Контрольные вопросы

Глава X гальванопластика

§ 34. Основные технологические операции

Гальванопластика служит для получения точных металли­ческих копий путем электроосаждения металла и применяется при изготовлении бесшовных труб сложного профиля, пресс- форм, матриц для тиснения бумаги, кожи, печатных схем, фольги, сеток, различных деталей сложного профиля, скульп­туры, медалей, ювелирных изделий и др.

Основные технологические операции в гальванопластике сводятся к следующим: 1) изготовление металлических или неметаллических форм; 2) нанесение проводящего слоя (для не­металлических форм); 3) нанесение разделительного слоя (для металлических форм); 4) электрохимическое осаждение метал­ла; 5) отделение форм от полученных копий и окончательная обработка последних.

Формой, на которую осаждают металл, может быть как копия с оригинала, так и сам оригинал. Последнее встречается очень редко из-за порчи оригинала при электроосаждении. Существуют два метода изготовления форм. Форма может быть «негативной» копией с какого-либо оригинала, тогда осажденный слой металла станет «позитивным» и будет пол­ностью соответствовать оригиналу. Во втором случае оригинал может отсутствовать, а форма готовится путем непосредствен­ной обработки материала по чертежу.

Формы изготавливаются из различных материалов: метал­лов, пластмасс, восковых композиций, гипса и т. д. Основные требования, предъявляемые к формам, — сохранять точный от­печаток оригинала и химически не взаимодействовать с электро­литом.

При использовании неметаллических форм необходимо на­нести проводящий слой. Проводящий слой получают путем хи­мического восстановления металлов из водных растворов. Разработаны способы получения пленок меди, никеля, серебра, золота и других металлов. В некоторых случаях применяют графитирование. !

При использовании металлических форм наносят раздели­тельный слой, чтобы легче отделить копию от металлической формы. Разделительными слоями могут служить пленки из окислов и солей некоторых металлов, нанесенных химическим способом. В зависимости от металла, из которого изготовлена форма, наносят сульфидные, оксидные, хроматные и другие пленки.

Для «затяжки» формы металлом по проводящему слою применяют слабокислые медные и никелевые электролиты.

§ 9. Химическое и электрохимическое полирование

Для придания блеска поверхности обрабатываемых деталей применяется химическое и электрохимическое полирование, сглаживающее микрошероховатости, предотвращающее трав­ление металла с помощью образующейся хроматной окисной пленки. Наибольший блеск поверхности достигается при мини­мальной толщине оксидной пленки, защищающей металл от травящего действия раствора. В результате полирования улуч­шается не только декоративная отделка поверхности деталей,

Рис. 6. Зависимость си­лы тока от напряжения при электрополировании

но и упругие характеристики пружинных материалов (повышается предел упруго­сти, релаксационная стойкость), элек­тромагнитные свойства электротехниче­ской стали и железо-никелевого сплава пермаллоя; уменьшается наводорожива- ние стальных электрополированных пру­жин; повышается коррозионная стой­кость. Изнашивание серебряных покры­тий, осажденных на электрополирован- ную поверхность, при механическом тре­нии уменьшается на 15—20 %.

Применяя электрохимическое полирование для чистовой обработки деталей, можно уменьшить шероховатость поверх­ности. При электрохимическом полировании обрабатываемая деталь служит анодом. При этом эффективность процесса зави­сит не только от состава электролита, режима электролиза и шероховатости, но и от величины анодной поляризации.

На рис. 6 участок кривой АБ соответствует нормальному растворению анода с теоретическим выходом по току. Скорость диффузии продуктов анодного растворения в этой области больше, чем скорость растворения. По мере приближения к точ­ке Б разница между ними уменьшается. На участке БВ ско­рость растворения становится больше скорости диффузии, что приводит к накоплению продуктов анодного растворения на по­верхности анода. В результате этого наблюдается повышение сопротивления и падение тока. Предельный ток, соответствую­щий участку ВГ, характеризует образование пассивной пленки на аноде, при этом ток остается постоянным, а напряжение падает. При достижении соответствующего напряжения на кривой ГД начинается выделение газообразного кислорода.

В зависимости от состава электролита и обрабатываемого металла электрополирование осуществляют при режимах, соот­ветствующих различным участкам кривой сила тока — напря­жение. Так, полирование меди в фосфорной кислоте ведут в режиме предельного тока и с достаточно широким диапазоном напряжения. В результате контроль за полированием меди в фосфорной кислоте удобнее осуществлять по напряжению на электролизере или по потенциалу анода_ а не по плотности тока. Полирование меди, стали, алюминия в фосфатных элек­

тролитах, содержащих хромовый ангидрид, происходит при режиме, соответствующем второму подъему кривой, и сопро­вождается выделением кислорода. Так как в этом случае про­цесс полирования осуществляется в широком диапазоне плот­ностей тока, режим электролиза контролируется по плотности тока. Электрохимическое полирование целесообразно исполь­зовать для деталей с малой шероховатостью.

Основным компонентом электролитов является ортофосфор­ная кислота. В табл. 13 приведены составы электролитов для полирования углеродистых, низколегированных и коро- зионно-стойких сталей, никеля, латуни и алюминия. Режим по­лирования следующий: анодная плотность тока —25—50 А/дм²,

Таблица 13

Состав универсальных электролитов для электрополирования (%)

Компоненты электролита	Полируемый металл
	Углеродистые сталь, никель	Коррозионно- стойкая сталь	Алюминии	Медь, латунь
Ортофосфорная кис­	65	40	40-50	70—75
лота
Серная кислота	15	40	35-45	—
Хромовый ангидрид	6	3	3-5	6-8
Вода	14	17	10-12	17—24

температура раствора — 20—40 °С для никеля и меди, а для железа и алюминия —70—80 °С; время процесса 2—10 мин.

Для электрополирования меди и алюминия рекомендуются более простые двухкомпонентные электролиты, содержащие 1000—1200 г/л Н?Р0₄ с добавкой бутанола (10—100 мл/л) или моноэтаноламина (40—50 мл/л). При электрохимическом полировании катод должен быть химически устойчив, повер­хность катода — в несколько раз больше анодной, что облег­чает регулирование процесса по напряжению.

Химическое полирование имеет не только преимущества (менее трудоемко, чем электрохимическое и механическое), но и недостатки: небольшой срок службы растворов, трудность и даже невозможность корректирования, меньший блеск по сравнению с электрохимическим. Химическое полирование при­меняется .в тех случаях, где механическое полирование затруд­нено, а поверхность детали не требует зеркального блеска (де­тали сложной формы и малых размеров).

Наиболее распространенным в промышленности раствором химического полирования является следующий состав для поли­рования меди и латуни (масс, доли, %):

^/’^МЛ^\АЛ/ЖАЛД»'\АА/1Щ/ 8

мм 42

М М I 1 42

I I 42

г Г 427

Температура раствора — 20 30 °С, продолжительность об­работки — 5—10 мин.

Для электрополирования стали предложены новые электро­литы на основе фосфорной и серной кислот с добавкой органи­ческих соединений, в качестве которых используются ингибито­ры коррозии БА-6, БА-12 и ПБ-5. Преимуществом этих электро­литов является отсутствие соединений хрома, что упрощает их корректирование. Практический интерес может иметь электро­лит следующего состава (масс, доли, %) и режима работы:

65

15

5

15

. . 25-30 . . 50-60

Фосфорная кислота

Серная кислота

Триэтаноламин

Вода

Анодная плотность тока, А/дм² . . Температура электролита, °С . . . .

Наиболее высокое качество полирования в электролитах с добавками органических соединений можно получить при обра­ботке коррозионно-стойких сталей.

В результате электрохимического полирования поверхность металла покрывается пассивирующей пленкой. Эта пленка должна быть предварительно перед нанесением гальванического покрытия удалена для обеспечения прочного сцепления покры­тия с основой. Удаление пленки осуществляется в 5 %-ном ра­створе НС1. Если электрохимическое полирование является заключительной отделочной операцией, то стальные детали, пос­ле промывки в воде, обрабатывают в течение 15—20 мин при 60—70°С в 10 %-ном растворе едкого натра. Такая обработка повышает их стойкость против коррозии.

Электрохимическое полирование меди и ее сплавов осуще­ствляется в растворах фосфорной кислоты с добавками хромо­вого ангидрида или органических соединений. Благодаря добав­лению хромового ангидрида хорошее качество полирования достигается в большом диапазоне плотностей тока, что дает воз­можность полировать почти все медные сплавы, за исключени­ем латуни ЛС59 и бронзы КМц, на поверхности которых появ­ляются матовые пятна из-за небольшого травления. Оптималь­ный состав электролита следующий: 1000—1200 г/л фосфорной кислоты и 100—150 г/л хромового ангидрида. Электролиз ве­дут при анодной плотности тока 15—50 А/дм² и температуре 18—30 °С в течение 3—10 мин. Накопление в растворе неболь­шого количества меди улучшает качество полирования, но из- за накопления ионов трехвалентного хрома усложняется работа по обезвреживанию содержащих хром промышленных стоков. К недостаткам фосфорнокислого электролита относятся боль­шой съем металла и небольшая интенсивность сглаживания микрошероховатости. Для предотвращения перетравливания и повышения интенсивности блеска поверхности металла в элект­ролит добавляют алифатические спирты, в особенности бутило­

вый и амиловый. Органические добавки не должны подвергать­ся анодному окислению или катодному восстановлению с обра­зованием продуктов, неблагоприятно сказывающихся на ходе электролиза. Рекомендуется следующий состав электролитов и режим электролизов (табл. 14).

Таблица 14

Номер раствора

Электролит для полирования меди и ее сплавов

800-1300

80-100

18—30

15—50

1000-1300

80-100

40-50

18-30

15-50

Фосфорная кислота, г/л Серная » г/л

п-Бутиловый спирт, мл/л Триэтаноламин, мл/л Температура, °С

Анодная плотность тока, А/дм^г

Контрольные вопросы

1. Каковы виды механической под­готовки поверхности деталей?

2. Чем отличаются процессы шлифо­вания и крацевания от процесса полирования?

3. Из чего изготавливаются круги при шлифовании и полировании?

4. Каким способом удаляют смазоч­ные масла с деталей?

5. В чем отличие химического обез­жиривания в щелочи от электро­химического?

6. Почему нельзя травить черные металлы в кислотах без введения добавок ингибиторов коррозии?

7. Можно ли травить медь в сер­ной кислоте?

8. Чем отличается процесс травле­ния от активации?

9. На какую штангу завешивается деталь при электрохимическом по­лировании?

10. Какие компоненты входят в со­став раствора для электрополиро­вания деталей из меди и медных сплавов?

11. В чем заключается разница хи­мического полирования от элек­трополирования?

12. В чем заключается техника безо­пасности при обезжиривании и травлении?