Очистка сточных вод

В электролиты для  никелирования, приготовленные на основе сернокислого никеля, с целью повышения  электропроводности иногда добавляют сернокислый натрий и сернокислый магний. Проводимость растворов сернокислого натрия выше, но в присутствии сернокислого магния получаются более мягкие, светлые и легко полируемые осадки никеля.

В качестве буферного  соединения, препятствующего быстрому изменению кислотности электролита, обычно применяют борную кислоту. Органические кислоты (лимонная, винная, уксусная) и их соли в настоящее время используются в качестве буфера довольно редко и лишь в специальных случаях.

Для облегчения растворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия или калия. За рубежом для этой цели широко используется хлористый никель.

       Для  получения непосредственно из  ванн блестящих осадков в электролит  вводят специальные добавки —  блескообразователи. В настоящее время для никелирования известно огромное количество блескообразователей как органического, так и неорганического происхождения, но большинство их ухудшает физико-механические и коррозионные свойства никелевых покрытий, способствуют питтингообразованию.

      Некоторые  блескообразователи способствуют  повышению толщины осадков в микро углублениях катодной поверхности, приводя к выравниванию или сглаживанию микро профиля поверхности. Вещества, способствующие этому, называют выравнивающими добавками.

Ряд соединений, в особенности понижающих поверхностное натяжение никелевых растворов, способствует подавлению питтинга в электролитах никелирования.

В отечественной промышленности применяют довольно много электролитов блестящего никелирования. Возможность получения блестящих покрытий непосредственно из ванны весьма желательна. Применение ванн для блестящего никелирования значительно сокращает число производственных операций и намного упрощает задачу автоматизации отделочных операций. Блестящий никель может наноситься на детали со сложным профилем, не поддающиеся механическому полированию. Осадки блестящего никеля обладают способностью в значительной мере сглаживать мелкие неровности на деталях, остающиеся после механической обработки. Поэтому даже из-под резца с нанесенным на них слоем блестящего никеля имеют хороший декоративный вид.

Следует подчеркнуть, что  ни один процесс нанесения гальванических покрытий не требует такой тщательной подготовки поверхности деталей  и строгого соблюдения режима, как  никелирование. Никелевые ванны весьма чувствительны ко всякого рода загрязнениям, поэтому на чистоту исходных реактивов следует обращать особое внимание.

 

 

 

2.6.2. ВЫБОР ЭЛЕКТРОЛИТА  НИКЕЛИРОВАНИЯ

 

       Блестящее  никелирование сокращает расход  никеля и устраняет опасность  прополировывания покрытия на  кромках и ребрах изделия Электролиты для блестящего никелирования, помимо основных компонентов — сульфата  никеля,   борной кислоты и хлоридов-—должны содержать специальные добавки (блескообразователи), которые коренным образом меняют процесс электрокристаллизации никеля, позволяя получать его блестящим в слоях достаточной толщины поверх блестящей и матовой поверхности. Ввод блескообразователей дают лучший эффект при повышенной   плотности   тока,    в    связи   с   чем    основные компоненты также вводятся в повышенной концентрации, а именно содержание никеля доводят до 60—100 г/л, хлоридов не менее  10 г/л, а в некоторых случаях до 68 г/л. Борная кислота должна быть введена в количестве, не меньше 38 г/л. При таких условиях предупреждается легкий загар  на участках с повышенной плотностью тока. Высокая концентрация борной кислоты благоприятствует получению пластичных и хорошо сцепленных покрытий.

          По одной из принятых классификаций блескообразующие добавки делятся на два класса: первый — слабые блескообразователи, второй — сильные блескообразователи.

Слабые блескообразователи позволяют получать блестящие покрытия только на полированной поверхности, их блеск обратно пропорционален толщине. Они не влияют на катодную поляризацию. К ним относятся уротропин, паратолуолсульфамид, сахарин,  хлорамин Б и др.

Сильные блескообразователи способствуют получению блеска не только на полированной, но и на матовой поверхности, причем блеск не зависит от толщины покрытий. Они повышают катодную поляризацию и выравнивают микрорельеф, но ухудшают механические свойства осадков. К ним относятся кумарин, тиомочевина, 1,4-бутиндиол и др.

       При совместном  действии добавок 1-го и 2-го  классов осадки получаются пластичными  с равномерным блеском. Блескообразователи 1-го класса являются в таких случаях пластичными добавками. Для реализации их положительных свойств важна такая комбинация блескообразователей, при которой добавки 2-го класса не подавляют адсорбции на катоде добавок 1-го класса.      

        Следует отметить, что большинство блескообразующих  и смачивающих   добавок   являются   сульфосоединениями.   Во   время электроосаждения в результате ряда превращений образуется сульфамид никеля. Содержание серы в осадках неблагоприятно сказывается на механических и коррозионных свойствах осадков.

          На свойства никелевых покрытий  влияет также режим работы. Увеличение температуры и плотности тока в заданных пределах способствует уменьшению внутреннего напряжения и увеличению блеска покрытий. Оптимальной считается температура 50—60 °С. Все электролиты требуют перемешивания, непрерывного фильтрования  и  селективной  очистки.

          Электроосаждение никеля из растворов простых солей имеет ряд особенностей по сравнению с другими металлами. Разряд ионов металла протекает при высокой катодной поляризации и низком перенапряжении водорода,  что создает определенные трудности,  так  как  на  катоде одновременно  с  металлом  выделяется  водород:

 

                                       Ni²⁺+mH₂O + 2е -> Ni + nН₂О;

              

          Ионы никеля в электролите  окружены оболочкой из дипольных  молекул воды. В двойном электрическом  слое часть молекул воды отрывается. Дегидратация последних молекул  воды требует затрат энергии, что проявляется ростом перенапряжения, называемого химической поляризацией. При этом равновесный потенциал никеля даже при малых плотностях тока становится отрицательным. При низких значениях рН (ниже 1—2) никель почти не осаждается и на катоде выделяется водород. По мере увеличения рН потенциал выделения водорода становится более отрицательным и на катоде создаются условия для совместного выделения водорода и никеля. При этом доля выделения водорода тем меньше, чем выше рН. При высоких значениях рН вести осаждение, никеля нельзя, так как начинается гидролиз. Продукты гидролиза (оксид и гидроксид никеля), внедряясь в покрытие, способствуют удержанию пузырьков водорода на поверхности катода, поэтому осажденный никель становится пористым, шероховатым и темным. При очень высоких значениях рН невооруженным глазом можно заметить на деталях зеленый осадок нерастворимых солей  никеля.

          Для никелирования характерно  явление, называемое питтингом.  Пузырьки газообразного водорода  задерживаются на катодной поверхности, и в этих местах становится невозможным дальнейший разряд никеля. Никель начинает разряжаться около пузырьков. На покрытии возникают поры, и оно теряет защитные и декоративные свойства Прилипанию пузырьков к катоду способствуют все вещества, которые увеличивают поверхностное натяжение. Сильное влияние могут оказать гидроксиды и органические соединения, а также продукты их разложения и даже пыль.

          Наиболее эффективно использование  в качестве анодов плоских  рам из полосового титана со стенками из перфорированной пластмассы. В такие рамы помещают кусочки никеля, что позволяет увеличить активную поверхность анодов и способствует их более полному использованию. Все аноды, в том числе и рамы, следует помещать в чехлы из ткани «хлорин» или «бельтинг», предварительно обработанные в 2—10 %-ном растворе НС1; аноды предварительно следует зачистить стальными щетками от шлама.

 

 

              2.6.3.ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА НИКЕЛИРОВАНИЯ

 

Для нанесения никелевого покрытия на медные детали проектом предлагается электролит следующего состава:

Никель сернокислый   66 г/л

Никель хлористый   12 г/л

Кислота борная             40 г/л

Температура процесса   55-60ºС

Катодная плотность тока   3 А/дм²

Выход по току    95-98%

рН                                                      4,4-4,8 

 

В емкости для приготовления  электролита при постоянном перемешивании  полностью растворяют следующие  компоненты в указанной последовательности: борная кислота, сульфат никеля, хлорид никеля. Затем вмешивают 0,4кг активированного угля в виде порошка, типа Filterkohle Schering N, на 100л приготовляемого электролита. Минимум через 30 минут раствор фильтруют в рабочую ванну и доливают обессоленной воды до нужного объема.Если рН ниже 4,0 то его доводят до заданного путем простой проработки приблезительно при 3А/дм². Затем в ванну никелирования вводят  необходимое количество добавок и перемешивают. Добавки следующего типа:

 

Таблица 2.2.  Добавки.

Название  добавки	Функция	Количество,г/л
Glanzkorrrkturlosung Ni konz	Основная блескообразующая  добавка	3
Формальдегид	Улучшает глянец	0,2
Glanzzusatz	Улучшает рассеивающую способность	0,35
Netzmittel	Смачивающее средство против пористости и питтинга.	1

 

 

 

2.6.4.АНОДЫ

 

Электролитный никель или S-Nickel Rounds в анодных корзинах из титана. При применении титановых анодных корзин следить за тем, чтобы напряжение не превышало 10В, иначе повредиться титан. Никелевые аноды или анодные корзины следует обернуть в мешочки из полипропиленовой ткани. При работе с S-никелем требуется 2 анодных мешочка на корзину, чтобы избежать шероховатости поверхности из-за попадания механического загрязнения.

 

 

 

 

 

 

2.6.5.ВРЕДНЫЕ  ПРИМЕСИ

 

Примеси вызывают образование  хрупких растрескивающихся осадков. Вредными примесями в никелевом электролите являются, прежде всего, соли всех металлов, которые осаждаются на катоде при более положительном потенциале, чем никель.  Наиболее вредными для электролита являются: медь, мышьяк, сурьма, свинец. В присутствии меди осадки получаются шероховатыми; примеси цинка вызывают появление темных и даже черных полос. При наличии даже небольших примесей свинца образуется темное, чешуйчатое покрытие, которое легко осыпается. Вредно так же присутствие солей железа(+3), которые подвергаются гидролизу при более низком значении pН, чем соли никеля. Такие осадки имеют повышенную хрупкость, растрескиваются и отслаиваются с поверхности катода. Из анионов наиболее вредными является NO₃, способствующий отслаиванию покрытий. Такие электролиты непригодны к эксплуатации. Азотная кислота попадает в электролит при недостаточной промывке деталей после травления. Органические соединения вызывают образование питтинга, хрупкость и шероховатость покрытий.

 Для удаления и устранения питтинга в электролит при температуре 50—60 °С вводят Н₂О₂ и интенсивно перемешивают ее сжатым воздухом для окисления Fe²⁺ до Fe^s+, который при рН 6,0 выпадает в результате гидролиза в виде Fe(OH)₃ в осадок. С осадком удаляются адсорбированные на нем органические соединения. Удаление меди производят при рН 2,5—3, прорабатывая электролит током при напряжении 0,8—1,0 В и плотности тока 0,1— 0,2 А/дм² со «случайными» катодами. Быстрое и полное удаление происходит при фильтровании электролита через слой порошкообразного металлического никеля за счет контактного выделения меди. Цинк осаждают добавлением 0,01 г/л взмученного мела или гашеной извести до рН 6,1—6,3, интенсивно перемешивая электролит.

 

Таблица 2.3.Неполадки при никелировании и способы их устранения.

Загрязнение	Критическая  концентрация        (мг/л)	Вид дефекта	Устранение
железо	выше 10	Шероховатость или пористые включения Fe(OH) 3	Комплексообразование  лимонной и винной кислотами (0,05 – 0.1г/л)
	выше 1000	Хрупкое покрытие Выравнивание хуже	0,3 – 1,0 Н2О2 ( 30%-ая) и фильтрция при рН выше 5,0
медь	10-20	Темные до черных в  виде сажи покрытия в областях низкой плотности тока	Селективная чистка
цинк	20-40	Темные вуалевые,  при высоких концентрациях  полосатые хрупкие покрытия	Селективная чистка
Хром (6+)	5	Плохое рассеивание  и плохая адгезия Сr(ОН) 3 ведут к шероховатости	Восстановление перекисью 0,3-1,0 мл/л Восстановление при  помощи NaHSO3 (порции по 0,025г/л) Проработка с небольшим  катодом при высокой плотности  тока, по возможности при рН 5,0
Кальций	500	Из-за кристаллизации пористость и шероховатость	Добавление 0,5-1,0 г/л фторида  натрия и фильтрация