Разработка технологических схем для нанесения гальванических защитных покрытий и изучения их свойств

Министерство  образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Восточно-Сибирский государственный  университет технологий и управления»

(ФГБОУ ВПО «ВСГУТУ»)

Машиностроительный факультет

 

Кафедра «Металловедение  и технология обработки материалов»

 

 

  Допущен к защите:

  Заведующий кафедрой  «МТОМ»

  д.т.н., доц. Б.Д. Лыгденов

 «_____» ____________ 2013 г.

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

(Д.2404.13.201.09.0000.ПЗ)

на тему: «Разработка технологических схем для нанесения гальванических защитных покрытий и изучения их свойств»

 

                   

 

Исполнитель: студент 449 группы  очной формы обучения Доржиев  Б.А.

 

                                         

 

 

 

 

 

Дата защиты: «____»  ________________ 2013 г.

Оценка ___________   ___________________

Подписи членов комиссии:

  _____________      ____________ _ _______

  _____________       ____________________

 

                                                          Улан-Удэ, 2013

Министерство  образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Восточно-Сибирский государственный  университет технологий и управления»

(ФГБОУ ВПО «ВСГУТУ»)

Машиностроительный факультет

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

к курсовой работе  по дисциплине «Теория и технология покрытий»

 

на тему: «Разработка технологических схем для нанесения гальванических защитных покрытий и изучения их свойств»

 

 

Специальность 150108 «Порошковая  металлургия, композиционные материалы, покрытия»

(Д. 2404.13.201.09.0000.ПЗ)

 

 

Автор работы студент 449 группы  очной формы обучения  Доржиев  Б.А.

_______       ___________________

"____" __________ 2013 г.

 

Руководитель работы д.т.н., доц. Лыгденов Б.Д.

_________  _________________

"____" __________ 2013 г.

 

Дата защиты "______" _______________ 2013 г.

Подписи членов комиссии:

_____________      ____________ _ _______

_____________       ____________________

 

Улан-Удэ, 2013

 

Восточно-Сибирский государственный  университет технологий и управления

Машиностроительный факультет

Кафедра «Металловедение  и технология обработки материалов»

 

       Утверждаю:

      Зав. кафедрой  «МТОМ»

      д.т.н., доц.  Б.Д. Лыгденов

      «_____» ____________ 201 ___ г.

 

ЗАДАНИЕ

 

По подготовке курсового  проекта  (КП) студенту  449 группы Б.А. Доржиеву

1. Тема КР: Разработка технологических схем для нанесения гальванических защитных покрытий и изучения их свойств.  
2. Срок сдачи студентом законченной КП: «     »                                     201     г.

 

3. Получение цинк-никелевых покрытий на трубах диаметром 12 мм, длиной 3 м, используемых для изготовления тормозных и топливных систем автомобилей.

 

4. Дата выдачи задания: «        »                                        201     г.

 

5. Руководитель ____________________      _____ Б.Д. Лыгденов________

       (подпись)                    (И.О. Фамилия)

Задание принял к исполнению

студент _________________________      _____ Б.А. Доржиев ________

   (подпись)                       (И.О. Фамилия)

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….……………...5

    ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

1.  НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЯ  И ВЫБОР ЕГО ТОЛЩИНЫ…….………..6

2.  РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА………….………..8

     2.1 Технологический процесс………………….…………………………….8

           2.1.1 Обезжиривание и травление…………………………….………...9

  2.1.2 Промывка………………………………...………………..……….9

  2.1.3 Снятие травильного  шлама……………………………….………10

  2.1.4 Активация (декапирование)………………………………..……..10

  2.1.5 Нанесение покрытия………………………………………..……..11

  2.1.3 Сушка……………………………………………………….………13

     2.2 Методы контроля  качества покрытия……….....………………………15

           2.2.1 Методы контроля толщины покрытий………………….……….15

           2.2.2 Методы контроля прочности сцепления покрытий…….……....16

           2.2.3 Методы контроля пористости покрытий……………….……….16

           2.2.4 Методы контроля пластичности покрытий……………….…….17

           2.2.5 Методы контроля защитных свойств покрытий………….…….17

     2.3 Расчет расхода  воды на промывочные операции……….……….……18

     2.4 Регенерация  отработанных растворов, нейтрализация сточных вод...19

    ПРАКТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ………………………………………………….23

     3.1 Выбор подвески……………………………………………………….....23

     3.2 Расчет основных  величин……………………………………………….24

4. ИЗУЧЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ  ПОКРЫТИЯ……………………...26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….31

ЛИТЕРАТУРА……………………………….…………………………………..32

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Применение гальванических (металлических) покрытий является одним  из наиболее распространенных методов  защиты изделий от коррозии в машиностроении. Качество металлических покрытий во многом определяет качество изделий, их долговечность, работоспособность  и надежность в эксплуатации. Гальванические покрытия служат не только средством  защиты от коррозии, но также и способом повышения износостойкости деталей, электропроводности и других важнейших свойств поверхности.

Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко применяют цинковое. В последние годы в связи с возросшими экологическими требованиями особенно актуальным стал поиск покрытий из сплавов на основе цинка, обладающих в 3-10 раз большей коррозионной стойкостью по сравнению с цинковыми нелегированными покрытиями, способных служить альтернативой токсичным кадмиевым покрытиям.

Одним из способов повышения  коррозионной стойкости и улучшения  физико-механических свойств цинковых покрытий является легирование их различными металлами. Легированные цинковые покрытия состоят из коррозионностойких сплавов на основе цинка, которые в процессе эксплуатации покрываются устойчивыми защитными пленками сложного состава. В связи с этим коррозионная стойкость легированных цинковых покрытий значительно выше, чем нелегированных.

В последние годы в мировой  практике все большее распространение получают процессы цинкования труб в легированном расплаве цинка. При этом чаще всего в качестве легирующих элементов используют Мg, Ni, Аl, Тi. [1]

 

 

 

1.НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЯ И ВЫБОР ЕГО ТОЛЩИНЫ

Надежность и долговечность  работы машин и механизмов во многом определяются эффективностью защиты металлических  поверхностей от коррозии. В связи  с бурным развитием автомобилестроения возникла необходимость в долговременной защите труб, которые используются в тормозных и топливных системах автомобилей. В мировой практике для этих целей нашли широкое  применение металлические покрытия, и в первую очередь цинковое. Легирование  цинковых покрытий другими металлами  позволяет значительно улучшить их свойства – защитную способность, механическую прочность, способность  к свариванию, окрашиванию лакокрасочными материалами.

По сравнению с чистым цинком цинк-никелевые покрытия обладают значительно большей коррозионной стойкостью, что обосновывает выбор его для нанесения на трубы, используемые для изготовления тормозных и топливных систем автомобилей. В Японии цинк-никелевые покрытия труб стали широко применяться с 1982 года.

Состав и свойства автомобильных  топлив определяют скорость коррозионного  поражения системы питания автомобиля. Коррозионная агрессивность автомобильных  топлив зависит, главным образом, от количества содержащихся сернистых  соединений и их строения. Наибольшее влияние на скорость коррозии оказывают  сероводород и элементарная сера.

В настоящее время наиболее широко используют тормозные жидкости на гликолевой основе. Наличие водной фазы в таких жидкостях создает  благоприятные условия для возникновения  и протекания коррозионных процессов. Жидкости на гликолевой основе являются довольно коррозионно-агрессивными по отношению к другим металлам и сплавам.

Вода в топливе способствует образованию шламов, которые в летний период приводят к засорению трубопроводов, фильтров двигателя, затрудняет запуск двигателя, а в зимнее время может привести к образованию кристаллов льда, из-за чего возможно прекращение подачи топлива в двигатель. Исследования состава и коррозионной агрессивности водных отстоев показало, что одним из наиболее коррозионно-агрессивных компонентов примесей, содержащихся в отстоях, являются ионы хлора, присутствующие в количествах вполне достаточных, чтобы вызвать коррозионное поражение топливных ёмкостей.

Выбор толщины наносимого цинк-никелевого покрытия проводится согласно ГОСТ 9.303-84. Толщина покрытия, равная 6 мкм, обеспечивает необходимую степень защиты труб, используемых для изготовления тормозных и топливных систем автомобилей при их эксплуатации и долгосрочной службе.

При оптимальной степени  легирования (10-15% Ni) однофазные (γ-фаза) покрытия сплавом Zn-Ni обладают в 3-10 раз большей коррозионной стойкостью по сравнению с цинковыми нелегированными покрытиями и являются самыми коррозионноустойчивыми среди сплавов на основе металлов подсемейства железа. Микротвердость покрытий Zn-Ni при 72-88% Zn – 330 кг/мм², что примерно вдвое выше твердости цинковых покрытий [2].

Итак, для защиты труб, используемых для топливной и тормозной систем автомобилей, наносим цинк-никелевое покрытие (88% Zn+12%Ni) толщиной 6 мкм [2,3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

При выборе способа и электролита  для получения цинк-никелевого покрытия руководствуются требованиями, предъявляемыми к покрытию по равномерности, декоративности, чистоте, твердости, величинам внутренних напряжений и пластичности. Определяющими факторами являются также скорость осаждения, зависящая от средней катодной плотности тока, выхода по току и рассеивающей способности электролита. Большое влияние на качество покрытия оказывает  подготовка поверхности.

 

1. Технологический процесс

Перед электролитическим цинкованием обычно применяются химические и электрохимические методы подготовки поверхности (обезжиривание, травление, декапирование) и очень редко – механические (шлифование, полирование, галтовки).

Тщательная подготовка поверхности  является основным условием получения  качественного покрытия. Наличие  на поверхности покрываемого металла  жировых и оксидных пленок уменьшает  силу взаимодействия покрытия с основным металлом, что препятствует их хорошему сцеплению. По своему характеру и  прочности связи с основным металлом все загрязнения делятся на два  вида:

1. загрязнения, не связанные химически с основным металлом – масла, эмульсии, механическая пыль;
2. загрязнения, представляющие собой результат химического взаимодействия метало с окружающей средой – оксиды, соли и другие продукты коррозии.

Первый вид загрязнений  обычно удаляют путем обезжиривания, чаще всего в щелочных растворах, второй – травлением в растворах кислот [1].

 

 

 

2.1.1 Обезжиривание и травление

Целесообразно применять  одновременное травление и обезжиривание, что достигается добавлением  в травильный раствор синтанола ДС-10 или сульфанола НП-3.

Рекомендуемый состав для  одновременного травления и обезжиривания, г/л:

кислота серная техническая                               150-250

ингибитор КИ-1                                                  3-5

синтанол ДС-10 или сульфанол НП-3                3-5

Минеральные масла и смазки плохо удаляются при нормальной температуре. Повышение температуры  интенсифицирует процесс удаления жиров, но одновременно ускоряет процесс  травления. При наличии на металле  жировой пленки и окалины травление  может происходить неравномерно, что скажется на внешнем виде поверхности  металла. В предложенном составе  для одновременного травлении и  обезжиривания температуру можно  повышать до 60 ⁰С. В нем хорошо удаляются с поверхности металла штамповочные и консервационные смазки, минеральные масла.  Продолжительность обработки  не должна быть длительной во избежание наводораживания металла. Одновременное обезжиривание и травление может осуществляться в стационарных ваннах и струйным методом. На поверхности деталей при травлении образуется и удерживается  шлам, который не растворяется и плохо смывается при последующей промывке в воде [3].