WWW.NEW.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Онлайн ресурсы
 

«по дисциплине «Функциональная гальванотехника» Направление 240100 (18.03.01) Химическая технология Профиль (направленность) Технология электрохимических производств и ...»

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

по дисциплине

«Функциональная гальванотехника»

Направление 240100 (18.03.01) Химическая технология

Профиль (направленность) Технология электрохимических производств и защита от коррозии в нефтегазовом комплексе

1 Методические рекомендации

для студентов по организации

самостоятельной работы

Дисциплина «Функциональная гальванотехника» относится к специальной дисциплине, знание которой необходимо для выполнения проектной и научно-исследовательской работы, прохождения производственнотехнологической практики, является одной из основ для выполнения выпускной квалификационной работы .

Целью освоения дисциплины «Функциональная гальванотехника» является формирование знаний о закономерностях нанесения металлических покрытий электрохимическим способом; способах придания им заданных свойств; областях применения гальванических покрытий; методах контроля качества гальванических покрытий .

Для освоения данной дисциплины студент должен иметь знания и навыки, полученные при изучении курсов «Теоретическая электрохимия»

(Б3.В.ОД.2), «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

(Б3.В.ОД.3), «Основы электрохимических технологий» (Б3.В.ДВ.2.1) и «Приборы и методы электрохимических измерений» (Б3.В.ДВ.2.2) .

2. Требования к уровню подготовки студента по дисциплине

В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать свойства и области использования защитных, защитнодекоративных, функциональных химико-гальванических покрытий, базовые технологии их нанесения; теоретические основы технологических операций и методов обработки и исследования поверхности; параметры и методы контроля качества покрытий;

уметь выбрать и обосновать вид покрытия и его толщину для конкретных условий эксплуатации; выбирать тип электролита в зависимости требований к качеству и свойствам покрытия; выбирать вид подготовительных и заключительных операций в зависимости от материала детали, чистоты поверхности, степени её загрязнённости, наличия оксидных плёнок на поверхности детали; анализировать качество покрытий, находить причину бра-ка и способы его устранения .

владеть методами определения основных показателей качества покрытий: толщина, пористость, микротвердость, защитная способность и прочее;

методиками расчета основных показателей процессов химической и электрохимической обработки поверхности .

3. Содержание дисциплины Дисциплина «Функциональная гальванотехника» изучается в течение одного семестра, при этом общая трудоемкость дисциплины состоит из аудиторных занятий (лекции и практические и лабораторные занятия) и самостоятельной работы студента. Итоговым контролем является зачет, перед которым студенты обязательно должны пройти промежуточный рейтинговый контроль и успешно защитить отчеты по проделанным лабораторным работам .

Раздел 1. Теоретические основы гальванотехники Введение Цель и задачи курса “Функциональная гальванотехника” .

Назначение и виды электрохимических покрытий. Способы нанесения покрытий. Классификация покрытий. Требования, предъявляемые современной тех-никой к специальным свойствам покрытий (физико-механическим, физическим, физикохимическим) .

Особенности образования электролитических осадков Общая характеристика фазовых превращений. Фазовые превращения в электрохимических процессах (зарождение новой фазы, развитие кристаллической фазы, закономерности образования двух- и трехмерных зародышей, роль микроструктуры и дефектов поверхности в процессах электрокристаллизации) .

Влияние различных факторов на процессы катодного выделения металлов: роль природы металла и состава раствора в кинетике электро-химического выделения металлов. Природа металлического перенапряжения. Факторы, определяющие величину поляризации при катодном осаждении различных металлов .

Влияние природы основного компонента электролита (простые и комплексные электролиты), электропроводящих, буферных и поверхностно-активных добавок на кинетику и механизм электроосаждения металлов. Влияние режима электролиза (плотности катодного тока, температуры раствора и перемешивания) на структуру электроосажденных металлов. Применение различных режимов электролиза для улучшения качества электролитических покрытий. Факторы, способствующие образованию мелкокристаллической структуры .

Раздел 2. Функциональные гальванические покрытия Основные свойства и области применения гальванических покрытий Медные покрытия .

Цинковые покрытия. Кадмиевые покрытия. Никелевые покрытия. Хромовые покрытия. Оловянные покрытия. Золотые и серебряные покрытия. Покрытие сплавами .

Функциональные свойства гальванических покрытий Электрические свойства покрытий. Электрическая проводимость покрытий. Переходное (контактное) сопротивление покрытий. Механические свойства покрытий. Твердость покрытий. Износостойкость покрытий. Пористость покрытий. Коррозионная стойкость и защитная способность покрытий. Многослойные покрытия .

Раздел 3. Технологические вопросы нанечсения гальванических покрытий Технология нанесения покрытий Выбор, приготовление и работоспособность электролитов .

Понятие о макро- и микрорассеивающей способности. Факторы, влияющие на макрорассеивающую способность (краевой эффект, электрохимические и геометрические факторы). Первичное и вторичное распределение тока. Распределение металла. Кроющая способность. Способы получения равномерных покрытий .

Аноды. Оборудование гальванических производств. Общие указания к расчету количества оборудования. Расчет стационарных ванн для покрытия деталей на подвесках. Расчет оборудования для покрытия мелких деталей в насыпном виде (в барабанах, колоколах и пр.). Расчет барабанов. Расчет колокольных ванн .

Расчет габаритов гальванической линии .

Технологическая схема нанесения покрытий Механическая подготовка перед покрытием. Требования к качеству поверхности. Определение шероховатости поверхности. Обезжиривание. Назначение обезжиривания. Химические и электрохимические методы. Применяемые растворители и их свойства. Ультразвуковая очистка. Кавитация. Травление поверхности. Химическое травление, составы растворов. Катодное и анодное травление. Активирование поверхности. Промывка. Сушка Контроль качества покрытий Методы контроля внешнего вида покрытий. Методы контроля толщины покрытия. Методы контроля пористости. Методы контроля прочности сцепления с покрываемой поверхностью. Оценка защитных свойств покрытия .

4. Общие сведения о самостоятельной работе студентов (СРС)

Самостоятельная работа студентов включает в себя:

- изучение теоретических вопросов дисциплины по конспекту лекций и рекомендуемой литературе и практическое их применение при решении задач;

- подготовка к практическим занятиям;

- подготовка к лабораторным занятиям;

- сдача зачета по дисциплине .

Самостоятельная работа с книгой Приступая к изучению курса «Функциональная гальванотехника», прежде всего необходимо ознакомиться с программой курса, т.е. с содержанием дисциплины. Изучать дисциплину рекомендуется по отдельным темам, начиная с проработки основной литературы, а затем воспользоваться дополнительной литературой. Для лучшего усвоения изучаемого материала необходимо иметь рабочую тетрадь, в которую следует вносить формулировки законов, основные понятия, новые термины и названия, математическое выражение законов, формулы, уравнения реакции и т.п. Полезно также составить краткий конспект изучаемого раздела, который пригодится при повторении перед зачетом. Пока не усвоен тот или иной раздел, переходить к изучению новых разделов не следует .

Практические занятия Решение задач по изучаемым темам способствует более прочному усвоению материала. Решение типовых задач приведено в методических указаниях .

Лабораторный практикум Выполнение лабораторных работ способствует укреплению знаний, развивает у студента самостоятельность и прививает практические навыки. Подготовка и выполнение лабораторных работ проводится по учебным и методическим указаниям. После выполнения лабораторного практикума студент должен предъявить отчет по выполненным лабораторным работам, которые предусмотрены учебным планом. Во время сдачи отчета студент обязан уметь изложить ход проведения лабораторных опытов, объяснить результаты эксперимента, произвести необходимые расчеты .

Лекции По важнейшим и наиболее трудным разделам курса студентам читают лекции в течение семестра по расписанию занятий .

Зачет К сдаче зачета допускаются только те студенты, которые выполнили практические работы, все лабораторные работы и предъявили отчеты по ним, а так же набрали необходимые минимальные рейтинговые баллы (начисляются за посещение лекционных занятий, посещение и выполнение практических занятий, выполнение лабораторных работ и защиту отчетов по ним, прохождение промежуточного контроля). При сдаче зачета студент предъявляет преподавателю зачетную книжку и краткие формулировки ответов на полученные вопросы .

2 Учебно-методические материалы

2.1 Лекции Электрохимические покрытия металлами и сплавами .

Электрохимические (гальванические) покрытия металлами и сплавами – один из основных видов электрохимических процессов, широко используемых в машиностроении, приборостроении, ювелирной промышленности, микроэлектронике и др. Области и разновидности использования различных процессов настолько широки и разнообразны, что нет возможности подробно рассмотреть их в одном учебном пособии. Поэтому ниже будут приведены только несколько основных примеров таких процессов – железнение, хромирование и меднение. С технологическими процессами покрытия другими металлами и сплавами можно ознакомиться в специальной литературе .

Вместе с тем, для этих процессов существуют общие особенности, составляющие их теоретическую основу, которая будет рассмотрена ниже .

Два метода нанесения покрытий при электролизе Все методы нанесения покрытий можно условно разделить на две группы методов: химические и электрохимические. Несмотря на то, что первая группа формально к электрохимическим методам не относится, в основе этих процессов лежат электрохимические реакции, методы управления которыми также можно анализировать в этом разделе .

Несмотря на то, что при использовании этого метода необходимость в источнике тока отсутствует, он по существу является электрохимическим, поскольку скорость реакции будет определяться величиной достигаемой плотности тока iк, которая будет в свою очередь зависеть от скорости электрохимического окисления восстановителя (кривая 2), а, следовательно, от его концентрации, температуры раствора и наличия катализатора .

Необходимым условием осаждения металла на поверхность подложки, а не его выделение в объеме раствора, является создание на ней центров кристаллизации. Для этого поверхность перед покрытием металлом активируется (в частности покрывается специальным раствором активатора) .

Преимуществом этого процесса является не только отсутствие необходимости использования дополнительного источника тока, но и возможность осаждения на неметаллические (непроводящие) поверхности, например пластмассы, керамику и т.д .

В случае электрохимических методов осаждения металлов необходимости в восстановителе нет (его роль играет источник тока). Осаждение происходит при плотности тока iк, которую можно достичь только с использованием источника тока, т.е. поляризуя обрабатываемый электрод при постоянном токе (iк) или (что реже) поддерживая при постоянном потенциале (который в данном случае уже не имеет смысла стационарного). В дальнейшем будут рассматриваться технологические процессы только этой группы методов. Конкретные описания технологий химического (безэлектролизного) нанесения металлических покрытий можно найти в специальной литературе .

Назначение металлических покрытий металлами и сплавами

Электрохимические металлические покрытия широко используются с целью:

получения на поверхности металла слоев, имеющих специальные функциональные свойства (например, повышение износостойкости для трущихся поверхностей);

получение декоративных покрытий;

в ремонтном производстве (восстановление деталей машин);

защиты от коррозии;

получения металлических порошков;

применения в электронике и микроэлектронике (нанесения контактов, получения микроэлектронных схем и т.д.) .

Использование металлических покрытий постоянно расширяется вследствие открытия все новых возможностей их применения. Наиболее широкие возможности использования у электрохимических покрытий, так как при их получении имеются дополнительные методы управления свойствами покрытий вследствие изменения тока или потенциала электрода .

Управление свойствами и размерами покрытий Указанные выше преимущества управления свойствами покрытий можно в общем виде продемонстрировать, если рассмотреть зависимость скорости восстановления от потенциала, представленную на рис. 5.1 .

Электролитическое осаждение металлов из растворов, содержащих его простые гидратированные ионы можно осуществить различным путем (рис .

5.1). Если осуществлять процесс при рабочей плотности тока i, то можно получить на поверхности металла плотный, хорошо сцепленный с основой осадок. Изменяя рабочую плотность тока i в пределах, схематически представленных на рис 5.1, можно регулировать не только скорость осаждения, но и в известной мере структуру осадка, поскольку она зависит от потенциала электрода, который будет меняться в пределах, а также от плотности тока, так как скорость процесса определяет скорость образования зародышей и многие особенности кристаллизации .

i 1 i''раб

–  –  –

ние будет происходить иначе. При этом, как правило, образуются мелкокристаллические порошки .

Таким образом, знание величин предельных токов, которые, как правило, являются катодными предельными токами, имеющими диффузионную природу (их достижение определяется скоростью ионного массопереноса в растворе, см .

раздел I). Повышение iпр (а, следовательно, увеличение скорости осаждения) достигается увеличением концентрации, повышением температуры и скорости перемешивания. Кажется очевидным, что все эти факторы являются определяющими для повышения скорости электроосаждения, поскольку позволяют повысить рабочую плотность тока i (рис. 5.1) .

' Структура покрытий, а, следовательно, их физико-механические свойства зависят от потенциала электроосаждения. Потенциал осаждения можно изменять в широких пределах, изменяя состав раствора. В частности, для этого широко используются растворы комплексообразователей, например, цианидные растворы. В этом случае зависимости скорости электроосаждения от потенциала может определяться кривой 2 на рис. 9.2 .

Очень часто электроосаждение идет с выходом по току, отличающимся от 100%. Одной из основных побочных реакций является реакция восстановления иона гидроксония до газообразного водорода .

Достигаемая плотность тока (с учетом выхода по току) определяет скорость электроосаждения, а, следовательно, задаваемую толщину покрытий. При этом следует учитывать, что, как правило, на поверхности электрода имеет место распределение локальных плотностей тока (а, следовательно, неравномерность толщины покрытия). Методы повышения равномерности (рассеивающей способности электролитов) рассмотрены в лекции 2 настоящего раздела .

Как правило, электролиты для электроосаждения содержат ряд различных компонентов, играющих свою роль в процессе, а не только источник металлических ионов для осадка. Некоторые из них играют роль буферирующих добавок, обеспечивая поддержание pH, другие служат для повышения электропроводности, а, следовательно, уменьшения напряжения на электролитической ванне, третьи играют роль катализатора электроосаждения. Очень часто применяются блескообразующие добавки, в качестве которых используются различные органические (специально разработанные для каждого конкретного случая) добавки .

Хромирование .

Свойства и области применения хромовых покрытий Хромирование является одним из наиболее распространенных и имеющих большое значение гальванических процессов. Хромовые покрытия в отношении их функционального применения являются одними из наиболее универсальных. Хромовые покрытия повышают твердость и износостойкость поверхности изделий, инструмента и их применяют для восстановления изношенных деталей .

Хромирование получило широкое применение в промышленности для повышения твердости и сопротивления механическому износу таких изделий, как измерительный и режущий инструменты, валы, оси и цилиндры двигателей, лопатки водяных и паровых турбин. Большой эффект дает хромирование штампов и матриц при изготовлении различных изделий из пластических масс .

В ряду напряжений хром стоит в ряду электроотрицательных металлов, но вследствие сильно выраженной способности к пассивированию, он приобретает свойства благородных металлов и показывает высокую стойкость против коррозии в атмосферных условиях и многих химических средах. Связано это с наличием на его поверхности пассивирующей пленки оксидной природы, которая при малейшем повреждении легко восстанавливается. Защитное действие ее сохраняется при повышенной температуре, что позволяет использовать хромирование для защиты от окисления деталей, эксплуатирующихся при температуре до 700 – 800С .

Электролитическое хромирование широко применяется для защиты от коррозии и с целью декоративной отделки поверхности деталей. Хромовые покрытия, являясь химически стойкими, отличаются пористостью, вследствие наводораживания, и в связи с этим, хромовое покрытие, нанесенное непосредственно на поверхность стали (без подслоек) не обеспечивает надежной защиты от коррозии. Поэтому перед хромированием для уменьшения пористости и повышения защитной способности хрома наносят подслой меди или никеля или тройное покрытие медь – никель – хром .

В некоторых случаях пористость хромовых покрытий используется для увеличения срока службы трущихся изделий, требующих постоянной смазки .

Пористое хромовое покрытие впитывает смазочный материал, обеспечивая тем самым смазку без непрерывной подачи ее извне .

Некоторые особенности процесса хромирования Электрохимические осадки хрома можно получать из растворов как трехтак и шестивалентных соединений хрома. В промышленности применяют пока только шестивалентные соединения хрома – раствор хромовых кислот, в которых металл находится в виде анионов CrO42, HCrO4 и Cr2O72. Основой электролитов хромирования является хромовая кислота с добавкой активирующих ионов, большей частью SO42 .

Электроосаждение хрома из раствора хромовой кислоты является одним из наиболее сложных процессов в гальваностегии. Он имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с выделением многих других металлов: высокий отрицательный потенциал восстановления хромат-ионов, низкий выход по току (15 – 30 % в зависимости от t и ik), высокие плотности тока, обязательное присутствие в растворе некоторых посторонних анионов, необходимость применения нерастворимых анодов, очень низкая (отрицательная) рассеивающая способность электролита .

С повышением концентрации основного компонента электролита – хромовой кислоты – выход по току заметно снижается; в других гальванических процессах выход по току в большей или меньшей степени повышается по мере увеличения концентрации соли осаждающегося металла. С повышением температуры хромового электролита выход по току резко понижается, в большинстве других процессов выход по току повышается по мере повышения температуры .

С повышением плотности тока выход по току значительно повышается .

Все эти особенности связаны с составом применяемого электролита и с процессами, протекающими на электродах при прохождении через систему электрического тока .

При электролизе в электролитах хромирования на катоде одновременно идут реакции восстановления шестивалентных ионов хрома до низшей валентности, выделение осадка металла, разряд ионов водорода. Хотя механизм восстановления ионов хрома является предметом многих исследований, чрезвычайная сложность явлений, сопровождающих процесс хромирования, не позволяет пока считать решение этого вопроса окончательным .

Большинство исследователей связывает восстановление хромовой кислоты с образованием на катоде фазовой пассивирующей пленки, при наличии которой потенциал значительно смещается в сторону отрицательных значений, достигая потенциала восстановления ионов хрома до металла. При этом большое влияние оказывает присутствие в растворе посторонних анионов .

Получение качественных осадков хрома возможно лишь при наличии в электролите активирующих ионов SO42, F-, SiF62, которые служат активаторами процесса. Выделения хрома без добавок не происходит из-за пассивации катода, на котором выделяется только водород .

В зависимости от потенциала меняется как характер, так и скорость электрохимических реакций. Последнее иллюстрируется поляризационными кривыми, полученными потенциостатическим методом в растворе хромовой кислоты (250 г/л CrО3) без добавок и с добавкой 2,5 г/л H2SO4 при 18С Рассматривая роль в этих процессах ионов-активаторов полагают, что они ограничивают образование на металле пленки оксидной природы, которая понижает его реакционную способность, и открывают таким путем возможность протекания реакции при более отрицательном значении потенциала, характерным для выделения осадка хрома. Предполагается также, что в присутствии могут образовываться сульфатно-хроматные комплексы, более склонные к SO4 катодному восстановлению, чем хромовая кислота в отсутствие добавки .

Отмечается, что сульфат-ионы и другие посторонние анионы могут рассматриваться как катализаторы, которые могут образовывать с хромат-ионами и положительным золем гидроокиси хрома промежуточные химические соединения, восстановление которых на катоде облегчается из-за их адсорбированного состояния (катодная пленка) .

Электролиты и режимы электролиза .

Основным компонентом хромового электролита является хромовый ангидрид, анионы SO42, F-, SiF62. Концентрацию хромовой кислоты можно изменять в широких пределах от 50 до 500 г/л и даже 600 г/л, поддерживая постоянным соотношение CrO3: H2SO4 = 100:1. При большем относительном содержании сульфат-иона заметно уменьшается рассеивающая способность электролита хромирования. Эта величина может несколько изменяться в зависимости от природы введенных активирующих добавок и режима электролиза. Значительные отклонения от оптимального значения сопровождаются падением выхода металла по току и увеличением доли тока, затрачиваемого на реакции выделения водорода и восстановления Cr3+ до ионов меньшей валентности. С повышением концентрации хромовой кислоты в растворе, содержащем сульфатионы, выход по току хрома снижается; в присутствии фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислот он достигает максимума при более высоких концентрациях CrO3, затем снова снижается .

Кроме хромовой кислоты и серной кислоты в электролите должны содержаться соединения трехвалентного хрома. Трехвалентный хром образуется в результате неполного восстановления шестивалентного хрома, для чего электролит предварительно прорабатывают постоянным током при низкой катодной и высокой анодной плотности. В присутствии небольшого количества Cr3+ несколько улучшается рассеивающая способность электролита, но избыток его ухудшает качество хромовых покрытий. Допустимое содержание Cr3+ составляет 1 – 2% .

Промышленные электролиты подразделяются на три группы, различающиеся по концентрации хромата: разбавленные (100 – 170 г/л CrO3), средние или универсальные (200 – 250 г/л CrO3) и концентрированные (340 – 350 г/л CrO3) .

Разбавленные электролиты характеризуются наибольшей рассеивающей способностью и выходом металла по току (16 – 18%), высокой твердостью получаемых покрытий. Наряду с этим, их стойкость против коррозии относительно невысока, а степень наводораживания металла выше, чем в универсальном .

В универсальном электролите в широком диапазоне режимов электролиза можно получить как блестящие, так и твердые износостойкие покрытия. Это обстоятельство определило его широкое разностороннее применение. Выход металла по току составляет 12 – 15% .

Концентрированные растворы более устойчивы по составу в процессе эксплуатации. Они отличаются малым выходом по току (8 – 10%), низкой рассеивающей способностью, невысокой твердостью получаемых покрытий. Их можно использовать для декоративного хромирования деталей сложной конфигурации. Однако широкого применения в производстве они не нашли как из-за указанных выше недостатков, так и из-за больших потерь хроматов при промывке хромированных деталей и затрат на обезвреживание промышленных стоков .

Усовершенствование электролитов хромирования с целью улучшения их эксплуатационных характеристик и свойств покрытий связано с введением в раствор активирующих ионов (фторидов, кремнефторидов) или легирующих металлов (кадмия, стронция, молибдена). Для поддержания требуемой концентрации в электролите ионов SO42 вводят сульфат стронция. Эта труднорастворимая соль, частично оставаясь на дне ванны, играет роль донора сульфатионов, постепенно отдавая их в раствор .

Практическое применение получил раствор хромового ангидрида (250 – 300 г/л) с добавками H2SO4 и 20 г/л K2SiF6 при 50 – 70С и ik = (40 - 70)·102 А/дм2 (0,4 – 0,7 А/см2). Сернокислый стронций и кремнефтористоводородный калий имеют ограниченную растворимость в хромовой кислоте. Поэтому при наличии этих солей в избытке (в виде ионов твердой фазы) нужная концентрация анионов SO42 в электролите сохраняется более постоянной в процессе работы ванны и в случае ее снижения со временем восстанавливается автоматически. Такой электролит называется саморегулирующимся. В этом электролите выход хрома по току мало зависит от изменения плотности тока и температуры, что позволяет его применять для хромирования с получением деталей определенных размеров – так называемое размерное хромирование. Для получения твердых износостойких осадков используют электролит, содержащий (г/л): 250

– 350 CrO3, 18 – 20 K2SiF6, 5,5 - 6,5 SrSO4 при t = 55 – 65С и i = 50 – 100 А/дм2 (0,5 – 1 А/см2) .

Одним из наименее агрессивных, работающих при комнатной температуре, является тетрахроматный электролит, в котором часть хромовой кислоты нейтрализована гидроксидом натрия. Предполагается, что при этом образуется тетрахромат натрия .

Существенным преимуществом тетрахроматного электролита являются:

возможность вести электролиз при 18 – 25С, сравнительно высокие выходы по току – 30 – 40% и рассеивающая способность около 30%. Покрытия формируются малопористые, что указывает на их хорошие защитные свойства. Тетрахроматный электролит целесообразно использовать для хромирования деталей сложной конфигурации и получения антикоррозионных покрытий .

Тетрахроматный электролит имеет следующий состав (г/л): 350 – 400 CrO3, 50 – 60 NaOH, 2,5 - 2,7 H2SO4, 10 - 15 Cr3+ (в пересчете на Cr2O3). Электролиз ведут при t = 18С, ik = 10 – 70 А/дм2 (0,1 – 0,7 А/см2) .

Физико-механические свойства хромовых покрытий Внешний вид и свойства осадков хрома, получаемых в указанных электролитах, связаны с температурой и плотностью тока, при которых ведут электролиз (рис.11.3) Блестящие покрытия формируются при 45 – 65С и плотности тока 40 – 80 А/дм2. Они отличаются высокой твердостью, хорошим декоративным видом. Молочные осадки получают при сравнительно невысокой плотности тока – 20 – 35 А/дм2, но повышенной температуре – 65 – 75С. Твердость их ниже, чем блестящих, но выше пластичность, заметно меньше пористость и, следовательно, лучше защитная способность. Последнее обстоятельство говорит о возможности применения их для защиты деталей от коррозии. В таких случаях целесообразно двухслойное хромирование, когда на первый, основной по толщине слой хрома осаждают более тонкое блестящее покрытие. Матовые светло-серого цвета хрупкие осадки формируются при 25 – 35С в широком диапазоне плотностей тока. Рабочие диапазоны формирования покрытий указанных видов изменяются с составом электролита .

Износостойкость хромовых покрытий, полученных из универсального ‘электролита возрастает при повышении температуры и, пройдя через максимум при 55 – 65С, снижается до минимума при 75С. Для осадков, полученных из разбавленного электролита, максимум износостойкости смещается в область более высоких температур .

Между твердостью и износостойкостью нет прямой зависимости. Твердость и износостойкость хромовых осадков, полученных до плотности тока 60·А/дм2 (0,6 А/см2) возрастает. При более высоких плотностях тока твердость осадков продолжает возрастать, а коэффициент износостойкости уменьшается .

Аноды При хромировании нецелесообразно применять растворимые аноды (из металлического хрома). Это объясняется тем, что хром растворяется на аноде с большим выходом по току, чем осаждается на катоде, и переходит в раствор в виде ионов различной валентности. Кроме того, хромовые аноды хрупкие и с трудом поддаются механической обработке, а, следовательно, им не всегда можно придать нужную форму. Вследствие этого применяют нерастворимые аноды, преимущественно из свинца или его сплавов, которые наиболее стойки в саморегулирующемся электролите .

На нерастворимых анодах происходит выделение кислорода и окисление 3+ Cr. В процессе электролиза их поверхность покрывается слоем перекиси свинца PbO2, которая является катализатором процесса окисления трехвалентного хрома, а также защищает свинец от дальнейшего разрушения. При определенном соотношении анодной и катодной плотностей тока можно установить равновесие, при котором на аноде окисляется такое же количество трехвалентного хрома, какое попадает в электролит из катодной зоны. Чем больше анодная поверхность (и, следовательно, чем меньше анодная плотность тока), тем с большим выходом по току окисляется трехвалентный хром. В нормально работающих ваннах рекомендуют поддерживать соотношение анодной поверхности к катодной в пределах от 1:2 до 2:3 .

Для поддержания требуемой концентрации хромовой кислоты в ванну периодически добавляют хромовый ангидрид и корректируют ее по содержанию посторонних анионов, согласно данным анализа .

Меднение Область применения Электролитическое меднение получило распространение в гальваностегии и в гальванопластике. Медные гальванические покрытия применяют в основном как промежуточные компоненты многослойных систем на изделиях из стали, цинка, цинковых и алюминиевых сплавов перед нанесением никелевого, хромового и других видов покрытий для улучшения сцепления и повышения их защитной способности .

В гальваностегии медные покрытия применяют для защиты стальных изделий от цементации, увеличения электропроводности поверхностного слоя, улучшения их паяемости .

Для защиты от коррозии стали и цинковых сплавов в атмосферных условиях медные покрытия небольшой толщины (10 – 20 мкм) не пригодны, т.к. в порах покрытия разрушение основного элемента ускоряется, кроме того, медь легко окисляется на воздухе, особенно при нагревании. Под действием сернистого газа поверхность ее окрашивается в темный (от коричневого до черного) цвет. Под действием угольной кислоты или хлористых соединений, находящихся в атмосфере или жидких средах, поверхность меди покрывается основными или хлористыми солями меди. Медное покрытие без последующей обработки (оксидирования, сульфидирования) и нанесения других коррозионностойких покрытий непригодно для декоративной обработки поверхности. В ряде случаев применяют медные покрытия, которые подвергаются оксидированию – окрашиванию в различные цвета .

В гальванопластике медные отложения получили широкое применение для изготовления металлических копий с металлических и неметаллических оригиналов при изготовлении барельефов, волноводов, труб, матриц .

Сравнительная характеристика медных электролитов .

Электролиты меднения можно разделить на две основные группы: кислые (сернокислые, борфтористоводородные) и сложные комплексные электролиты, имеющие преимущественно щелочную реакцию, в которых медь присутствует в виде отрицательно или положительно заряженных комплексных ионов .

Кислые электролиты просты и устойчивы по составу, позволяют работать при высоких плотностях тока, повышенных температурах. Медь выделяется при положительных значениях потенциалов, катодная поляризация не превышает 50 – 60 мВ. Осадки меди из кислых электролитов крупнокристаллические, но достаточно плотные .

Недостатком кислых электролитов является плохая рассеивающая способность и невозможность непосредственного меднения в них стали, цинковых сплавов .

При погружении в кислый электролит меднения эти металлы контактно вытесняют медь в виде пористого, плохо сцепленного с основой осадка. Поэтому перед меднением из кислых электролитов на поверхность стальных изделий предварительно наносят плотный слой меди, толщиной ~1 – 2 мкм из цианистых растворов, или слой никеля из обычного кислого электролита. Изделия из цинка и цинкового сплава, как правило, покрывают медью только из цинкового сплава .

Из комплексных щелочных электролитов наибольшее распространение получили цианистые электролиты. В цианистом электролите используется одновалентная медь, находящаяся врастворе в виде комплексных анионов типа [Cu(CN)n](n-1)-, для восстановления которых требуется повышенная катодная поляризация. Константа нестойкости этого комплекса K = [Cu+] [CN-]n / [[Cu(CN)n](n-1)-] очень мала, значения ее колеблются от 10-24 до 5·10-31 в зависимости от концентрации свободного цианида. В связи с этим равновесный потенциал меди в цианистых растворах значительно ( на 1 В и больше) сдвинут в сторону электроотрицательных значений. В отсутствие высокого отрицательного значения потенциала меди в цианистых растворах контактного вытеснения ее железом не происходит .

Выход металла по току в цианистых электролитах меньше, чем в кислых растворах и, в отличие от последних, снижается с повышением тока. Это, а также высокая катодная поляризуемость, обеспечивает хорошую равномерность распределения металла по катодной поверхности .

Вследствие высокой катодной поляризации осадки меди из цианистых растворов имеют мелкозернистую структуру. Цианистые электролиты являются токсичными, неустойчивыми по составу, вследствие карбонизации свободного цианида под действием угольной кислоты .

Для замены цианистых электролитов разработаны нетоксичные растворы других комплексных солей меди (пирофосфатные, аммиакатные, щавелевокислые, роданистые, тиосульфатные, триполифосфатные и др.) .

Наибольшего внимания заслуживают пирофосфатные электролиты. Они безвредны, просты и устойчивы по составу. Медь выделяется из пирофосфатных электролитов при повышенной катодной поляризации в виде плотных мелкокристаллических и относительно равномерных по толщине осадков. По рассеивающей способности они близки к цианистым .

Хорошие мелкозернистые осадки с более равномерным распределением по толщине, чем в кислых электролитах, получаются из аммиачных, этилендиаминовых и полиэтиленполиаминовых электролитов. Однако первые недостаточно устойчивы вследствие летучести аммиака, этилендиаминовые и полиэтиленполиаминовые небезвредны и относительно дороги .

Сернокислый электролит меднения .

Основными компонентами сернокислых электролитов являются сернокислая медь и серная кислота. Обычно применяемые для меднения сернокислые электролиты – это 1,2 н раствор сернокислой меди в серной кислоте. В таком растворе медь находится в виде двухвалентных ионов. В электролите в присутствии металлической меди наряду с ионами Cu2+ в растворе находятся в незначительном количестве также и одновалентные ионы меди, появление которых возможно по реакции Cu + Cu2+ = 2Cu+, которая интенсивно идет при меньшем содержании серной кислоты .

Кроме того, при недостаточной кислотности может происходить гидролиз соли одновалентного металла с выпадением гидрооксида или оксида меди(I) в виде мелких взвешенных частиц Cu2SO4 + H2O Cu2O + H2SO4. Присутствие в электролите избыточного количества ионов одновалентной меди неблагоприятно сказывается на качестве покрытия - оно получается темным, шероховатым. При оптимальной кислотности и участии кислорода воздуха происходит окисление сернокислой соли меди(I) за счет кислорода воздуха и серной кислоты, особенно при применении воздушного перемешивания .

2Cu2SО4 + O2 + 2H2SO4 4CuSO4 + H2O При этом происходит уменьшение концентрации серной кислоты и обогащение раствора сернокислой медью .

Таким образом, кислота в электролите меднения необходима прежде всего для предупреждения накопления одновалентной меди и гидролиза закисной меди, отрицательно влияющей на качество осадка. Кроме того, в присутствии серной кислоты увеличивается электропроводность раствора и уменьшается активность ионов меди, что способствует повышению катодной поляризации и образованию на катоде мелкозернистых осадков. Оптимальная концентрация серной кислоты в электролите меднения составляет 1 – 1,5 г-экв/л .

Концентрацию сернокислой меди выбирают в соответствии с принятыми плотностями тока и концентрацией серной кислоты в ванне. Практически применяют растворы, содержащие 200 – 250 г/л CuSO4·5H2O .

Электродные процессы, главным образом, заключаются в разряде двухвалентных ионов на катоде и ионизации меди на аноде. Предполагается, что разряд двухвалентных ионов меди в сернокислом электролите протекает в две стадии по схеме:

Cu2+ + e Cu+ Cu+ + e Cu При некоторых условиях электролиза наряду с выделением металлической меди катодный процесс протекает с образованием в растворе одновалентных ионов Cu+ вследствие неполного восстановления двухвалентных ионов .

Это вызывает снижение выхода меди на катоде, что происходит в большей степени, чем ниже плотность тока и выше температура Наибольшее применение находят электролиты, содержащие 150 – 250 г/л CuSO4 ·5H2O и 50 – 70 г/л H2SO4. Электролиз ведут при t = 80 – 40 С и плотности тока ik = 0,5 – 2 А/дм2. Введение в сульфатный электролит 8 – 10 мл/л этилового спирта способствует предотвращению образования ионов одновалентной меди. Плотность тока при меднении может быть повышена до 3 – 4 А/дм 2, если электролит перемешивать очищенным сжатым воздухом или перемещением катодных штанг. Вследствие этих мер повышается катодная предельная плотность тока. Несмотря на высокую кислотность электролита, выделения водорода на катоде не происходит вплоть до предельного тока диффузии ионов меди.

Это объясняется тем, что при данных условиях потенциалы выделения меди имеют более положительные значения, чем потенциалы выделения водорода (нормальные потенциалы окислительно-восстановительных реакций:

Cu/Cu+ = +0,51 B; Cu/Cu2+ = +0,33 B; Cu+/Cu2+ - +0,15 B) .

Кроме двух основных компонентов: CuSO4 и H2SO4 в сернокислый электролит меднения вводят в небольшом количестве органические вещества, обладающие поверхностно-активными свойствами .

Для повышения равномерности покрытий при нанесении их на детали сложной конфигурации используют электролиты с повышенной концентрацией серной кислоты. Электролиты такого типа содержат 90 – 110 г/л CuSO45H2O и 100 – 150 г/л H2SO4 .

Борфтористоводородные электролиты В тех случаях, когда на детали требуется осаждать покрытия большей толщины, для уменьшения продолжительности электролиза целесообразно использовать борфторидные или кремнефторидные электролиты. Благодаря большой растворимости в них солей меди и получению таким путем высококонцентрированных растворов, становится возможным применение при электролизе повышенной плотности тока. Наибольшее практическое применение находит раствор состава (г/л): 200 – 250 Cu(BF4)2, 10 – 20 HBF4, 20 – 30 H3PO3;

pH = 1,3 – 1,7, ik = 2 – 10 А/дм2; t = 18 – 30C. Толщина покрытия достигает более 0,5 мм .

Цианистые электролиты Комплексные щелочные цианидные электролиты отличаются простотой состава, наибольшей среди электролитов меднения рассеивающей и кроющей способностью, в них формируются мелкокристаллические, малопористые осадки .

Основой таких электролитов является комплексная цианистая соль меди и цианид калия или натрия. Другие компоненты вводят с целью повышения стабильности растворов и увеличения рабочего диапазона плотностей тока .

Медь находится в растворе в одновалентной форме и в присутствии даже небольшого количества свободного цианида образует соединение типа Na2[Cu(CN)3] или K2[Cu(CN)3]. Основным комплексным ионом, разряжающимся на катоде, является [Cu(CN)2]2Cu(CN)2]2- + 2 e Cu + 2CN- .

Процесс цианидного меднения идет с высокой катодной поляризацией, которая объясняется диффузионными ограничениями (концентрационное перенапряжение) и затруднениями разряда ионов. Катодное перенапряжение возрастает с повышением концентрации свободного цианида и уменьшением содержания меди в растворе. Это обстоятельство благоприятно сказывается на рассеивающей способности электролита, но одновременно приводит к снижению выхода металла по току и допустимой плотности тока .

Для нормального хода процесса необходимо поддерживать определенное соотношение концентрации в растворе основных компонентов. Минимальное содержание свободного цианида должно быть таким, чтобы обеспечить устойчивость комплексного соединения меди в электролите, предотвратить пассивацию анодов и тем самым создать условия для нормального растворения. Чем больше концентрация свободного цианида и меньше концентрация меди в растворе, тем значительнее катодная поляризация, тем в большей степени уменьшается катодный выход металла по току с повышением плотности тока и, следовательно, тем равномернее по толщине осадки .

Практика показала, что содержание цианида меди в электролите следует поддерживать в пределах 25 – 30 г/л, свободного цианида калия 5 – 15 г/л .

При повышенной температуре электролита, а также при высоких плотностях тока избыток свободного цианида в медной цианистой ванне должен быть в 2 – 2,5 раза меньше обычного. Во избежание пассивирования анодов в электролит вводят сегнетову соль – KNaC4H4O6·4H2O до 60 г/л .

В цианистом электролите всегда присутствуют углекислые соли натрия или калия, которые образуются вследствие взаимодействия свободного цианида с углекислотой воздуха. Для повышения электропроводимости раствора и торможения реакции карбонизации цианида угольной кислотой из воздуха вводят небольшое количество гидроксида щелочного металла. Накопление карбонатов до определенной концентрации несколько повышает рассеивающую способность электролита и качество покрытий, так что иногда карбонаты калия или натрия добавляют в приготавливаемый раствор, в особенности, если он работает при повышенных плотностях тока и температуре. При содержании карбонатов более 60 г/л они начинают оказывать неблагоприятное влияние - снижается выход металла по току, увеличивается пористость покрытий .

От избытка карбонатов освобождаются выведением их в осадок при охлаждении раствора до -5 - 10С или заменой части его свежеприготовленным .

В цианистый электролит меднения вводят сульфат натрия или калия, который предупреждает окисление одновалентных ионов меди до двухвалентных, уменьшая тем самым расход цианида. Введение сегнетовой соли улучшает качество покрытий, снижает внутренние напряжения и позволяет повысить катодную плотность тока .

Режим электролиза устанавливают с учетом состава электролита. Чем больше концентрация в нем ионов меди, тем выше может быть катодная плотность тока. Температуру цианистых электролитов поддерживают в зависимости от требуемой плотности тока. При низких плотностях тока (до 1 А/дм 2) она не превышает 30С, при высоких плотностях тока (до 5 А/дм2) в концентрированном электролите по меди с относительно малым содержанием свободного цианида температуру повышают до 50 – 70С. Электролиз при плотности тока более 4 А/дм2 ведут при 45 – 40С .

Аноды в цианистых электролитах должны быть из чистой электролитной меди. Анодная плотность тока должна быть в 2 – 3 раза ниже катодной .

Чем ниже температура электролита, выше анодная плотность тока и меньше концентрация свободного цианида, тем скорее пассивируются аноды, покрываясь пленкой CuCN. При этом анодный потенциал смещается в сторону положительных значений, выход меди по току падает, и концентрация ее в растворе снижается. При этом происходит окисление одновалентных ионов меди до двухвалентных и цианида в цианаты, что приводит к меньшему расходу цианистого калия или натрия .

Интенсификации процесса способствует перемешивание электролита .

Воздушный барботаж в этом случае нежелателен, т.е. может ускорить разложение цианидов и накопление в растворе карбонатов. Положительный результат дает качание катодных штанг с деталями с частотой 20 – 30 в минуту и амплитудой 30 – 40 мм. Применение реверсированного тока с медными цианидными электролитами позволяет повысить плотность тока, равномерность распределения покрытия по поверхности катода, облегчить депассивацию медных анодов .

Составы (г/л) цианидных электролитов и режима электролиза:

1. 50 – 60 CuCN; 10 - 20 NaCN (своб.); рН = 10; ik = 0,5 – 3 А/дм2;

t = 18 – 40С;

2. 50 – 70 CuCN; 5 - 10 NaCN (своб.); 50 – 60 KNaC4H4O8 4H2O; ik = 1 – 5 A/дм2; t = 40 – 50С;

3. 40 – 50 CuCN; 12 – 15 NaCN (своб.); 10 – 15 NH4CNS; 5 – 10 Na2C4H4O6, 0,03 - 0,05 MnSO4, pH = 10,7 – 12,7; ik = 1 – 3 A/дм2; t = 50 – 60С .

Анодная и химическая обработка металлов Оксидирование Оксидирование – процесс искусственного образования на поверхности металлов оксидов с целью защиты от коррозии, декоративной отделки, повышения сопротивления износу и др. Наибольшее распространение получило оксидирование алюминия и его сплавов, применяемых в качестве конструкционных материалов в самолетостроении, авиационном моторостроении и автомобилестроении, для изготовления различных изделий бытовой техники и др .

Как известно, алюминий и его сплавы всегда покрыты тонкой (0,02 – 0,04 мкм) естественной оксидной пленкой Al2O3 или Al2O3·nH2O, которая, однако, не может служить надежной защитой от коррозии в атмосфере, особенно загрязненной хлоридами. Поэтому для создания более толстого сплошного оксидного слоя изделия из алюминия и его сплавов после очистки от различных загрязнений подвергаются анодному и химическому оксидированию .

Анодное оксидирование производится в серной, хромовой или щавелевой кислотах и их смесях, химическое – преимущественно в щелочных растворах двухромовокислого калия или в хромовокислых растворах с добавками фторидов. Анодная обработка позволяет получать более толстый, плотный окисный слой, чем химическая обработка .

Пленки оксидов на алюминии и его сплавах обладают высокой адсорбционной способностью, что используется при последующей обработке поверхности антикоррозионными жидкостями и различными красителями для повышения защитных и декоративных свойств пленки. Очень толстые (100 мкм и более) оксидные пленки способствуют повышению поверхностной твердости и износостойкости, а также тепло- и электроизоляции поверхности .

Анодно-окисная пленка состоит из двух слоев: тонкого (0,01 – 0,1 мкм) барьерного-беспористого слоя и более толстого пористого. Механизм возникновения и роста такой пленки представляет собой сложную картину физикохимических явлений, протекающих на поверхности алюминия при анодной его поляризации. Предполагается, что тонкий барьерный слой образуется и растет в результате взаимодействия ионов алюминия и кислорода при встречной миграции их в барьерном слое. Ионы алюминия, возникающие по реакции Al Al3+ + 3 e, мигрируют вследствие большой напряженности электрического поля в ионной решетке окисла к внешней поверхности барьерного слоя, а ионы кислорода, образующиеся на поверхности барьерного слоя по реакции Н2О 2Н+ + О2-, мигрируют в направлении к металлу навстречу ионам Al3+ (рис. 5.2) .

–  –  –

В порах (d = 0,05 – 0,1 мкм), заполненных электролитом, происходит дальнейшее формирование нового барьерного слоя. Таким образом, окисная пленка растет за счет образования пористого слоя, продвигаясь в глубь металла (рис. 5.3) .

Рис.5.3. Схема образования оксидной пленки на алюминии .

В общем виде процесс анодного окисления алюминия можно выразить уравнением:

2Al + 3H2O Al2O3 + 6H+ + 6 e Так как под действием электролита окисная пленка растворяется, то рост ее будет зависеть от относительных скоростей образования и растворения барьерного слоя. При равенстве этих скоростей толщина барьерного слоя сохраняется практически постоянной. При этом с внешней стороны барьерный слой под действием электролита разрыхляется и в нем образуются поры .

Одним из главных условий нормального роста пленки является подбор состава электролита и условий электролиза, при которых образующийся окисный слой в течение электролиза поддерживается как бы в разрыхленном, проницаемом для ионов состоянии. Максимальная толщина анодных пленок для каждого условия проведения процесса имеет предел, до которого возможен их рост .

В качестве электролита при анодном оксидировании чаще всего применяется 20%-ный раствор серной кислоты при температуре около 20С. При увеличении концентрации H2SO4 и повышении температуры при прочих равных условиях возрастают скорость растворения и пористость пленки и уменьшается толщина пленки. Поэтому при наращивании толстых пленок процесс ведут, как правило, при более низкой температуре. Скорость формирования окисной пленки возрастает при повышении плотности тока. Однако при увеличении плотности тока выше допустимого предела для данных условий скорость формирования может уменьшиться вследствие увеличения температуры в зоне роста пленки .

Пленки толщиной до 10 – 15 мкм получают при комнатной температуре и плотности тока 1 – 2 А/дм2, напряжении 12 – 28 В за 20 – 40 мин, а пленки толщиной 50 – 100 мкм – при температуре не выше 0С, плотности тока 2 – 10 А/дм2, напряжении 80 – 120 В за 90 мин. В электролите, содержащем серную и щавелевую (или другую органическую) кислоты, толстые пленки можно получать при 20С. Пленки толщиной 150 мкм и более получают с применением двустороннего охлаждения: электролита и металла (внутреннее охлаждение) .

Оксидирование алюминия возможно переменным током в серной и щавелевой кислотах при пониженной концентрации (до 12 – 13%) .

Для повышения защитных и антикоррозионных свойств окисной пленки изделия после оксидирования и промывки обрабатывают паром или горячей водой, погружают в горячие растворы хроматов и бихроматов. При этом происходит гидратация оксида и поры смыкаются, а при обработке хроматами, кроме того, образуются соединения типа (AlO)2CrO4 .

Для окрашивания оксидированной поверхности алюминия применяют органические и неорганические красители. Последние представляют собою нерастворимые соединения, которые образуются в порах пленки в результате химических реакций, протекающих при последовательном погружении изделий в соответствующие растворы. Так, при погружении в растворы железистосинеродистого калия и хлорного железа поверхность окрашивается в синий цвет .

Существует процесс защитно-декоративной обработки алюминия под названием эматалирование. Он отличается от способа оксидирования главным образом тем, что обработку ведут в менее агрессивных электролитах, содержащих щавелевую, борную, лимонную кислоты низкой концентрации и щавелевокислые соли титана, при 40 – 60С. Получаемые пленки имеют молочный оттенок и хорошо окрашиваются .

Для получения оксидных пленок с высокими электроизоляционными свойствами применяют щавелевокислые электролиты. Такие электролиты могут работать на постоянном и переменном токе. Пробивное напряжение при соответствующей толщине пленки достигает 500 В и выше. Электролит, работающий на постоянном токе, содержат 50 – 70 г/л щавелевой кислоты. Температура электролита 25 – 30С, анодная плотность тока 1,5 А/дм2, напряжение на ванне 40 – 60 в. Время обработки 0,5 – 2,5 ч .

Для защиты магния и его сплавов от коррозии может быть также применено анодное окисление. В зависимости от методов оксидирования можно получить пленки толщиной до 60 – 80 мкм (защитные пленки, получаемые химическим путем, имеют толщину порядка 3 – 5 мкм) .

Используется также оксидирование сталей, для чего применяются концентрированные растворы щелочей или смеси хромовой и борфтористой кислот .

Оксидирование производят переменным током при начальной плотности тока 5 А/дм2 и напряжении 75 В. Температура электролита 70 – 80С. В состав пленки входят сложные нерастворимые соединения фосфата магния, фторида магния и соединения хрома .

Для анодирования титана применяют серную кислоту, щавелевую или смесь серной и фосфорной кислот .

Толщина оксидных пленок не превышает 1,5 мкм. Эти пленки весьма пористы и хорошо удерживают смазку, обеспечивая улучшение антифрикционных свойств .

Оксидные пленки, получаемые на титане технической чистоты, не проявляют диэлектрических свойств подобно оксидным пленкам на алюминии, т.е .

не являются препятствием для прохождения электрического тока. Исключением являются пленки, получаемые из серно-фосфорного электролита .

Электрохимическое и химическое полирование Электрохимическое полирование производится на аноде преимущественно в кислородсодержащих кислотах (H3PO4, H2SO4, H2Cr2O7, HClO4 и др.) достаточно высокой концентрации при относительно больших плотностях тока. В некоторых случаях применяют смеси минеральных и органических кислот, растворы щелочей (для цинка), цианидов (для серебра), HBF4 (для алюминия), добавляют к электролитам спирты, эфиры, ингибиторы травления и др. Составы предложенных растворов и режим электролиза весьма разнообразны и выбираются главным образом в зависимости от природы и состава полируемого материала .

Выравнивание и сглаживание микрорельефа поверхности при электрохимическом полировании происходит за счет неодинаковой скорости растворения выступов и углублений. Она будет наблюдаться в том случае, когда основное сопротивление прохождению тока лежит в области диффузионного слоя на поверхности металла. Поэтому, как правило, анодное полирование наблюдается в области анодных предельных токов, обусловленных образованием концентрации насыщения продуктов растворения, то есть при достаточно высоких плотностях тока, зависящих также от скорости перемешивания раствора .

Электрохимическое полирование применяется главным образом для отделки поверхности несложных по форме изделий из алюминия, серебра, нержавеющей стали, а также изделий после покрытий их другими металлами (никелем, медью) .

Благоприятное влияние, которое оказывает электрохимическое полирование на фрикционные свойства металла, позволило использовать этот процесс для чистовой обработки деталей, работающих в условиях трения (детали текстильных машин). В последние годы электрополирование применяют для чистовой обработки режущего инструмента (сверла, метчики), для заточки и правки инструмента, а также оно может выполнять роль доводочной операции при изготовлении мерительного инструмента .

Сравнительно новой областью применения электрополирования является электрохимическое изготовление металлографических шлифов .

Химическое полирование применяется реже, чем электрохимическое, так как оно не обеспечивает зеркального блеска поверхности. Однако в отношении экономичности и простоты выполнения химическое полирование имеет несомненные преимущества перед электрохимическим и механическим, особенно при обработке изделий сложной формы. Электролиты отличаются сильным окислительным действием, почти все они содержат азотную кислоту. Механизм процесса точно не установлен. Предполагается, что он подобен механизму электрохимического полирования .

2.2 Методические указания к выполнению лабораторных работ Лабораторная работа №1. Защитные свойства гальванических покрытий Лабораторная работа №2. Контроль качества покрытий Лабораторная работа №3. Поляризация и деполяризация коррозионной пары Лабораторная работа №4. Многослойные покрытия

2.3 Методические указания к выполнению практических занятий

2.4 Практические занятия Расчёт оборудования

Расчет оборудования включает в себя:

1) объем и назначение производства;

2) характеристику изделий, поступающих на обработку, их габариты и форму, состояние поверхности;

3) условия эксплуатации и последующего хранения изделий;

4) выбор вида и толщины покрытия, выбор состава электролита для нанесения покрытий;

5) выбор схемы технологического процесса нанесения покрытия;

6) описание операций технологического процесса и электрохимических характеристик электродных процессов;

7) технологию приготовления; методы и средства анализа и способы корректировки электролитов, ресурс их работы, частота фильтраций, очистки, замены и др.;

8) способ удаления недоброкачественных покрытий;

9) методы и средства контроля качества покрытий;

10) возможные неполадки при электролизе и методы их устранения;

11) режим работы цеха и определение фонда времени работы оборудования;

12) расчёт производственной программы цеха;

13) обоснованный выбор оборудования для каждой из операций технологического процесса, расчет его количества;

14) расчёт баланса напряжений электролитических ванн;

15) расчет, выбор и описание источников тока для питания ванн электролиза;

16) расчет теплового режима электролитических ванн;

17) расчёт материального баланса электролитических ванн и вспомогательных ванн и необходимого количества материалов на их эксплуатацию;

Определение фондов рабочего времени для расчёта производства Исходными данными, на основании которых устанавливаются фонды рабочего времени, являются: режим работы предприятия, цеха, отделения или участка и неизбежные общие годовые потери времени рабочих и оборудования .

Различают: годовой фонд времени работы цеха или номинальный годовой фонд времени рабочих и оборудования; действительный годовой фонд времени оборудования; действительный годовой фонд времени рабочих .

Номинальный годовой фонд времени (рабочих и оборудования) Режим работы, по которому устанавливается номинальный годовой фонд времени рабочих и оборудования (Т0), зависит от характера и рода производства всего предприятия, для которого проектируется гальванический цех, от местных условий работы и особенностей процессов и оборудования, устанавливаемых в цехе .

Обычно принимается 8-часовой рабочий день при 7-дневной рабочей неделе: шесть дней рабочих и один выходной. Нерабочие дни в году, кроме выходных, отмечены в календаре красным цветом – всего 9 дней .

В соответствии с этим номинальный годовой фонд времени рабочих и оборудования, выраженный в сутках, составляет:

Т0 = 365 – 61 = 304 сут;

где 365 – количество суток в году; 61 – количество нерабочих дней в году .

В некоторых случаях цехи, отделения или участки по условиям производства работают непрерывно, без выходных дней, например при очень большой продолжительности процесса или при очень большой производственной программе и недостаточном количестве оборудования.

Тогда номинальный годовой фонд времени рабочих и оборудования в сутках будет составлять:

Т0 = 365 – 9 = 356 сут .

Продолжительность рабочего дня первой и второй смен равняется 8 ч. В тех случаях, когда предприятие работает в три смены, продолжительность ночной смены устанавливается не 8, а 7 ч. Для производства с очень вредными условиями труда, например при работе в закрытых пескоструйных камерах, принимается шести часовая рабочая смена .

Если остановка гальванооборудования по условиям производства нежелательна или недопустима (например, при покрытии проволоки и ленты на конвейерной установке или при применении очень длительного процесса на какомлибо агрегате), то работа в цехе или отделении может производиться непрерывно в течение 24 ч в сутки. При непрерывной работе цеха или отделения с шестичасовым рабочим днём в этом случае применяется четырехсменный режим .

Таким образом, для нормального по вредности производства номинальный годовой фонд времени (рабочих и оборудования), выраженный в часах, будет составлять при работе: в одну смену Т0 z = 304 8 = 2432 ч, в две мены Т0 z = 304 16=4864 ч, в три смены Т0 2 = 304 23 = 6992 ч, где z – количество часов работы цеха за сутки .

При непрерывной круглосуточной работе цеха с выходными днями:

То z = 304 24 = 7296 ч .

При непрерывной работе без выходных дней:

Т0 z = 356 24 = 8544 ч .

Действительный годовой фонд времени оборудования При определении действительного годового времени оборудования Тд, нужно учесть общие годовые потери времени на неизбежные простои оборудования Т1. Эти потери обычно составляют от 3 до 10 % номинального годового фонда времени оборудования и складываются из следующих элементов: 1) времени, потребного для ремонта оборудования, 2) простоев оборудования вследствие невыхода рабочих по болезни и другим уважительным причинам, если замена их требует известной затраты времени .

Размер потерь времени на ремонт оборудования зависит от сложности оборудования и организации самого ремонта .

В табл. 1 приведены общие средние годовые потери времени оборудования в процентах от номинального фонда времени оборудования .

Таблица 1 .

Расчетные потери, % (от номинального фонда) Укрупнение времени оборудования группы ремонтной сложности при работе в одну при работе в две при работе в оборудования смену смены три смены I 3,0 3,5 4,5 II 3,5 4,5 6,0 III 4,0 5,0 7,0 Примечание: при непрерывной работе цеха 356 дней в году потери составляют 10 % .

Оборудование цехов металлопокрытий по степени его сложности может быть отнесено: 1) стационарные ванны и прочее немеханизированное оборудование – к 1-й группе; 2) полуавтоматы, колокольные установки, ванны с барабанами, шлифовальные и полировальные станки и т.п. – ко 2-й груше;

3) автоматы для гальванических покрытий, травления, шлифовки и полировки – к 3-й группе .

Таким образом, действительный годовой фонд времени оборудования, выраженный в часах (Т z), составит Тд z = T0 z – T1 z, где Тд – действительный годовой фонд времени работы оборудования, сутки; z

– количество рабочих часов в сутки; Т0 – номинальный годовой фонд времени оборудования, сутки; T1 – общие годовые потери на простой оборудования, сут .

Действительный годовой фонд времени рабочих Действительный годовой фонд времени рабочей силы определяется в зависимости от характера работы и особых условий производства в соответствие с общими положениями об отпусках .

Продолжительность очередного отпуска рабочих предусматривается: для нормальных по вредности условий труда – в 12 рабочих дней в году, что составляет около 4 % от номинального годового фонда времени рабочих; для вредных условий труда – 18 и 24 рабочих дня (в зависимости от степени вредности), что составляет примерно 6 и 8 % от номинального годового фонда времени рабочих .

Кроме очередных отпусков при расчете действительного годового времени рабочих нужно учесть также потери времени, неизбежные в каждом производстве (например, неявки по болезни и пр.). По данным руководящих материалов, эти потери применительно к машиностроительным заводам составляют около 4 % .

Таким образом, размер общих годовых потерь времени рабочих, установленный для этих предприятий, составляет в процентах от номинального фонда времени: при продолжительности отпуска в 12 дней – 8 %, 18 дней – 10 %, 24 дней – 12 % Установление производственной программы цеха В зависимости от характера задания и организации работ в цехе расчет оборудования можно производить по годовой или суточной (иногда часовой) программе цеха .

Годовая производственная программа цеха составляется в виде сводной ведомости, с разбивкой деталей на группы по основным видам обработки и указанием количества изделий, веса и размера поверхности деталей по каждой группе. Исходным материалом для установления производственной программы цеха является ведомость деталей, выданная заказчиком или составленная проектантом на основании чертежей (для облегчения составления загрузочных ведомостей целесообразно сразу разбивать в ней детали на группы и подгруппы по видам покрытий и типам оборудования) .

Так как в производстве могут быть случаи исправления деталей (исправимый брак), то при установления производственной программы цexa годовое задание нужно увеличить на такое количество деталей, которое подлежит переделке. Процент переделки продукции цеха зависит от характера процесса и условий работы цеха и принимается условно в пределах 0,5 – 3 % от программы по каждому виду покрытий .

В соответствии с этим годовая производственная программа цеха РГОД составит:

a Рзад Pгод Рзад, где Рзад - годовая программа цеха, соответствующая заданию; а - брак продукции, допускающий переделку, % .

Суточная программа цеха (Pcyт) определяется отношением годовой программы (с учетом переделки возможного брака) к годовому фонду времени оборудования, выраженному в сутках, т.е .

Р Р Pсут год год .

Т0 304 Суточная программа цеха выражается в данном случае, приблизительной средней величиной .

Производственная программа цеха в один час (Рчас) определяется отношением годовой программы (с учетом переделки брака) к действительному годовому фонду времени оборудования, выраженному в часах, т.е .

Р Рчас год .

Тz Расчет оборудования гальванических цехов по часовой программе применяется редко и имеет смысл только тогда, когда оборудование работает непрерывно, или в том случае, если расчет всего производства ведут, исходя из определенных габаритов и величины загрузки данного оборудования .

Выбор оборудования По характеру выполняемых операций все оборудование гальванических цехов можно разделить на две группы – производственное и вспомогательное оборудование. К первой группе принадлежат ванны для покрытия, обезжиривания, травления, декапировки и промывки; барабаны, колокола, динамомашины, электродвигатели, шлифовальные и полировальные станки и т.п. К вспомогательному оборудованию относятся столы, стеллажи, различные приспособления для крепления и подвешивания деталей или изделий при покрытии, хранении, перевозке и пр., подъемные и транспортные устройства и т.д .

По конструктивному оформлению, принципу работы и условиям или особенностям эксплуатации оборудование для покрытий, химической и электрохимической обработки деталей можно разбить на следующие виды: стационарные ванны: немеханизированные (простые ванны) и частично механизированные (ванны с качающимися и движущимися катодами); оборудование для покрытий мелких деталей: барабаны, колокола и пр.; полуавтоматы: овальные и прямолинейные, а также кольцевые ванны; полуавтоматы рассчитаны на выполнение только одной операции технологического процесса, главным образом операции покрытия; в них детали за время процесса перемещаются при помощи специальных механизмов от места загрузки до места выгрузки; автоматы прямого и обратного действия (или прямолинейный и овальный) различных типов;

в автоматах, кроме покрытия, выполняются также и некоторые операции по подготовке и отделке поверхности до и после покрытия; установки для покрытия проволоки и лент, на которых выполняются почти все операции технологической обработки, применяемые в гальваническом цехе; ванны или гальванические установки специального назначения .

При выборе оборудования для цехов металлических покрытий исходят из характера и объема задания (сюда относятся габариты и форма покрываемых изделий, состояние их поверхности, производственная программа; виды покрытий, способ и характер обработки деталей до и после покрытий, специальные требования задания), а также из принятого в проекте технологического процесса, т.е. рецептуры и режима процесса главным образом продолжительности основной операции .

По габаритам большинство изделий, поступающих в цех покрытий, можно разделить на две основные группы: крупные и мелкие. Крупные детали загружаются в ванны индивидуально или партиями на специальных подвесках (рамах, крючках и пр.), служащих одновременно и контактами. Мелкие детали подвергаются покрытию обычно в насыпном виде: в барабанах, колоколах, корзинах. Как крупные, так и мелкие детали можно покрывать в стационарных ваннах, полуавтоматах и автоматах .

Преимущества автоматического оборудования по сравнению со стационарными установками следующие: более высокая производительность при меньшем числе единиц оборудования вследствие возможности увеличения плотности тока при покрытии и сокращения времени, затрачиваемого на ручную загрузку и выгрузку ванн; централизация и удобство проведения операции загрузки и выгрузки; уменьшение количества обслуживающего персонала вследствие сокращения времени на загрузку и выгрузку из ванн; точность выполнения режима всех производственных операций, регулировки и контроля времени каждого процесса .

Таким образом, проектирование автоматов целесообразно при следующих условиях:

а) при наличии задания на большую производительность;

б) в случае применения интенсифицированных процессов, т.е. процессов быстрого покрытия, обезжиривания и пр.;

в) при равномерном и непрерывном поступлении изделий в проектируемый цех .

Установка автоматов в цехах с небольшой производственной программой нецелесообразна потому, что они не будут оправдывать себя экономически. В таких случаях при сравнительно большой скорости процесса покрытия можно ограничиться установкой полуавтоматов. Если же при этом и скорость процесса покрытия незначительна, то выгоднее устанавливать стационарные ванны (механизированные или немеханизированные) .

Определение величины загрузочной или расчетной единицы

Перед расчетом оборудования для электролитических и химических процессов нужно установить, что является загрузочной или расчетной единицей:

отдельная деталь или изделие, приспособление с деталями или сама ванна, колокол, барабан и т.п. с определенной, заранее принятой загрузкой деталями .

В зависимости от характера задания и вида покрытия при определении величины загрузочной единицы деталей могут быть два случая, рассмотренные ниже .

Первый случай. Заданные объекты покрытий представляют собой детали, одинаковые или приблизительно одинаковые по форме, габаритам и покрываемой поверхности .

Для крупных деталей в данном случае исходной загрузочной единицей при расчете оборудования служит одна штука или единица поверхности деталей. Для мелких деталей, покрываемых в насыпном виде в барабанах, колоколах и т.п., за расчётную или загрузочную единицу принимают обычно единицу веса этих деталей – 1 кг или вес загрузки на одно приспособление (единицу оборудования): барабан, колокол, корзину и т.п .

Если мелкие детали незначительно отличаются одна от другой по габаритам и поверхности, то при большой их номенклатуре расчёт оборудования можно вести по средней его загрузке деталями, исходя из общего суммарного количества или веса всех деталей, без разделения их на какие-либо группы .

Суммарную силу тока, подаваемого на ванны, и мощность динамомашины рассчитывают по деталям, имеющим наибольшую поверхность .

Следовательно, в данном случае расчетной единицей для определения силы тока будет поверхность деталей с наибольшими габаритами .

При таком расчете источники тока будут обладать некоторым небольшим запасом мощности относительно загрузки деталей с меньшей поверхностью .

При небольшом количестве наименований (2 – 3) деталей по размерам при большой производственной программе цеха расчет оборудования и силы тока можно вести для каждого вида деталей отдельно .

Второй случай. Объекты покрытия представляют собой детали, различные по форме, габаритам и поверхности. Такие детали обычно являются частями какого-либо сложного изделия, аппарата, машины и т.п. В этом случае детали после разбивки их на группы (по видам покрытия) и на группы (по типам оборудования, габаритам, материалу и пр.) комплектуют в загрузочные группы на приспособления – подвески (крючки, рамы и т.п.) или на ванны определенных размеров. Комплектование производят с таким расчетом, чтобы все подвески с деталями для принятой загрузочной единице (в пределах данной группы) были примерно одинаковы как по поверхности покрытия, так и по габаритам .

В связи с этим для расчета оборудования составляется так называемая загрузочная ведомость, в которой указывается количество деталей, идущих на одну подвеску (или ванну), или количество подвесок или ванн с деталями соответственно годовой или суточной программе цеха. Таким образом, загрузочной единицей для расчета оборудования здесь является уже не деталь или изделие, а подвеска или ванна с тем или иным количеством деталей .

Если в задании указаны такие делали, которые вследствие больших размеров или тяжелого веса целесообразно завешивать в ванны индивидуально (на крючках или другого рода контактных приспособлениях), то расчетной производственной единицей, как и в первом случае, будет являться одна деталь .

Оборудование для покрытия мелких деталей в насыпном виде неодинаковых по габаритам, весу и поверхности (второй случай расчета), рассчитывают обычно также, как и в первом случае расчета, исходя из суммарной годовой или суточной программы цеха по весу или по поверхности всех деталей. В данном случае исходными расчетными единицами являются средний вес и средняя поверхность заданных деталей .

Для более точного расчета мелкие детали, имеющие резко отличные габариты, форму, вес и поверхность, следует предварительно разбить на группы и подгруппы с близкой по величине удельной поверхностью. Ёмкость и габариты барабана, колокола и других установок определяются по наибольшей величине объёма, занимаемого деталями в насыпном виде при данном весе загрузки .

Часто в качестве расчетной, или загрузочной единицы для мелких деталей принимают величину загрузки деталями одного барабана, колокола или корзины с определенной, приблизительно одинаковой поверхностью (и весом). В этом случае загрузочную ведомость составляют по тому же принципу, что и для крупных деталей. Целесообразно группировать детали по величине их загрузки в барабан, колокол или корзину, исходя из отношения поверхности каждой детали к её весу .

Определение времени обработки деталей Для расчета количества оборудования, применяемого при гальванических процессах, нужно установить: 1) время, потребное для обработки деталей на данной операции с учётом времени на загрузку и выгрузку в минутах и 2) время t на организацию и проведение первоначальной загрузки и конечной выгрузки ванн в часах .

Время относится к обработке одной загрузочной единицы или одной загрузки деталей в ванну, колокол, барабан и т.п.; время t относится ко всей партии деталей, соответствующей суточной или сменной программе цеха .

Время складывается из двух величин:

= 1 + 2, где 1 – время на обработку деталей в ванне, колоколе и пр. или продолжительность технологического процесса на данной операции (электролитического осаждения металлов, обезжиривания, травления и т.д.) – основное или технологическое время; 2 – время затрачиваемое на загрузку и выгрузку (из ванн и т.п.) деталей при данной операции их обработки – вспомогательное время, оно принимается от 1 до 10 мин .

Время 1 принимается по данным технологического расчета. При этом продолжительность процесса электролитического осаждения металлов рассчитывается по формуле 1 (мин), jк Э Вт где – толщина покрытия, мм; – удельный вес осажденного металла, г/см3; jк

– плотность тока, А/дм2; Вт – выход металла по току, %; Э – электрохимический эквивалент, г/(А·ч) .

При покрытии мелких деталей в насыпном виде в барабанах, колоколах и прочих устройствах под непосредственным действием тока находится только часть поверхности загруженных деталей. Величина этой части поверхности зависит от конструкции и размеров оборудования, конфигурации и количества деталей и составляет приблизительно от 1/2 до 1/4 поверхности всей загрузки .

В связи с этим при определении продолжительности осаждения металла 1 в барабанах и колоколах следует различать среднюю и действительную плотности тока. Средней плотностью тока jк.ср в этом случае называется плотность тока, подаваемого на барабан или колокол, ко всей поверхности загрузки .

Действительная же плотность тока jк.действ представляет собой отношение силы тока к открытой, т.е. покрываемой в данный момент части поверхности. Таким образом, действительная плотность тока в 2 – 4 раза больше средней, т. е. jк.действ составляет от 2 до 4 jк.ср .

Расчет величины 1 удобнее вести по средней плотности тока. Учитывая недостаточную равномерность пересыпания деталей в барабанах и колоколах и возможное истирание покрывающего слоя с поверхности деталей, следует продолжительность электролиза 1 вычисленную на основании средней плотности тока по приведенной выше формуле, увеличить приблизительно на 15 – 25 % .

Казалось бы, что вращение деталей и перемешивание электролита при покрытии в колоколах и барабанах является теми условиями, при которых можно применять для электролиза относительно высокие плотности тока. Однако практически эта возможность не используется, вследствие чего продолжительность электролиза в колоколах и барабанах в большинстве случаев бывает значительно больше, чем при покрытии деталей в ваннах на подвесках .

Затраты времени 2 на загрузку и выгрузку деталей определяются в зависимости от типа оборудования и системы организации работ в цехе. Во всяком случае надо стремиться, чтобы эти затраты времени были минимальными. С этой точки зрения наиболее рациональной следует признать такую систему, при которой детали загружаются и выгружаются в процессе работы без перерыва питания током всей установки, как это обычно делается при автоматическом или полуавтоматическом оборудовании. При этом затраты времени на загрузку и выгрузку ванн могут колебаться в пределах от 1 до 3 мин. При прерывной загрузке и выгрузке ванн с выключением тока время 2 увеличивается до 5 – 10 мин .

Время t на организацию и проведение первоначальной загрузки и конечной выгрузки ванн учитывается только при прерывной, некруглосуточной работе цеха в одну или две смены и, как указано выше, относится не к отдельной загрузке, а ко всей партии деталей, соответствующей суточной или сменной программе цеха. Сюда относятся затраты времени на монтаж подвесок и подготовку поверхностей деталей, выполняемую непосредственно перед загрузкой первой партии в ванны покрытия (электрохимическое обезжиривание, декапирование, промывка), на конечные кратковременные операции химической и электрохимической обработки, выполняемые непосредственно после выгрузки последней партии деталей из ванн (промывка, осветление, сушка, демонтаж подвесок), а также на проведение первоначальной загрузки и конечной выгрузки деталей из ванны. В течение этого времени может производиться также и подготовка основного оборудования - ванн для покрытий .

В дальнейшем эти затраты времени t мы будем называть условно: "время на подготовительные и заключительные операции" .

Общий показатель (в %) затрат времени t установить трудно. Он зависит от принятой системы организации работ в цехе (передача работ одной сменой рабочих другой, обеденный перерыв), типа оборудования, сложности монтажа подвесок, способа загрузки деталей в ванны и т.д. Условно можно принять, что минимальная величина времени t за сутки равняется: для стационарных ванн, колоколов и барабанов – от 30 до 50 мин; для полуавтоматов – продолжительность одного цикла прохождения деталей в полуавтомате, определяемой технологическим расчетом с учетом времени на подготовку первой и отделку последней партии подвесок, равного 30 – 50 мин; для автоматов – продолжительности полного цикла прохождения деталей в автомате .

При этом предполагается: 1) все работы, связанные с предварительной подготовкой к проведению первоначальной загрузки (механическая и длительная химическая подготовка поверхности, разогрев и приведение в порядок ванн и пр.) выполняются до начала или после работы смены другими рабочими; 2) подготовка деталей к последующим загрузкам в ванны покрытия проводится параллельно с работой последних; 3)загружаются детали в электролитические ванны и выгружаются из них под током без перерыва электролиза и 4) основное оборудование (электролитические ванны) передаётся одной сменой рабочих другой на ходу, т.е. без перерыва в работе .

Время t в процентах от времени работы цеха за сутки для стационарных ванн, колоколов и барабанов будет составлять: при работе цеха в одну смену – 6 – 10, две смены – 3 – 5, три смены – 2 – 4 .

Если по условиям производства для передачи стационарного оборудования при смене рабочих требуется его остановка, то время t должно быть увеличено при двухсменной работе в два раза и при трёхсменной работе в три раза, т.е. во всех случаях оно одинаково и составляет от 6 до 10% независимо от числа смен .

При непрерывной работе цеха в течение нескольких суток (с перерывами только на выходные дни) величина времени t; будет значительно меньше .

В некоторых случаях время t при расчете оборудования не учитывают, считая, что оно компенсируется временем обеденного перерыва, в течение которого по заданным условиям производства работа гальванических ванн, полуавтоматов и автоматов не останавливается. При этом перерыв на обед для отдельных рабочих или групп рабочих устанавливается в различное время, если возможна замена одних рабочих другими из этой же смены .

При расчете гальванооборудования время t нужно вычесть из фонда времени оборудования (Т z), так, как в противном случае количество единиц оборудования будет занижено. Удобнее время t выражать коэффициентом k, учитывая его в формулах расчета величины загрузки или количества единиц оборудования. Для стационарного оборудования при прерывной некруглосуточной работе цеха этот коэффициент k будет равен: 1,06 – 1,1 при работе цеха в одну смену, 1,03 – 1,05 при работе цеха в две смены, 1,02 – 1,04 при работе цеха в три смены .

Затраты времени на очистку ванн, смену растворов, периодическую фильтрацию (если последнюю почему-либо нельзя производить, непрерывно, без остановки оборудования) и т.д. при прерывной работе цеха не учитываются, так как эти операции можно выполнять в нерабочие смены или в выходные дни, или за счет времени работы резервного оборудования. Если такая система обслуживания ванн неприемлема, то указанные виды работ нужно учесть в размере около 2 % от фонда времени работы оборудования .

Общие указания к расчету количества оборудования Расчет количества при прерывной работе цеха (в одну или две смены) можно производить как по годовой (Ргод), так и по суточной (Рсут) программе цеха. При непрерывной круглосуточной работе оборудования (без выходных дней) расчет нужно вести, исходя только из годовой программы. В основу этих расчетов ставят: 1) время обработки деталей и 2) фонд времени работы оборудования (Т · z). Определение этих величин должно предшествовать расчету ванн и выполняется, как указано выше .

Нужно иметь в виду, что при прерывной работе цеха (в одну или две смены) в расчетах количества ванн, барабанов и колокольных установок по суточной и годовой программе результаты получается иногда не вполне идентичными вследствие неодинаковых условий учета суточных потерь времени при определении количества загрузок или величины одновременной загрузки ванн .

Под суточными потерями в данном случае понимается тот остаток суточного времени, в течение которого оборудование остается неиспользованным, если количество загрузок по расчету выражается дробной величиной .

Так как дробного числа загрузок в действительности быть не может, то округляют до ближайшего целого числа в большую сторону. В этом случае при расчете стационарного оборудования по суточной программе при прерывной работе цеха потребное количество n оборудования выражается большими величинами и определяется более правильно, чем при расчете по годовой программе. Однако практически эта разница имеется только при очень большой продолжительности процесса на данной операции и в этом случае лучше вести расчет по суточной программе Рсут .

При малой продолжительности процесса ошибка в определении количества ванн по годовой программе, исключена и сказывается только в подсчете коэффициента или процента загрузки оборудования .

При непрерывной круглосуточной работе оборудования (без выходных дней) в хорошо организованном и налаженном производстве суточные потери времени вообще отсутствуют .

Все расчеты оборудования, устанавливаемого в гальваническом цехе, стационарных ванн, полуавтоматов, автоматов, конвейерных установок для покрытия проволоки и ленты и др. – в большинстве случаев начинаются с расчета ванн для покрытия и для каждой группы и подгруппы деталей производится отдельно. Форма расчета определяется типом выбранного оборудования и для каждого из них имеет свои особенности .

–  –  –

Расчёт оборудования для покрытия мелких деталей в насыпном виде (в барабанах, колоколах, и пр.) Расчёт количества указанных типов оборудования производится любым из способов, рассмотренных выше при расчете стационарных ванн, загружаемых деталями на подвесках. В случае большой производственной программы и установки барабанов и колоколов определённых габаритов и ёмкости расчет их количества удобнее вести, исходя из годовой программы. Ниже приведены примеры расчетов барабанов и колоколов. Расчёты времени обработки детали ( = 1 + 2 с) и количества единиц оборудования производятся также, как было указано выше в расчете ванн, загружаемых деталями на подвесках. Необходимо учитывать при этом некоторые особенности в расчете времени обработки 1 для деталей, покрываемых в насыпном виде (в барабане, колоколе и т.п.), которые приведены выше в соответствующем разделе. Величину загрузки Yп и Y в отличие от предыдущих расчетов в данном случае удобнее выражать в весовых единицах (кг). При расчете суммарной поверхности загрузки определяют, поверхность всех деталей, загруженных в тот или иной аппарат для покрытия, и поверхность всех неизолированных контактов, подводящих ток к деталям.

Поверхность загрузки одного барабана или колокола составит:

Sy = S1 · Y + S2, где Y – величина загрузки деталей, кг; S1 – поверхность одного кг деталей, дм2;

S2 – поверхность контактов в одном барабане или колоколе .

Суммарная поверхность загрузки всего количества единиц оборудования одного вида выразится:

Sп = Sy · n' = (S1 · Y + S2) · n' .

Сила тока:

на один барабан или колокол:

Iy = Sy · jк(ср);

на все оборудование одного вида:

Iп = Sп · jк(ср) =Iy · n' .

где jк(ср) – средняя плотность тока .

–  –  –

Библиографический список

1. Лайнер В.И., Кудрявцев Н.Т. Основы гальваностегии. – М.: Гос. науч.техн. изд-во, 1957. – Ч. 2. – 588 с .

2. Лихачев В.А., Хранилов Ю.П. Автооператорные гальванические линии / ГГУ. – Горький, 1983. – 74 с .

3. Александров В.М., Антонов Б.В. и др. Оборудование цехов электрохимических покрытий. – Л.: Машиностроение, 1987. – 309 с .

3 Оценочные средства

3.1 Рейтинговый контроль Промежуточный (рейтинговый) контроля знаний проводится в виде самостоятельной работы, состоящей из 3-4 заданий, включающих в себя краткие теоретические вопросы (согласуются с перечнем вопросов для подготовки к зачету) и задачи по разбираемым в рамках рейтингового блока темам .

Примеры задач для рейтингового контроля

1. Электролитическое осаждение на деталях цинкового покрытия толщиной 18 мк производится в сульфатном электролите при катодной плотности тока Dк = = 2,0 А/дм2 и Вт = 98%. Какова необходимая продолжительность процесса цинкования?

2. Электролитическое цинкование деталей осуществлялось в течение 22 мин в цианистом электролите при плотности тока Dк = 3,0 А/дм2 со средним выходом по току для цинка, равным 85%. Сколько цинка осаждается на детали поверхностью 2,7 дм2 за время процесса? Какова при этом средняя толщина цинкового покрытия?

3. При электролитическом кадмировании детали поверхностью 1,4 дм2 за 32 мин процесса получено кадмиевое покрытие толщиной 18 мк. При этом на катоде выделилось 37,8 мл Н2 (объем приведен к нормальным условиям). Какова величина выхода по току для кадмия? Какой силы ток был использован при кадмировании детали?

4. Какова продолжительность электролитического осаждения слоя меди толщиной 25 мк: а) из медно-цианистых ванн при плотности тока Dк = 3,0 А/дм2 и выходе по току Вт = 75% и б) из сернокислых медных электролитов при D к = 3,0 А/дм2 и Вт = 99%?

5. Какова продолжительность электролитического осаждения слоя олова толщиной 15 мк в стационарных ваннах: а) из станнатных электролитов при катодной плотности тока Dк = 3,0 А/дм2 и выходе по току Вт 65%; б) из сернокислых электролитов при Dк = 4,0 А/дм2 и Вт 90%?

6. После 1ч 10мин катодного осаждения свинца из борфтористоводородного электролита (соль свинца вида Pb(BF4)2) при плотности тока D к = 3,0 А/дм2 на детали поверхностью 1,2 дм2 осадилось 14,7 г свинца. Рассчитать: а) выход по току; б) объем выделившегося на детали водорода, приведенный к нормальным условиям; в) среднюю толщину свинцового покрытия .

7. Нанесение на детали слоя золота толщиной 3 мк производится в цианистом электролите на основе KAu(CN)2 при катодной плотности тока Dк = 0,3 А/дм2 с выходом по току Вт 70%. Рассчитайте продолжительность процесса золочения и удельный расход золота на 1 дм2 покрытия (без учета его потерь) .

8. При индировании детали поверхностью 32см2 в борфтористоводородном электролите, содержащим индий в виде In(BF4)3 за 35,5 мин процесса при Dк = 2,0 А/дм2 получено индиевое покрытие общей массой 0,165 г. Каковы выход по току для индия и его средняя толщина на детали?

9. Для электролитического получения покрытия из высокомедистого медно-цинкового сплава - томпака (90 % меди и 10% цинка) использован цианистый электролит. Катодная плотность тока при процессе Dк = 3,0 А/дм2, выход по току для сплава Вт = 80%. Плотность получаемого сплава d = 8,6 г/см 3 .

Какова продолжительность осаждения на деталях слоя томпака толщиной 150 мк?

10. Электролизом борфтористоводородного электролита, содержащего Pb(BF4)2, Sn(BF4)2 и некоторые другие компоненты, на деталях получено покрытие толщиной 8 мк из свинцово-оловянистого сплава (50% РЬ, 50% Sn). Катодная плотность тока при осаждении Dк = 1,0 А/дм2, выход по току для сплава близок к 100%. Какова продолжительность процесса электролиза (плотность катодного сплава d = 8,7 г/см3)?

3.2 Перечень вопросов для подготовки к зачету Предмет и задачи гальванотехники .

1 .

Назначение и виды электрохимических покрытий .

2 .

Классификация покрытий. Декоративные, защитные и специальные 3 .

покрытия .

Способы нанесения покрытий. Преимущества и недостатки гальванического способа .

Перспективные направления развития гальванического производства .

Основные технологические этапы подготовки поверхности металлических изделий перед нанесением покрытий .

Методы механической подготовки поверхности изделий, их характеристика и значение. Шероховатость и методы ее определения .

Химическое и электрохимическое обезжиривание поверхности. Использование органических растворителей и эмульсий .

Ультразвуковая обработка поверхности. Кавитация .

9 .

10. Химическое и электрохимическое травление черных и цветных металлов. Основные компоненты ванн .

11. Заключительные этапы подготовки поверхности. Активирование и промывка .

12. Основные стадии процесса катодного осаждения металлов .

13. Общая характеристика фазовых превращений. Фазовые превращения в электрохимических процессах .

14. Роль микроструктуры и дефектов поверхности в процессах электрокристаллизации. Особенности процессов зародышеобразования .

15. Влияние текстуры покрытия на его физико-механические свойства .

Дислокации. Эпитаксия .

16. Роль природы металла и состава раствора в кинетике электрохимического выделения металлов .

17. Факторы, определяющие величину поляризации при катодном осаждении различных металлов .

18. Природа металлического перенапряжения при выделении различных по природе металлов. Инертные и нормальные металлы .

19. Влияние режима электролиза на структуру осадка. Плотность тока, температура, перемешивание, эффект водорода .

20. Влияние природы и строения ПАВ на качество и структуру покрытий. Механизм действия. Текстурированные и поликристаллические покрытия .

21. Особенности образования блестящих осадков. Классификация блескообразователей .

22. Губчатые осадки. Особенности формирования покрытий в режиме предельного тока .

23. Назначение основных компонентов электролитических ванн для формирования качественных осадков .

24. Влияние основного компонента на структуру осадка. Простые и сложные электролиты .

25. Влияние поверхностно-активных и комплексообразующих добавок на закономерности электроосаждения металлов .

26. Влияние выделяющегося на катоде водорода на структуру и свойства электроосажденных металлов .

27. Рассеивающая способность электролитов. Первичное и вторичное распределение тока в электролите. .

28. Микрорассеивающая способность электролитов. Кроющая способность электролитов. Способы получения равномерных покрытий .

29. Блестящие электролитические осадки, классификация и механизм действия блескообразующих добавок .

30. Методы контроля внешнего вида, толщины, пористости и прочности сцепления металлических покрытий .

31. Электрохимическое сплавообразование. Суммарные и парциальные поляризационные кривые .

32. Электрохимические покрытия сплавами. Условия совместного осаждения металлов .

33. Получение износостойких гальванических покрытий .

34. Составы и сравнительная характеристика электролитов хромирования .

35. Свойства покрытий железом. Получение сплава железо – углерод .

36. Условия и электролиты для получения твердых никелевых покрытий .

37. Осаждение химических и гальванических покрытий сплавом никель фосфор .

38. Антифрикционные покрытия .

Свойства покрытий медь – олово в зависимости от содержания олова .

40. Электролиты для осаждения бронзовых покрытий .

41. Свойства покрытий и электролиты для осаждения покрытий сплавами свинец – олово, индия и галлия .

42. Специфические свойства галлиевых покрытий .

43. Покрытия серебром и его сплавами. Гальванические покрытия электрических контактов .

44. Гальваническое золочение. Электроосаждение сплавов золота с серебром, никелем, медью .

45. Гальванические покрытия платиной, родием, иридием .

46. Гальванические покрытия под пайку. Осаждение сплавов олова:

олово – свинец, олово – висмут, олово – никель .

47. Особенности гальванического покрытия цветных металлов. Технология подготовки алюминия, титана, вольфрама, молибдена и медных сплавов .

48. Баланс напряжения электролизера: основное уравнение, диаграмма распределения падения напряжений в электролизере .

49. Расчет падения напряжения в электролите с плоскими, коаксиальными (цилиндрическими), подвижными (барабан) электрода .

50. Удельный расход электрической энергии. Энергетический баланс электролизера .

51. Классификация электролизеров по способу включения электродов:

монополярные и биполярные .

52. Понятие о биполярном электроде. Электролизеры с биполярными электродами .

53. Материальный баланс электролизера с проточным электролитом .

54. Материальный баланс гальванической ванны.

Похожие работы:

«Уникальные литологические объекты через призму их разнообразия Российская академия наук  Уральское отделение Институт геологии и геохимии им. акад. А.Н. Заварицкого Российский фонд фундаментальных исследований ФАНО России Уральская...»

«ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН 2010, том 53, №4 БИОТЕХНОЛОГИЯ УДК 631.445.122.54-183 М.Н.Абдусалямова, Ф.С.Шаропов, член-корреспондент АН Республики Таджикистан К.А.Алиев* БИОСОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ БИОМАССОЙ ГРИБА ВЕШЕНКИ – PLEUR...»

«Новые литые материалы УДК 669.182.4.621.747.53 И. И. Максюта, Ю. Г. Квасницкая, Г. Ф. Мяльница*, Е. В. Михнян, А. В. Нейма Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев * ГП НПКГ "Зоря"–"Машпроект", Николаев ПРИМЕНЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ в...»

«А. Г. Терещенко, Н. П. Пикула, Т. В. Толстихина ВНУТРИЛАБОРАТОРНЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАБОРАТОРНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ...»

«УДК: 540.185; 621.793 Р. Е. Фомина, Г. Г. Мингазова, Р. С. Сайфуллин, С. В. Водопьянова, Л. Р. Хабибрахманова КОМПОЗИЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ С МАТРИЦЕЙ ИЗ НИКЕЛЯ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ НАНОЧАСТИЦ AL2O3 Ключевые слова...»

«ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа учебного курса химии для 10 класса составлена на основе ПРИМЕРНОЙ ПРОГРАММЫ СРЕДНЕГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО ХИМИИ, автор О.С.Габриелян, 2010 г. и Государственного общеобразовательного стандарта. 2 часа в неделю.Учебник: О.С.Габриелян,. Химия. 10 к...»

«Хохлова Елена Александровна РАЗРАБОТКА НОВОГО ПОДХОДА СПЕКТРОСКОПИИ ЯМР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОВ В 5-ГИДРОКСИМЕТИЛФУРФУРОЛ В СРЕДЕ ИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на...»

«Физиология, биохимия, биофизика УДК 536.82 С.И. ЛОСЬ Ин-т ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины, 01001 Киев, ул. Терещенковская, 2, Украина БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФИКОЭРИТРИНА ИЗ МОРСКИХ В...»

«НОВОСИБИРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК КАФЕДРА ОБЩЕЙ ХИМИИ ПРАКТИКУМ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ЧАСТЬ II ХИМИЯ НЕПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Методическое по...»

«Centras SECURITIES АО "КАЗАХСТАН КАГАЗЫ" НА 01.04.2015 г. АО "КАЗАХСТАН КАГАЗЫ" 21 июля, 2015 Цель Контроль за исполнением ограничений (ковенант), установленных в рамках подписанных соглашений о реструктуризации задолженности и внесенных изменений и доп...»

«Научный журнал КубГАУ, №86(02), 2013 года 1 УДК 628.161.1; 628.16.017 UDC 628.161.1; 628.16.017 РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА DEVELOPMENT OF THE NONCHEMICAL БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ WATER PURIFICATION SYSTEM Хан Валерий Алексеевич Khan Valery Alekseevich д.т.н. Dr....»

«01.04.2008 № 5/27393–5/27394 -13РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ ПОСТАНОВЛЕНИЯ ПРАВИТЕЛЬСТВА РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ И РАСПОРЯЖЕНИЯ ПРЕМЬЕР МИНИСТРА РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПОСТА НОВЛЕНИЕ СОВЕТА МИНИСТР ОВ РЕСПУБЛИКИ БЕ ЛАРУСЬ 24 марта 2008 г. № 442 5/27393 О внесении изменений...»

«Российская Академия наук Ордена Ленина Сибирское отделение Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН ОТЧЁТ СИБИРСКОГО ЦЕНТРА СИНХРОТРОННОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЗА 2005 ГОД. НОВОСИБИРСК В...»

«Титульный лист программы Обучения по дисциплине Форма (Syllfbus) Ф СО ПГУ 7.18.3/37 Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра безопасности жизнедеятельности и защита окружающей среды ПРОГ...»

«ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОДЫ УДК 543.3:535.379 СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА В ПРИМОРСКИХ ГОРОДАХ И КУРОРТНЫХ ЗОНАХ: ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИВОДНОГО СЛОЯ АТМОС...»

«Научно-практическая конференция "Энергои ресурсоэффективность малоэтажных жилых зданий" Институт теплофизики им. С.С . Кутателадзе СО РАН, 19–20 марта 2013 г. УДК 502.174.3 ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ УДАЛЕННЫХ СЕЛЬСКИХ РАЙОНОВ НА БАЗЕ КЛАСТЕРОВ ВИЭ Велькин В.И. Уральский...»

«1. Цели и задачи освоения дисциплины Цель дисциплины: Целью геохимического раздела является формирование у аспирантов комплекса профессиональных знаний, умений и владений в области геохимии: освоение методических приёмо...»

«asopis pro pstovn matematiky Svatopluk Fuk Спектральный анализ нелинейных oператoрoв asopis pro pstovn matematiky, Vol. 100 (1975), No. 2, 179192 Persistent URL: http://dml.cz/dmlcz/108771 Terms of use: © Institute of Mathematic...»

«СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ 1. Общие положения 2. Вопросы для подготовки к вступительным экзаменам 3. Формы проведения вступительных испытаний в аспирантуру 4. Основная, дополнительная литература и Интернет-ресурсы 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ С...»

«НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ • ОСНОВАН В ЯНВАРЕ 2002 ГОДА • ВЫХОДИТ 4 РАЗА В ГОД • САРАТОВ Решением Президиума ВАК Министерства образования и науки РФ журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых рекомендуется публикация основных...»

«Чжи Зин У ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ГЕЛИЯ В СОВРЕМЕННЫХ РЕАКТОРНЫХ СТАЛЯХ 01.04.07 – "Физика конденсированного состояния" АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Автор: Москва – 2013 Работа выполнена в Национальном исследовательско...»

«С И Б И Р С К О Е О ТД Е Л Е Н И Е РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ ГЕОЛОГИЯ И ГЕО ФИЗИКА Геология и геофизика, 2016, т. 57, № 11, с . 1969—1991 ИЗОТОПНАЯ ГЕОХИМИЯ И ГЕОХРОНОЛОГИЯ УДК 550.42:552.3:552.5:550.93 НЕОпРОТЕРОЗОЙСКИЕ МЕТАвУЛКАНОГЕННО-ОСАДОЧНЫЕ пОРОДЫ БОЗДАКСК...»

















 
2018 www.new.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - онлайн ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.