Электролиты на основе аминокомплексных соединений цинка

К этой группе электролитов относятся растворы солей цинка, содержащие комплексы трилон Б, этилендиамин, моноэтаноламин, триэтаноламин, гликокол (аминоуксусная кислота), полиэтиденполиамин и др.

Электролиты готовят следующим образом. В половинном от расчетного объеме воды при 70-90 °С растворяют хлористый аммоний и полученный раствор приливают небольшими порциями к окиси цинка, предварительно смоченной водой, при непрерывном перемешивании. После охлаждения раствора до 35-40 °С к нему добавляют этилендиамин (в первом электролите) или моноэтаноламин (во втором электролите) и заранее приготовленный раствор желатина или клея. Приготовленные растворы прорабатывают перед цинкованием постоянным током из расчета 1-5 А-ч/л.

Кадмий добавляют к электролитам в виде соответствующих аминокомплексов для улучшения растворения анодов. Выделяясь контактно на цинке, кадмий образует с цинком микрогальванопары, ускоряющие ионизацию цинка.

Значение рН=8,0 ̶ 8,8. Электролит готовят аналогично первым двум электролитам.

Добавление кадмия к триэтаноламиновому электролиту не требуется, так как цинковые аноды хорошо в нем растворяются.

Электролиз указанных трех типов электролитов ведут при температуре электролитов 17-25°С, катодной плотности тока (1,5-2,0) – 10²А/м²и анодной плотности тока около 1* 10²А/м².

Электроосаждение цинка из этих электролитов происходит при повышенной катодной поляризации, поэтому покрытия получаются светлыми и плотными. Микротвердость осадков цинка равна 90 - 120 кгс/мм².

 

1.4.2 Электролиты кадмирования

 

Электрохимическая система при электрохимической защите кадмием имеет вид

Cd^- / электролит / Fe⁺

Процессы протекающие в этом гальваническом элементе

на аноде: Cd-2e→Cd²⁺,

на катоде: 2H⁺+2e→H₂.

В среде, содержащей углекислый газ, кадмий становится катодом. Таким образом, защитные свойства кадмиевого покрытия существенно изменяются с изменением состава среды.

Защитные свойства кадмиевых покрытий высокие в условиях воздействия атмосферы или жидкой среды, содержащей хлориды, при контакте с алюминием или магнием.

Во влажной атмосфере, не содержащей промышленных газов, на кадмии не образуются объемистые продукты коррозии, аналогичные тем, которые образуются на цинке (белая ржавчина).

В жестких условиях эксплуатации кадмий не должен сопрягаться с другими металлами, кроме цинка, кадмия и оксидированного алюминия, ввиду значительной коррозии в сопряжении.

Кадмиевые покрытия осаждаются из кислых (сульфатных и фторборатных), щелочных (цианидных, пирофосфатных и др.), а также электролитов на основе органических и смешанных комплексообразователей.

Сернокислые электролиты в качестве основного компонента содержат сульфат кадмия. Оптимальная концентрация его составляет 50-100 г/л.

Для повышения электропроводности электролита, а также увеличения катодной поляризации в его состав вводят сульфаты аммония и алюминия.

Борная кислота, а также сульфаты аммония и алюминия играют роль буферных добавок, регулирующих рН ванны, которая колеблется от 3 до 5,5. Повышенная кислотность (рН < 3), усиливает выделение водорода, снижает выход по току. Недостаточная же кислотность вызывает образование темных шероховатых рыхлых осадков.

Для улучшения структуры покрытий вводят коллоидные добавки: желатин, клей, крезол и др.

Состав сернокислого электролита кадмирования, г/л:

Сульфат кадмия СdSO₄ - 60÷65; сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ - 30÷35; сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ - 25÷30; клей – 0,5÷1; рН = 3,5÷5,5.

Режим осаждения: катодная плотность тока i_k = 0,5÷1,0 А/дм²; температура 18 ̶ 20 ^оС; выход по току 97-98 %.

Цианистые электролиты обладают более высокой рассеивающей способностью и при работе с ними можно получить прочносцепленные с основой мелкокристаллические осадки.

Потенциал выделения кадмия из цианистых электролитов ввиду прочности комплексного соединения более электроотрицателен, чем в кислых кадмиевых электролитах, в связи с чем и создаются условия для образования мелкокристаллических осадков.

Цианистый электролит получают путем взаимодействия раствора цианида и осадка гидроксида кадмия, который в свою очередь получается осаждением его из раствора сернокислого кадмия щелочью.

 

Cd(OH)₂ + 4 NaCN = Na₂[Cd(CN)₄] + 2 NaOH,

CdSO₄ + 2 NaOH = Cd(OH)₂ + Na₂SO₄.

 

При составлении цианистого электролита кадмирования классическим способом используют оксид кадмия:

 

CdO + 2 NaCN + Н₂О = Cd(CN)₂ + 2 NaOH,

Cd(CN)₂ + 2 NaCN = Na₂[Cd(CN)₄].

 

В электролите, приготовленном указанным способом, на каждый 1 г/л кадмия образуется 0,7 г/л NaOH.

В состав электролита кроме соли кадмия входят: свободный цианид, гидроксид натрия и специальные добавки. Роль свободных цианидов сводится к повышению растворимости анодов, к увеличению катодной поляризации, а также к улучшению рассеивающей способности электролита. NaOH увеличивает устойчивость комплексной соли кадмия. Сульфат натрия повышает стабильность электролита. Небольшие добавки никеля способствуют образованию более светлых и эластичных осадков. Аналогичный эффект дают добавки касторового масла, при этом действие данной добавки аналогично действию ПАВ в кислых электролитах. В присутствии даже небольших количеств ионов тяжелых металлов Ag, Sb, As, Pb, Sn (0,01-0,001 г/л) на катоде образуются губчатые осадки темно-серого или черного цвета.

Состав электролита, г/л: цианид кадмия Cd(CN)₂ – 50-60; цианид натрия NaCN -80-100; гидроксид натрия NaOH- 30; сульфат натрия Na₂SO₄ – 30-50; сульфат никеля NiSO₄ – 1-1,5. Режим электролиза: катодная плотность тока

i_k = 1,5 А/дм²; температура 25-30 ^оС; выход по току 90-95 %.

Аноды готовятся из чистого электролитического кадмия марок Кд0 и Кд1 (ГОСТ 1468-90), при этом анодная плотность тока примерно равна катодной или несколько ниже.

В последние годы разработаны нецианистые электролиты кадмирования, в которых удается покрывать изделия сложного профиля (аммиакатные, сульфатно-аммиакатные, этаноламиновые и др.). Однако эти электролиты не получили широкого применения на практике.

Кадмирование в отличие от цинкования нельзя осу­ществлять методом погружения в расплавленный ме­талл, вследствие летучести кадмия при температуре 400 °С с выделением вредных для здоровья паров. В про­мышленной атмосфере кадмий и кадмиевые покрытия корродируют со скоростью в 1,7—2 раза большей, чем скорость коррозии цинка и цинковых покрытий.

Несмотря на то, что кадмий значительно дороже цинка тонкие кадмиевые покрытия применяют для за­щиты от коррозии и для придания поверхности краси­вого внешнего вида различным стальным деталям в авиации, для защиты от морской коррозии и др. Кадмированию подвергаются узлы из различных металличе­ских деталей, например стальных и латунных, из алюми­ния и нержавеющей стали и т.п. в целях предупрежде­ния или снижения электродвижущей силы работающих гальванических элементов.

Электролитическое кадмирование из цианистых электролитов получило промышленное применение око­ло 50 лет назад. В дальнейшем были предложены раз­личные блескообразователи и методы последующей об­работки кадмированных изделий в целях их осветления.
Наиболее распространены цианистые кадмиевые электролиты, состоящие из щелочно-цианистого комплекса кадмия, свободного цианида натрия или калия, свободной щелочи и органической или неорганической добавки.

 

 

2 Технологическая часть

 

2.1 Технико-экономическое обоснование строительства отделения

Я думаю, что проектировать данное отделение необходимо, т.к. потребность в значительном росте производства продукции Иркутского авиационного завода, товаров широкого потребления, повышение качества продукции, сокращение материально-энергетических и трудовых ресурсов при изготовлении промышленных изделий диктует необходимость в соответствующем увеличении объемов производства в гальванотехнике.

Линии цинкования и кадмирования будут автоматизированы, это позволит устранить ручной труд.

Отделение будет расположено в цехе гальванических покрытий Иркутского авиационного завода. Выбор цеха обусловлен наличием в нем необходимых для производства энергетических ресурсов, канализационных коммуникаций иочистных сооружений, так же наличием системы пара и водоснабжения.К работе привлечены квалифицированные специалисты.

 

 

2.2 Характеристика деталей, подлежащих электрохимической обработке

2.2.1Детали, подвергаемые цинкованию

В своем дипломном проекте в качестве покрываемой цинком детали я выбрала шуруп А5·40 (рисунок 1).

Материал детали– сталь Ст.3 ГОСТ 19.904 – 90 холоднокатаная. Детали с незначительной окислительной пленкой и наличием смазочных масел. Шероховатость поверхности соответствует ГОСТ 278–73 равнаRa10. Деталь относятся к первой группе сложности.

Детали с цинковым покрытием эксплуатируются в умеренном климате, а именно при следующих условиях: отсутствие воздействия атмосферных осадков. Атмосфера загрязнена небольшим количеством промышленных газов. Температура воздуха от –60 до +60ºС, относительная влажность 95 ± 3% при температуре +30ºС.

Поэтому согласно ГОСТ 9.303 – 84 выбираем: Цинковое покрытие Ц15.

Толщина покрытия составляет 15 мкм. Площадь поверхности равна 0,002 м². Единовременная загрузка деталей в барабан – 4,0 м².

Рис 2.2.1.1 – Эскиз детали шуруп А5·40

 

2.2.2 Детали подвергаемые кадмированию

В качестве покрываемой кадмием детали я выбрала гайкушестиграннуюстальнуюсамоконтрящуюся(самостопорящуюся) (рисунок).Самостопорящимися гайками называются гайки, обеспечивающие стопорение в резьбовом соединении за счет дополнительных сил трения, возникающих между деформированными участками резьбы гайки или неметаллической вставки гайки и резьбой стержневой детали. Используется для монтажа, соединения, крепления элементов конструкций и оборудования совместно с болтами, шпильками с соответствующим размером метрической резьбы.

Гайкасамоконтрящаясяпроизводится изконструкционной легированной стали 30ХГСА.Предназначенны для эксплуатации при температуре от -50 до 250 ºС.

Имеют класс прочности 8 и 10.Толщина покрытия составляет 6 мкм (ГОСТ5916-70), площадь покрываемой поверхности 0,0013 м². Единовременная загрузка деталей в барабан 4,0 м².

 

 

Рис 2.2.2.1 ̶ Эскиз детали гайка шестигранная стальная самоконтрящаяся

2.3 Требование к поверхности основного металла. Требования к покрытиям

Шероховатость поверхности основного металла должна быть не более R=40. Детали поступают опескоструенными или механически обработанными.

Поверхность деталей после механической обработки должна быть без видимого слоя смазки или эмульсии, металлической стружки, заусенцев, пыли и продуктов коррозии. Острые углы и кромки деталей должны быть скруглены радиусом не менее 0,3 мм или иметь фаску, за исключением технически обоснованных случаев.

Поверхность шлифованных и полированных деталей должна быть однородной, без забоин, вмятин, прижогов, рисок, заусенцев, дефектов от рихтовочного инструмента.

Поверхность деталей после пескоструйной обработки должна быть без продуктов коррозии и заусенцев.

Швы на стальных и паянных деталях должны быть зачищены, непрерывны по всему периметру и исключать затекание электролита в зазор.

В связи с невозможностью полного удаления окалины при пескоструйной обработке деталей с глухими отверстиями диаметром менее 10 мм и сквозными отверстиями менее 5 мм, оставшуюся после пескоструйной обработки окалину удалять механическим путем в цехе –поставщика до покрытия.

Покрытие должно быть гладким, мелкокристаллическим, без шероховатостей, без утолщений по краям и без вздутий и пузырей.

Не является браком:

- матовая поверхность после пескоструйной очистки, галтования, травления;

- следы механической обработки;

- темные и светлые полосы или пятна в труднодоступных для зачистки отверстиях и пазах, в швах, на внутренней поверхности и вогнутых участках, околошовной зоне;

- неравномерность блеска и неоднородность цвета, следы от подтеков воды, блестящие точки и штрихи от соприкосновения с измерительным инструментом.

 

2.4 Ведомости загрузки деталей на годовую программу по видам покрытия

 

Таблица 2.4.1 ̶ Ведомость загрузки деталей на годовую программу

Вид покрытия	Наименование детали	Характеристика деталей	Годовая программа поверхности, м^2
Материал	Габариты	Масс, кг	Покрываемая поверхность, м^2
Цинкование	шуруп	Ст3	А5·40 (8,5·8,5·40 мм)	0,0036	0,002
Кадмирование	гайка	30ХГСА	d=M12; h=12; m=84; S=19.	0,017	0,0013

 

2.5 Выбор и обоснование выбора электролита

 

2.5.1Выбор электролита для процесса цинкования

Из ранее описанных электролитов цинкования для своей проектируемой линии я выбираю цианистый электролит т.к. электролит обладает лучшей рассеивающей способностьюи обеспечивает получение наиболее равномерных по толщине мелкозернистых покрытий. Недостатком этого электролита является токсичность и очень сильноенаводораживание стали при цинковании. Цианистый электролит рекомендуется применять для цинкования деталей сложной конфигурации непрокрываемых в других электролитах.

В этом электролите цинк находится в виде комплексного аниона , и осаждение цинка на катоде происходит по схеме (2.5.1.1)

 

(2.5.1.1)

Таблица 2.5.1.1 ̶ Состав электролита для цинкования

 

Состав:	Концентрация, г/л
Оксид цинкаZnО	20-45
Цианистый натрий NaCN	50-120
Едкий натр NaOH	50-100
Сернистый натрий Na2SO4	0,5-5
Режим осаждения:
Температура, ^0С	16-40
Катодная плотность тока, А/дм^2

 

В качестве анодов используется цинк марок Ц0, Ц1 ГОСТ 1180-91 и малолегированная сталь.

Приготовление электролита

Все компоненты в количествах, соответствующих средним рецептурным данным, необходимо растворить в следующем порядке. Отдельно в минимальном количестве воды растворить цианистый натрий и едкий натр. Окись цинка развести в небольшом количестве воды до пастообразного состояния и постепенно при тщательном перемешивании добавить ее в раствор цианистого натрия. После растворения основной массы окиси цинка добавить раствор едкого натра, все тщательно перемешать. Полученный раствор после отстаивания декантировать в рабочую ванну, добавить в него водный раствор сернистого натрия и долить водой до заданного объема. Электролит следует корректировать не реже двух раз в месяц по данным химического анализа на содержание окиси цинка, цианистого натрия и едкого натра. Основные неполадки при цинковании в цианистом электролите и способы их устранения указаны в таблице 3.

 

Таблица 2.5.1.2 ̶ Основные неполадки при цинковании

 

Характеристика неполадок	Причина неполадок	Способ устранения
Темный цвет покрытия; покрытие плохо осветляется в HNO3	Наличие в электролите солей тяжелых металлов (Cu > 0,1 г/л; Sn> 0,05 г/л)	Ввести в электролит Na2S 3-4 г/л; обработать электролит цинковой пылью 2-5 г/л и проработать током при плотности тока 0,1-0,2 а/дм^2
Малая скорость осаждения цинка; интенсивноегазовыделение на катоде	Избыток цианидов в электролите	Добавить окись цинка
Образование на анодах белой пленки; повышенное напряжение на ванне; снижение концентрации цинка	Недостаток цианидов; пассивирование анодов вследствие значительного уменьшения их поверхности	Добавить цианистый натрий; увеличить анодную поверхность
Плохо покрываются углубления цинком	Мала концентрация цианидов; нагрев электролита	Добавить цианистый натрий; снизить температуру электролита
Полосчатость покрытия неоднородный оттенок; хрупкость покрытия	Загрязнение электролита органическими веществами	Ввести активированный уголь 1-2 г/л; отфильтровать через 2-3 ч и проработать током
Кристаллизация солей на стенках ванны	Накопление карбонатов больше 100 г/л	Ввести гидрат окиси бария или кальция из расчета 1,5 г на 1 г карбонатов и отфильтровать электролит

 

Продолжение таблицы 3

Отслаивание покрытия	Некачественная подготовка деталей перед покрытием; наличие дефектов в металле в виде закатанных пленок окалины и т.п.	Улучшить подготовку поверхности; изменить технология изготовления деталей
Шероховатость покрытия	Наличие взвешенных частиц шлама, пыли и т.п.; чрезмерно высокая плотность тока	Отфильтровать электролит; снизить плотность тока

 

 

2.5.2 Выбор электролита для процесса кадмирования

Для проектируемой линии кадмирования я выбрала, как и в случае цинкования, цианистый электролит. Цианистый электролит кадмирования, как и цинкования, обладает хорошей рассеивающей способностью, стабильны в работе и менее чувствительны к загрязнениям. В этом электролите кадмий находится в виде комплексного соединения , разряд которого происходит по схеме (2.5.2.1)

 

(2.5.2.1)

 

Таблица 2.5.2.1 ̶ Состав электролита для кадмирования

 

Состав:	Концентрация, г/л
Оксид цинкаCdО	30-40
Цианистый натрий NaCN(общий)	130-160
Едкий натр NaOH	10-25
Сернокислый аммоний	30-40
Декстрин	8-12
Режим осаждения:
Температура, ^0С	18-40
Катодная плотность тока, А/дм^2	0,8

 

В качестве анодов используется кадмий марок Кд0 и Кд1.

Приготовление электролита

В отдельных емкостях растворяют цианид натрия, едкий натр и другие компоненты растворов. Окись кадмия растворяют в небольшом количестве воды до кашеобразного состояния и вводят в раствор цианида натрия, перемешивая его до полного растворения оксида кадмия. Добавляют раствор сернокислого аммония. Затем раствор тщательно перемешивают и после отстаивания декантируют в рабочую ванну.Основные неполадки при кадмировании в цианистом электролите и способы их устранения указаны в таблице 5.

 

Таблица 2.5.2.2 ̶ Основные неполадки при кадмировании

 

Характер неполадок	Причина неполадок	Способ устранения
Увеличение концентрации кадмия	Большая поверхность анодов	Уменьшить анодную поверхность
Отслаивание покрытия в виде «пузырей»	1. Избыток цианидов. 2. Низкая температура. 3. Плохая подготовка поверхности. 4. Попадание в электролит соединений хрома	1. Добавить окись кадмия. 2. Подогреть электролит. 3. Улучшить качество обезжиривания и травления 4. Обработать электролит сульфидом натрия.
Блестящие полосы на покрытии; хрупкость покрытия	Наличие в электролите органических примесей	Фильтровать электролит через активированный уголь
Темный пятнистый осадок на катоде при одновременном почернении анодов	1. Примеси солей олова, сурьмы, свинца. 2. Недостаток цианидов	1. Примеси свинца удаляются сульфидной обработкой. Примеси олова и сурьмы – обработкой электролита цинковой пылью с последующей обработкой током Dk=0,3 а/дм^2. 2. Добавить цианиды
Покрытие шероховатое и «подгорелое»	1. Наличие взвешенных частиц. 2. Высокая плотность тока.	1. Отфильтровать электролит. 2. Снизить плотность тока.
Повышенноегазовыделение на катоде	1. Низкое содержание кадмия. 2. Избыток цианидов	1. Добавить окись кадмия. 2. То же.
Пассивирование анодов; электролит мутный	Недостаток цианидов	Добавить цианиды

 

Устранение отмеченных в таблице 5 неполадок достигается следующим образом: при недостаточном содержании, какого – либо из компонентов электролит корректируется добавлением этого компонента; при накоплении кадмия выше нормы следует наряду с кадмиевыми анодами завешивать стальные, учитывая при этом, что на стальном аноде будут происходить нежелательные процессы окисления цианидов и блескообразующих добавок; примеси свинца, олова, серебра попадают в электролит вследствие растворения припоев на деталях, упавших на дно ванны; мышьяк и сурьма попадают из анодов.

 

2.6 Схемы технологических процессов

 

Технологические схемы процессов представлены в таблицах 2.6.1 и 2.6.2

 

Таблица 2.6.1 - Технологическая схема цинкования

 

Поз	Операция	Состав ванны	Температура ванны
	Химическое обезжиривание	Тринатрий фосфат 30-70 г/л; углекислый натрий 20-25 г/л; едкий натр 5-15 г/л; жидкое стекло 10-20 г/л.	70-90 ^оС;
	Теплая промывка	Проточная вода	40-50^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	цеховая
	Травление	H2SO4 150-200 г/л; натрий хлористый 30-40 г/л; ингибитор ПБ-5 5-8 г/л.	18-25^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	цеховая
	Активация	H2SO4 50-100 г/л;	18-25^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	цеховая
	Цинкование	цианистый электролит: окись Zn 20-45 г/л; цианистый натрий 50-120 г/л; едкий натрий 50-100 г/л; сернистый натрий 0,5-5 г/л; Zn анодный марок ЦО, Ц1 или малолегированная сталь; I=2-10 А/дм^2.	16-40^оС
	Холодная промывка	Проточная вода (рекомендуется в двух промывных ваннах)	цеховая
	Осветление	HNO3 10-30 г/л; 3-5 с.	18-25^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	цеховая
	Горячая промывка	Проточная вода	70-80 ^оС
	Сушка	Калорифер	Сухой чистый воздух
	Обезводораживание	Сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха	180-200 ^оС
	Хроматирование	Бихромат калия 10-25 г/л; Бихромат натрия или сернокислый натрий 10-20 г/л; HNO3 10-20 г/л. 10-60 с.	15-30 ^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	цеховая
	Сушка	калорифер	Сухой чистый воздух

 

Таблица 2.6.2 - Технологическая схема кадмирования

 

Поз	Операция	Состав ванны	Температура ванны
	Химическое обезжиривание	Тринатрий фосфат 30-70 г/л; углекислый натрий 20-25 г/л; едкий натр 5-15 г/л; жидкое стекло 10-20 г/л;	60-90 ^оС;
	Теплая промывка	Проточная вода	40-50^оС
	Холодная промывка	Проточная чистая вода	Цеховая
	Травление	Для стали: H2SO4 150-200 г/л; натрий хлористый 30-40 г/л; ингибитор ПБ-5 5-8 г/л	Для стали: 18-25^оС;
	Холодная промывка	Проточная вода	цеховая
	Активация	H2SO4 50-100 г/л;1-2 мин.	18-25^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	Цеховая
	Кадмирование	цианистый электролит: окись Cd 30-40 г/л; цианистый натрий 130-160 г/л; едкий натрий 10-25 г/л; сернокислый аммоний 30-40 г/л; декстрин 8-12 г/л; Cd анодный марок КДО и КДО1; I=0,5 - 0,8 А/дм^2.	18-40^оС
	Холодная промывка	Проточная вода (рекомендуется в двух промывных ваннах)	цеховая
	Осветление	HNO3 10-30 г/л; 3-5 с.	18-25^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	Цеховая
	Горячая промывка	Проточная вода	70-80 ^оС
	Сушка	калорифер	Сухой чистый воздух
	Обезводораживание	Сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха	180-200 ^оС
	Хроматирование	Бихромат калия 10-25 г/л; Бихромат натрия или сернокислый натрий 10-20 г/л; HNO3 10-20 г/л. 10-60 с.	15-30 ^оС
	Холодная промывка	Проточная вода	цеховая
	Сушка	калорифер	Сухой чистый воздух, t не выше 60 ^оС.

 

 

2.7Описание операций технологической схемы

 

2.7.1 Описание операций технологической схемы цинкования

Химическое обезжиривание

Химическое обезжиривание заключается в том, что жиры, представляющие собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот, при воздействии щёлочи омыляются и переходят в растворимые соли, а минеральные масла при воздействии щёлочи могут образовывать эмульсию.

При химическом обезжиривании применяют разбавленные растворы щёлочи, так как концентрированные щелочные растворы обладают способностью образовывать оксидные плёнки на поверхности детали, изготовленной из стали. Кроме того, образовавшиеся при обезжиривании мыла в концентрированных растворах щёлочи не растворяются, что отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытий. Кроме едкого натра, растворы для обезжиривания содержат легко гидролизующиеся соли щелочных металлов (углекислый натрий, тринатрийфосфат и др.). Концентрация едкого натра в растворах для обезжиривания стальных деталей обычно не превышает 100 г/л.

Промывка в теплой воде

Промывка деталей является важной операцией в технологическом процессе гальванического производства. Недостаточная промывка может привести к браку покрытий, а также вывести из строя ряд последующих ванн. Нельзя допускать скопление загрязнений в ваннах промывки. Эффективность промывки во многом зависит от качества воды. Если в ней содержится значительное количество солей жесткости, то на поверхности деталей может образоваться пленка труднорастворимых карбонатов. При взаимодействии ионов солей кальция и магния с мылами образуется труднорастворимая пленка. По этим причинам воду следует очищать и умягчать. Температура воды в ванне до 50^оС.

Промывка предназначена для наилучшего удаления с поверхности обрабатываемых деталей загрязнений и остатков растворов после обезжиривания.

При промывке деталей в барабане следует вращать барабан, а по возможности применить воздушное перемешивание.

Промывка в холодной воде

Промывка предназначена для наилучшего удаления с поверхности обрабатываемой детали загрязнений и остатков растворов после операций нанесения покрытий, обезжиривания, травления и так далее. Вода должна быть чистой.

Травление

При изготовлении, транспортировке и хранении металлические изделия и полуфабрикаты подвергаются воздействию окружающей среды – их поверхность покрывается окалиной, ржавчиной, оксидами и другими продуктами коррозии.

Для травления стальных деталей применяется смесь серной кислоты и хлористого натрия, а также ингибитор коррозии ̶ Ингибитор-5, который не только способствует экономии металла и кислоты, но и значительно удешевляет весь цикл подготовки поверхности металлов к нанесению покрытий. В серной кислоте удаление оксидов происходит главным образом из-за подтравливния самого металла и механического удаления разрыхленного слоя оксидов выделяющимся водородом.

Активация

Это обязательная операция предназначенная для удаления тончайших окисных пленок с поверхности деталей. Процесс ведется при температуре 18-25 ºС в течение 1-2 мин.

Цинкование

Технология электролитического цинкования представляет собой химический процесс – электролиз.В ванне с электролитом находятся два металла, стальные изделия и чистый цинк. К ним подводится электрический ток. Стальные изделия загружаются в ёмкость. И к ним подводится ток через специальные электроды. Цинк может использоваться в виде пластин, шаров, загружаемых в специальные сетчатые секции, или в другом виде. К цинку также подводится ток. В процессе электролиза цинк (анод) растворяется, и его ионы оседают на поверхности стальных изделий, формируя гальваническое покрытие толщиной от 4 до 20 мкм.

Анодное растворение цинковых электродов происходит в результате пропускания через электролит электрического тока с катодной плотностью от 1 до 3 А/дм² (в моем случае 2А/дм²). Скорость осаждения цинка при i=2 А/дм² 0,4 мкм/мин.

Осветление

Осветление цинковых покрытий является кратковременной, но весьма эффективной операцией повышения химической стойкости цинковых покрытий и придания им декоративной внешности. Для этой цели оцинкованные детали после промывки в холодной воде погружают в азотную кислоту на 3-5 с.

Обезводораживание

Обезводораживание осуществляется в сушильном шкафу с принудительной циркуляцией воздуха и автоматической регулировкой температуры. Процесс ведется при температуре 180-200 ºС в течение 2-3ч.

Хроматирование

Обработка оцинкованных деталей солями хрома позволяет получить покрытие с повышенными антикоррозионными свойствами. Процесс ведется в течение 10-60 с при температуре 15-30 ºС.

Сушка

Сушильные агрегаты предназначены для сушки деталей горячим воздухом и состоят из корпуса с теплоизолированными стенками, парового или электрического калорифера, вентилятора и заслонки для регулирования подачи и отсоса воздуха. Процесс ведется при температуре не выше 60 ºС.

 

2.7.2 Описание операций технологической схемы кадмирования

Химическое обезжиривание

Жиры животного и растительного происхождения удаляем в горячем щелочном растворе. Под воздействием щелочи омыляемые жиры разлогаются, образуя мыла – растворимые в воде соли жирных кислот и глицерин, которые легко смываются с поверхности деталей при последующей промывке. Процесс проводим при температуре 60 – 90 ºС, т.к повышенная температура усиливает гидролиз солей щелочных металлов, что ускоряет процесс омыления жиров и эмульгирования минеральных масел. Продолжительность обезжиривания зависит от степени загрязнения деталей и составляет примерно 3 – 30 мин.

Промывка в теплой воде

Промывку производим в теплой проточной воде до полного удаления остатков щелочного раствора. Температура промывочной воды 40 – 50 ºС.

При промывке деталей в барабане следует вращать барабан, а по возможности применить воздушное перемешивание.

Промывка в холодной воде

Промывка предназначена для наилучшего удаления с поверхности обрабатываемой детали загрязнений и остатков растворов после операций нанесения покрытий, обезжиривания, травления и так далее.Водавседа должна быть чистой.

Травление

Для травления стальных деталей применяется смесь серной кислоты и хлористого натрия, а также ингибитор коррозии ̶ Ингибитор-5, который не только способствует экономии металла и кислоты, но и значительно удешевляет весь цикл подготовки поверхности металлов к нанесению покрытий. В серной кислоте удаление оксидов происходит главным образом из-за подтравливния самого металла и механического удаления разрыхленного слоя оксидов выделяющимся водородом.

Активация

Это обязательная операция предназначенная для удаления тончайших окисных пленок с поверхности деталей. Процесс ведется при температуре 18-25 ºС в течение 1-2 мин. Для предупреждения контактного осаждения меди к серной кислоте добавляют тиомочевину в количестве 0,5 – 3 г/л.

Кадмирование

Технология электролитического кадмирования представляет собой химический процесс – электролиз.В ванне с электролитом находятся два металла, стальные изделия и чистый кадмий. К ним подводится электрический ток. Стальные изделия загружаются в ёмкость. И к ним подводится ток через специальные электроды. Кадмий может использоваться в виде пластин, шаров, загружаемых в специальные сетчатые секции, или в другом виде. К кадмию также подводится ток. В процессе электролиза кадмий (анод) растворяется, и его ионы оседают на поверхности стальных изделий, формируя гальваническое покрытие толщиной от 9 до 15 мкм.

Анодное растворение кадмиевых электродов происходит в результате пропускания через электролит электрического тока с катодной плотностью от 0,5 до 0,8 А/дм² (в моем случае 0,8 А/дм²). Скорость осаждения кадмия 0,3 – 0,7 мкм/мин.

Осветление

Осветление кадмиевых покрытий является кратковременной, но весьма эффективной операцией повышения химической стойкости кадмиевых покрытий и придания им декоративной внешности. Для этой цели кадмированные детали после промывки в холодной воде погружают в азотную кислоту с концентрацией 10 – 30 г/л на 3-5 с. Процесс ведется при температуре 18 – 25 ºС.

Обезводораживание

Обезводораживание осуществляется в сушильном шкафу с принудительной циркуляцией воздуха и автоматической регулировкой температуры. Процесс ведется при температуре 180-200 ºС в течение 2-3ч.

Хроматирование

Обработка оцинкованных деталей солями хрома позволяет получить покрытие с повышенными антикоррозионными свойствами. Процесс ведется в течение 10-60 с при температуре 15-30 ºС.

Сушка

Сушильные агрегаты предназначены для сушки деталей горячим воздухом и состоят из корпуса с теплоизолированными стенками, парового или электрического калорифера, вентилятора и заслонки для регулирования подачи и отсоса воздуха. Процесс ведется при температуре не выше 60 ºС.

 

3 Расчетная часть

3.1 Расчет фондов рабочего времени

Проектом предусмотрена пятидневная рабочая неделя в одну смену по 8 часов.

Различают (Т_о) номинальный и (Т) действительный фонд времени оборудования.

Номинальный фонд времени работы отделения находится по формуле (3.1.1)

 

, (3.1.1)

 

где Т_год–годовой фонд времени, дни;

Т_см–продолжительность 1 смены, час;

n - количество смен в сутки.

 

Для автоматизированного оборудования размер потерь времени на ремонт оборудования принимаю 10% от годового фонда времени.

Действительный фонд времени определяется по формуле (3.1.2)

(3.1.2)

 

Таблица 3.1.1 - Фонды времени работы оборудования

 

Наименование показателей	Дни	Часы
Календарное время Номинальный фонд времени (То) Остановки по техническим причинам Действительный фонд времени (Т)

3.2 Определение времени обработки поверхности деталей