Технологические условия на обработку деталей.

Общая часть.

Назначение проектируемых гальванических цехов состоит в производстве защитных покрытий, блестящий никель с подслоем полублестящий никель, цинк. Гальванопокрытия приняты согласно ГОСТ 9.305-84.

 

1.1. Характеристика деталей.

Назначение проектируемых гальванических цехов состоит в производстве защитных покрытий, блестящий никель с подслоем полублестящий никель, цинк. Гальванопокрытия приняты согласно ГОСТ 9.305-84.

Характеристика деталей и задания представлены в таблице 1.1, 1.2.

Рис.1. Эскиз изделия покрываемого двухслойным никелем.

Таблица 1.1

Изделие	Материал	Способ изготовления	Характеристика по размерам	Назначение покрытия	Покрытие	Толщина покрытия, мкм
Шайба	Л63	Штамповка	D=6,5мм, d=2,7мм, s=0,5мм; m=0,12г; S=80мм^2.	Защитно-декоративное	Двухслойное покрытие полублестящим и блестящим никелем

 

На линию покрытия поступает деталь шайба, выполненная в соответствии с ГОСТ 11371-68. Данная деталь изготовлена из латуни, марки Л63, штамповкой. Эскиз детали изображён на рисунке 1. На поверхности деталей имеются незначительные жировые и окисные загрязнения.

Детали будут эксплуатироваться во второй категории условии эксплуатации, согласно ГОСТ 15150-69.

Л63 - латунь простая (двойная), содержит 63% меди и 37% цинка, плотность 7850 кг/м³, допускает деформацию глубокой вытяжкой, прокаткой, волочением, изгибом, чеканкой. Латунь Л63 применяется для производства прутков (прессованных, твердых, мягких), различных видов проволоки, лент, а также прессованных труб.

 

Рис. 2. Эскиз изделия покрываемого цинком.

Таблица 1.2

Изделие	Материал	Способ изготовления	Характеристика по размерам	Назначение покрытия	Покрытие	Толщина покрытия, мкм
Шуруп А5 40	Сталь-3	Токарная обработка на станках	l=40мм m=6,1г s=20	Защитно-декоративное	цинковое

 

На линию покрытия поступает деталь шуруп с потайной головкой А5·40, выполненный в соответствии с ГОСТ 1145-70. Данная деталь изготовлена из низкоуглеродистой стали Ст3. Эскиз детали изображён на рисунке 2. Деталь шуруп изготавливается из стального прутка диаметром девять миллиметров на токарном станке путём удаления излишков металла при помощи различных резцов.

Изделие изготавливается по третьей категории (по ГОСТ 15150-69): для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например, в металлических с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях.

Ст3 – плотность 7850 кг/м³, химический состав имеет включения такие как кремний, марганец, медь, никель, сера, углерод, фосфор, хром, мышьяк с процентным содержанием соответственно ГОСТ 380-94. Применяется для изготовления рам, каркасов, щитков, кожухи для сварных и клёпаных конструкций.

 

Технологические условия на обработку деталей.

Назначение покрытий.

Никель – серебристо-белый металл, ковкий и пластичный, легко полируется до зеркального блеска. Температура плавления 1452 ⁰C, плотность 8,9 г/см^3, атомная масса 58,69 г/моль, удельное сопротивление 0,07∙10^-6Ом∙м. Твёрдость никелевых покрытий зависит от состава электролита и условий осаждения. В морской воде никель быстро корродирует. В разбавленных соляной и серной кислотах растворяется медленнее железа. Легко растворяется в разбавленной азотной кислоте, концентрированная кислота пассивирует никель[1].

Цинк–металл светло-серого цвета, отличающийся хрупкостью и сравнительно малой твёрдостью (50-60 единиц по Бринеллю). Температура плавления 419 °С, плотность 7,2 г/см³, атомная масса 65,38 г/моль, удельное сопротивление 0,059 Ом·мм²/м. Широкое распространение цинковых покрытий в гальванической практике для защиты от коррозии изделий из чёрного металла объясняется их высокими защитными свойствами. Потенциал цинка отрицательнее потенциала чёрных металлов (стали, железа, чугуна), т. е. цинк для указанных выше металлов является анодным покрытием и защищает их от коррозии электрохимически. В сухом воздухе цинк устойчив. Во влажном воздухе и пресной воде он покрывается белой плёнкой углекислых и окисных соединений, защищающих его от дальнейшего разрушения. В морской воде цинк обладает умеренной устойчивостью. Цинк быстро разрушается кислотами и щелочами и легко реагирует с сероводородом и сернистыми соединениями, поэтому в таких средах цинковые покрытия неприменимы [2].

Требование к внешнему виду деталей после нанесения покрытий.

На основе сертификационного соглашения с заказчиком требования к внешнему виду деталей после нанесения покрытия должны соответствовать ГОСТ 18242-72

Никелевое покрытие – цвет блестящего никелевого покрытия светло-серый. Допускается более темный цвет в отверстиях и пазах на внутренних поверхностях, вогнутых участков деталей сложной конфигурации и местах сопряжения сборочных единиц.

Детали должны иметь защитную поверхность, без вздутий, расслоений, точек, непокрытых зон, должны иметь коррозионную стойкость.

Цинковое покрытие - цвет покрытия от серебристо-блестящего до матового темно-серого. При внешнем осмотре поверхность цинкового покрытия должна быть гладкой или шероховатой, покрытие должно быть сплошным. На поверхности изделий не должно быть трещин, забоин, вздутий.

Технологическая часть.

Для обеспечения согласованных с заказчиком сертификационных требований к качеству гальванически обработанных изделий необходимо обеспечить соответствующую чистоту поверхности обработанных изделий перед покрытием. Царапины на деталях не допускаются.

Для этого поступающие на гальванический участок детали могут иметь на своей поверхности загрязнения растительными и минеральными маслами, пылью.

Составы рабочих ванн (характеристики параметров техпроцесса) и последовательность расположения ванн (операций) в линии приведено в приложении 1.

Сульфатные электролиты.

Основным компонентом сульфатного электролита является NiS0₄.7H₂0. Его растворимость в воде около 300 г/л. Если кон­центрация NiS0₄-7H₂0 не превышает 200 г/л, в электролит для увеличения электропроводности вводят Na₂S0₄.10Н₂0 и MgS0₄ X х 7Н₂0. Сульфат натрия обладает значительно большей электро­проводностью, однако магний включается в никелевые покрытия, при этом они становятся более мягкими и светлыми.

В качестве буферного соединения наиболее широко приме­няется борная кислота. Оптимальная концентрация ее в электро­лите 20—30 г/л. Борная кислота регулирует рН не только в об­щем объеме электролита, но и в прикатодном слое, который вследствие разряда и выделения водорода непрерывно защелачивается. Для электролитов с низким значением рН более эффек­тивными являются добавки фторидных соединений NaF и т. п.

В некоторые электролиты вводят ион NHJ, так как в его присутствии гидролиз никелевых солей начинается не при рН 6,6—7,0, как обычно, а при рН 7,6. В таких электролитах можно получать твердое никелевое покрытие.

Для нормальной работы электролита и получения осадков с заданными физико-механическими свойствами необходимо строго поддерживать режим работы. Снижение температуры до 50 °С приводит к охрупчиванию покрытий, а при снижении темпера­туры до 10 °С электролит становится непригодным. Чрезмерное увеличение плотности тока может привести к резкому падению выхода по току. Для каждого электролита устанавливается я примесей могут использоваться в течение нескольких лет.

Сернокислые электролиты.

Во всех отраслях промышленности сернокислые электролиты получили самое широкое применение. Они являются наиболее изученными, и для них существует большое количество составов и режимов осаждения, предназначенных для различных условий эксплуатации. Все эти электролиты характеризуются значительными величинами катодной и анодной поляризации. На величину этой поляризации, а также на структуру и механические свойства никелевых покрытий большое влияние оказывают состав электролита и выбранный режим осаждения. Так, чем выше температура электролита, тем ниже величина поляризации, тем круче подъем поляризационных кривых и тем более они приближаются к равновесным потенциалам. Весьма большое значение для электролиза имеет и величина рН. При низких значениях рН процесс совместного выделения водорода становится все более значительным, вплоть до полного прекращения осаждения никеля. Высокие значения рН приводят к осаждению хрупких темных и шероховатых покрытий. При этом происходит защелачивание прикатодного слоя электролита, приводящее к совместному осаждению с никелем основных, гидратированных солей никеля, имеющих зеленый цвет.

Так как перенапряжение водорода на никеле очень низкое, то катодный выход никеля по току в большой степени зависит от концентрации водородных ионов в растворе. Чем ниже рН раствора, тем меньше выход металла по току, особенно при низкой температуре. При никелировании в холодном (18—25°С) растворе значение рН поддерживают от 4,5 до 5,5, выход по току при этом составляет ~ 90—96% в рабочем интервале плотностей тока. С увеличением температуры до 60—80 °С катодная поляризация заметно снижается, что позволяет вести электролиз при низких значениях рН (1—2) и высоких плотностях тока с достаточно большим выходом по току (80—90%). Превышение допустимого верхнего предела рН, который зависит от температуры и плотности тока, может вызвать образование гидроокиси, накапливающейся у катода, что ухудшает качество осадка. Поэтому кислотность никелевых электролитов устанавли­вается в зависимости от выбранного режима электролиза и под­держивается при этом режиме по возможности постоянной. Для этой цели в сернокислый никелевый электролит, работающий при невысокой температуре (до 40-50 °С), добавляют слабо диссоциированные кислоты или растворы солей, сообщающие ему буферные свойства (борная, уксусная, аминоуксусная, уксуснокислый аммоний и др.).

Борная кислота наиболее широко используется в качестве буферной добавки к сернокислым никелевым электролитам, хотя буферные свойства таких электролитов при рН 4-5 сравнительно невелики. Буферные свойства электролита с борной кислотой сильнее выражены при более высоких значениях рН, близких к рН гидратообразования.

В сернокислый электролит никелирования часто добавляют сернокислые и хлористые соли щелочных металлов до 100 г/л, кото­рые при относительно небольшой концентрации соли никеля заметно повышают электропроводность раствора. Кроме того, хлористые соли являются активаторами никелевых анодов, облегчая их растворение.

 

Сульфаматные электролиты.

Основным компонентом является сульфамат никеля Ni(H₂NS0₃)₂, растворимость которого при тем­пературе 70 °С доходит до 600 г/л. Для депассивации анодов и поддержания рН на заданном уровне в электролит добавляют хлорид никеля и борную кислоту. Высокая концентрация основ­ного компонента позволяет применять высокие плотности тока. Покрытия получаются малонапряженными, в связи с чем этот электролит целесообразно применять для получения толстых слоев никеля, например в гальванопластике и в специальных случаях. Недостатками электролита являются его высокая стои­мость, необходимость перемешивания и подогрева, а также не­прерывная очистка от вредных примесей. Ниже приведены составы (г/л) сульфаматного электролита и режим его работы:

- Ni(H₂NSO₃)₂

- NiCl₂-6H₂0 12—15

- H3BO3 25—40

- Сахарин 0,5—1,5

В качестве антипиттинговой добавки вводят 0,1—1,0 г/дм³ лаурилсульфата натрия. Сульфамат никеля растворяют в половинном объеме воды, нагретой до 60 °С, и добавляют остальные компоненты, затем доводят раствор до заданного объема. Для удаления примесей тяжелых металлов при непрерывном помешивании вводят взму­ченный карбонат никеля, пока рН не поднимется до 5,5. После этого из расчета 1,2 мл/л добавляют пероксид водорода и выдер­живают раствор при непрерывном перемешивании в течение 4 ч и более. Температура раствора поддерживается около 60 °С. Органические примеси удаляют добавляя 2—5 г/л активирован­ного угля. Через 8 ч раствор следует профильтровать и довести при помощи 10 %-ного раствора сульфаминовой кислоты до заданной величины рН. Затем прорабатывают электролит при i_K — 0,5 А/дм² током, завешивая стальные гофрированные ка­тоды.

Пирофосфорные электролиты.

Пирофосфатные никелевые электролиты имеют некоторые преимущества перед сернокислыми и хлористыми электролитами (большая поляризуемость катода и обусловленная этим хорошая рассеивающая способность (при 2·10² А/м²), повышенная твердость). Рекомендуемый состав такого электролита (в г/л):

- NiCl₂·6H₂O ……………………………118,9

- P₂O₇ ………………………………… 234,8

- Цитрат аммония ………………………33,3

- рН 9,5

- температура электролита …………… 60°С

- катодная плотность тока до ………….6·10² А/м²

- катодный выход по току …………… 86—93%

- анодный выход по току ……………96—97%.

 

Рис. 4. Кривые анодной поляризации в никелевых электролитах.

Вероятнее всего пассивное состояние никелевых анодов в отсутствие хлоридов при сравнительно низких плотностях тока наступает после достижения предела раство­римости NiSO₄. В последнем случае уменьшается активная анодная поверхность, т. е. увеличивается анодная плотность тока, и достигается потенциал разряда ионов гидроксила - выделение кислорода. Роль хлоридов с этой точки зрения может быть объяснена растворяющим действием хлора (разряжающегося на аноде) на пассивную (окисную) пленку. Такое предположение электрохимически более вероятно, однако оно требует экспериментального подтверждения.

Никелевые аноды склонны к образованию шлама, оседающего на поверхности покрываемых изделий и обус­ловливающего шероховатость покрытий и повышенную пористость. Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды заключают в чехлы из ткани «хлорин» или «бельтинг», которая предварительно обрабатывается 2 – 10% -ной НCl.[2]

Цианистый.

Кислые электролиты.

Из кислых электролитов цинк выделяется в результате разряда на катоде двухвалентных ионов цинка:

ZnSO₄ = Zn²⁺ + SO₄^2-, (1)

Zn²⁺ + 2e = Zn. (2)

Протекание указанных электродных процессов на практике несколько нарушается из-за присутствия в электролите примесей, выделение которых наряду с выделением водорода несколько снижает катодный выход по току.

Кроме того, наряду с чисто электрохимическим растворением анодов происходит частичное химическое растворение цинка благодаря присутствию в растворе некоторого количества свободной кислоты.

Рассеивающая способность кислых электролитов весьма низкая.

Сульфатный электролит содержит (г/л):

ZnSO₄·7H₂O……………………………..……………………..……200-300

Al₂(SO₄)₃·18H₂O……………………………………………………..….30

Na₂SO₄·10H₂O………………………..……….…….…………………50-100

Блескообразующая добавка…………………….……………………...1-5

Процесс ведётся при 18–25 °С и при рН=3,5–4,5. Плотность тока в перемешиваемых ваннах составляет от 2 до 10 А/дм² и выше.[3]

 

2.1.4.2. Цианистые цинковые электролиты.

Основным компонентом цианистых цинковых электролитов является комплексная соль Na₂[Zn(CN)₄]. Диссоциация этой соли происходит по уравнению:

Na₂[Zn(CN)₄] = 2Na⁺ + Zn(CN)₄^2-. (3)

Таким образом, цинк в растворе находится в составе аниона.

Разряд на катоде требует значительной энергии активации; этим объясняется высокая поляризация, сопровождающая осаждение цинка из цианистых электролитов, и мелкокристаллическая структура покрытий.

Осаждение цинка из растворов цианистого комплекса, содержащих избыток свободного цианида, протекает при потенциале -1,7 В. Поэтому, несмотря на высокое водородное перенапряжение на цинке, выход по току цинка небольшой.

Потенциал осаждения цинка может быть снижен до -1,4 В введением в раствор свободной щёлочи. Одновременно снижается концентрация ионов водорода. Вход по току достигает 95–99%.

Характерная особенность анодного процесса при цинковании в цианистых электролитах заключается в склонности цинковых анодов к пассивированию и, следовательно, к уменьшению концентрации цинковой соли в ванне, что проявляется особенно заметно при недостатке в электролите свободного цианида. Этим объясняется непостоянство состава цианистого электролита.

Другой причиной является то, что цинковые аноды подвержены химическому растворению в цианистом калии и щёлочи. Это приводит к накапливанию цинка в электролите. Третья причина непостоянства состава электролита цианистых ванн – взаимодействие с углекислотой воздуха (по этой причине нельзя применять перемешивание).

Состав цианистого электролита имеет такой вид (г/л):

ZnO……………………………………………………………………..…40-45

NaCN…………………………………………………………..………….80-85

NaOH………………………...…………………………………………...40-60

Электролиз ведут при 18–40 °С. Катодная плотность тока 1–4 А/дм² и выход по току 70–80%.

Основной недостаток цианистых электролитов заключается в их токсичности (выделяющаяся синильная кислота – сильный яд), поэтому они применяются в редких случаях.[2]

 

Фторборатный электролит.

Для интенсификации процесса цинкования в кислых электролитах рекомендованы борфтористоводородные электролиты, в которых благодаря высокой растворимости борфтористоводородного цинка Zn(ВF₄)₂ содержится значительно больше ионов цинка, чем в сульфатном, что обеспечивает возможность применения повышенной плотности тока. Борфтористо-водородные электролиты рекомендуется применять также в тех случаях, когда требуется минимальное наводороживание основного металла и покрытия в процессе электролиза.

В зависимости от температуры электролита катодная плотность тока может изменяться от 10 А/дм² при температуре 18-20° С до 50 А/дм² при температуре 50—55° С. В борфтористоводородном электролите выход по току значительно падает с ростом плотности тока особенно при температуре 18-20° С и доходит до 85-90%. Снижение выхода по току при увеличении плотности тока приводит к улучшению рассеивающей способности электролита, вследствие чего равномерность распределения покрытия несколько лучше, чем в обычных сульфатных. Электролит имеет следующий состав (г/л):

Борфтористоводородный цинк Zn(BF₄)₂………………………………280-300

NH₄BF₄……………………………………………………..…..…..…..…..28-30

Хлористый аммоний NH₄Cl…..……………………………………………28-30

Солодковый корень……………………………………………………….0,5—1,0

Борфтористоводородная кислота HBF₄

рН 1—2

Цинкатные электролиты.

Цинкатные электролиты очень просты по составу. В основном они содержат цинк в виде цинката и едкую щёлочь.

В цинкатном электролите цинк находится в виде цинката натрия. Для обеспечения стабильной работы этого электролита и получения светлых осадков цинка без губчатых и дендритных отложений в электролит вводятся
в небольших количествах соединения олова, ртути или свинца. Наиболее удовлетворительные результаты дает введение солей четырехвалентного олова в виде станната натрия Na₂SnO₃. Рассеивающая способность цинкатных электролитов занимает промежуточное значение между
цианистыми и кислыми. Катодная поляризация в цинкатных электролитах незначительна и хорошая рассеивающая способность обусловлена исключительно высокой электропроводностью.

Известен раствор цинкования предназначенный электроосаждения полублестящих цинковых покрытий на движущейся стальной ленте или проволоке.

Таблица 2.2

Состав электролита

1. Цинка окись (цинк металлический), г/дм^3	22,5
2. Гидроксид натрия, г/дм^3
3. Блескообразующая добавка Likonda ZnSC-R, см^3/дм^3
4. Добавка Likonda ZnS-K*, см^3/дм^3	0,1

Режим работы

Температура, ºС	20-50
Аноды	цинковые (Ц0, Ц1), стальные

Добавка LIKONDA® ZnS-К используется лишь в случаях, если вода очень жёсткая и/или загрязнена ионами посторонних металлов. Процесс Likonda ZnSC-R можно успешно использовать и при высоких 8 – 11 A/дм², и при низких 2 – 8 A/дм² плотностях тока, что отличает его универсальность. Полученные покрытия пластичны даже при толщине 30 микрон. Электролит стоек к высоким температурам до +50°C, имеет прекрасную кроющую и рассеивающую способность в широком интервале плотностей тока.

Выход металла по току в цинкатных электролитах близок к 100% и мало меняется с изменением условий электролиза. Осадки, полученные из цинкатных электролитов, имеют крупнокристаллическую структуру и отличаются неравномерной толщиной слоя. Это связано с малой катодной поляризацией.

Улучшение качества осадков, полученных из цинкатных ванн, достигается добавлением в электролит небольших количеств солей олова, свинца и ртути (это способствует растворению цинка).

2 Zn + Sn⁴⁺ = 2 Zn²⁺ + Sn.

Рассеивающая способность цинкатных ванн в присутствии солей указанных металлов и при низкой плотности тока достаточно высока.

Примерный состав цинкатного электролита (г/л):

ZnO……………………………5-50

NaOH…………………………65-220

Na₂SnO₃……………………….0,2-0,5

Процесс ведут при 50–70 °С. Катодная плотность тока 0,5–4 А/дм². выход по току 96–98%.

Сравнение достоинств и недостатков для различных типов электролитов цинкования можно наглядно увидеть в таблице 4.

Таблица 2.3

Таблица2.4.

Основные неполадки в процессе никелирования, их причины и устранения
Неполадки	Причина неполадок	Способ устранения
Образование крупнокристаллических покрытий на катоде	Защелачивание, повышенная плотность тока, пониженное содержание солей никеля	Откорректировать рН электролита раствором Н2SO4, снизить плотность тока, добавить NiSO4·7H2O и NiCl2·6H2O
Шероховатость покрытия	Загрязнение электролита механическими примесями, анодным шламом, низкая температура	Отфильтровать электролит, заменить анодные чехлы, провести фильтрацию при пониженной кислотности, повысить температуру, добавить солей никеля
Шелушение осадка	Присутствие в электролите окислителей и (или) солей хрома	Обработать электролит активированным углём и прокипятить, заменить электролит
Подгар покрытия на углах детали	Чрезмерно высокая плотность тока	Снизить плотность тока
Отслаивание покрытия	плохое качество обезжиривания, наличие свинца	улучшить качество обезжиривания, селективно очистить электролит
Питтинг	Ванна загрязнена органическими примесями, низкое значение pH, высокая плотность тока, слабое перемешивание, низкая температура, заниженная концентрация борной кислоты	Провести очистку ванны активированным углём или перманганатом калия, постепенно снизить плотность тока, откорректировать pH, усилить перемешивание, подогреть электролит, откорректировать концентрацию борной кислоты
Низкая рассеивающая и кроющая способность электролита	Недостаточная площадь анодов, органические и неорганические загрязнения, плохая электропроводность электролита	Увеличить площадь анодов, отфильтровать, проверить концентрацию солей хлора в электролите и откорректировать
Непокрытие деталей	Плохой контакт деталей с подвеской	Улучшить контакт деталей с подвеской

Таблица2.5.

Характеристика дефектов	Причины дефектов	Способы устранения
Тёмный (губчатый) осадок	1) Наличие олова в двухвалентной форме 2) Низкоесо держание олова 3) Низкая концентрация ZnO 4) Повышенная катодная плотностьтока 5) Низкая температур а электролита 6) электролит не проработан	1) провести корректировку электролита по соответствующим компонентам 2) повысить температуру 3) снизить плотность тока 4) проработать электролит
Отсутствие покрытия по всей поверхности изделия при низких плотностях тока	1) короткоезамыканиенаванне 2) наличие окислителей в электролите	1) устранить короткое замыкание 2) произвести проработку ванны током
Пассивирование анодов, сопровождаемое выделением кислорода	1) недостатокщёлочи 2) высокое значение анодной плотности тока	1) увеличить поверхность анодов 2) снизить плотность тока

 

 

Контроль качества покрытий.

Контроль качества электрохимических покрытий заключается в следующем: 1) контроль по внешнему виду; 2 ) проверка толщины покрытия; 3) определение пористости покрытия; 4) испытание на сцепление покрытия с основным металлом; 5) определение механических свойств покрытия; 6) испытание на коррозионную устойчивость.

В данном производстве по технической документации заложен только контроль по внешнему виду и на толщину покрытия.

Контроль по толщине покрытия производят струйным методом. Этот метод более точен, чем капельный, и требует меньше времени. Он определяет толщину покрытия по объёму израсходованного раствора.

2.1.9. Способы подготовки поверхности изделия перед покрытием основного металла.

Химическое обезжиривание.

Химическое обезжиривание - применяется для удаления с поверхности деталей основной массы жировых загрязнений. Оно заключается в том, что под воздействием щелочи жиры омыляются и переходят в раствор, а минеральные масла в присутствии специальных поверхностно активных веществ – образуют эмульсию. К веществам входящим в состав обезжиривающих растворов предъявляются особые требования. Они должны хорошо удалять жировые пленки, не должны вызывать коррозию обрабатываемых деталей и должны хорошо смываться при промывке водой. Применение для очистки поверхности изделий растворов готовых моющих препаратов технологически и экологически весьма целесообразно, если они сочетают хорошую обезжиривающую способность по отношению к различным загрязнениям с отсутствием коррозионного воздействия на обрабатываемые металлы.

При химическом обезжиривание применяют растворы щелочей и растворы солей щелочных металлов. Очистку изделий от минеральных масел, неомыляемых жиров, консервационной смазки можно проводить также в органических растворителях; трихлорэтилене, бензине, керосине и др.

МС-15 – готовое моющее средство, предназначено для удаления основной массы жировых загрязнений. Смывает минеральные масла, горюче-смазочные материалы, сложнее удаляет полировальные пасты. Механизм операции заключается в эмульгировании жиров, т.к. жиры, входящие в состав полировальных паст не омыляемы. Для улучшения качества обезжиривания повышают температуру раствора и время выдержки.

Операция производится в электролите следующего состава:

–гидроксид натрия – для повышения электропроводности раствора, для омыления омыляемых жиров по реакции:

 

(C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH →3C₁₇H₃₅COONa + C₃H₅(OH)₃

 

–кальцинированная сода – для поддержания щелочности раствора в результате гидролиза:

 

Na₂CO₃ + H₂O → Na₂HCO₃ + NaOH

 

Na₂HCO₃ + H₂O → NaOH + H₂O + CO₂.

 

–тринатрийфосфат – смягчает воду, улучшает моющую способность, в результате гидролиза поддерживают щелочность. Обладая поверхностно-активными свойствами. Фосфаты хорошо смываются водой;

–синтанол ДС-10 – биологическая добавка, для эмульгирования не омыляемых жиров и улучшения [1].

Для данного проекта предлагается химическое обезжиривание в растворе МС-15 (30-40г/л) с добавлением эмульгатора ОП-7 или ОП-10.

Режим работы:

Температура: 60-90 ^оС

Продолжительность процесса до 20 мин.

Травление.

Травление - применяется для удаления оксидов с поверхности деталей с помощью кислых растворов. Его осуществляют химическим и электрохимическим способами после обезжиривания. Существует также химический способ одновременного совмещенного обезжиривания и травления изделий в одном растворе. Травитель и условия травления выбираются в зависимости от природы обрабатываемого металла.

Травление латуни проводят в смеси серной (250 г/л) и азотной кислот (250 г/л), натрий азотисто-кислый (7 г), вода деионизированная (500 мл),что способствует получению светлой, полублестящей поверхности [1].

Для травления коррозионно-стойких сталей применяют смесь азотной и соляной кислот. Для того чтобы уменьшить объем выделяющегося водорода, предохранить поверхность деталей от перетравливания, а также для экономии кислоты применяют ингибиторы травления. Ингибитор кислотной коррозии для серной и азотной - С-5 [1].

Активация.

Активация- это заключительная операция подготовки поверхности перед нанесением гальванического покрытия. Производится непосредственно перед погружением в гальванические ванны и необходима для быстрого удаления тонкой пленки окиси, образующейся на поверхности очищенных изделий при их транспортировке, промывке или во время хранения. Она обусловливает выявление кристаллической структуры металла. Таким образом, активирование металла повышает сцепление покрытия с основой.

Активацию в данном проекте предлагается проводить в:

HCl (p=1,19 до 1,18 г/см³).

Пассивирование.

Пассивирование проводят в течение 5−10 секунд в растворе, со-держащем соединения шестивалентного хрома (, , ), а также ионы , , , , . На поверхности цинкового покрытия образуются труднорастворимые соли хрома и цинка, имеющие радужную окраску. Желтый оттенок дают соединения шестивалентного хрома, зеленый – трехвалентный хром. Хрома в пленке приблизительно в 18 раз больше, чем цинка, поэтому такую обработку называют хроматное пассивирование или хроматирование.

Пленка получается толщиной 0,25−0,5 мкм. Пленка мягкая, пористая. Ее упрочняют промывкой в холодной, а затем в теплой, воде и сушкой при температуре 50. При температурах >70 пленка разрушается. Затем сушат 24−48 ч на воздухе и пленка отвердевает. Если в растворе присутствует, то операцию осветления можно не проводить. Хроматная пленка может быть прозрачная (голубого цвета), наносят ее в растворе, содержащем и добавки Ликонда-31.

Промывка.

Промывка проводится с целью уменьшения концентрации химических соединений на поверхности обрабатываемых деталей до такой величины, когда они не будут оказывать неблагоприятного действия на качество выполнения последующих операций. От качества промывки после обезжиривания и травления зависит качество покрытия, работа всех электролитов и состав сточных вод. После операции обезжиривания химического применяется промывка в горячей воде т.к. в ней лучше растворяется мыло. После нанесения покрытия промывку проводят сначала в холодной воде потом в горячей. Промывка в горячей воде применяется перед сушкой для ускорения процесса сушки и снижения затрат тепла на неё.

При промывке в проточной воде применяют три основные схемы (рис.6):

1) одноступенчатая промывка в одной (одинарной) ванне (а);

2) многоступенчатая прямоточная промывка в нескольких последовательно устанавливаемых ваннах (ступенях), оборудованных самостоятельной системой подачи и слива воды (б);

3) многоступенчатая противоточная каскадная промывка (в, г), при которой направление потока воды противоположно направлению движения деталей.

 

 

Рис.6. Схемы промывок: а − одноступенчатая (одинарная), б − двухступенчатая прямоточная, в − двухступенчатая противоточная каскадная, г − трёхступенчатая противоточная каскадная; Т − технологическая ванна

При использовании противоточной схемы вода поступает в конечную ступень (в конечную ванну промывки), а затем проходит, все остальные ступени и сбрасывается в сток. Детали при промывке поступают в первую ступень, где более грязная вода, в последней ступени уже частично отмытая деталь погружается в самую чистую воду. После химического, электрохимического обезжиривания, травления, анодного окисления, электрохимического полирования и после снятия шлама рекомендуют применять двух- и трехступенчатую каскадную промывку. Достоинством многокаскадной промывки, при прочих равных условиях, является небольшой расход воды, а недостатком − большие концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку. Исходя из минимального расхода воды и выноса электролита с деталями из ванн после процесса обезжиривания, я выбираю проточную промывку в теплой воде. Затем необходимо провести противоточную двухкаскадную промывку в холодной воде. После активации поверхности изделий применяю противоточную двухкаскадную промывку в холодной воде. Потом после нанесения покрытия ставлю ванну улавливания. Затем опять ставлю противоточную двухкаскадную промывку в холодной воде. После процесса пассивации ставлю ванну улавливания и противоточную двухкаскадную промывку в холодной воде. И наконец, применяю противоточную промывку в тёплой воде.

 

 

 

 

 

Технологическая схема.

3.1 Технологическая схема нанесения покрытия :

Таблица 3.1

№ операции	Операция	Состав электролита (г/л)	рН	Темпера-тура электроли-та, ^оС	Плотно-сть тока, А/дм^2	Продолжительность операции, мин.
	Монтаж в барабан
	Электрохими-ческое обезжиривание	МС-15 (30-40г/л)		60 - 90	1-2
	Промывка теплая проточная	Вода водопроводная		40 - 60		1 - 2
	Промывка 2-х ступенчатая каскадная	Вода водопроводная		18 - 25		1 - 2
	Травление	HNO3 (500 мл); H2SO4 (500мл); NaNO2 (14г/л);		18 - 25		0,17
	Улавливание			18 - 25
	Промывка 2-х ступенчатая каскадная	Вода водопроводная		1 - 25		1-2
	Активация