Устройство для электрохимического воздействия на поверхность металла

 

Область использования: электрохимическая защита металлов от коррозии, удаление с поверхности металла продуктов коррозии, неметаллических образований или покрытий, нанесение гальванических покрытий и реализация иных электрохимических воздействий. Сущность изобретения: устройство для электрохимического воздействия на поверхность металла содержит задающий генератор импульсов с регулируемой частотой, блок регулировки скважности, двуполярный источник питания с малым внутренним сопротивлением, формирователь положительных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, формирователь отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, первый блок защиты от перегрузки по току, второй блок защиты от перегрузки по току, сумматор электрических сигналов, генератор редко повторяющихся импульсов, блок сигнализации, электроды воздействия и диэлектрическую прокладку. Вырабатываемое устройством двуполярное питающее напряжение за счет возможности изменения полярности потенциала поверхности металла позволяет реализовать различные электрохимические процессы, расширяя тем самым область применения устройства. 2 ил.

Изобретение относится к средствам электрохимической защиты металлов от коррозии, вызванной атмосферными осадками или другими агрессивными средами; для удаления с поверхности металла продуктов коррозии, неметаллических образований или покрытий; для нанесения гальванических покрытий и для реализации иных электрохимических воздействий.

Атмосферная коррозия является электрохимическим процессом, связанным с прохождением, как минимум, двух сопряженных окислительно-восстановительных реакций, протекающих на поверхности корродируемого металла, например, в виде восстановления ионов водорода и ионизации (растворения) металла.

Наиболее распространенным средством защиты металлов от коррозии является покрытие их поверхностей специальными защитными пленками, предотвращающими непосредственный контакт металлов с корродирующей средой - электролитом [1].

Однако данное средство так называемой пассивной защиты обладает существенным недостатком - практической невозможностью контроля состояния защитной пленки, особенно в труднодоступных местах. Поэтому более предпочтительным является применение активных средств защиты металлов от коррозии.

Как известно, в результате протекания сопряженных реакций корродирующий металл приобретает определенный коррозионный потенциал. Сдвиг от коррозионного потенциала в отрицательную сторону (создание защитного потенциала) вызывает ускорение реакции выделения водорода и замедление реакции ионизации металла.

Создание величины защитного потенциала может осуществляться различными методами и средствами.

Известно устройство для защиты токопроводящей поверхности объекта от атмосферной коррозии, работа которого осуществляется за счет электрохимического воздействия на поверхность металла [2].

Данное устройство, выбираемое в качестве прототипа, содержит электронный блок формирования защитных токов и напряжений (токов и напряжений воздействия), первый вход которого подключен к положительному полюсу источника постоянного напряжения, второй вход подключен к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения, n защитных электродов (электродов воздействия), подключенных к выходу блока, и n электродов сравнения, подключенных к третьему входу блока. В свою очередь электронный блок формирования защитных токов и напряжений содержит генератор колебаний, преобразователь напряжения, пороговую схему включения, два элемента индикации, схему защиты от короткого замыкания и схему сравнения. Защитные электроды изолированно закрепляются на защищаемой металлической поверхности, которая также соединяется с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения. При попадании на поверхность металла электролита (например, при конденсации на ней атмосферной влаги) образуется замкнутая электрическая цепь: защитный электрод (+) - электролит - защищаемый металл (-). При этом потенциал металла сдвигается в отрицательную сторону, что способствует выделению водорода и препятствует растворению (коррозии) металла.

Однако реализация этого принципа электрохимического воздействия на поверхность металлов в прототипе имеет ряд недостатков. Наиболее существенным из них является создание на выходе устройства однополярного постоянного напряжения. Это не позволяет реализовать оптимальные режимы электрохимической защиты. Кроме того, прототип имеет узкую область использования - только защита от коррозии и не может быть применен для других видов электрохимического воздействия.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, позволяющего реализовать катодные, анодные и переменные режимы электрохимического воздействия за счет однополярных или знакопеременных импульсных электрических воздействий (регулируемых по амплитуде положительных и отрицательных воздействий и их длительности) с регулируемыми параметрами в электролитической среде между электродами устройства и поверхностью металла, что позволяет повысить эффективность защиты от коррозии и расширить область использования за счет возможности очистки от продуктов коррозии, уменьшения адгезии лакокрасочных покрытий перед их удалением или получения гальванических покрытий.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для электрохимического воздействия на поверхность металла, содержащем источник питания, один выход которого соединен с поверхностью металла, а другой - с блоком формирования токов и напряжений воздействия, выполненным с генератором и первым блоком защиты от перегрузки по току, соединенным с не менее чем одним электродом воздействия, выполненным с возможностью изолированного закрепления на поверхности металла, согласно изобретению источник питания выполнен двуполярным с малым внутренним сопротивлением, общий выход которого соединен с поверхностью металла, генератор выполнен в виде задающего генератора импульсов с регулируемой частотой, блок формирования токов и напряжений воздействия снабжен формирователем положительных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, выход которого соединен с входом первого блока защиты от перегрузки по току, а вход - с выходом положительного напряжения двуполярного источника питания, последовательно соединенными формирователем отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, вторым блоком защиты от перегрузки по току и сумматором электрических сигналов, блоком регулировки скважности, вход которого подключен к задающему генератору импульсов, а выход соединен с импульсными входами управления формирователей положительных и отрицательных прямоугольных импульсов, и последовательно соединенными дополнительным генератором редко повторяющихся импульсов и блоком сигнализации, второй и третий входы которого соединены с вторыми выходами, соответственно, первого и второго блоков защиты от перегрузки по току, а выход - с входом управления двуполярного источника питания, при этом выход генератора редко повторяющихся импульсов соединен также с входами управления первого и второго блоков защиты от перегрузки по току, вход формирователя отрицательных прямоугольных импульсов соединен с выходом отрицательного напряжения двуполярного источника питания, а первый блок защиты от перегрузки по току соединен с не менее чем одним электродом воздействия через сумматор электрических сигналов.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры сигналов в различных точках устройства.

Устройство для электрохимического воздействия на поверхность металла содержит задающий генератор 1 импульсов, блок 2 регулировки скважности, двуполярный источник 3 питания с низким внутренним сопротивлением, формирователь 4 положительных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, формирователь 5 отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, первый блок 6 защиты от перегрузки по току, второй блок 7 защиты от перегрузки по току, сумматор 8 электрических сигналов, генератор 9 редко повторяющихся импульсов, блок 10 сигнализации, электроды 11 воздействия и диэлектрическую прокладку 12. При этом блоки 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 образуют единый электронный блок 13 формирования токов и напряжений воздействия. На фиг. 1 изображена также металлическая поверхность 14.

Устройство для электрохимического воздействия на поверхность металла работает следующим образом.

Задающий генератор 1 импульсов вырабатывает последовательность коротких импульсов (фиг. 2а), частота следования которых с учетом коэффициента пересчета в блоке 2 регулировки скважности определяет частоту выходного сигнала устройства. На выходе блока 2 вырабатывается прямоугольное напряжение (фиг. 2 б), скважность которого можно изменять без изменения частоты имеющимися в блоке 2 регулировками. Двуполярный источник 3 питания с низким внутренним сопротивлением вырабатывает относительно общей шины два питающих напряжения -U_п и +U_п, величины которых способны сформировать и поддержать на электродах 11 и металлической поверхности 14, подверженной электрохимическому воздействию, необходимую для данного вида воздействия величину их электрохимических потенциалов. Напряжениями, сформированными двуполярным источником питания, питаются формирователи 4 и 5 положительных и отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, на выходе которых формируются относительно общей шины устройства положительные и отрицательные импульсы, длительность которых определяется поступающим на входы управления блоков 4 и 5 сигналом с выхода блока 2 регулировки скважности, а амплитуда устанавливается содержащимися в блоках 4 и 5 регулировками (фиг. 2 в и 2 г). С выхода блоков 4 и 5 сигналы через блоки 6 и 7 защиты от перегрузки по току поступают на входы сумматора 8 электрических сигналов, в котором происходит их сложение (фиг. 2 д), после чего выходной сигнал сумматора 8 подается на параллельно соединенные электроды 11, закрепленные на поверхности 14 металла 4 через диэлектрические прокладки 12. Если потребляемый по цепи положительного или отрицательного питания ток превышает установленный в блоках 6 и 7 защиты от перегрузки по току порог, срабатывает защита, на блок 10 сигнализации с вторых выходов блоков 6 или 7 поступает сигнал тревоги, в блоке 10 сигнализации включается звуковая и(или) световая сигнализация о наличии неисправности, и одновременно с выхода блока сигнализации подается сигнал, отключающий двуполярный источник 3 питания по цепи его управления. После появления перегрузки устройство устанавливается в режим самоблокировки. Для периодической проверки возможности продолжения нормальной работы, если причина перегрузки по току устранилась, предусмотрен генератор 9 редко повторяющихся импульсов, вырабатывающий импульсы с большим периодом повторения (например, через 5-10 мин). При появлении этих импульсов происходит разблокирование системы защиты, и, если перегрузки по току больше нет, система продолжает работать в штатном режиме. Если перегрузка сохранилась, устройство опять отключается.

Таким образом, совокупность введенных признаков обеспечивает защиту от перегрузки по току, что повышает эксплуатационную надежность, а двуполярное питающее напряжение за счет возможности изменения полярности потенциала металлической поверхности позволяет реализовать различные электрохимические процессы, расширяя тем самым область применения устройства.

Формула изобретения

Устройство для электрохимического воздействия на поверхность металла, содержащее двуполярный источник питания, один выход которого соединен с поверхностью металла, а другой - с блоком формирования токов и напряжений воздействия, выполненным с генератором и первым блоком защиты от перегрузки по току, причем выход блока формирования токов и напряжений воздействия соединен с не менее, чем одним электродом воздействия, выполненным с возможностью изолированного закрепления на поверхности металла, отличающееся тем, что источник питания выполнен с малым внутренним сопротивлением, общий выход которого соединен с поверхностью металла, генератор блока формирования токов и напряжений воздействия выполнен в виде задающего генератора импульсов с регулируемой частотой, блок формирования токов и напряжений воздействия снабжен формирователем положительных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, выход которого соединен с входом первого блока защиты от перегрузки по току, а вход - с выходом положительного напряжения двуполярного источника питания, последовательно соединенными формирователем отрицательных прямоугольных импульсов с регулируемой амплитудой, вторым блоком защиты от перегрузки по току и сумматором электрических сигналов, блоком регулировки скважности, вход которого подсоединен к выходу задающего генератора импульсов, а выход соединен с импульсными входами управления формирователей положительных и отрицательных прямоугольных импульсов и последовательно соединенными дополнительным генератором редко повторяющихся импульсов и блоком сигнализации, второй и третий входы которого соединены с вторыми выходами соответственно первого и второго блоков защиты от перегрузки по току, а выход - с входом управления двуполярного источника питания, при этом выход генератора редко повторяющихся импульсов соединен также с входами управления первого и второго блоков защиты от перегрузки по току, вход формирователя отрицательных прямоугольных импульсов соединен с выходом отрицательного напряжения двуполярного источника питания, а первый блок защиты от перегрузки по току соединен с не менее, чем одним электродом воздействия через сумматор электрических сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2