熱管上端「幹燒」而被損壞。
本發明中通過空氣供給支路，將空氣混入傳輸管的電鍍液內，使電鍍液在輸送管內流動的同時還受到空氣泡的攪拌作用，促進SiC在電鍍液中始終處於懸浮狀態。混有氣泡的電鍍液經傳輸管進入管狀陽極，經陽極上的電鍍液流動通道引導至電鍍腔。經陽極電鍍液流動通道的這一過程將電鍍液內氣泡調節成均勻的小氣泡，便於氣泡的平穩運動，從而使氣泡對電鍍液的攪拌作用也相對平穩，也減小了氣泡對陰極表面電沉積過程的影響，有利於在中空工件內表面上整體形成均勻的厚度。因此使用本發明提供的電鍍裝置獲得的Ni-SiC複合鍍層中SiC的分散性優於傳統浸泡式電鍍方法。
電鍍時，中空工件、鎳陽極、上夾具和下夾具的中心線重合，以保證中空工件內表面的鍍層的厚度均勻，並在陽極導電板與上夾具接觸面之間放入氟橡膠密封圈，能避免電鍍液接觸腐蝕陽極導電桿。
電鍍完成後，電鍍腔內剩餘電鍍液在重力的作用下，通過電鍍腔底部的出水口回流至儲液槽中，方便取下工件，也能防止電鍍液的汙染與浪費。
本發明提供一種電鍍液流動方式：輸送管道中的電鍍液先進入鎳陽極，再經電鍍液流動通道噴入電鍍腔，再流動至陰極內表面。該流動方式有諸多優勢：①電鍍液始終處於流動狀態，使電鍍液流動性極好，SiC微粒不會沉澱，而且能連續持續地補充鎳 離子，保證了電鍍液成分的穩定性，有效解決了浸泡式電鍍過程中電鍍液濃差極化的問題；②避免現有專利中複合鍍層中SiC微粒呈梯度分布的現象；③電鍍液從陽極向陰極噴射過程產生的機械力有利於電鍍液中SiC粒子在陰極表面的沉積，電鍍液中SiC微粒的利用率增大，複合鍍層中SiC微粒的含量升高；④電鍍液經過鎳陽極上的電鍍液流動通道時被分散，使電鍍液的流動更均勻；⑤使電鍍液中混入的空氣氣泡均勻分散。
本發明關閉槽底的出水口，打開槽中部的出水口，此時輸入管道的電鍍液是SiC含量較少的上清液，採用較小流速，避免攪動儲液槽中的電鍍液，從而將管道和工件表面殘留的SiC重新衝刷清洗到電鍍液中，減小帶出損失。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：高效環保地獲得均勻緻密的Ni-SiC複合鍍層。採用銼邊法、劃痕法、摩擦法和拋光法等方法對結合力進行檢測，鍍層與基體表現出非常好的結合力，高溫摩擦磨損試驗表明塗層具有良好的耐磨性。
本發明提供的循環電鍍裝置，通過合理安排各部分的位置，很好的節約了電鍍裝置的佔地空間。
本發明提供的循環電鍍裝置，不僅能實現自保護，還具有省電節能的特點。施鍍時不需要對電鍍液進行空氣攪拌，僅依靠電鍍液自身的循環流動作用即可實現SiC微粒在電鍍液中均勻分散，生產工藝條件穩定性和一致性好，產品質量更加穩定。
循環電鍍裝置實現了電鍍液的閉路循環，生產過程中沒有廢氣、有毒物質排放到生產車間，也避免了車間內粉塵等汙染電鍍液，改善了工作環境，有利於職工的身心健康，具有環保的特點，同時電鍍液揮發量小、穩定性高、使用壽命長，電鍍液處理周期得到有效延長。另外，電鍍液只接觸缸體內腔，非電鍍部分並不接觸鍍液，不需要進行密封處理。
循環電鍍裝置使電鍍液始終處於流動狀態，有效解決了浸泡式電鍍系統中電鍍液濃差極化的問題，也能使SiC微粒充分懸浮，沉積速率快，陰極極化好，能製備均勻緻密的SiC含量高的納米級鎳基質的複合鍍層。
密封電鍍臺中電鍍液的噴射過程，有利於獲得SiC含量高的Ni-SiC複合鍍層。採用本發明提供的循環電鍍裝置進行電鍍時，在SiC濃度為20g/L的電鍍液中製備的複合鍍層中SiC含量高達18.8％vol.，SiC的利用率有效提高。
圖5所示本發明非工作狀態：通過O型密封圈、絲槓和螺母實現了處於工作狀態的密封電鍍臺的密封要求。合理設計陽極導電桿的結構，使上夾具、陽極導電桿和鎳 陽極能整體安裝和拆卸，提高了工作效率。
圖8是本發明提供的電鍍液的流動方式：輸送管道中的電鍍液先進入鎳陽極，再經電鍍液流動通道噴入電鍍腔，再流動至陰極內表面，能避免現有專利中出現的梯度鍍層的現象，因為新的鍍液幾乎同時接觸陰極內表面；更主要的是，電鍍液能充當SiC向陰極表面運動的傳輸介質，電鍍液攜帶著SiC微粒從陽極向陰極的流動更有利於SiC微粒在陰極表面沉積，提高鍍層中SiC微粒的含量。
當本發明採用圖9a的流動方式時，電鍍液從陽極噴出時，流速大，對陰極表面鍍層的衝擊和刮削作用力大，導致鍍層表面出現發散狀的刮痕。採用圖9b的流動方式獲得的複合電鍍層中SiC分布不均勻。這是因為，當電鍍液流入電鍍腔時，形成從電鍍腔的低端至頂端的電鍍液的螺旋流。但是該方法無法控制電鍍液局部流態造成局部鍍層增厚，進一步擾亂電鍍液的螺旋流狀態；且在整個施鍍過程中，新的電鍍液總是先接觸陰極低端，再流動至頂端，會造成鍍層厚度及SiC含量呈梯度分布。
本發明具有結構合理、運行可靠、使用操作方便的特點，能夠獲得質量良好的Ni-SiC複合鍍層的中空工件內表面。
附圖說明
圖1為本發明的工作過程示意圖。
圖2為本發明的結構示意圖。
圖3為圖2的俯視圖。
圖4為密封電鍍臺工作狀態示意圖。
圖5為密封電鍍臺的非工作狀態示意圖。
圖6為密封電鍍臺上夾具的結構示意圖，其中圖6a是主視圖；圖6b是圖6a中的Ⅰ部位放大圖；圖6c是圖6a中的Ⅱ部位放大圖。
圖7為密封電鍍臺下夾具的結構示意圖，其中圖7a是主視圖；圖7b是圖7a中的Ⅰ部位放大圖。
圖8為本發明提供的密封電鍍臺內部電鍍液流動方式示意圖。
圖9為兩種傳統電鍍裝置的電鍍液流動方式示意圖，其中圖9a是陽極上孔狀電鍍液流通通道；圖9b是陽極上無流通通道。
圖10為有條狀電鍍液流動通道的鎳陽極；其中，圖10a為主視圖，圖10b為圖10a的A-A向視圖，圖10c是圖10a的B-B向視圖，圖10d是鎳陽極的軸測圖。
圖11為有螺旋狀電鍍液流動通道的鎳陽極；其中，圖11a為主視圖，圖11b為圖11a的A-A向視圖，圖11c是鎳陽極的軸測圖。
圖12為與徑向呈60°的條狀電鍍液流動通道的鎳陽極；其中，圖12a為主視圖，圖12b為圖12a的A-A向視圖，圖12c是圖12a的B-B向視圖，圖12d是鎳陽極的軸測圖。
圖13為兩個進水口對SiC微粒進行混合的作用示意圖。
圖14為循環流動的電鍍液使儲液槽中SiC微粒懸浮分散的作用示意圖。
圖15為裝置工作檯的結構示意圖；其中，圖15a為主視圖，圖15b為圖15a的側視圖，圖15c是圖15a的俯視圖。
圖16是氣孔在空氣排氣管橫截面上的位置示意圖。圖中：
1.儲液槽；2.控制面板；3.密封電鍍臺；4.高濃度SiC電鍍液；5.低濃度SiC電鍍液；6.混合電鍍液；7.工作檯面板；9.工作檯骨架；10.擋板；11.pH計；12.液位計；13.熱電偶；14.加熱管；15.電鍍液；16.空氣排氣管；17.空氣供給支路；18.儲液槽槽體支架；19.工作檯；20.儲液槽槽蓋；21.下出水管；22.電鍍液循環泵；23.上出水管；24.壓縮空氣泵；25.電磁流量計；26.閥門；27.回流管路；28.陽極導電桿安裝孔；29.環形槽；30.絲槓安裝孔；31.下夾具；32.中空工件；33.上夾具；34.陽極導電桿；35.浮子流量計；36.陰極導電環；37.鎖緊絲槓；38.電鍍整流電源；39.電鍍腔進水口；40.電鍍腔出水口；41.不鏽鋼墊片；42.鎳陽極；43.密封圈；44.電鍍液流動通道；45.接線孔；46.電鍍腔；47.SiC微粒；48.Ni-SiC複合鍍層；49.下夾具固定孔；50.管道安裝口。
具體實施方式
本實施例是一種用於在迴轉體工件內表面製備Ni-SiC複合鍍層的裝置，所述工件的材質為Q235鋼。本實施例包括儲液槽1、儲液槽槽體支架18、電鍍液循環泵22、壓縮空氣泵24、電磁流量計25、壓縮空氣泵38、密封電鍍臺3、鎳陽極42、控制面板4和電鍍整流電源38。
所述儲液槽為PVC材質，尺寸為600*500*500mm，儲液槽頂部設置有一個600*500mm的PP材質的長方形板狀槽蓋。所述儲液槽1安放在儲液槽槽體支架18的下面板上。在該儲液槽內排布有下出水管21和上出水管23，並使所述下出水管的入口位於儲液槽底部，使上出水管的入口位於儲液槽的中部；所述上出水管23與下出水管21相互平行，並且上出水管23位於電鍍液15液位的3/4處，下出水管21位於電 鍍液液位的最低處。所述下出水管21的出口端穿過該儲液槽殼體與電鍍液循環泵22的入口連通。在該儲液槽的頂部安裝有電磁流量計25；在所述儲液槽1內有pH計11、液位計12、加熱管14、熱電偶13和空氣排氣管16。
在所述儲液槽1上設置有兩個出水口，形成了電鍍液攪動混合通路。通過該電鍍液攪動混合通路，充分利用電鍍液循環流動產生的攪動作用，使儲液槽中上下層的SiC微粒47充分混合，實現在電鍍液中均勻分布。
從上出水管23與下出水管21流出的電鍍液匯合後，在電鍍液循環泵22的驅動力下，流向密封電鍍臺3，調節電磁流量計25控制流向密封電鍍臺3的電鍍液體積流量。在密封電鍍臺3中完成複合電鍍後，電鍍液15由迴路27回到儲液槽1中。
所述下出水管21的出口端穿過該儲液槽殼體與電鍍液循環泵22的入口連通。所述電鍍液循環泵22位於儲液槽外一側。該電鍍液循環泵的入口與下出水管21出口端連通；該電鍍液循環泵的出口通過管路與位於儲液槽內的電磁流量計的入口連通。所述電磁流量計25的出口通過管路與位於儲液槽槽體支架18上面板上的下夾具的電鍍腔進水口連通。
所述壓縮空氣泵24位於儲液槽外另一側。該壓縮空氣泵的出口連接在電磁流量計25出口與電鍍液循環泵22之間的管路上。在所述壓縮空氣泵的出口的管路上分出一條支流，該支流為空氣排氣管16；所述空氣排氣管的出口端穿過儲液槽的儲液槽槽蓋20，接入該儲液槽內底表面，並且該空氣排氣管出口端的管子水平的置於儲液槽內底表面。在該空氣排氣管出口端的水平段的管壁上有兩排氣孔，並且所述兩排氣孔對稱的分布在該空氣排氣管圓周表面的下側，即使所述兩排氣孔對稱的分布在該空氣排氣管橫截面兩側的下方。在該空氣排氣管橫截面上，所述兩排氣孔的中心線之間的夾角α為90°。
壓縮空氣泵24有兩個出氣接口。第一出氣接口與位於儲液槽內的空氣排氣管16通過軟管連通，在兩者之間的軟管上設置有浮子流量計35，用於對儲液槽內電鍍液15進行空氣攪拌，並通過浮子流量計控制空氣攪拌的強度。壓縮空氣泵24的第二個出氣接口通過軟管向空氣供給支路17提供空氣，空氣供給支路與電鍍液輸送管呈45°角，能夠通過浮子流量計控制和監測空氣供給量。所述壓縮空氣泵24的輸入端與控制面板2的第一輸出端通過數據線連接。
所述控制面板2的第二輸出端通過數據線與電鍍液循環泵22的輸入端連接；所述控 制面板2的第三輸出端通過數據線與位於儲液槽內的加熱管14和熱電偶13連接。所述控制面板2的輸入端與位於儲液槽內的液位計12連接。
所述的空氣供給支路17的一端與電鍍液循環泵22的出口連通，另一端與電磁流量計25的入口連通。所述電磁流量計的出口與密封電鍍臺3中的下夾具31的電鍍液入口連通；位於所述下夾具上的電鍍液出口通過回流管路27與儲液槽1的入口連通。
所述密封電鍍臺3包括中空工件32、鎳陽極42、上夾具33、下夾具31、陽極導電桿34、密封圈43、鎖緊絲槓37和電鍍整流電源38。其中，所述中空工件32和鎳陽極42均位於所述下夾具31與上夾具33之間，並使該中空工件、鎳陽極、下夾具與上夾具同軸。
所述鎳陽極42為一端封閉的筒狀，並且該端蓋為鎳陽極的導電板。該鎳陽極的筒體中部均布有穿透筒體的電鍍液流動通道44。在所述導電板的中心處設置有M10的螺紋孔，陽極導電桿34的螺紋端安裝在該螺紋孔內；為使所述陽極導電桿34穩固，在該導電板內表面中心有加固板。所述陽極導電桿的頂端有用於連接導線的接線孔45。
所述電鍍液流動通道為多條在所述鎳陽極筒體上軸向分布的條狀電鍍液流動通道，各電鍍液流動通道在鎳陽極筒體圓周上間隔30°；各電鍍液流動通道寬度方向中心線的延伸線與該鎳陽極筒體的中心線相交，或者各電鍍液流動通道寬度方向中心線的延伸線與該鎳陽極筒體的中心線之間有60°夾角；所述條狀電鍍液流動通道的寬度為3.5mm，軸向長度為50mm。
所述電鍍液流動通道或者呈螺旋狀分布在該鎳陽極的筒體上；該螺旋狀電鍍液流動通道頂端與該鎳陽極的筒體上端面之間的距離為10mm；該螺旋狀電鍍液流動通道底端與該鎳陽極的筒體下端面之間的距離為10mm；所述螺旋形電鍍液流動通道的螺距為10mm，通道寬度為2mm。
所述條狀電鍍液流動通道長度方向的中心線與該鎳陽極筒體的中心線平行，並且各電鍍液流動通道的寬度方向的中心線的延長線均過該鎳陽極筒體的中心線。如圖10所示。所述電鍍液流動通道的寬度為3.5mm，軸向長度為50mm。所述電鍍液流動通道有12條。
或者，所述電鍍液流動通道呈螺旋狀分布在該鎳陽極的筒體上。如圖11所示。所述的螺旋狀電鍍液流動通道的寬度為2.5mm，螺距為10mm。該螺旋狀電鍍液流動通道頂端與該鎳陽極的筒體上端面之間的距離為10mm；該螺旋狀電鍍液流動通道底端與該鎳陽極的筒體下端面之間的距離為10mm。
或者，所述電鍍液流動通道亦為條狀，各電鍍液流動通道長度方向中心線均與該鎳陽極筒體的中心線平行，並且電鍍液流動通道寬度方向中心線的延長線均與鎳陽極筒體的中心線之間有60°的夾角。如圖12所示。所述電鍍液流動通道的寬度為3.5mm，軸向長度為50mm。所述電鍍液流動通道有12條。
所述儲液槽槽體支架18為雙層支架，包括工作檯面板7、工作檯骨架9和擋板10。其中，所述工作檯面板7位於工作檯骨架9的頂端，在該工作檯面板7上均布有3個下夾具固定孔49和管道安裝口50。所述管道安裝口用於安裝與進水口39和出水口40連通的管道。環所述下夾具固定孔有圓形的擋板10。儲液槽槽體支架18的下層面板用於安放儲液槽1、電鍍液循環泵22和壓縮空氣泵24。
所述的上夾具33為圓形板狀。該上夾具的下表面中心有凹槽，該凹槽的直徑與鎳陽極42的外徑相同；在該凹槽槽底中心有陽極導電桿安裝孔28，環所述陽極導電桿安裝孔安放有密封圈43，使上夾具33與鎳陽極42間形成封閉空間，避免電鍍液接觸和腐蝕陽極導電桿34。所述凹槽周邊的上夾具的下表面被加工成為圓形的凹面，該凹面的直徑與中空工件32的外徑相同，所述中空工件的一端安放在該凹面上，並通過該凹面外緣的定位臺階定位。所述定位臺階的表面有安放密封圈的環形槽29。在所述上夾具表面外緣處均布有三個貫通的絲槓安裝孔30。
所述的下夾具31亦為圓形板狀。該下夾具的上表面中心有凹槽，該凹槽的直徑與鎳陽極42的外徑相同；在該凹槽的中心有進水口39。在所述凹槽周邊的下夾具的上表面被加工成為圓形的凹面，該凹面的直徑與中空工件32的外徑相同，所述中空工件的另一端安放在該凹面上，並通過該凹面外緣的定位臺階定位；所述定位臺階的表面有安放密封圈的環形槽29。在所述凹面上對稱的分布有兩個出水口40。在所述上夾具表面外緣處均布有三個絲槓安裝孔30和三個下夾具固定孔49。所述的三個絲槓安裝孔與三個下夾具固定孔49交錯分布。所述的三個絲槓安裝孔為螺紋盲孔，通過鎖緊絲槓37將所述下夾具31與上夾具33之間固緊並固定在工作檯19上，使上夾具33、下夾具31和中空工件32的接觸面壓緊密封。通過三個下夾具固定孔49，用螺栓將該下夾具固定在工作檯表面。
工作時，電鍍液15由進水口39進入密封電鍍臺，從位於鎳陽極42的管壁上的電鍍液流動通道44進入環形的電鍍腔46內；所述的電鍍腔是由中空工件32的內表面與鎳陽極的外表面之間的間隙形成的。當電鍍液15充滿電鍍腔46後，在中空工件內表面上沉 積一層Ni-SiC複合鍍層48，隨後，在重力作用下由出水口40流出密封電鍍臺。完成複合電鍍後，密封電鍍臺內的電鍍液在重力作用下全部回流到儲液槽中，方便拆卸中空工件。拆卸中空工件時，直接將上夾具33抬起，由於上夾具33受到陽極導電桿34上設置的凸臺的限制，上夾具33、陽極導電桿34和鎳陽極42整體被抬起，能直接取出中空工件，提高了工作效率。在中空工件上下端面上分別設置有一環形不鏽鋼墊片41，能起到分散電流密度的作用，改善因電流密度的邊緣效應產生的瘤狀物等不良組織的問題。
工作時，在電鍍液循環泵22驅動下，高濃度SiC電鍍液4從儲液槽1底部的下出水管21進入輸液管道內開始循環，低濃度SiC電鍍液5從儲液槽1上部的上出水管23進入輸液管道內開始循環。當所述的高濃度SiC電鍍液4與低濃度SiC電鍍液5在管路中混合形成混合電鍍液6。所述的高濃度SiC電鍍液是指在儲液槽底部的SiC電鍍液，是由於SiC微粒47沉澱而形成；所述的低濃度SiC電鍍液5是指位於儲液槽上部的電鍍液，由於其中的部分SiC微粒沉澱至儲液槽底部，使其SiC的濃度降低。
經過電鍍液循環泵22後混合電鍍液6流入密封電鍍臺3，完成複合電鍍，再從電鍍腔底部設置的2個出水口40沿回流通道27回流到儲液槽1中，電鍍液在管道中繼續重複這一過程，持續進行內循環。
本實施例中，儲液槽1頂部設置有一個槽蓋20，槽蓋20為普通的pvc蓋板，能夠取下來或放上去；槽蓋20中央設置有透視窗。蓋板20能減少電鍍液的蒸發引起的水分損失的作用，通過透視窗能夠觀察儲液槽內的攪拌和水位情況。儲液槽內的pH計11、液位計12、熱電偶13及六組加熱管14分別平行固定在儲液槽內壁一側。下出水管21的出水口與回流管路27的進水口分別位於在儲液槽槽體兩側的對角線上。
本實施例中，在各連接管路上均設有閥門26，以調節液體的流速。
儲液槽1、控制面板2、密封電鍍臺3、電鍍液循環泵22、壓縮空氣泵24和電鍍整流電源38合理地分布在工作檯19各個位置，節省了空間。工作檯支架腳上設置有滾輪，能使工作檯19整體移動。