电镀装置的制作方法

本公开涉及一种电镀装置，更详细而言，涉及一种在管端部的内周面或外周面具有螺纹的钢管用的电镀装置。

背景技术：

在油井、天然气井等中，为了开采地下资源而使用油井管。油井管由依次连结的钢管构成。钢管之间利用螺纹接头连结。螺纹接头的形式大致分为组合型和整体型。

在组合型的情况下，钢管之间利用管状的管子接头连结。在管子接头的两端部的内周面设有内螺纹。在钢管的两端部的外周面设有外螺纹。通过将钢管的外螺纹拧入各个管子接头的内螺纹，从而将钢管彼此连结起来。

在整体型的情况下，在各钢管的一端部的外周面设有外螺纹，在各钢管的另一端部的内周面设有内螺纹。通过将一钢管的外螺纹拧入另一钢管的内螺纹，从而将钢管彼此连结起来。

以往，在将钢管彼此连结起来时利用润滑剂。为了防止接头部分发热胶着，将润滑剂涂布于外螺纹和内螺纹中的至少一者。按照API(American Petroleum Institute)的标准规定的润滑剂(以下，称作API润滑剂)含有铅(Pb)等重金属。

在执行严格的环境管制的地区，API润滑剂的使用受到限制。在该地区，使用不含重金属的润滑剂(以下，称作绿色润滑剂)。绿色润滑剂的润滑性比API润滑剂的润滑性低。因此，在使用绿色润滑剂的情况下，为了弥补润滑性的不足，优选在外螺纹和/或内螺纹形成电镀层。日本特开昭60-9893号公报公开了一种用于在外螺纹形成电镀层的局部自动镀敷装置。

在进行电镀处理时，通常与电镀层同时地产生氢、氧的气泡。如果这样的气泡滞留在螺纹的表面，则会在螺纹的表面产生未形成电镀层的区域(以下，称作“未镀区域”。)，接头部分的耐发热胶着性降低。

对此，在日本特许第5699253号公报中提出了一种用于形成不存在未镀区域的均匀的电镀层的电镀装置。该电镀装置包括用于喷射铜镀液的多个喷嘴。各喷嘴以钢管的管轴线为中心呈放射状延伸，其顶端配置在内螺纹与不溶性电极之间。喷嘴的喷射方向构成为，与喷嘴的延伸方向交叉，并且绕着管轴线朝向与其他喷嘴的喷射方向相同的方向。因此，在内螺纹与不溶性电极之间产生镀液的螺旋喷流，在电镀处理中产生的微少的气泡从螺纹底部脱离。由此，抑制未镀区域的产生。

技术实现要素：

采用日本特许第5699253号公报的电镀装置，能够不产生未镀区域地在螺纹的表面形成作为单一金属镀层的铜镀层。但是，如果试图利用该电镀装置在螺纹的表面形成合金镀层(例如锌-镍合金镀层)，则会产生在形成铜镀层的情况下不会产生的、外观不匀称、微小的镀层剥离等镀敷缺陷。

本公开的目的在于，提供一种能够抑制当在钢管的螺纹的表面形成合金镀层时产生上述镀敷缺陷的电镀装置。

本公开的电镀装置应用于在管端部的内周面或外周面具有螺纹的钢管。电镀装置包括第1密封构件、第2密封构件、电极以及多个喷嘴。第1密封构件配置在钢管内。第2密封构件安装于钢管的管端部，与钢管和第1密封构件一起形成用于收纳镀液的收纳空间。电极配置在收纳空间内，与螺纹相对。多个喷嘴配置在收纳空间内且绕着钢管的管轴线配置，用于向螺纹与电极之间喷射镀液。喷嘴各自的镀液的喷射方向相对于与管轴线正交的平面以大于20度且小于90度的角度向螺纹侧倾斜。

采用本公开，能够抑制当在螺纹的表面形成锌-镍合金镀层那样的合金镀层时产生外观不匀称、微小的镀层剥离等镀敷缺陷。

附图说明

图1是用于说明电镀处理中的状态的示意图。

图2是表示第1实施方式的电镀装置的概略结构的纵剖视图。

图3是示意性地表示图1所示的电镀装置的镀液供给部的主视图。

图4是从主体部的延伸方向对图3所示的镀液供给部的喷嘴进行观察时得到的示意图。

图5是表示第2实施方式的电镀装置的概略结构的纵剖视图。

图6是示意性地表示图5所示的电镀装置的镀液供给部的主视图。

图7是从主体部的延伸方向对图6所示的镀液供给部的喷嘴进行观察时得到的示意图。

图8是表示Zn-Ni合金镀层的组成(Ni含量)与色调(L值)的关系的图表。

图9是实施例的钢管与比较例的钢管的比较照片。

具体实施方式

通常地，在对钢管的螺纹的表面实施电镀的情况下，为了抑制液流的紊乱，优选不使镀液直接接触螺纹的表面。例如，日本特许第5699253号公报的电镀装置构成为：减小镀液喷射方向向螺纹侧的倾斜，使由喷嘴喷射出来的镀液难以接触螺纹。

但是，在螺纹的表面形成合金镀层(例如锌-镍合金镀层)的情况下，如果镀液喷射方向的倾斜过小，则容易产生外观不匀称、微小的镀层剥离等镀敷缺陷。本发明人等推测在形成合金镀层时产生所述镀敷缺陷的原因如以下所述。

图1是用于说明电镀处理中的状态的示意图。如图1所示，在进行电镀处理时，在镀液L中产生与材料M相邻的扩散层D。扩散层D是因由扩散引起的物质移动而与镀液主体之间产生浓度梯度的层。扩散层D内的物质的移动速度不受镀液L的搅拌的影响。镀液L的搅拌影响扩散层D的厚度。

越强烈地搅拌镀液L，扩散层D的厚度变得越小。在镀液L的搅拌较弱的情况下，如附图标记T1所示，扩散层的厚度变大。在镀液L的搅拌较强的情况下，如附图标记T2所示，扩散层的厚度变小。

电镀处理中的扩散层D的厚度从微观上来看并不均匀，静止状态下的平均厚度具有10％左右的波动。即，如果扩散层D的厚度变大，则其波动也变大。在图1所示的例子中，与静止状态下的平均厚度为T2的情况相比，在静止状态下的平均厚度为T1的情况下，扩散层D的厚度的波动较大。

扩散层D的厚度的波动影响材料M的表面的金属的析出速度。即，在扩散层D的从其与镀液主体的交界面到材料M的表面的距离较短的部分，金属离子I⁺会早一些到达材料M的表面，在扩散层D的从其与镀液主体的交界面到材料M的表面的距离较长的部分，金属离子I⁺会晚一些到达材料M的表面。因此，金属的析出速度产生偏差。

在形成单一金属的镀层的情况下，这样的金属的析出速度的偏差不会特别引发什么问题。但是，在形成合金镀层的情况下，会因金属的析出速度的偏差而导致例如某一金属的析出量在材料M的表面局部变多等形成于材料M的表面的合金镀层的组成变得不均匀的状况。其结果，存在合金镀层对于材料M的表面的紧贴性降低而发生镀层剥离，或者发生外观色调不均匀(不匀称)的可能性。

为了使合金镀层的组成均匀，优选减小扩散层D的厚度的波动。为了减小扩散层D的厚度的波动，需要减小扩散层D的厚度本身。

本发明人基于以上的见解完成了实施方式的电镀装置。

本公开的电镀装置应用于在管端部的内周面或外周面具有螺纹的钢管。电镀装置包括第1密封构件、第2密封构件、电极以及多个喷嘴。第1密封构件配置在钢管内。第2密封构件安装于钢管的管端部，与第1密封构件一起形成用于收纳镀液的收纳空间。电极配置在收纳空间，与螺纹相对。多个喷嘴配置在收纳空间内且绕着钢管的管轴线配置，用于向螺纹与电极之间喷射镀液。喷嘴各自的镀液的喷射方向相对于与管轴线正交的平面以大于20度且小于90度的角度向螺纹侧倾斜。

实施方式的电镀装置应用于在管端部的内周面或外周面具有螺纹的钢管。电镀装置包括第1密封构件、第2密封构件、电极以及多个喷嘴。第1密封构件配置在钢管内。第2密封构件安装于钢管的管端部，与钢管和第1密封构件一起形成用于收纳镀液的收纳空间。电极配置在收纳空间内，与螺纹相对。多个喷嘴配置在收纳空间且绕着钢管的管轴线配置，用于向螺纹与电极之间喷射镀液。喷嘴各自的镀液的喷射方向相对于与管轴线正交的平面以大于20度且小于90度的角度向螺纹侧倾斜。

在上述电镀装置中，喷嘴的喷射方向以大于20度且小于90度的角度向螺纹侧倾斜。因此，在进行电镀处理时，将镀液朝向螺纹喷射，在螺纹的附近产生镀液的强烈的搅拌。因此，扩散层自身的厚度变小，其波动也变小。由此，金属的析出速度难以产生偏差，形成于螺纹的表面的合金镀层的组成变得均匀。其结果，能够抑制外观不匀称、微小的镀层剥离等镀敷缺陷的产生。

在上述电镀装置中，多个喷嘴可以是6个以上的喷嘴。

以下，参照附图更具体地说明实施方式。在图中对同一结构和相当于同一结构的结构标注同一附图标记，不重复进行相同的说明。为了便于说明，在各图中，有时简略化或者示意化地表示结构，或者省略地表示一部分结构。

<第1实施方式>

[电镀装置的结构]

图2是表示第1实施方式的电镀装置10的概略结构的纵剖视图。电镀装置10用于对钢管P1实施电镀处理。更详细而言，电镀装置10用于在形成于钢管P1的管端部的外周面的外螺纹Tm的表面形成合金镀层。这样的钢管P1的管端部通常被称作“公扣接头”。

如图2所示，电镀装置10包括电极1、密封构件2、容器3以及镀液供给部4。

电极1是用于电镀处理的公知的不溶性阳极。作为电极1，例如能够使用将由氧化铱包覆的钛板、不锈钢板等成形为期望的形状而成的电极。电极1的形状并不特别限定，但优选为圆筒状。

电极1与电极棒9连接。作为电极棒9，例如能够使用钛棒、不锈钢棒等。电极棒9的数量并不特别限定，例如为3根。

电极1配置在容器3内且配置在钢管P1的外周侧。在电极1形成为圆筒状的情况下，电极1与钢管P1同轴地配置。电极1与钢管P1的外螺纹Tm相对。通过向电极1与外螺纹Tm之间供给镀液，并在电极1与钢管P1之间施加电位差，能够在外螺纹Tm的表面形成镀层。

密封构件2配置在钢管P1的端部，用于密封钢管P1。在本实施方式中，密封构件2在钢管P1内安装于管端。密封构件2在整周范围内都紧贴于钢管P1的内周面，将钢管P1的内部堵塞。作为密封构件2，并不特别限定，例如能够使用配管施工用的六角塞。

容器3具有用于承接钢管P1的管端部的开口33，用于收纳镀液，作为密封构件发挥作用。具体而言，容器3安装于钢管P1的管端部。容器3以从外周侧覆盖钢管P1的管端部的方式安装于钢管P1的管端部。

容器3形成为轴线方向上的一端封闭的大致圆筒状。容器3在其端面借助电极棒9支承电极1。电极棒9固定于容器3的端面。因此，容器3的周壁配置在电极1的外周侧。

容器3的轴线方向上的另一端部紧贴于钢管P1的外周面。密封构件3的轴线方向上的另一端部在比外螺纹Tm靠管中央侧的位置与钢管P1的外周面接触。由此，容器3与钢管P1和密封构件2一起形成收纳空间8。在收纳空间8收纳有电极1和外螺纹Tm。在进行电镀处理时，收纳空间8被镀液充满。

容器3还具有开口31、32。开口31主要用于排出镀敷中和镀敷后的镀液。开口31优选配置于在容器3安装于钢管P1的状态下比钢管P1靠下方的位置。

开口32用于促进镀敷后的镀液的排出。通过将使用后的镀液从收纳空间8迅速地排出，能够防止形成于外螺纹Tm的合金镀层被腐蚀而变色。并且，开口32还被用作向收纳空间8填充镀液时的气体(空气)的出口。开口32优选配置于在密封构件3安装于钢管P1的状态下比钢管P1靠上方的位置。

开口32也可以设为能够利用电磁阀等进行开闭的结构。在该情况下，能够通过根据需要打开开口32来促进镀液从收纳空间8排出。或者，还能够通过从开口32向收纳空间8内供给压缩空气来促进镀液排出。

也可以在开口32连接向上方延伸的管。在该情况下，能够使供给至收纳空间8内的镀液的压力和自重均衡，能够防止镀液向容器3的外部喷出。

镀液供给部4用于向收纳空间8内供给镀液。镀液供给部4具有支承构件41和多个喷嘴42。

支承构件41配置在容器3的与开口33相反的一侧，用于支承多个喷嘴42。支承构件41从收纳空间8的外部贯穿容器3的端面而延伸至收纳空间8的内部。支承构件41利用紧固构件与密封构件2连接。即，密封构件2固定于支承构件41。支承构件41具有沿着管轴线X1延伸的流路43以及用于向喷嘴42供给镀液的镀液流路44。镀液流路44也沿着管轴线X1延伸，形成在流路43的周围。密封构件2包含圆板21和密封圈22。圆板21具有延伸至外周并且与流路43连通的流路23。密封圈22安装于圆板21的外周，与钢管P1的内周面接触。在高压空气经由流路43供给至流路23时，密封圈22被强力地按压在钢管P1的内周面。

支承构件41具有供给口41a。供给口41a配置在收纳空间8的外部。供给口41a借助配管(省略图示)与用于储存镀液的储存槽(省略图示)连接。从储存槽输送来的镀液从供给口41a流入支承构件41内的镀液流路44。镀液经由镀液流路44供给至喷嘴42。

作为用于形成合金镀层的镀液，例如能够列举出锌-镍(Zn-Ni)镀液、锌-铁(Zn-Fe)镀液、锌-钴(Zn-Co)镀液、铜-锡(Cu-Sn)镀液等。并且，作为镀液，还能够列举出铜-锡-锌(Cu-Sn-Zn)镀液、铜-锡-铋(Cu-Sn-Bi)镀液等。

在支承构件41的配置在收纳空间8内的端部连接有多个喷嘴42。多个喷嘴42在收纳空间8内绕着钢管P1的管轴线X1配置。在从管轴线方向进行观察时，多个喷嘴42呈放射状且等间隔地配置。

各喷嘴42在收纳空间8内配置在外螺纹Tm的一端侧。在本实施方式中，在钢管P1的管端与密封构件3的端面之间配置有各喷嘴42。各喷嘴42用于将从支承构件41供给来的镀液向外螺纹Tm与电极1之间喷射。

图3是从支承构件41的轴线方向对镀液供给部4进行观察而得到的示意图。如图3所示，在本实施方式中，镀液供给部4包含8个喷嘴42。喷嘴42的数量并不限定于此，但优选为6个以上。

各喷嘴42包含主体部42a和顶端部42b。主体部42a实质上同与钢管P1的管轴线X1正交的平面平行地延伸。主体部42a从钢管P1的管轴线X1侧朝向径向外侧延伸。

顶端部42b与主体部42a连续地设置。镀液经由主体部42a内从顶端部42b的喷射口喷射出来。在从钢管P1的管轴线方向对电镀装置10进行观察时，顶端部42b的喷射口定位在电极1与外螺纹Tm之间(图2)。

各喷嘴42从顶端部42b的喷射口向绕着管轴线X1的一个方向喷射镀液。即，各喷嘴42的喷射方向S1设定为以管轴线X1为中心右转或左转的方向。因此，从各喷嘴42喷射出的镀液形成以管轴线X1为中心的螺旋流。利用各喷嘴42形成的螺旋流的方向优选与外螺纹Tm(图2)的螺纹切削方向一致。

图4是从主体部42a的延伸方向R1对喷嘴42进行观察而得到的示意图。顶端部42b相对于与钢管P1的管轴线X1正交的平面向外螺纹Tm侧倾斜。将沿着与管轴线X1正交的平面的方向、即与延伸方向R1和管轴线X1正交的方向设为基准方向V1。

如图4所示，在从喷嘴42的主体部42a的延伸方向R1对喷嘴42进行观察时，顶端部42b从基准方向V1以倾斜角α1向外螺纹Tm侧倾斜。即，喷嘴42的镀液的喷射方向S1从基准方向V1以倾斜角α1向外螺纹Tm侧倾斜。

倾斜角α1设定为大于20度且小于90度。更优选的是，倾斜角α1大于30度且为60度以下。

[效果]

在第1实施方式的电镀装置10中，各喷嘴42的镀液的喷射方向S1从基准方向V1以大于20度且小于90度的角度向外螺纹Tm侧倾斜。由此，在进行电镀处理时，镀液朝向外螺纹Tm喷射，因此在外螺纹Tm的附近产生镀液的强烈的搅拌。因此，与外螺纹Tm相邻地产生的扩散层变薄，扩散层的厚度的波动变小。因此，金属的析出速度的偏差状况得到缓和，能够抑制形成于外螺纹Tm的表面的合金镀层的组成变得不均匀。其结果，能够抑制外观不匀称、微小的镀层剥离等镀敷缺陷的产生。

<第2实施方式>

[电镀装置的结构]

图5是表示第2实施方式的电镀装置20的概略结构的纵剖视图。电镀装置20用于在形成于钢管P2的管端部的内周面的内螺纹Tf的表面形成合金镀层。这样的钢管P2的管端部通常被称作“母扣接头”。

如图5所示，与第1实施方式的电镀装置10(图2)同样地，电镀装置20包括电极1、密封构件2、3以及镀液供给部4。但是，在电镀装置20中，各部的配置与第1实施方式的电镀装置10不同。

电极1配置在钢管P2的内周侧。电极1与钢管P2的内螺纹Tf相对。通过向电极1与内螺纹Tf之间供给镀液，并在电极1与钢管P2之间施加电位差，能够在内螺纹Tf的表面形成镀层。

密封构件2配置在钢管P2内且配置在比管端部靠内侧的位置，用于密封钢管P2。与第1实施方式同样地，密封构件2在整周范围内都紧贴于钢管P2的内周面，将钢管P2的内部堵塞。本实施方式的密封构件2在钢管P2内配置在比内螺纹Tf靠管中央侧的位置。

与第1实施方式同样地，密封构件3安装于钢管P2的管端部。但是，在本实施方式中，作为电镀处理对象的内螺纹Tf形成于钢管P2的内周面，因此钢管P2的外周面的与密封构件3接触的位置并不特别限定。密封构件3能够在更靠近管端侧的位置与钢管P2的外周面接触。在此，密封构件3配置在钢管P2的端部，与钢管P2和密封构件2一起形成用于收纳镀液的收纳空间8。电极1配置在收纳空间8内。

镀液供给部4包含多个喷嘴42A。各喷嘴42A在收纳空间8内配置在内螺纹Tf的一端侧。各喷嘴42A配置在内螺纹Tf与密封构件2之间。即，各喷嘴42A在钢管P2内配置在比内螺纹Tf靠管中央侧的位置。

图6是从支承构件41的轴线方向对镀液供给部4进行观察而得到的示意图。如图6所示，在本实施方式中，也是8个喷嘴42A呈放射状且等间隔地配置。各喷嘴42A包含主体部42Aa和顶端部42Ab。

主体部42Aa实质上同与钢管P2的管轴线X2正交的平面平行地延伸。在从钢管P2的管轴线方向对电镀装置20进行观察时，顶端部42Ab的喷射口定位在电极1与内螺纹Tf之间(图5)。

与第1实施方式的喷嘴42同样地，各喷嘴42A从顶端部42Ab的喷射口向绕着管轴线X2的一个方向喷射镀液。利用从各喷嘴42A喷射出的镀液形成以管轴线X2为中心的螺旋流。该螺旋流的方向优选与内螺纹Tf(图5)的螺纹切削方向一致。

图7是从主体部42Aa的延伸方向R2对喷嘴42A进行观察而得到的示意图。顶端部42Ab相对于与钢管P2的管轴线X2正交的平面向内螺纹Tf侧倾斜。将沿着与管轴线X2正交的平面的方向、即与延伸方向R2和管轴线X2正交的方向设为基准方向V2。

如图7所示，在从喷嘴42A的主体部42Aa的延伸方向R2对喷嘴42A进行观察时，顶端部42Ab从基准方向V2以倾斜角α2向内螺纹Tf侧倾斜。即，喷嘴42A的镀液的喷射方向S2从基准方向V2以倾斜角α2向内螺纹Tf侧倾斜。倾斜角α2大于20度且小于90度，优选的是大于30度且为60度以下。

在此，喷嘴42A的镀液的喷射方向S2向与第1实施方式的喷嘴42的镀液的喷射方向S1相反的一侧倾斜。这是因为，第2实施方式的喷嘴42A在管轴线方向上配置在与第1实施方式的喷嘴42相反的位置。

只要根据螺纹和喷嘴的相对位置关系来决定镀液的喷射方向朝向哪一侧倾斜即可。总之，只要各喷嘴的喷射方向相对于与钢管的管轴线正交的平面向螺纹侧倾斜以向螺纹侧喷射镀液即可。

[效果]

在第2实施方式的电镀装置20中，也是各喷嘴42A的镀液的喷射方向S2从基准方向V2以大于20度且小于90度的角度向内螺纹Tf侧倾斜。因此，在进行电镀处理时，在内螺纹Tf的附近产生镀液的强烈的搅拌。因此，扩散层变薄，伴随于此，扩散层的厚度的波动也变小。由此，能够抑制形成于内螺纹Tf的表面的合金镀层的组成变得不均匀。其结果，能够抑制外观不匀称、微小的镀层剥离等镀敷缺陷的产生。

<变形例>

以上，对实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

在上述各实施方式中，喷嘴的主体部同与钢管的管轴线正交的平面平行地延伸，喷嘴的顶端部相对于该平面倾斜，但并不特别限定于此。例如也可以是，使喷嘴整体相对于与钢管的管轴线正交的平面倾斜，从而以预定的角度喷射镀液。

在上述各实施方式中，钢管内的密封构件利用紧固构件固定于镀液供给部的支承构件。但也可以是，密封构件和镀液供给部不相互固定。

实施例

以下，通过实施例更具体地说明本公开的效果。但是，本公开并不限定于以下的实施例。

制备脱脂液(氢氧化钠＝50g/L)、Ni触击镀浴(氯化镍＝250g/L，盐酸＝80g/L)、Zn-Ni镀浴(日本大和化成制“Dain Zinalloy”)，使用图1所示的电镀装置(10)，对钢管(P1)的外螺纹(Tm)的表面实施了镀Zn-Ni合金处理(Ni含量(目标)：12％～16％)。将电镀处理的工序及条件示于表1。

[表1]

改变喷嘴(42)的喷射方向(S1)的倾斜角(α1)和喷嘴(42)的个数，调查有无镀层剥离。通过目视，按以下三个等级进行评价，即，好：完全没有；中：稍有发生；差：大量发生。将调查结果示于表2。

[表2]

如表2所示，在倾斜角(α1)为20度的比较例的情况下，镀层剥离大量发生。另一方面，在倾斜角(α1)大于20度的实施例1～4的情况下，与比较例相比，抑制了镀层剥离的发生。特别是，在喷嘴(42)为6个以上的实施例2～4的情况下，镀层剥离完全没有发生。

在图9中示出了实施例2的钢管(P1)和比较例的钢管(P1)的比较照片。根据图9可知，在实施例2的钢管(P1)的情况下完全没有发生镀层剥离，相对于此，在比较例的钢管(P1)的情况下大量发生镀层剥离。

另外，对于镀层的色调也是这样，如表2所示，在实施例1～4的情况下是L值为79.5～81.1的大致均匀的银白色，相对于此，在比较例的情况下是L值为76且略暗的色调，并且整体上是在银白色中混有略暗部分的不匀称的色调。

图8中示出了Zn-Ni合金镀层的组成(Ni含量)与色调(L值)的关系。在Ni含量为12wt％～16wt％时，色调成为L值为78～83的银白色。如果Ni含量进一步变高，则L值会降低，成为略暗的色调。即，认为在实施例1～4中合金镀层的组成在本实施例的目标组成的范围内且大致均匀。另一方面，认为在比较例中局部混有Ni含量较高的部分而合金镀层的组成变得不均匀。

根据各实施例和比较例，能够确认的是，通过使喷嘴的镀液的喷射方向相对于与钢管的管轴线正交的平面以大于20度且小于90度的角度向螺纹侧倾斜，能够抑制在形成合金镀层时发生镀层剥离。并且，能够确认的是，通过将喷嘴设为6个以上，能够进一步提高抑制发生镀层剥离的效果。