Диплом Султан.output

Состав электролитов и режим работы при электрохимическом обезжиривании некоторых металлов указаны в таблице 6.

Таблица 6 Состав электролита и режим работы при электрохимическом обезжиривании

Компоненты				Содержание в г/л в растворах
					для деталей
			из стали
			№ 1		№ 2	№ 3	№ 4
Едкий натр NaOH			30– 60		40–50	20–30	25– 30
Углекислый натрий			40– 60		60–70		20 –30
Na2CO3
Тринатрийфосфат			5 – 10		10 –15	30– 50	50 – 60
Na3PO4·12H2O
Жидкое	стекло		3 – 5		3 – 5	2–3	5–8
Na2CO3
Пеногаситель			-		-	-	0,01– 0,03
(силоксан)
Плотность	тока	в	3 – 8		5 – 10	3 – 8	3 – 8
А/дм2
Напряжение в В			6 –10		6 –10	6 –10	8–10
Температура в °С			70 – 90		70 – 90	70–90	70– 80
Продолжительность			5 –10		5 – 10	5 – 10	5
в мин

Электролит №1 предназначен для деталей, сильно загрязненных жирами.

В процессе электрохимического обезжиривания необходимо удалять накапливающуюся на поверхности электролита пену, так как в ней могут

31

задерживаться выделяющиеся пузырьки водорода и кислорода, образующие гремучий газ. Из этих соображений не следует добавлять в ванну электрохимического обезжиривания большое количество эмульгаторов.

Корректировку обезжиривающих растворов выполняют периодически согласно данным анализа. При накоплении большого количества загрязнений раствор заменяют свежеприготовленными. Одновременно следует очистить ванну. Качество обезжиривания не может быть проверено визуально, так как тонкие пленки жира невидимы. Однако существует простой способ убедиться в отсутствии жировых загрязнений. Для этого достаточно ополоснуть деталь в воде и посмотреть, как стекает вода: чистая поверхность металла хороню смачивается и пленка влаги будет сплошной. Разрывы пленки или образование на поверхности капель служит признаком недостаточного обезжиривания.

Обезжиривание с применением ультразвука

Качество обезжиривания деталей и скорость проведения данной операции можно значительно повысить ультразвуковой обработке и деталей.

Обезжиривание деталей с помощью ультразвука осуществляется в ванне с органическими растворителями или щелочными растворами, в которую вмонтирован излучатель (вибратор), передающий жидкости колебания.

Сущность метода ультразвуковой очистки заключается в следующем. При распространении ультразвуковой волны в жидкости возникают области резко повышенного давления, чередующиеся с областями пониженного давления. При достаточной интенсивности колебаний в местах пониженного давления (узлах волны) происходят разрывы жидкости, которые с силой захлопываются при прохождении через пучность. При этом развиваются огромные силы, достигающие нескольких тысяч атмосфер. Это явление называется кавитацией. Кавитация обычно начинается вблизи границы раздела жидкости и твердых тел. Огромные механические усилия, развивающиеся при возникновении кавитации, не только удаляют с поверхности жировые загрязнения, но могут разрушать также пленки окислов, например, удалять окалину со стальных изделий. Таким образом, при ультразвуковой обработке поверхность изделий не только обезжиривается, но и протравливается. Интенсивность влияния ультразвука повышается с температурой. Состав жидкости для ультразвуковой очистки также влияет на скорость и качество обезжиривания. Если жидкость не оказывает химического воздействия на загрязнения, то обезжиривание происходит в основном за счет механического воздействия кавитационных пузырьков. Если же жидкость растворяет или омыляет загрязнения, то очистка осуществляется как за счет физико-химического воздействия жидкости, так и за счет механиче-

32

ского разрушения пленки жиров. В таблице 7 приводятся некоторые составы моющих растворов, применяющиеся при ультразвуковом обезжиривании.

							Таблица 7
		Состав моющих растворов
Компоненты			Содержание в г/л в растворах
			для деталей из стали
		№ 1	№ 2		№ 3		№ 4
Едкий натр NaOH		5–25	-		-		15–20
Тринатрийфосфат		30	20–30		-		-
Na3PO4·12H2O
Углекислый натрий		-	-		-		-
Na2CO3
Жидкое	стекло	-	5–20		10–20		-
Na2CO3
Двухромовокислый		-	-		-		1–5
калий K2Cr2O7
Сулфонол НП-1		-	-		-		-
		Режим работы
Температура в °С		55-80	40-60		50-80		40-60
Продолжительность			1-2
в мин

Химическое и электрохимическое травление поверхности изделий

Травлением называется процесс удаления окалины, ржавчины и окислов с поверхности металлических деталей при помощи кислых или щелочных растворов. При травлении происходит также выявление структуры основного металла. Травление можно осуществлять химическим или электрохимическим способом.

Поверхность черных металлов обычно покрыта слоем окалины или ржавчины. В состав окалины входят (в %):85—95 FeO, 5—15 Fе2O3 и 0,5—2 Fe3O4всостав ржавчины — 84 Fe2O3, Fe2O и 14H2O. Для химического травления

33

черных металлов обычно применяют растворы серной или соляной кислот. При взаимодействии окисленного железа с разбавленными кислотами могут протекать следующие реакции:

1) При взаимодействии с соляной кислотой

FeO+2HCl= FeCl2+ Н2O

Fe2O3+ 6HCl=2FeCl3+ 3Н2O

Fe3O4+ 8HC1= 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

2FeCl3+ H2= 2FeCl2+ 2HCl

Fe+2HCl= FeCl2 + H2

2) При взаимодействии с серной кислотой

FeO+ H2SO4= FeSO4+ H2O

Fe2О3 +3H2SO4 = Fe2(SО4)2 +3H2O

Fe2О4 + 4 H2SO4 = Fe2(SO4)2 + FeSO4 + 4H2О

Fe2 (SO4 )3 + 2Fe= 6 FeSO4+ H2SO4

2Fe2(SO4 )3 + 2 Fe = 6FeSO4

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

При травлении могут наблюдаться два процесса: химическое растворение окислов и растворение самого изделия, которое приводит к отставанию и удалению окислов. Эти два процесса могут протекать одновременно; в зависимости orприроды кислоты, ее концентрации и температуры меняется скорость, а, следовательно, преобладание того или другого процесса.

Механизм удаления окалины в серной и соляной кислотах неодинаков. В соляной кислоте растворяются преимущественно окислы, а в серной кислоте главным образом металлическое железо с выделением водорода, который механически разрыхляет и удаляет окалину.

Растворение стальной основы нежелательное явление, так как приводить к излишнему расходованию кислоты, потере металла, выделению вредных испарений; при этом возможно наводороживание металла. В таблице 8 указаны рекомендуемые растворы для химического травления углеродистой стали.

34

Таблица 8 Состав растворов при химическом травлении деталей из углеродистой стали

Компоненты				Растворы
	№ 1	№ 2	№ 3		№ 4	№ 5		№ 6			№ 7
Серная кислота H2SO4	100	270	150		80-100		-		50-70		100-
											150
Соляная кислота HCl	150	100	-		-		100		-		-
Хлористый натрий NaCl	-	-	3-5		-		-		-		200-
											500
Ингибаторы (ЧМ,КС,ПБ-	30	2	1-2		0,5-1,0		30		-		3
5,МН-10 и др.)
	Режим работы
Температура раствора в °С	30-40	30-40	18-60		18-40		40-60			40-	50-55
										60
Продолжительность в мин				-

Растворы № 1 и 2 применяют для травления деталей, слоем окалины; раствор № 3 — для травления стали, покрытой ржавчиной и

окалиной; № Ф- для стали, покрытой, ржавчиной; № 5 — для стальной проволоки, № 6 для стальных листов и № 7 —для бес шламового травления Травильный шлам, образующийся в некоторых случаях на поверхности может быть удален одним из следующих способов:

а)	погружением деталей в концентрированный раствор азотной кислоты;
б)	погружением деталей в раствор, содержащий 200—250 r/л хромовою, ан
гидрида и 3 -5 г/л серной кислоты;
в)	анодной обработкой в 5—10-процентном рас г воре едкого натра при
плотности тока —
г)	погружением деталей в раствор нитрита натрия (200 г/л) на 1—2 мин,

затем в раствор соляной Для травления отдельных участков или деталей крупных габаритов, которые

не могут быть помещены в ванны, применяют специальные травильные пасты,

35

состоящие из травильных растворов, ингибитора и наполнителя (инфузорная земля, легкие суглинки или асбест).

Растворы и режим работы, предусмотренные для травления высоколегированных и нержавеющих марок, стали, даны в таблице 9.

Таблица 9

Состав электролитов при травлении деталей из высоколегированной и нержавеющей стали

Компоненты	Содержание в г/л в растворах
	№ 1	№2	№3	№4	№5
Соляная кислота НС1	240÷290	-	-	4÷5	100÷120
Хлористый натрий NaCl	-	30÷50	8÷10	-	-
Серная кислота H2SO4	210÷250	160÷180	160÷180	-	-
Азотная кислота HNO3	-	-		510	-
Ингибитор (КС, ЧМ, МП и	3,5	-	-		-
др.)				1,0
Азотнокислый натрий	-	-	40÷60	-	-
Фтористоводородная	-	-	-	-	4÷5
кислота
	Режим работы
Температура раствора в °С	40÷50	70÷90	45÷55	40÷50	30÷40
Продолжительность в мин	50÷70	80÷90	15÷30	3÷5	3÷10

Для очистки поверхности деталей из кислотоупорной и жаропрочной стали (содержащей хром), пользуются также комбинированным травлением, состоящим из предварительной обработки (разрыхления окалины) в ванне с расплавом каустика и селитры. При этом окись хрома (один из наиболее трудно растворимых компонентов окалины), взаимодействуя со щелочью, образует хромит натрия Na2CrO2 ,а затем окисляется до хромата натрия Na2CrО4, который легко растворяется в воде. Травление ведется в кислом растворе.

Активирование поверхности изделий

Активированием называется процесс удаления с поверхности металлических деталей тончайшего, зачастую незаметного глазу слоя окислов, которые могли образоваться в промежутках между операциями. При активировании од-

36

новременно происходит легкое протравливание верхнего слоя металла и выявляемое кристаллической структуры металла, что благоприятствует прочному сцеплению покрытия с основой.

Операция активирования применяется непосредственно перед загрузкой деталей в ванны для нанесения покрытий. Если детали поступают в гальванический цех непосредственно после механической обработки и на их поверхности имеется только тонкая окисная пленка, то операция активирования может осуществляться без предварительного травления деталей.

Процесс активирования с применением постоянного тока называется электрохимическим активированием. Электрохимическое активирование осуществляется исключительно на аноде. Состав растворов для химического и электрохимического активирования различных металлов и режим работы ванн приведены в таблице 10.

Таблица 10 Состав раствора и режим работы при химическом и электрохимическом активировании

Компоненты раствора	иСостав раствора в г/л
режим
	№ раствора
	1		2	3
Серная кислота H2SO4	50-100		-	25-50
Соляная кислота НС1	-		50-100	25-50
t,°C	15-30		15-30	15-30
, с	15-60		15-45	5-10

Катодами при электрохимическом активировании в кислых растворах служат свинцовые пластины, в щелочных — железные. Стальные детали перед хромированием подвергают анодной обработке в хромовом электролите, содержащем 150 г/л хромового ангидрида и 0.5 г/л серной кислоты, в течение 0.5- 2 мин. Детали после активирования тщательно промывают в проточной воде (в одной или несколько ванн) и погружают в электролитическую ванну [7].

37

Выбор способа химической обработки

Для очистки поверхности изделий от различных видов масел и жиров выбираю электрохимическое обезжиривание при помощи постоянного тока, так как обезжиривание осуществляется и на катоде, и на аноде. Этот вид обработки поверхности используют для очистки не очень загрязненных изделий простой формы. Применяю комбинированное обезжиривание: сначала на катоде (5—8 мин), затем на аноде (1—2 мин). В качестве вторых электродов рекомендуются стальные никелированные (толщина слоя никеля 15—20 мкм) или никелевые пластины. Состав раствора и условия для электрохимического обезжиривания в г/л: NaOH20-30, Na3PО4- 12Н2О- 30-50, Na2CО3 - 2-3, плотность тока в А/дм2 3-

8, напряжение в В 6-10, температура в °С 70-90, продолжительность в мин 5-10.

Выбор способа промывки изделий

После каждой операции подготовки и нанесения покрытия детали нужно тщательно промывать. В гальваническую ванну не должно попадать даже следов обезжиривающих, травильных и активирующих растворов. Вода должна быть как можно меньшей жесткости, достаточно чистой, концентрация вредных примесей в промывной воде должна быть ниже предельной концентраций вредных примесей в растворах и электролитах, поэтому ее необходимо часто менять. Загрязнение промывных вод происходит за счет выноса раствора из ванн с деталями. Вынос зависит от конфигурации изделия и от самого раствора (вязкости). При промывке тонкий слой вынесенного поверхностью деталей раствора разбавляется промывной водой, как за счет конвекции, так и за счет диффузии, в результате чего происходит снижение концентрации веществ в поверхностном слое жидкости. Этот разбавленный раствор поверхностью деталей переносится в следующую технологическую ванну. Таким образом, при промывке концентрация раствора на поверхности обрабатываемых деталей снижается до величины ниже допустимой, не оказывающей влияния на работоспособность последующей технологической ванны и не сказывающейся на качестве изделий.

Для промывки используют холодную (10—25 °С), теплую (40—59 °С), и горячую (70—90 °С) воду. В соответствие с ГОСТ 9.314-90 горячая вода (выше 59°С) применяется после операций обезжиривания, травления и снятия травильного шлама в щелочных растворах, при наличии на поверхности значительного количества масел или смазок, перед химическим обезжириванием или перед одновременным обезжириванием-травлением, перед нанесением покрытий в теплых и горячих растворах, перед сушкой. Если после горячей промывки следует активация, то перед этой операцией необходимо предусмотреть промывку в холодной воде, что исключает быстрое высыхание

38

деталей после промывки в горячей воде и окисления, а также перетравливания горячей поверхности деталей в ванне активации. Теплая вода (40—59 °С) применяется после операций обезжиривания, хроматирования, травления легких сплавов, снятия шлама, анодного окисления, перед и после химического оксидирования черных и цветных металлов. В остальных случаях рекомендуется применять для промывки деталей холодную воду.

Выделяют два основных метода промывки изделий - погружной и струйный. При обработке изделий на подвесках, если на них есть щели, пазы, углубления, а также при обработке насыпью в колоколах или барабанах применяют погружной метод промывки. Если детали простой формы и они на подвесках, то применяют струйный метод промывки с помощью форсунок. Для деталей средней и сложной конфигурации, но не имеющих углублений, пазов и если они на подвесках, применяют комбинированный метод промывки, т.е. детали опускают в ванну, а затем поднимают над ванной и промывают стройно. Этот же метод используют, если детали обрабатывались в трудно смываемых растворах. Наиболее распространенным в гальванических цехах является погружной способ промывки, который может осуществляться в непроточных и проточных условиях.

Погружная непроточная промывка используется только в ваннах улавливания. Она ставится после ванны нанесения покрытия. После ванны улавливания устанавливаются ванны проточной промывки. Без последующей ванны проточной промывки одна ванна улавливания в качестве самостоятельной схемы промывки не применяется, так как в ней очень быстро накапливается предельная концентрация отмываемого компонента, и промывная вода подлежит довольно частой смене - продолжительность непроточного режима соответствует времени обработки нескольких загрузок, т.е. порядка нескольких часов.

Последовательная промывка в нескольких непроточных ваннах может использоваться в качестве самостоятельной схемы. Продолжительность непроточного периода (время работы между сменой воды) в этом случае значительно увеличивается: при промывке в двух ваннах улавливания - до нескольких суток; при промывке в трёх ваннах улавливания - до нескольких недель; при промывке в четырех ваннах улавливания - до нескольких месяцев. При промывке в проточной воде применяют три основные схемы (рис.1):

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);

39

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

Рис.1. Схемы промывок: а — одноступенчатая (одинарная), б — двухступенчатая прямоточная, в — двухступенчатая противоточная (двухкаскадная), г — трёхступенчатая противоточная (трёхкаскадная); 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 [8].

40