Блестящее никелирование

  2.4 Подготовительные операции

 

         2.4.1 Механическая подготовка

 

  В соответствии с технологией изготовления детали, на поверхности нет механических загрязнений, заусёнков, царапин, рисок. Поверхность детали сравнительно ровная. Имеются лишь оксидные пленки естественного происхождения и не большие жировые загрязнения. Поэтому в технологии не предусматривается механическая обработка детали.  

 

        2.4.2 Обезжиривание /1/, /2/

 

  Все операции, которым подвергаются детали, до поступления в гальванический цех, оставляют следы на их поверхности в виде различных загрязнений. Незначительные загрязнения и жировые пленки,  толщиной даже в тысячные доли микрометра, резко снижают прочность сцепления покрытия с основным металлом. От качества очистки поверхности в значительной мере зависит качество гальванических покрытий

 

        2.4.2.1 Химическое обезжиривание /1/, /10/

 

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

Из производственной практики и  по литературным сведениям известно большое количество растворов для  обезжиривания металлов. Все они, независимо от своего назначения, содержат химические соединения, выполняющие определенные функции, необходимые для высокого качества обезжиривания.

Вещества, входящие в обезжиривающий раствор, должны быть способны нейтрализовать жирные кислоты, а также они не должны вызывать коррозию металла и должны легко удаляться при промывке водой. В большей степени этим требованиям соответствуют силикаты и фосфаты щелочных металлов, в меньшей едкий и углекислый натрий (калий). Фосфаты, за счёт образования комплексов с солями кальция и магния, способствуют уменьшению жёсткости воды, обладают высокими диспергирующими свойствами. Образуются также комплексные соединения с ионами железа. Кроме этого, фосфаты улучшают моющую способность растворов и их склонность к пенообразованию. Благодаря суспензирующему и пептизирующему действию загрязнения в растворе удерживаются в мелкодисперсной фазе, что предотвращает их повторное осаждение на поверхность деталей.

Усовершенствование технологии очистки  поверхности деталей в гальваническом производстве идет по пути применения новых обезжиривающих средств, интенсификации и повышения качества обезжиривания. Одним из перспективных направлений можно считать применение водных растворов на основе ПАВ.

Введение в щелочные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) усиливает их эмульгирующее действие и тем самым активное влияние на минеральные жировые загрязнения. Кроме того, введение в обезжиривающий раствор ПАВ позволяет уменьшить концентрацию других компонентов и одновременно повысить скорость очистки деталей от загрязнений. Эффективность их действия возрастает, если раствор содержит щелочные соли или несколько ПАВ.

 

 

 

 

        2.4.2.2 Электрохимическое обезжиривание  /4/, /5/

 

Электрохимическое обезжиривание  производят особо тщательно, так  как даже незначительные загрязнения  и тончайшие  жировые  пленки, оставшиеся на поверхности детали, могут быть причиной дефектных покрытий. Механизм процесса электрохимического обезжиривания сводится, в основном, к эмульгированию жиров выделяющимися пузырьками водорода на катоде и кислорода на аноде. При погружении металла в щелочной раствор наблюдается разрыв масляной пленки и собирание ее в капельки под действием сил поверхностного натяжения.    При поляризации металла краевые углы смачивания образующихся капелек уменьшаются, и прилипание масляной пленки к поверхности металла ослабевает, а смачиваемость водой увеличивается. Мелкие газовые пузырьки, отрываясь от электродов, около капли масла, задерживаются на последней и остаются на границе между маслом и раствором. По мере увеличения размеров газовых пузырьков за счет включения в них новых порций газа масляные капли вытягиваются, силы сцепления их с поверхностью металла уменьшаются при уменьшении краевых углов и увлекаемые газовыми пузырьками они всплывают на поверхность раствора. Процесс электрохимического обезжиривания можно вести и на катоде и на аноде. В курсовой работе применяется электрохимическое обезжиривание только на аноде. Это позволяет исключить наводораживание деталей.

Этот способ является более эффективным  методом очистки  поверхности, чем  химическое обезжиривание, так как выделяющиеся на поверхности деталей пузырьки кислорода способствует отрыву жировых частиц и других загрязнений. Скорость обезжиривания на аноде меньше, чем на катоде. Это объясняется  тем, что в прианодном пространстве не происходит защелачивания электролита, вследствие чего процесс омыления растительных и животных жиров у анода происходит медленнее. Кроме того, объем выделяющегося при электролизе кислорода меньше объема водорода, а пузырьки кислорода больше пузырьков водорода и меньше задерживаются на поверхности капелек масла, а поэтому удаление масла с поверхности происходит мене интенсивно. Однако процесс катодного обезжиривания  сопровождается наводораживанием стальных деталей. В качестве второго электрода при анодном обезжиривании применяют сталь (катод).

  Растворы, используемые для электрохимического обезжиривания, содержат в основном те же компоненты, что и растворы, применяемые при химической очистке. Назначение компонентов аналогичное. Подбирая состав электролита, следует принять меры для получения высокой электропроводности, что позволит увеличить плотность тока на ванне, снизить напряжение, уменьшить затраты электроэнергии. Следует также учитывать его  эмульгирующую и смачивающую способность, а также воздействие на материал катода. Электропроводность растворов солей уменьшается в ряду NaOH → Na₂SiO₃ → Na₂CO₃ →фосфаты. Эмульгирующая способность возрастает в ряду NaOH→ Na₂CO₃ →фосфаты→ силикаты. Увеличение температуры ускоряет процесс очистки и, кроме того, повышает электропроводность раствора.

 

Состав электролита для электрохимического обезжиривания:

     едкий натр, г/л ………………………………………….. ..5-15

       тринатрийфосфат, г/л ……………………………………..30-40

       карбонат натрия, г/л………………………………………..20-25

       температура, ⁰С…………………………………………….40-60 

       плотность тока, А/дм²……………………………………...3-8

 

 

 

 

 

2.4.3 Травление /7/

     

     Травление-процесс удаления  продуктов коррозии и оксидных  соединений с поверхности металла путем растворения их в кислотах и растворах щелочей. Обычно пленка оксидных соединений или других продуктов коррозии образуется на поверхности металла под действием окружающей среды. В зависимости от природы металла это могут быть соединения железа, меди, цинка, алюминия и др. Оксидная пленка может появляться также в результате предварительной обработки металла, например, поверхность стали после термической обработки покрывается толстым слоем окалины. Тонкая пленка на поверхности деталей препятствует нанесению гальванического покрытия. Химическое травление проводят после обезжиривания деталей путем погружения их в травильный раствор. Травление поверхностей металлов может осуществляться электрохимическим способом на катоде или на аноде. Катодное травление основано на электрохимическом восстановлении оксидов железа и отделении их от основы выделяющимся в большом количестве водородом. Следует учитывать возможность наводораживания изделий, поэтому для коррозионно-стойких сталей этот способ не применим. Анодное травление заключается в электрохимическом растворении металла и механическом отрыве оксидов железа пузырьками кислорода. В этом случае может происходить сильное перетравливание поверхности и образования язв, шероховатости, а также уменьшение размеров детали. Однако, чем выше плотность тока, тем меньше проявляются эти дефекты. Таки образом, катодное травление целесообразно применять в тех случаях, когда требуется сохранить точные размеры детали или когда после термообработки остается толстый слой окалины, а другие методы обработки (химическое травление, дробеструйная обработка) неэффективны. Анодное травление наиболее распространено при очистке деталей перед покрытием другими металлами, т.к. обеспечивает более прочное сцепление с основой за счет возникающей шероховатости поверхности во время травления на аноде.

     Так как  деталь проекта изготовлена методом штамповки, то на поверхности нет окалины и ржавчины, деталь покрыта тонким слоем смазки. Поэтому нецелесообразно применять операцию травления.

 

2.4.4 Активация

 

  Активация - обязательная операция, предназначенная для удаления тончайших оксидных пленок с поверхности деталей и выявления структуры металла основы. Активацию проводят непосредственно перед нанесением металлопокрытия. Активирование проводят в разбавленных растворах кислот преимущественно при комнатной температуре в течение короткого времени (от нескольких секунд до 2-3 минут), чтобы избежать заметного травления металла и образования шлама на его поверхности. Замедлители травления при активации не применяются. Стальные детали выдерживают в соляной (50-150 г/л) или серной (50-100 г/л) кислоте или в смеси, содержащей по 30-50 г/л каждой из кислот в течение 0,1-2,0 минут при комнатной температуре. В растворе серной кислоты наряду с оксидами растворяется металл детали, что менее характерно для растворов соляной кислоты. В серной кислоте возможна также сорбция черными металлами атомарного водорода, выделяющегося во время активации, что приводит к наводораживанию и, как следствие, повышению хрупкости черного металла.

 

   На основании выше сказанного для активации детали (пряжка) рекомендуется использовать раствор состава:  

                           

   кислота соляная НСl d=1,19 г/л.....................................100-150

   температура, °С     ............................................................15-25

   время, с..............................................................................60-120.

  2.5 Заключительные операции

        

      2.5.1. Промывка  /1/, /2/, /8/, /9/

 

       Промывочные операции имеют большое влияние на качество покрытий и влияют на экологические показатели производства.

        Назначение  промывок – удаление с поверхности  деталей растворов и продуктов реакции, образовавшихся  от предыдущих операций, с тем, чтобы в последующую ванну не вносить примеси других веществ./2/

Промывку можно производить: в  холодной воде (температура не нормируется), в теплой воде (температура 40-60°С) и  в горячей воде (80-90°С).

Большую роль играет не только количество применяемой воды для промывок, но и её качество. Для промывочных  операций рекомендуется применять водопроводную (питьевую) воду, требования к которой определяются ГОСТ Р 51232-98. Плохая промывка приводит к необходимости повторения всего технологического процесса. Повышенное содержание ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ может вызвать образование пятен на поверхности покрытия./8/ Наиболее вредными в воде являются примеси ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ , бикарбонаты, сульфаты, хлориды, нитраты. При нагреве воды растворимость солей кальция будет уменьшаться, а при испарении воды соли будут образовывать шлам./9/

С теоретической точки зрения подводить к промываемой детали абсолютно чистую (не содержащую смываемых веществ) воду невозможно, так как при первом же соприкосновении с деталью в нее перейдет какое-то количество этих веществ, но практически это в достаточной степени осуществимо при промывке сильной струей воды, не используемой повторно. Однако этот способ, помимо некоторых технических неудобств (например, плохой промывки углублений), обладает существенным недостатком - колоссальным расходом воды, что при теперешней ее нехватке в большинстве промышленных городов всего мира является недопустимым расточительством, а необходимость после использования очищать эту воду перед спуском в водоемы вызывает дополнительные расходы и технические затруднения. Вот почему сейчас все чаще используется метод каскадной противоточной промывки, основанный на давно применяемом в химической промышленности принципе встречного движения растворяемого вещества и растворителя. Осуществляется это так: устанавливается две (редко три) промывные ванны, свежая вода поступает сначала в первую ванну, из нее переливается во вторую и оттуда уходит в канализацию, а детали с пленкой адсорбированного раствора промываются сначала во второй ванне, затем в первой. Следовательно, детали, несущие пленку концентрированного раствора, сначала промываются более загрязненной водой, а по мере разбавления этой пленки встречаются с более чистой водой, что позволяет поддерживать все время  достаточно большую разность концентраций загрязнений  между пленкой на детали и подаваемой водой и очень существенно уменьшить расход воды. Две ванны занимают больше места, чем одна, но их можно делать меньшего размера. Объем воды, окружающий детали, играет в этом случае меньшую роль, а чем меньше объем ванны, тем при данном расходе вода в ней быстрее обновляется, что положительно влияет на качество промывки.

Расход воды зависит от производительности линии, конфигурации изделий, способа загрузки изделий, схемы промывки и показателя степени промывки

При промывке в проточной воде после технологической ванны применяют три основные схемы, показанные на рисунке 2.2.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 – Схемы промывки

 

а)  Одноступенчатая промывка в  одной (одинарной) ванне;

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

в) Каскадная противоточная (многоступенчатая) промывка.

 

Все промывки осуществляются погружением изделий в ванны  с водой при непрерывном перемешивании сжатым воздухом. Перемешивание не проводится при промывке после операций активации и никелирования, так как возможно окисление кислородом воздуха.