Введение

Гальваника - один из наиболее распространённых методов защиты металлических изделий от коррозии и придания им определённых свойств или улучшения их путём нанесения специальных металлических или химических покрытий. В настоящее время гальваника распространена во многих отраслях промышленности. В гальваническом производстве наносятся различные виды покрытий: никелирование, цинкование, хромирование, анодирование, фосфатирование и другие. Однако, гальванические покрытия используются не только в защитных целях, но и для придания деталям красивого внешнего вида, такие покрытия называются защитно-декоративными.

Кроме защитно-декоративных свойств гальванические покрытия применяются для увеличения твёрдости поверхности, облегчения пайки.

Электрохимический метод нанесения металлических покрытий - гальваностегия - приобретает с каждым годом все более широкое применение в технике. Широкое применение для получения защитно-декоративных покрытий получили процессы меднения, никелирования, хромирования, а также процесс электроосаждения благородных металлов.

Гальваностегия успешно используется для защиты от коррозии самых разнообразных металлических изделий и деталей машин, приборов и т.д. Самые разнообразные условия службы различных металлических предметов или деталей предъявляют к гальваническим покрытиям специфические требования.

При обычных режимах электроосаждения в большинстве электролитов образуются матовые покрытия. Вместе с тем часто требуется, чтобы поверхность после нанесения покрытий приобретала блеск. Для этого повержность металла до и после нанесения покрытия подвергают механической полировке.

Для исключения этого трудоёмкого процесса разработаны электролиты и режимы для непосредственного получения блестящих осадков.

Целью данного дипломного проекта является разработка проекта участка никелирования гальванического производства для выпуска детали «Направляющая» с годовой программой 36 000 000 штук, расчет количества оборудования, стоимости материалов, численности работающих, фонда заработной платы и др.

Методом решения поставленной задачи является сравнение произведенных затрат на проектирование гальванического участка с базовыми и получение экономического эффекта с помощью внедрения прогрессивно - технических решений. За базу сравнения принимаем действующие и наиболее распространенные на гальванических производствах технологические процессы.

1. Теоретическая часть

1.1 Механизм образования гальванических покрытий

Гальванические покрытия имеют четко выраженную кристаллическую структуру, поэтому процесс катодного восстановления металлов называют электрокристаллизацией. Многочисленными исследованиями установлено, что чем плотнее и мельче структура покрытия, тем выше их свойства.

Несмотря на специфичность условий, связанных с переходом иона из раствора в кристаллическую решетку, образование и рост кристаллов подчиняются общим законом, по которым происходит образование твердой фазы из расплава или раствора.

Кинетика процесса электрокристаллизации характеризуется двумя основными параметрами: скорость образования центров кристаллизации или кристаллических зародышей, возникающих на единице поверхности в единице времени, и линейной скоростью их роста.

Величина кристаллов зависит от соотношения этих скоростей. В тех случаях, когда скорость образования новых центров кристаллизации превышает скорость роста, образуется мелкокристаллическая структура. При обратном соотношении скоростей кристаллы вырастают до крупных размеров.

Фактором, определяющим скорость возникновения кристаллических зародышей при кристаллизации твердой фазы из раствора, является степень пересыщения последнего.

Процесс возникновения кристалла начинается с создания зародыша критической величины. В связи с тем, что поверхность катода находится в пассивном состоянии, создание первых критических зародышей происходит при некотором начальном перенапряжении. Дальнейший рост не требует дополнительной поляризации, и перенапряжение снижается до устойчивой величины.

Всякое кристаллическое тело состоит из многих кристалликов, которые называются кристаллитами, или зернами с линейными размерами 10^-5 - 10^-3 см. Каждое зерно - кристаллит - это кристалл, имеющий неправильную форму, так как его росту препятствуют соседние кристаллы.

Различают одномерный зародыш, представляющий собой цепочку атомов, двумерный зародыш - островок атомов, трехмерный зародыш - кристаллик. Атомы, попадающие на поверхность катода, могут быть встроены в кристаллическую решетку только в местах роста. На атомарно гладкой поверхности катода таких нет. Однако если в результате флуктуации возникает двумерный зародыш, то около его краев возникнут места роста и атомы, которые адсорбируются около него и будут встроены в кристаллическую решетку.

При микроскопическом наблюдении за ростом кристалла на катоде обнаруживается, что в первый момент форма кристалла оказывается предельно простой и правильной, то есть развитие граней происходит путем периодического распространения слоев возникающих чаще всего у ребра. Толщина и скорость распространения слоя зависят от концентрации ионов, подвергающихся разряду, наличия поверхностно-активных веществ, режима работы и других условий электролиза.

Однако по мере увеличения размеров кристаллов происходит искажение их формы, так как даже при соблюдении самых тщательных предосторожностей кристалл всегда содержит значительное число дислокации - дефектов структуры, образующихся за счет сдвига одной группы атомов по отношению к другой.

Взаимодействие друг с другом, дислокации могут быть причиной возникновения уступов, петель, краевых и винтовых дислокаций. Форма ступени будет меняться до тех пор, пока она не превратится в спираль.

Дислокации способны адсорбировать инородные атомы, молекулы, ионы, поверхностно-активные вещества, что заметно сказывается на оптических, полупроводниковых и электропроводных свойствах покрытий.

Физико-механические свойства зависят также от текстуры металлического покрытия. Под текстурой понимают преимущественную ориентацию кристаллов в одном или нескольких направлениях. До возникновения текстуры металл состоит из кристаллов (кристалликов), однотипно построенных, но по-разному ориентированных в пространстве. При появлении текстуры направление многих кристаллов становится параллельным некоторому направлению, которое называется осью текстуры.

Особенно сильное влияние на характер структуры оказывает структура основы, на которую наносится покрытие. При осаждении никеля на ряд металлов структура осадков как бы продолжает структуру основного металла. Это явление называется эпитаксией. При увеличении толщины покрытия одновременно с первоначальной образуется дополнительная текстура, совершенство которой возрастает с увеличением покрытия.

Ориентирующее влияние структуры основного металла исчезает также при применении высоких плотностей тока, когда в большом количестве возникают беспорядочно ориентированные кристаллики или создается собственная ориентация осаждающего металла. Например, при осаждении цинка на полированную латунную пластину сначала получается мелкокристаллический осадок с беспорядочно расположенными кристалликами, а затем часть кристаллов цинка, имеющих общую ось ориентации, вырастает до значительной величины.

Зависимость текстуры от условий электролиза весьма сложна. Однако в определенных границах каждый параметр электролиза может оказывать сильное влияние на текстуру. Физико-механические, электрохимические и другие свойства текстурированных покрытий в значительной мере отличаются от свойств нетекстурированных покрытий. Более того, одни и те же покрытия могут иметь различные свойства в зависимости от того, какие грани кристаллов находятся на его поверхности, то есть наличие текстуры осадка придает анизотропию его свойствам.

В то же время нередки случаи, когда текстура приходится устранять специальной обработкой для получения изотропных свойств поликристаллических покрытий. В связи с разнообразными требованиями, предъявляемыми в настоящее время к свойствам покрытий, полученных электрохимическим путем, значение текстуры становится очевидным.

.2 Назначение, программа и режим работы цеха

Гальванический цех предназначен для размещения электрохимического оборудования, разработки технологических процессов, тщательного их выполнения с целью получения качественной продукции с наименьшими затратами при соблюдении правил техники безопасности и охраны труда.

Основными исходными данными для проектирования участка цеха является:

- действительный фонд времени работы оборудования.

- годовая производственная программа;

Годовую производственную программу в гальванических цехах выражают в единицах площади.

При установлении производственной программы необходимо учитывать и работы, связанные с исправлением некоторых видов дефектов обработки.

Процент исправимого брака в свою очередь зависит от процесса обработки и режима работы цеха. Он обычно колеблется в пределах 0,5-3% от программы по каждому виду покрытия. Для однослойных покрытий процент исправимого брака принимается от 0,5 до 1%, а для многослойного - от 1 до 3%.

Данным дипломным проектом предлагается нанесение однослойного покрытия, поэтому процент исправимого брака будет равен 1%. С учетом процента брака, допускающего переделку, годовая производственная программа цеха или участка Ргод может быть рассчитана по формуле:

Ргод = Рзад * Sдет + а * Рзад * Sдет/100, (1)

где Рзад - заданная годовая программа цеха или участка, шт;

а - процент исправимого брака, %;дет - площадь одной детали, м²;

Ргод = 36000000*0,007721+1*36000000*0,007721/100 = 280735,56 м²

Для выполнения производственной программы данным дипломным проектом предлагается трехсменный режим работы цеха. Исходя из этого, действительный годовой фонд времени составит 5960 часов. Данные по действительному годовому фонду времени работы оборудования представлены в таблице 1.

Таблица 1

Действительный годовой фонд времени работы оборудования

Режим работы цеха	Автоматизированное оборудование
	Номинальный фонд, Фн, ч	Потери времени от номинального фонда, %	Действительный годовой фонд, Фв,ч
Три смены	6210	4	5960