Типы нагревателей для гальванических ванн

Что такое промышленная гальванизация?

Гальванизация, она же гальваностегия — это процесс получения дополнительного металлического покрытия изделия путем электролиза. При гальванизации на поверхность изделия за счет электрохимических эффектов наносится слой заранее выбранного металла. Такой слой обеспечивает изделиям дополнительную защиту от физических повреждений, защищает от коррозии в агрессивных средах и улучшает их внешний вид.

Где применяется процесс гальванизации металлов

Гальванические покрытия широко используются в областях, которые предполагают высокую нагрузку на металл. Например, в авиационной, аэрокосмической, машиностроительной промышленностях.

Также гальванопокрытия используются в сферах изготовления медицинских инструментов и радиоэлектроники. Такие покрытия повышают износостойкость деталей и инструментов и улучшают их рабочие характеристики.

В ювелирной и мебельной отраслях гальванизацией пользуются для придания необходимого внешнего вида предметам интерьера и украшениям.

В зависимости от материала покрытия различаются и области его применения. К примеру, никелевое покрытие чаще всего наносится на детали машин и измерительных приборов, фосфатирование применяют для обработки стрелкового оружия, а анодирование подходит для деталей из алюминия.

Конструкция гальванических ванн

Гальваническая электролитическая ванна — это специализированное промышленное оборудование, предназначенное для осаждения металлического слоя на объекте путём электрохимического процесса.

Схема устройства гальванической ванны:
1 — гальваническая емкость; 2 — аноды; 3 — обрабатываемая деталь (катод); 4 — электролит.

Корпус гальванической ванны представляет собой прямоугольную сварную конструкцию, выполненную чаще всего из стали или титана. Корпус должен быть герметичен. Внутренний слой ванны выполняется из химстойких полимерных материалов.

Основные элементы такой ванны это:

• Электроды: объект, который требуется покрыть, выступает в роли катода, в то время как металл для покрытия является анодом.
• Электролитический раствор: среда, содержащая металлические ионы, которые будут наноситься на катод.
• Токопроводящий узел.
• Системы перемешивания и нагрева раствора.

Распространенные виды гальванических ванн

• Ванна цинкования

Цинковые покрытия используются как защитные или защитно-декоративные. Оцинкованные детали подвергаются меньшей атмосферной коррозии.

• Ванна никелирования

Никелевые покрытия хорошо защищают изделия от механических повреждений и коррозии в условиях высоких температур. Так же этот материал может использоваться как связующий слой для многослойных покрытий.

• Ванна хромирования

Хромированные детали за счет собственного окисления оказываются хорошо защищены как от атмосферной коррозии, таки и от воздействия многих агрессивных химических сред. За счет той же оксидной пленки хромирование можно использовать в качестве антифрикционного покрытия.

• Ванна меднения

Медное покрытие используется для создания электропроводящих слоев или для укрепления пайки. Также может использоваться в качестве декоративного.

• Ванна анодирования алюминиевых изделий

Анодирование алюминия увеличивает его сопротивляемость механическим воздействиям и коррозии. Оксидные пленки, образующиеся на алюминии в результате анодирования, отличаются высокой твердостью, но могут быть легко растворены щелочами.

• Ванна фосфатирования

Фосфатные пленки защищают цветные металлы от коррозии и могут быть использованы в качестве антифрикционного и адгезионного слоя из-за своей пористой структуры.

Виды гальванических ванн

Способы нагрева гальванических ванн

Электрический нагрев гальванических ванн

Наиболее распространенный вид нагрева предполагает использование электрических нагревательных элементов. Его преимущества — доступность широкого диапазона температур, эффективный общий и точечный контроль, возможность свободного регулирования температурных режимов, легкий ремонт и замена нагревательных элементов.

Паровой нагрев гальванических ванн

Нагрев паром является наиболее экономически эффективным видом нагрева гальванических ванн. Он слабо распространен, так как кроме низкой стоимости эксплуатации паровой нагрев отличается высокой закупочной стоимостью необходимого оборудования, необходимостью дополнительного оборудования для точного контроля температуры и узким температурным диапазоном — максимальная температура нагрева раствора составляет 190 °C.

Нагрев гальванических ванн водяным контуром

Преимущество водяного нагрева — отсутствие непосредственного контакта нагревателя с агрессивной средой. Нагреватель располагается в отдельном баке, вода из которого по замкнутому контуру движется вокруг стенок и дна гальванической ванны. Недостатки этого метода — низкий коэффициент теплоотдачи и неравномерный нагрев раствора, вызванный особенностями теплообмена.

Нагрев гальванических ванн водяной рубашкой

Водяная рубашка — это резервуар, находящийся в промежутке между конструкционным и футеровочным слоем гальванической ванны. Нагрев воды в рубашке осуществляется с помощью змеевиков с индукционными нагревателями.

Электронагреватели для промышленных гальванических ванн

Существует два способа электрического нагрева промышленных гальванических ванн:

  1. Первый из них — нагрев раствора с помощью ТЭНов, трубчатых нагревателей с корпусом из нержавеющей стали или других материалов. Вот самые распространенные виды таких ТЭНов:

• ТЭНы для гальваники из нержавеющей стали

Трубчатые нагреватели для гальванических ванн — это нагреватели сложной формы с длинной холодной зоной. Эти устройства опускаются в ванны, оставляя контактную группу над поверхностью раствора. Такие ТЭНы не делают герметичными, однако, благодаря специальным покрытиям, они надёжно защищены от коррозийного воздействия жидкостей. Этот тип нагревателей часто оснащают распорными шайбами, которые поддерживают равное расстояние между витками нагревателя.

• Коррозионностойкие ТЭНы для гальванических ванн из титана

ТЭНы из титана применяются для гальванических ванн с растворами азотной кислоты и большинства солей. Этот тип ТЭНов не подойдет для соляной, плавиковой, фосфорной кислот. Они крайне устойчивы против атмосферной и электрохимической коррозии.

• Фторопластовые ТЭНы

Это трубчатые нагреватели с дополнительным фторопластовым покрытием. Фторопласт крайне устойчив в агрессивных растворах при температурах от −55 до +250 С. Фторопластовые нагревательные элементы так же не герметичны и не погружаются в раствор полностью.

  2. Второй способ нагрева емкости гальванизации — с помощью колбовых нагревателей. Они представляют собой «сухой» ТЭН, собранный из керамических элементов с нагревательной спиралью, который помещается в защитную колбу, а уже после этого погружается в агрессивный раствор для гальванизации.

Колбовые нагреватели различаются по материалу, из которого изготовлен защитный кожух:

• кварцевое стекло;
• нержавеющая сталь;
• оцинкованная сталь.

Типы электронагревателей для промышленных гальванических ванн

Принцип подбора гальванических нагревателей

Расчет мощности для разогрева гальванической ванны:

где m — масса раствора, кг;
Q_уд — удельная теплоемкость среды, Дж/кг ∙ К;
Δt — разность температур среды;
T_{разогрева} — время разогрева гальванической ванны.

Помните, что материал нагревательного элемента или его колбы должен быть максимально инертен по отношению к раствору, в котором вы планируете гальванизировать изделия.

Также для правильного выбора формы и размера нагревателя важно заранее знать как нагреватели будут установлены в емкости.

Итог

Для обеспечения необходимых параметров технологического процесса важно выбрать нагреватель из необходимого вам материала с подходящими техническими характеристиками. Важно помнить, что растворы для гальванизации по разному реагируют с нагревательными элементами из разным материалов.