Гальваника

 

                                                       

 Введение.

Гальванические покрытия были открыты в 1836 г. русским физиком  и изобретателем в области  электротехники Б.С.Якоби и основаны на электрокристаллизации – электрохимическом  осаждении на катоде (в роли которого выступает основное изделие) положительно заряженных ионов металлов при пропускании через водный раствор их солей постоянного электрического тока. При этом соли металлов распадаются на ионы под воздействием электрического тока направляются к разным полюсам: отрицательно заряженные – к аноду, а положительно заряженные ионы металла – к катоду, то есть к изделию, поверхностный слой которого мы хотим изменить нанесением гальванического покрытия.

Одна из важнейших  функций анодов в этой системе – восполнять разряжающиеся на катоде ионы, поэтому качество металла, играющего роль анода, должно быть очень высоким, с минимальным количеством посторонних примесей. Для сохранения постоянства состава электролита введение солей или других соединений осаждаемого металла осуществляется периодически.

В цехе все электрохимические  процессы получения гальванических покрытий проводят в специальных  ваннах эмалированного чугуна, стали, футерованной свинцом в зависимости  от необходимого размера ванны и  степени агрессивности электролита. Ванны для получения гальванических покрытий на участке хромирования и железнения – полуавтоматические (изделия в такой ванне вращаются или перемещаются по кругу или подковообразно).

Прочность сцепления  гальванических покрытий с основным изделием обеспечивается, прежде всего, тщательным очищением поверхности от окислов и жировых загрязнений путём травления или обезжиривания, удалением шероховатости шлифованием и полированием.

Перечень гальванических покрытий на предприятии разнообразен.Выбор гальванического покрытия осуществляется в зависимости от назначения и материала детали, условий ее эксплуатации, назначения и необходимых свойства покрытия, способа его нанесения, допустимости контактов сопрягаемых металлов и экономической целесообразности применения этого покрытия. Гальванические покрытия обеспечивают повышенную коррозионную стойкость (цинкование, кадмирование, лужение, свинцевание), износостойкость трущихся поверхностей (хромирование, железнение), защитно-декоративную функцию отделки поверхности (меднение, никелирование, хромирование, серебрение, золочение).    

 Кадмирование. Особенность кадмиевого  покрытия заключается в том, что  оно обеспечивает электрохимическую  защиту стали в тропических  условиях. Кадмий значительно пластичнее цинка, поэтому детали с резьбовым соединением предпочитают кадмировать. Однако не следует покрывать детали, находящиеся в контакте с топливами, в атмосфере, содержащей летучие органические вещества (олифа, лаки, масла) и сернистые соединения. 

 

 

  

 

 

 1.Гальваническое производство  

 

Гальваника – один из наиболее распространённых методов защиты

металлических изделий  от коррозии и придания им определённых свойств 

или улучшения их, путём  нанесения специальных металлических или химических покрытий. На настоящее время гальваника распространена в машиностроении и строительстве.

1.1.Гальванические  покрытия

Гальванические  покрытия – это металлические пленочки толщиной от долей мкм до десятых долей мм, наносимые на поверхность металлических и других изделий методом гальваностегии для придания им твердости, износостойкости, антикоррозийных, антифрикционных, защитно-декоративных или просто декоративных свойств.

Гальванические покрытия очень разнообразны. При выборе следует учитывать назначение и материал детали, условия ее эксплуатации, назначение и необходимые свойства покрытия, способ его нанесения, допустимость контактов сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность применения этого покрытия.

Гальванические покрытия могут обеспечивать повышенную коррозионную стойкость (оцинкованием, хромированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей (хромированием, железнением), защитно-декоративную функцию отделки поверхности (меднением, никелированием, хромированием, серебрением, золочением, анодированием). Гальванические покрытия изделий из полимеров, оргстекла, пластика или композита применяются для придания эстетичного вида, увеличения прочности поверхности изделия, приданию деталям электопроводящих свойств.

1.2.Гальванические  процессы

Цинкование. Покрытие цинком защищает от коррозионного разрушения черные металлы не только механически, но и электрохимически. Цинковые покрытия широко применяются для защиты от коррозии деталей машин, крепежных деталей, применяются для защиты от коррозии водопроводных труб, питательных резервуаров, соприкасающихся с пресной водой при температуре не выше 60-70?С, а так же для защиты изделий из черного металла от бензина и масла и др.

Кадмирование. Химические свойства кадмия аналогичны свойствам цинка, однако он более химически устойчив. В отличие от цинка кадмий не растворяется в щелочах. Покрытие, так же как и цинковое, применяется для защиты черных металлов от коррозии.  

 

 

Никелирование.

Электрохимическое никелирование. Никелем покрывают изделия из стали и цветных металлов (медь и ее сплавы) для защиты их от коррозии, декоративной отделки поверхности, повышения сопротивления механическому износу и для специальных целей. Никелевые покрытия имеют высокую антикоррозионную стойкость в атмосфере, в растворах щелочей и в некоторых органических кислотах, что в значительной степени обусловлено сильно выраженной способностью никеля к пассивированию в этих средах. Никелевое покрытие хорошо полируется и может быть легко доведено до зеркального блеска. 

«Черный» никель. Некоторые детали приборов требуют от покрытия значительной коррозионной устойчивости в сочетании с малой отражательной способностью.  Этим условиям удовлетворяют покрытия «черным никелем».

Химическое  никелирование. Химическое никелевое покрытие, содержащее 3-12% фосфора, по сравнению с электролитическим имеет повышенные антикоррозионную стойкость, износостойкость и твердость, особенно после термической обработки. Обладает малой пористостью. Главным достоинством процесса химического никелирования является равномерное распределение металла по поверхности рельефного изделия любого профиля.

Оловянирование. Основные области применения покрытий оловом — защита изделий от коррозии и обеспечение паяемости различных деталей. Этот металл устойчив в промышленной атмосфере, даже содержащей сернистые соединения, в воде, нейтральных средах. По отношению к изделиям из медных сплавов олово является анодным покрытием и защищает медь электрохимически. Оловянные покрытия чрезвычайно пластичны и легко выдерживают развальцовку, штамповку, изгибы. Покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид. Свежеосажденное олово легко паяется с применением спиртоканифольных флюсов, однако через 2—3 недели его способность к пайке резко ухудшается.

Олово – Висмут. Покрытия сплавом олово-висмут, нанесенные на медную основу достаточно распространены, они предотвращают окисление меди и медных сплавов, обладают высокой коррозионной стойкостью при эксплуатации изделий в присутствии сероводорода и других агрессивных сред, сохраняют хорошую паяемость после длительного срока хранения (до одного года).

Олово – Цинк. Особый интерес этот сплав вызывает в связи с возможностью его применения в условиях тропического климата, т.е. в условиях влажности и значительных колебаний температуры. Применение сплава олово - цинк позволяет реализовать положительные качества обоих металлов: снизить пористость и уменьшить скорость коррозии.

Меднение. Медные покрытия применяют для защиты стальных изделий от цементации, для повышения электропроводности, а так же как промежуточную прослойку на изделиях из стали, цинка, цинковых и алюминиевых сплавов перед нанесением никелевого, хромового и других видов покрытий, для лучшего сцепления или повышения защитной способности. В качестве самостоятельного гальванического покрытия ни для декоративных целей, ни для защиты от коррозии, как правило, не применяется.

Серебрение. Серебро обладает высокой электропроводностью, отражательной способностью и химической устойчивостью, особенно в условиях действия щелочных растворов и большинства органических кислот. Поэтому, покрытия серебром получило применение, главным образом для улучшения электропроводящих свойств поверхности токонесущих деталей, придания поверхности высоких оптических свойств, для защиты химической аппаратуры и приборов от коррозии под действием щелочей и органических кислот, а так же с декоративной целью.

Анодное оксидирование  алюминия. Детали или изделия из алюминия и его сплавов широко используются, так как стойки в атмосферных условиях из-за наличия оксидной пленки. Процесс анодирования заключается в росте анодной пленки на изделии под воздействием тока. Полученная в процессе анодирования пленка является водостойким, коррозионностойким в атмосферных условиях, износостойким, обладает хорошими электроизоляционными свойствами, а пористая пленка хорошо адсорбирует красители. Последнее позволяет получать поверхности разнообразной цветовой гаммы.

Химическое  оксидирование и пассивное покрытия.

Оксидирование черных металлов. Оксидирование стальных изделий применяется для защиты от коррозии при использовании их в легких условиях эксплуатации.

Оксидирование меди. Предохраняет поверхность меди и медных сплавов от окисления и потемнения в течение непродолжительного времени. Имеет возможность покрывать мелкие детали.

Оксидирование алюминия. Покрытие электропроводно, имеет невысокие защитные свойства, хорошую прочность сцепления с основным металлом.

Пассивация. С целью сохранения декоративного вида и повышения коррозионной стойкости покрытия обрабатывают специальными пассивирующими растворами, содержащими в основном хромовые соединения.

Фосфатирование. Чаще фосфатирование применяется для обработки стальных изделий, реже для алюминия, магния и цинка. Ценные свойства фосфатного слоя определяют области его использования. Фосфатирование применяется для защиты от атмосферной коррозии деталей, от которых не требуется декоративного вида; повышение адгезии лакокрасочных материалов, клеев; а так же как электроизоляционное покрытие.

Электрополировка. Электрохимическое полирование применяют, главным образом, для отделки не сложных по форме изделий из стали, меди и их сплавов. Результатом полирования является возникновение блеска поверхности металла, которое сопровождается растворением его внешнего слоя и, в большинстве случаев, сглаживанием микрошероховатостей.

Хромирование. Хромовые покрытия в отношении их функционального применения являются одними из наиболее универсальных. С их помощью повышают твердость и износостойкость поверхности изделий, инструмента, восстанавливают изношенные детали. Связано это с наличием на его поверхности весьма плотной пассивирующей пленки оксидной природы, которая при малейшем повреждении легко восстанавливается. Широко применяется для защиты от коррозии и с целью декоративной отделки поверхности изделий. В зависимости от режима процесса можно получить различные по свойствам покрытия.

Железнение. Железнение как гальваническое покрытие распространено очень мало. Главным образом оно используется в полиграфической промышленности для покрытия матриц, а в последнее время также при окончательной обработке деталей машин или при ремонте изношенных инструментов. Кроме того, этим способом можно приготовить особо чистое железо для физических и химических исследований. Основным элементом электролита является сернокислое или хлористое железо.

1.3.Описание  технологических процессов на  объекте

 

        Технологический процесс кадмирования:

1. Обезжиривание(NaOH щелочь(едкий натр).Температура раствора 800 С Обезжиривание в щелочных растворах подразделяют химическое и электрохимическое. В состав щелочных обезжиривающих растворов входят едкая щелочь, фосфаты, силикаты, кальцинированная сода. Минеральные жиры не разрушаются в щелочных растворах, но образуют под их воздействием водные эмульсии, что облегчает дальнейшее удаление с поверхности металла. Сила сцепления жиров с поверхностью металла довольна большая. Поэтому в щелочные обезжиривающие растворы добавляют специальные добавки-эмульгаторы: жидкое стекло, стеарин, смачивающие поверхностно-активные добавки, которые понижают поверхностное натяжение на границе двух фаз. Одним из очень важных условий, гарантирующих полное удаление с поверхности изделий омыляемых и неомыляемых жиров, является повышенная температура щелочных растворов. Мыла, получающиеся в результате обезжиривания, растворяются в горячих щелочах значительно лучше, чем в холодных. Рекомендуемая температура щелочных растворов от 60-900С. Движение моющего щелочного раствора относительно поверхности деталей во много раз ускоряет моющее действие. Поэтому, перемешивание раствора, струйная его подача на детали, ультразвуковое колебание раствора следует применять как для ускорения процесса, так и для улучшения очистки. 
2. Промывка в горячей воде. Температура воды 900 С
3. Травление в 30-процентном растворе соляной кислоты

Для травления стали применяется соляная или серная кислота. В соляной кислоте происходит растворение окалины, в то время как серная кислота подтравливает окалину, ослабляя ее адгезию со сталью. Обычные стали, уже обезжиренные, травят в 30 % - ной соляной кислоте при комнатной температуре вплоть до полного удаления окалины и ржавчины. После промывки применяют анодное обезжиривание с целью удаления протравленного шлама при / 5 - МО А / дм2 в течение 1 - 2 мин. После промывки производят - 10-с активацию поверхности в 10 % - ном растворе серной кислоты при комнатной температуре.