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

Сущность метода заключается  в ускорении коррозионного процесса повышением температуры окружающей среды и введением в атмосферу 3% раствора хлорида натрия. Распыление соляного тумана проводят в течении 15-30 минут через каждые 15-45 минут. Продолжительность испытания устанавливают в программе испытаний в соответствии с требованиями, предъявляемым к испытуемым образцам. О защитной способности покрытия судят по количеству очагов коррозии основного металла, появляющихся на 10 см длины изделия.

Метод ускоренных испытаний  в камере соляного тумана можно проводить  и для изделий, работающих в промышленной атмосфере. Солевой туман образуется распылением 3% раствора хлорида натрия при температуре 300 К или 5% раствора NaCl с добавкой уксусной кислоты до рН=3,2 при температуре 303 К. Распыление проводят в течении 15-30 минут. Продолжительность испытаний колеблется от 24 до 96 часов. О защитной способности покрытия судят по количеству очагов коррозии основного металла [2,4,6].

3. Расчет расхода воды на промывочные операции

Промывочные операции имеют  большое значение для качества покрытий и влияют на экономические показатели производства.

Для определения расхода  воды на промывку деталей пользуются формулой (по ГОСТ 9.402-2004)

,

где расход воды (л) на промывку 1 м² деталей;

       удельный вынос раствора из ванны поверхностью деталей, л/м²;

       n – количество ступеней промывки;

       критерий окончательной промывки.

Критерий окончательной  промывки это величина, которая показывает, во сколько раз следует снизить концентрацию основного компонента или раствора, выносимого поверхностью деталей, до значений, предельно допустимых в ванне промывки:

 

где концентрация основного компонента в электролите, применяемом для операции, после которой следует промывка, г/л; предельно допустимая концентрация основного компонента в воде после промывки в ней деталей, г/л.

Для определения расхода  воды на промывочные операции произведем расчет расхода воды после соответственных технологических операций:

1. Рассчитаем расход воды после первой технологической операции – одновременное обезжиривание и травление:

 

Удельный вынос раствора из ванны зависит от конфигурации изделий. Для расчетов воспользуемся ориентировочными данными, приведенными в справочном материале , где сказано, что на подвесках с выдержкой над ванной для стекания раствора не менее 6 с значение : 

Основной компонент при  одновременно обезжиривании и травлении  – кислота серная техническая (см. п. 2.1.1), следовательно  Значение определяем по табличным данным –

 

Аналогичным образом проводим расчет расхода воды после снятия травильного шлама () и декапирования (). Воспользовавшись справочными данными и данными п. 2.1.2 и п. 2.1.3, получим:

 

 

Таким образом, расход воды на промывочные операции составит:

 

4. Регенерация отработанных растворов, нейтрализация сточных вод

Сточные воды гальванического  производства содержат растворенные минеральные  кислоты (серную, соляную и др.) или  растворенные основания (едкий натр, едкий калий, гидроксид аммония  и др.), а также растворенные соля тяжелых металлов (железа, цинка, никеля и др.). Сброс этих сточных вод  в открытые водоемы или в городские  канализационные сети без соответствующей  обработки и очистки недопустим. Содержащиеся в производственных сточных  водах химические продукты имеют  значительную ценность, и их извлечение и повторное использование в  производстве может дать значительный экономический эффект. При нейтрализации сточных вод происходит удаление из них как свободных кислот и оснований, так и ионов тяжелых металлов в результате их перевода в труднорастворимые соединения. 

Нейтрализация кислых сточных  вод проводится с помощью различных  щелочных реагентов (гидроксид кальция, натрия, магния), нейтрализация щелочных сточных вод – с помощью  растворов минеральных кислот. Нейтрализацию сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов (Zn, Ni), проводят до конечной величины рН в пределах 8,0-9,5 соответственно для Zn и Ni. При нейтрализации кислых сточных вод известковым молоком, содержащим значительное количество известняка,  а также растворами соды ионы цинка и никеля осаждаются в виде основных карбонатов. Последние труднее растворяются в воде, чем соответствующие гидроксиды. Поэтому при образовании основных карбонатов происходит более полное удаление из воды ионов цинка и никеля. Нейтрализация сточных вод производится на установках непрерывного или периодического действия. В состав установки входят: усреднитель, реакционная камера (реактор), резервуары для приготовления и хранения рабочих растворов реагентов, дозировочные устройства, приборы для управления процессов очистки, отстойник для осветления обработанной воды, узел обезвоживания образующихся осадков.

Извлечение цинка.

 Комбинированный катионитно-анионитный метод очистки сточных вод от цинка имеет следующую схему: стоки пропускают через колонку, заполненную катионитом КУ-2 в Nа-форме, его регенерируют раствором хлорида натрия. Далее фильтрат направляют в колонку анионита АВ-17 в Сl-форме, в колонке цинк поглощается в виде анионного комплекса. Для регенерации аниоиитов используют воду. Цинк (в виде хлорида цинка) возвращается в производство [4].

 

 

 

3.ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

1. Выбор подвески

Назначение подвесочных  приспособлений заключается не только в создании опоры деталей в  ванне, но и в подводе к ним  тока. Размеры всех подвесочных приспособлений, независимо от их типа, выбираются так, чтобы расстояние от дна ванны (или  от металлического змеевика на дне) до нижнего края висящих на приспособлении деталей было не менее 100—200 мм, а расстояние от верхнего края деталей до зеркала раствора — не менее 50 мм. Необходимость зазора от низа подвесочного приспособления до дна вызвана опасностью взмучивания шлама со дна ванны и часто наблюдающимся снижением температуры около дна ванны при отсутствии перемешивании.

Подвесные крюки.

Подвесной крюк подвесочного приспособления рекомендуется выполнять  аналогично подвесному крюку для  анода, т. е. загнутым по трем сторонам квадрата. Преимущество такого прямоугольного крюка по сравнению с загнутым по дуге круга состоит в том, что контакт со штангой осуществляется не по одной линии или точке, а по двум, что заметно улучшает условия перехода тока.

Наиболее удобным, экономичным  и простым для изготовления материалом подвесочных приспособлений для  катодных процессов является железо (малоуглеродистая сталь). Существенным дефектом железа является его ржавление во влажном воздухе гальванического цеха. Вызванное этой коррозией повышение переходного сопротивления контактов легко устраняется предварительным покрытием всего подвесочного приспособления и, в первую очередь, его подвесных крюков каким-нибудь гальванически осажденным подходящим металлом, лучше всего никелем [7,8,9].

 

 

 

 

2. Расчет основных величин

Время τ, необходимое для  обработки деталей на данной операции технологического процесса, определяем по формуле 

                                                                                                                  (1)

где основное или технологическое время, необходимое для обработки   деталей, ч;

       вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку и выгрузку изделий, ч.

Для гальванических покрытий технологическое время определяется по формуле

                                                             

где толщина покрытия, мкм;

      плотность осаждаемого сплава, г/см³;

      электрохимический эквивалент осаждаемого сплава, мг/Кл;

      катодная плотность тока, А/дм²;

      выход по току, %.

Рассчитаем плотность  осаждаемого сплава (88% Zn+12%Ni):

 

Рассчитаем электрохимический  эквивалент осаждаемого сплава:

 

Катодная плотность тока А/дм², выход по току    для данного электролита [3].

Значения плотностей и  электрохимических эквивалентов цинка  и никеля взяты из справочного  источника [3, табл.2, табл. 14].

Рассчитаем технологическое  время:

 

Вспомогательное время  - время, в течение которого производится монтаж деталей на подвеску и демонтаж их, загрузка приспособлений с деталями в ванны и выгрузка их, переходы рабочего от ванны к ванне и т.д. Некоторые из этих операций выполняются во время работы основной ванны, поэтому вспомогательное время подразделяется на перекрываемое и неперекрываемое.

К перекрываемому вспомогательному времени относят время, в течение  которого за период работы основной ванны  выполняются некоторые операции, например: протирка деталей, изоляция, монтаж деталей на приспособление, демонтаж их. Загрузку деталей в основную ванну и выгрузку их из нее нельзя выполнять во время работы основной ванны. Поэтому время на загрузку деталей в основную ванну и выгрузку их из ванны относят к не перекрываемому вспомогательному времени. Для стационарных ванн принимается равным от 5 до 10 минут.

Примем 

Таким образом, получим, что 

 

Время, необходимое для  покрытия годовой программы  в часах, определяем по формуле

                                                                    

где годовая производственная программа в штуках загрузочных единиц, по условию =300 штук;

        время покрытия одной загрузочной единицы, ч.

 

Количество деталей П, загружаемых одновременно во все ванны, рассчитываем по формуле

                                                                      

где коэффициент, учитывающий время на подготовительные и заключительные работы,

         действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч.

Определим из уравнения:

 

где  календарный фонд времени,

       праздничные и выходные дни, 112 дней;

       часы смен, (при работе в одну смену);

      потери на планово-предупредительный ремонт,

Подставив значения в формулу (5), получим 

 

Теперь определим количество загружаемых деталей по формуле (4)

 

Количество ванн по покрытию определяем по уравнению

                                                                           

где одновременная загрузка в одну ванну, примем штуки;

      количество ванн.

 

При определении габаритов  стационарных ванн расчетным путем  внутренние ее размеры (в мм) вычисляем при помощи следующих формул:

                                                                  

где длина ванны, мм;

      количество подвесок, завешиваемых на одной штанге по длине ванны,

      размер подвесок по длине ванны, мм;

      расстояние между торцевой стенкой ванны и краем подвески, принимаем, что мм.

 

Ширина ванны W:

                         

где W – ширина ванны, мм;

       количество катодных штанг,

       размер подвески по ширине ванны, мм;

       расстояние между анодом и ближайшим краем подвески (для простых деталей – 125 мм);

       расстояние между продольной стенкой ванны и анодом (для не футерованных ванн – 150 мм);

       количество анодных штанг, 

        толщина анодов, (табличные данные).

 

Высота ванны Н:

                                                                   

где расстояние от дна ванны до нижней части подвески,

      наибольший размер подвески по высоте ванны,

      расстояние от уровня электролита до верхней части подвески, примем, что

      расстояние от поверхности электролита до борта ванны (225 мм для ванн с перемешиванием).

 

Напряжение на ванне вычисляем  по формуле 

                                  

где   - сила тока в А на ванне, определяется по формуле

                                                  

где поверхность покрываемых изделий одной загрузки с учетом поверхности подвесочных приспособлений, составляющей 5-10% от суммарной поверхности деталей, дм²

          поверхность одной загружаемой детали, дм²

          коэффициент, учитывающий потери напряжения на контактах покрываемых деталей с подвесочным приспособлением ();