--PAGE_BREAK--Электролитический способ позволяет точно регулировать количество наносимого на поверхность цинка и получать на изделиях несложной конфигурации достаточно равномерные покрытия. В связи с этим расход цинка на покрытие значительно меньше, чем при других способах. Потери цинка, неизбежные при горячем способе, в данном случае незначительны. Экономия металла при электролитическом способе по сравнению с горячим составляет 50% и более.
Толщина цинкового покрытия, необходимая для защиты изделий от коррозии, зависит от материала и характера обработки покрываемых изделий, назначения, условий службы и хранения изделий и колеблется в довольно широких пределах от 0,005 до 0,05 мм.
1.3 Сравнительная характеристика цинковых электролитов Электролиты для цинкования можно разделить на две основные группы: простые кислые (сернокислые, хлористые, борфтористо-водородные), в которых цинк находится в виде гидратированных ионов, и сложные комплексные, в которых цинк присутствует в виде комплексных ионов, заряженных отрицательно (анионы) или положительно (катионы) '. Из комплексных электролитов известны щелочно-цианистые, щелочныенецианистые (цинкатные), пирофосфатные, аммиакатные, аминокомплексные с различными органическими адендами и др.
От природы и состава электролитов зависят качество осадков на катоде и скорость процесса осаждения. Так как качество осадков и скорость процесса в значительной степени определяются характером и степенью изменения катодных потенциалов. Чем резче выражена катодная поляризация, тем более мелкозернистые и равномерные по толщине осадки на катоде.
В кислых электролитах без специальных добавок катодная поляризация сравнительно невелика во всем рабочем интервале плотностей тока и выход металла по току возрастает. Осадки на катоде, образующиеся из таких электролитов, удовлетворительны по структуре, но менее равномерные по толщине слоя, чем, например, из цианистых и других комплексных электролитов. Однако допустимая плотность тока и, следовательно, скорость процесса, в кислых электролитах может быть значительно выше, чем в комплексных. Наиболее эффективными являются борфтористоводородные электролиты, так как они обладают высокими буферными свойствами, по-видимому, вследствие образования более сильной кислоты — гидрата трехфтористого бора HBF3OH при гидролизе HBF4.
Кислые электролиты применяются главным образом для цинкования изделий простой формы (листы, лента, проволока, стержни, пластины и т.п.). Электролиты, содержащие поверхностно-активные вещества,. повышающие катодную поляризацию, могут использоваться для цинкования также и рельефных деталей.
В щелочно-цианистых электролитах цинк находится в виде комплексных анионов.
Выделение цинка катоде из таких растворов происходит при высокой катодной поляризации, особенно при большом содержании свободного цианида. Поэтому осадки из цианистых электролитов получаются очень мелкозернистыми и более равномерными по толщине, чем из растворов простых солей цинка в отсутствие специальных добавок.
В цианистых электролитах выход металла по току ниже, чем в кислых растворах, и снижается при повышении плотности тока (особенно резко при большом содержании свободного цианида). Последнее в значительной мере способствует улучшению равномерности распределения металла на катоде.
Допустимая плотность тока в щелочно-цианистых электролитах, как правило, ниже, чем в кислых. Перемешивание сжатым воздухом, позволяющее в кислых электролитах значительно увелличить плотность тока, в цианистых растворах недопустимо вследствие карбонизации свободного цианида и выделения в атмосферу токсичного цианистого водорода
Этот процесс, хотя и менее интенсивно, протекает также в отсутствие перемешивания вследствие взаимодействия электролита с окружающей атмосферой, поэтому ванны с цианистыми растворами должны быть оборудованы специальными (бортовыми) вентиляционными отсосами. За счет карбонизации состав цианистых электролитов менее устойчив по сравнению с кислыми и требует частого корректирования — добавления цианида.
Анодная поляризация в цианистых цинковых электролитах несколько выше, чем в кислых. При электролизе с высокой анодной плотностью тока (выше допустимого предела) наступает пассивирование анодов и потенциал анодов резко смещается в сторону положительных значений. Это обусловливает выделение на аноде кислорода и снижение анодного выхода металла по току. Особенно сильно проявляется пассивирование анодов при недостатке в электролите свободного лиганда (цианида и щелочи): чем ниже концентрация лиганда, тем при меньшей плотности тока наступает пассивирование анодов.
Щелочно-цианистые электролиты широко применяют в промышленности для покрытия изделий различной формы — простых и сложных по конфигурации. Серьезным недостатком обычных цианистых электролитов цинкования (без специальных добавок) является значительное наводороживание в них стальных деталей, что приводит к резкому ухудшению механических свойств деталей после покрытия: уменьшается пластичность, увеличивается склонность стали к хрупкому разрушению.
Щелочные нецианистые — цинкатные электролиты в отличие от цианистых нетоксичны и более устойчивы по составу, чем щелочно-цианистые. Они содержат цинк в основном в виде комплексов типа Zn (OH) 24 и щелочь. Катодная поляризация в цинкатных электролитах без специальных добавок ПАВ выражается сравнительно небольшой величиной, она имеет в основном диффузионный характер, химическая поляризация составляет небольшую долю и выражается величиной порядка нескольких милливольт (7-10 мВ).
Анодный процесс сильно зависит от концентрации основных компонентов и температуры. Характерной особенностью поведения цинкового анода в пирофосфатных электролитах является склонность к пассивированию. Анодная плотность тока, при которой наступает полное пассивирование, тем меньше, чем ниже концентрация Р2О7 своб. и температура. Критическая плотность тока, при которой наступает пассивирование, значительно снижается при уменьшении рН
В аммиакатных электролитах цинк присутствует в виде аммиачного комплексного катиона Zn (NH3). Восстановление этих ионов протекает при более отрицательном потенциале, чем восстановление простых гидратированных ионов, но с повышением плотности тока катодный потенциал изменяется не так резко, как в цианистых и пирофосфатных электролитах — наклон поляризационных кривых менее значителен.
Допустимый верхний предел плотности тока так же, как и в цинкатных электролитах, сильно зависит от концентрации металла и в обычно применяемых разбавленных растворах не превышает 1,5-102 А/м2. Выход металла по току близок к теоретическому и мало изменяется при повышении плотности тока. Удовлетворительные по качеству осадки получаются из этих электролитов только в присутствии некоторых органических добавок.
Рассеивающая способность аммиакатных электролитов выше, чем простых кислых (без специальных добавок), но уступает рассеивающей способности цианистых. Аноды в аммиакатных электролитах растворяются в интервале рабочих плотностей тока (равных катодным) с высоким выходом по току.
В числе комплексных электролитов с органическими адендами в последнее время были разработаны этилендиаминовые, моноэтаноламиновые, триэтаноламиновые, полиэтиленполиаминовые, гликолевые, трилонатные и др.
1.4 Кислые электролиты Удовлетворительные по внешнему виду осадки цинка можно получать из простых кислых электролитов, содержащих только соль цинка и небольшое количество серной кислоты. Однако на практике для улучшения качества' покрытия к раствору соли цинка обычно добавляют поверхностно-активные вещества, а также соли щелочных металлов и вещества, 'Сообщающие буферные свойства электролиту.
Из солей цинка применяется преимущественно сернокислый цинк, так как в присутствии большого количества хлористых солей происходит сильное разрушение цинковых анодов. Тем не менее электролиты на основе хлористого цинка с блескообразующими добавками в последнее время были предложены как более перспективные для получения блестящих цинковых покрытий. Борфтористоводородные электролиты применяются реже вследствие высокой стоимости и сложности их приготовления.
Катодная поляризация в сернокислых и борфтористоводородных электролитах цинкования выше, чем в хлористых.
Концентрация цинка выбирается в зависимости от требуемой скорости процесса. Чем больше концентрация цинка в растворе, тем выше допустимая плотность тока, но тем менее равномерны по толщине осадки цинка.
Для цинкования деталей на подвесках или в насыпном виде в колоколах и в барабанах обычно применяют растворы, содержащие от 1 до 2 гэкв/л ZnSO4.
Большое влияние на катодный процесс при электроосаждении цинка оказывает концентрация водородных ионов. В растворе, содержащем 0,9 моль/л ZnS04, поляризация возрастает с понижением рН, причем в перхлоратных и сернокислых растворах в большей степени, чем в хлористых. Показано также, что в зависимости от рН раствора без органических добавок меняется также и природа поляризации при электроосаждении цинка. В кислых растворах при рН — 2,5 преобладает химическая поляризация, при более высоких значениях рН (около 5,2) концентрационная поляризация превышает химическую. В соответствии с этим электролитические осадки цинка из чистого раствора ZnSO4 при низком значении рН имеют более мелкозернистую структуру, чем при повышенном рН.
Для поддержания рН около 4,5 в электролит вводят буферные добавки — уксусную, чаще борную кислоту (20-30 г/л). Вместо уксусной кислоты целесообразно вводить уксуснокислый натрий, который после прибавления серной кислоты дает эквивалентное количество слабодиссоциированной уксусной кислоты. Хорошими буферными свойствами обладает электролит, содержащий около 30 г/л сернокислого алюминия или алюмокалиевых квасцов. В присутствии солей алюминия при этом значении рН повышается также катодная поляризация и осадки цинка получаются светлыми, полублестящими мелкозернистой структуры. Буферные свойства сернокислого алюминия основаны я а том, что при рН = 4-4,5 он подвергается гидролизу с образованием H2S04
К сернокислому электролиту цинкования добавляют иногда соли других, не выделяющихся на катоде, металлов, например, сульфаты или хлориды натрия и аммония (до 2 г-экв/л и более), главным образом для увеличения электропроводности растворов. При добавлении сернокислых солей повышается также катодная поляризация, что способствует улучшению распределения металла по поверхности катода.
Присутствие ионов С1 снижает катодную поляризацию при электроосаждении цинка, что позволяет регулировать скорость процесса в тех случаях, когда она слишком мала за счет сильного ингибирующего действия некоторых органических добавок (закрепитель ДЦУ, ТИАС — тетраизоамиламмонийеульфат и др.). В присутствии таких ПАВ авторы рекомендуют применять смешанные сульфатхлоридные электролиты. Роль хлор-иона объясняется образованием промежуточного комплекс, облегчающего переход электронов на разряжающие частицы.
Органические вещества, вводимые в кислые электролиты цинкования, улучшают структуру и внешний вид покрытий. Одной из первых таких добавок, предложенных еще в 1917 г. Н.А. Изгарышевым, П.С. Титовым и Д.В. Степановым, был гуммиарабик, в присутствии которого (20 г/л) из сернокислого электролита получали мелкозернистые полу блестящие осадки динка. Позже (в 1928-29 годах) дефицитный гуммиарабик был заменен декстрином; этот электролит и сейчас еще применяется на наших заводах. К настоящему времени исследовано и предложено много других ПАВ, относящихся к различным классам, в качестве добавок к электролитам цинкования. Большинство из них, повышая катодную поляризацию, уменьшает размеры кристаллов в осадке цинка и улучшает равномерность распределения его на катодной поверхности.
При цинковании с высокими плотностями тока, например при покрытии проволоки, ленты и листов, органические вещества к электролиту не добавляют. В этом случае следует избегать также введения в электролит солей натрия и калия, так как в их присутствии подщелачивание прикатодного слоя с выпадением гидроокиси цинка происходит интенсивнее.
В присутствии некоторых поверхностно-активных веществ можно получать на катоде блестящие осадки цинка.
В присутствии тиокарбамида катодная поляризация не зависит от кислотности электролита, тогда как в электролите без добавок ПАВ с увеличением кислотности она возрастает [28]. Авторы считают, что тиокарбамид устраняет ингибирующее действие водорода и других чужеродных частиц, вызывающих повышение катодной поляризации.
1.5 Щелочные цианистые электролиты Основными компонентами щелочных цианистых электролитов являются комплексная цианистая соль цинка Na2Zn (CN) 4 или K2Zn (CN) 4, цинкат натрия или калия Na2ZnO2 или K.2ZnO2, цианиды NaCN или KCN и щелочь NaOH или КОН. Исходными веществами для получения в растворе комплексных солей цинка служат Zn (CN) 2, Zn (OH) 2HZnO.
В практических условиях щелочно-цианистый цинковый электролит обычно получают при взаимодействии окиси или гидроокиси цинка со щелочью и последующей обработке полученного осадка заранее приготовленным раствором цианистого натрия или калия.
Общая концентрация цинка в электролите может колебаться в пределах от 0,25 до 1,5 г-экв/л. Относительное содержание цианистого и цинкатного комплексов цинка зависит от концентраций цианида и щелочи. Однако количество цианида и щелочи, связанных отдельно с цинком и присутствующих в свободной форме в электролите, учесть очень трудно из-за отсутствия соответствующего метода контроля. Можно принять, что с увеличением относительной концентрации цианида или щелочи будет возрастать и содержание соответствующей комплексной соли цинка.
Так как концентрации свободного цианида и свободной щелочи в цианистом цинковом электролите раздельно установить невозможно, то указывают суммарное количество обоих компонентов.
Избыток цианида и щелочи необходим, во-первых, для предупреждения гидролиза комплексных солей цинка и выпадения из раствора гидроокиси и цианида цинка и, во-вторых, для устранения пассивирования цинковых анодов.
В присутствии свободной щелочи замедляется карбонизация Цианида и, следовательно, снижается его расход и уменьшается выделение токсичного цианистого водорода.
1.6 Щелочные нецианистые (цинкатные) электролиты Основными компонентами цинкатных электролитов являются комплексная соль цинка Na2Zn (OH) 4 или K2Zn (OH) 4 и свободная щелочь NaOH или КОН.
В отсутствие специальных добавок из этих электролитов на катоде выделяются губчатые осадки цинка даже при малых плотностях тока — ниже предельного тока диффузии ионов цинка. Как указывалось ранее, добавление к цинкатному раствору 0,25 — 0,5 г/л олова, до 0,05 г/л свинца и следов ртути, а также 0,005-0,01 г/л солей мышьяка, сурьмы и селена полностью устраняет местное образование цинковой губки и позволяет получать компактные осадки цинка. Такой электролит использовали для цинкования деталей на подвесках и во вращающихся барабанах. Однако вследствие малой допустимой плотности тока на катоде он не получил затем большого распространения.
Позднее было показано, что при некоторых режимах периодического изменения направления (реверсия) и пульсации постоянного тока из цинкатных электролитов могут быть получены компактные блестящие осадки цинка на катоде даже при отсутствии указанных добавок.
Блестящие цинковые покрытия образуются только на тщательно отполированной поверхности стали, меди и других металлов после кратковременного (5-10 с) повышения в начале электролиза плотности тока («толчка» тока) при переключении полярности.
Блестящее цинковое покрытие (на полированной стали) из цинкатного электролита получается также при электролизе реверсированным током е толчком тока в начале электролиза.
Окись цинка растворяется хуже, чем гидроокись, и для полного растворения ее предварительно смешивают с горячей щелочью, добавляя небольшое количество воды. После тщательного перемешивания получают концентрированный раствор, который затем разбавляют водой до нужной концентрации. Последняя зависит главным образом от сложности конфигурации покрываемого изделия: чем рельефнее покрываемая поверхность, тем ниже должна быть концентрация цинка, особенно при условии перемешивания электролита.
Концентрация свободной щелочи, необходимой для обеспечения устойчивости комплексной соли цинка и нормального растворения цинковых анодов, должна быть тем больше, чем выше концентрация цинка.
При перемешивании электролита сжатым воздухом допустимый предел катодной плотности тока увеличивается в 1,5 — 2 раза.
На рассеивающую способность факторы влияют в обратном направлении. Наибольшее влияние на равномерность распределения металла по катодной поверхности оказывает концентрация цинка в электролите, при повышении которой рассеивающая способность ухудшается. Добавки солей олова, свинца и ртути практически не оказывают влияния на допустимый предел плотности тока и распределение металла.
продолжение
--PAGE_BREAK--В качестве блескообразующих добавок к цинкатному электролиту предложены также ароматические альдегиды, поливиниловые спирты, полиалкиламины, алкиламины и продукты конденсации аминов с эпихлоргидрином или с окисью этилена. Эффективным блескообразователем является продукт взаимодействия этилендиамина с эпихлоргидрином (50% -ный водный раствор).
В цинкатном электролите всегда присутствуют углекислые соли за счет взаимодействия щелочи с двуокисью углерода воздуха.
1.7 Пирофосфатные электролиты Исходными компонентами для приготовления пирофосфатных электролитов могут быть ZnS04-7H2O, Zn (OH) 2 или ZnO и пирофосфорнокислые соли натрия, калия и аммония. Пирофосфаты калия и аммония лучше растворяются в воде, чем пирофосфат натрия, из них можно готовить более концентрированные растворы, обладающие и большей электропроводностью.
Однако эти соли менее доступны потребителям из-за ограниченного их производства.
При введении сернокислого цинка в раствор пирофосфата калия или натрия образуется сначала осадок пирофосфата цинка, который затем растворяется в избытке пирофосфата щелочного металла с образованием комплексной соли.
При действии пирофосфата калия или натрия в избытке на гидроокись или окись цинка образуется комплексная соль пирофосфата цинка.
Состав пирофосфатных комплексов цинка зависит от значения рН и концентрации свободного пирофосфата в растворе.
Процесс электроосаждения цинка из пирофосфатных растворов протекает при повышенной катодной поляризации, которая обусловлена как диффузионными ограничениями, так и торможением электродной реакции Показано, что катодный процесс характеризуется сочетанием диффузионной поляризации и перенапряжения.
Катодная поляризация возрастает при увеличении концентрации свободного пирофосфата щелочного металла, уменьшении концентрации цинка и температуры электролита, но снижается при возрастании значения рН.
Положительное влияние на качество катодных осадков и кинетику катодного процесса в пирофосфатных электролитах оказывают органические вещества.
Цинковые аноды плохо растворяются в пирофосфатных электролитах вследствие пассивирования.
1.8 Аммиакатные электролиты Аммиакатный электролит цинкования получают растворением окиси или гидроокиси цинка в избытке хлористого или сернокислого аммония по уравнению реакции:
ZnO + 2NH4C1 = Zn (NH3) 2Cl2 + Н2О Zn (OH) 2 + 2NH4C1 = Zn (NH3) 2Cl2 + 2H2O
Показано, что содержание цинка в насыщенном растворе NH4C1 зависит от рН среды. Минимальная растворимость ZnO соответствует нейтральной области в пределах рН = 6,3-7. При более высоком и более низком значениях рН растворимость резко возрастает. Твердая фаза, содержащая цинк, находится в равновесии с насыщенным раствором NH4C1 в нейтральной области, она представляет собой комплексное соединение Zn (NH3) 2Cl2. При добавлении NH4OH увеличивается рН и число связанных в комплексе молекул аммиака (лигандов); в этих условиях образуются другие, по-видимому, более растворимые комплексные соединения: Zn (NH3) 3Cl2, Zn (NH3) 4Cl2. Наряду с этим образуются также и соединения типа Zn (NH3) n (OH) 2, особенно, если значение рН повышают добавлением щелочи (КОН или NaOH). При большой концентрации аммиака в водном растворе цинк образует устойчивые тетра-амин-ионы.
При введении ZnO в насыщенный раствор сернокислого аммония образуются соответствующие комплексные соединения типа Zn (NH3) nSO4, растворимость которых при рН>7 также резко возрастает. При уменьшении рН растворимость такой комплексной соли, наоборот, снижается почти до нуля и выпадает осадок труднорастворимой соли. Подобные соединения образуются также и при взаимодействии ZnO с уксуснокислым аммонием.
Исследования кинетики электродных процессов (катод — амальгама цинка) в аммиачных растворах методом радиоактивных индикаторов в сочетании с электрохимическими измерениями показали, что стадией, определяющей скорость электродных процессов, является электрохимическая реакция.
Поляризуемость катода и рассеивающая способность аммиакатных электролитов зависят от рН и концентрации компонентов. Наибольшие поляризуемость катода и рассеивающая способность аммиакатных электролитов соответствуют нейтральной области.
При увеличении концентрации хлористого аммония (а также сернокислого аммония) поляризуемость катода и рассеивающая способность при низких плотностях тока в щелочной области несколько возрастает. Благоприятное влияние хлористого аммония на рассеивающую способность сказывается также вследствие увеличения электропроводности.
Аммиакатные электролиты обладают хорошими буферными свойствами благодаря образованию у катода слабо диссоциированного основания гидроокиси. аммония.
Буферное действие комплексного иона определяется следующими равновесными условиями в растворе.
К раствору, содержащему 250 г/л NH4C1, иногда добавляют 20-25 г/л борной кислоты для повышения устойчивости значения рН в прикатодном слое. Чтобы увеличить концентрацию комплексных ионов цинка и допустимый предел плотности тока, рекомендуется вводить в раствор 40-50 г/л роданистого аммония или до 100 г/л гексаметилентетрамина (уротропин).
С целью улучшения структуры осадков в аммиакатные электролиты рекомендуют вводить поверхностно-активные вещества (клей, желатин, декстрин, тиомочевину, фурфурол, диспергатор НФА, ОС-20 и др.). При совместном присутствии ОС-20 и НФА образуются мелкозернистые полублестящие осадки цинка. Температура аммиакатных электролитов от 18 до 40 °С. Катодная и анодная плотности тока до (1,5-4) — 102 А/м2 в зависимости от концентрации цинка, рН и темпеинка, рН и темпета. Аноды изготовляют из чистого цинка. Выходы по току на катоде и аноде в рабочем интервале плотностей тока составляют 90-100%.
1.9 Электролиты на основе аминокомплексных соединений цинка К этой группе электролитов относятся растворы солей цинка, содержащие комплексы трилон Б, этилендиамин, моноэтаноламин, триэтаноламин, гликокол (аминоуксусная кислота), полиэтиденполиамин и др.
Электролиты готовят следующим образом. В половинном от расчетного объеме воды при 70-90 °С растворяют хлористый аммоний и полученный раствор приливают небольшими порциями к окиси цинка, предварительно смоченной водой, при непрерывном перемешивании. После охлаждения раствора до 35-40 °С к нему добавляют этилендиамин (в первом электролите) или моноэтаноламин (во втором электролите) и заранее приготовленный раствор желатина или клея. Приготовленные растворы прорабатывают перед цинкованием постоянным током из расчета 1-5 А-ч/л.
Кадмий добавляют к электролитам в виде соответствующих аминокомплексов для улучшения растворения анодов. Выделяясь контактно на цинке, кадмий образует с цинком микрогальванопары, ускоряющие ионизацию цинка.
Значение рН 8,0-8,8. Электролит готовят аналогично первым двум электролитам.
Добавление кадмия к триэтаноламиновому электролиту не требуется, так как цинковые аноды хорошо в нем растворяются.
Электролиз указанных 3 типов электролитов ведут при температуре электролитов 17-25°С, катодной плотности тока (1,5-2,0) — 102 А/м2 и анодной плотности тока около 1 102 А/м2.
Электроосаждение цинка из этих электролитов происходит при повышенной катодной поляризации, поэтому покрытия получаются светлыми и плотными. Микротвердость осадков цинка равна 90 — 120 кгс/мм2.
Полиэтиленполиаминовый электролит содержит цинк в виде прочных комплексных ионов.
Удовлетворительные по качеству осадки можно получать из этого электролита в присутствии хлорида или сульфата аммония (100-200 г/л) при рН = 8-9 и температуре 20 °С.
В ЦНИИТМАШ был предложен полиэтиленполиаминовый (ПЭПА) электролит.
Значение рН электролита 7,95; температура 20 °С; катодная плотность тока (1 — 10) — 102 А/м2. Выход цинка по току 90-50% (соответственно указанному интервалу плотностей тока).
Рассеивающая способность полиэтиленполиаминового электролита, рассчитанная по данным о распределении металла на разборном катоде в щелевой ячейке, при средней катодной плотности тока (1-5) • 102 А/м2 составляет 21-27%.
2. Технологическая часть 2.1 Назначение и выбор гальванических покрытий 2.1.1 Эскизы и ведомость деталей Все обрабатываемые детали разбиваются по видам покрытия, габаритным размерам, группам сложности на ряд конструкторско-технологических групп:
I группа — изделия с габаритными размерами более 1200х1200х800 мм и массой более 150 кг.
II группа — изделия с габаритными размерами более 1200х1200х800 мм
и массой более 150 кг, пригодные для обработки на подвесках без применения дополнительных приспособлений.
III группа — изделия, обработка которых должна производиться в барабанах;
IV группа — изделия, обработка которых должна производиться в приспособлениях, оснащенных внутренними или охватывающими анодами.
V группа — изделия, обработка которых не может осуществляться в автоматических линиях (например, изделия, предназначенные для химического никелирования, химического меднения).
Таблица 2.1 — Ведомость деталей
2.1.2 Выбор типа покрытия и толщины покрытия исходя из условий эксплуатации Одним из важнейших факторов, определяющих выбор покрытий, являются условия эксплуатации изделий.
Согласно ГОСТ 15150-69, группы условий эксплуатации определяются в зависимости от климатического исполнения и категории размещения.
Условные обозначения покрытий в зависимости от климатических условий их эксплуатации
1. Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках и озерах:
У — для макроклиматического района с умеренным климатом;
УХЛ — для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом;
ТВ — для макроклиматических районов с влажным тропическим климатом;
ТС — для макроклиматических районов с сухим тропическим климатом;
Т — для макроклиматических районов с сухим и с влажным тропическим климатом;
О — для макроклиматических районов на суше, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение).
2. Изделия, предназначенные для эксплуатации макроклиматических районах с сухим климатом:
М — для макроклиматического района с умеренно холодным морским климатом;
ТМ — для макроклиматического района с тропическим морским климатом, в том числе для судов каботажного плавания или иных предназначенных для плавания только в этом районе;
ОМ — для макроклиматических районов с умеренно холодным и тропическим морским климатом, в том числе для судов неограниченного района плавания.
3. Изделия, предназначенные для эксплуатации во всех макроклиматических районах на суше и на море, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (всеклиматическое исполнение).
Условия обозначения изделий в зависимости от категории размещения
Укрупненные категории:
1 — для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности климатических факторов, характерных для данного микроклиматического района).
2 — для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, например в палатках, кузовах, прицепах, металлических помещениях без теплоизоляции, а также в оболочке комплексного изделия категории 1 (отсутствие прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков).
3 — для эксплуатации в закрытых помещениях (объемах) с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например в металлических с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения, существенное уменьшение ветра; существенное уменьшение или отсутствие воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги).
4 — для эксплуатации в помещениях (объемах) с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и др., в том числе хорошо вентилируемых подземных помещениях (отсутствие воздействия прямого солнечного излучения, атмосферных осадков; ветра, песка и пыли, наружного воздуха, существенное уменьшение или отсутствие воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги); для эксплуатации в помещениях (объемах) с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых подземных помещениях, в том числе шахтах, подвалах, в почве, в таких судовых, корабельных и других помещениях, в которых возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах и потолке, в частности, в некоторых трюмах, в некоторых цехах текстильных, гидрометаллургических производств и т.п.)
Дополнительные категории:
1.1 — для хранении в процессе эксплуатации в помещениях категории 4, так и (кратковременно) в других условиях, в том числе на открытом воздухе;
2.1 — для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категории 1; 1,1; 2, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах (например, внутри радиоэлектронной аппаратуры);
3.1 — для эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях (объемах);
4.1 — для эксплуатации в помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом;
5.1 — для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категории 5, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах (например, внутри радиоэлектронной аппаратуры).
Условия эксплуатации
Легкие условия характеризуются содержанием в атмосфере сернистого газа не более 0,02 мг/м3, хлористых солей не более 0,03 мг/ (м2сут), а также тем, что атмосфера не загрязнена газами промышленных объектов. Климат в помещении для хранения изделий должен быть регулярным.
Для средних условий эксплуатации характерна та же атмосфера, но возможно хранение изделий при холодном и умеренном климате под навесом или на открытом воздухе (в том числе и для сухого тропического климата).
Жесткие условия характеризуются: температура максимальная +850С и минимальная — 600С; относительная влажность 98% при температуре 250С (возможно повышение относительной влажности до 100% при температуре 250С); содержание коррозионно-активных агентов (сернистый газ — до 2 мг/м3, хлориды — до 2 мг/ (м3сут); наличие воздействия солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, пыли и конденсации влаги.
Особо жесткая группа эксплуатации характеризуется такими характеристиками: максимальная температура 850С, минимальная — 600С; относительная влажность 98% при температуре 350С (возможно повышение относительной влажности до 100% при температуре 350С); содержание коррозионно-активных агентов (сернистый газ — до 2 мг/м3, хлориды — до 30 мг/ (м3сут); наличие воздействия солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, песка, пыли, плесневых грибков и конденсации влаги.
Кроме того, согласно ГОСТ 15150-69 условия эксплуатации подразделяются на 8 групп.
В зависимости от требований, предъявляемых к эксплуатационным характеристикам деталей, различают покрытия:
защитные (для защиты покрываемого металла от коррозии);
защитно-декоративные (для защиты покрываемого металла от коррозии и придания декоративного вида);
специальные (для придания определенных свойств поверхности покрываемого металла).
Одни и те же покрытия в зависимости от области их применения могут относиться к защитным, защитно-декоративным или специальным.
Выбор типа гальванического покрытия и его толщины в зависимости от условий эксплуатации производится согласно ГОСТ 9.303-84.
Тип покрытия: цинкование.
Условия эксплуатации: для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.
Толщина 9 мкм.
2.1.3 Обозначение и шифр покрытия Покрытия обозначают в зависимости от способа их получения, материала покрытия, признаков, характеризующих их физико-механические и декоративные свойства, а также дополнительной обработки (ГОСТ 9.303-84).
Материал покрытия, состоящий из сплава, обозначают символами компонентов, входящих в состав сплава, разделяя их знаком тире, и в скобках указывают максимальную долю первого или первого и второго (в случае трехкомпонентного сплава) компонентов в сплаве, отделяя точкой с запятой. Например, покрытие сплавом медь-цинк с массовой долей меди 50...60% и цинка 40...50% обозначают М-Ц (60); покрытие сплавом медь-олово-свинец с массовой долей меди 70...78%, олова 10...1 8% и свинца 4… 20% обозначают М-О-С (78, 18).
продолжение
--PAGE_BREAK--В обозначении материала покрытия сплавом при необходимости указывают минимальную и максимальную массовые доли компонентов, например, покрытие сплавом золото-серебро-медь с массовой долей золота 98...99,6%, серебра 0,2...1% обозначают Зл-Ср-М (98...99,6; 0,2...1). В обозначении покрытий сплавами на основе драгоценных металлов деталей часов и ювелирных изделий допускается указывать среднюю массовую долю компонентов.
Виды многослойных покрытий и их обозначения приведены в ГОСТ 9.3Q3-84.
Обозначение цинкового покрытия: Ц 8.
2.1.4 Требования, предъявляемые к поверхности детали, предназначенной под покрытие, и методы получения заданного качества покрытия Качество поверхности определяется двумя основными показателями: шероховатостью и волнистостью.
Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности и оказывает существенное влияние на эксплуатационные показатели.
Шероховатость поверхности оценивается значениями, высотных параметров: Ra — среднее арифметическое отклонение профиля; Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам.
Шероховатость поверхности основного металла должна быть не более: Rz 40 мкм — под защитные покрытия; Ra 2,5 мкм — под защитно-декоративные покрытия; Ra 1,25 мкм — под твердые и электроизоляционные анодно-оксидные покрытия.
Волнистость поверхности — совокупность периодически повторяющихся неровностей, которые образуются прежде всего в связи с колебаниями или относительными колебательными движениями в системе станок — инструмент — изделие. Высота неровностей волнистости и высота шероховатости примерно одинаковые.
Поверхность деталей, изготовленных из горячекатаного металла, должна быть чистой, без травильного шлама, окалины, ржавчины и других загрязнений. Неоднородность проката, закатанная окалина, раковины, поры, расслоения, выявляющиеся после травления, полирования или шлифования, являются основанием для бракования детали, если после контрольной зачистки размеры детали выходят за предельные вследствие дефектов. На поверхности литых и кованых деталей не должно быть пор, газовых и усадочных раковин, шлаковых включений, спаев, недоливов, трещин, за исключением допустимых технической документацией на отливки и поковки. Детали после гидрообработки не должны иметь травильного шлама, шлака, окалины, ржавчины и заусенцев. Шлифованные и полированные детали длжны поступать без забоин, вмятин, раковин, расслоений, прижогов, рисок, трещин, заусенцев, пор и дефектов от рихтовочного инструмента.
Независимо от вида механической обработки и подготовки деталей острые углы и кромки деталей должны быть скруглены или иметь фаски, за исключением технически обоснованных случаев. На изделиях, выполненных газовой и дуговой сваркой, угловые, фасонные, радиусные швы стыковых и нахлесточных соединений выполняют непрерывными без непроваров. Сварные и паяные швы должны быть зачищены и не иметь дефектов, кроме допустимых технической документацией на сварку и пайку.
На рабочей поверхности литых деталей допускаются следы швов по разъему форм, следы питателей, зачищенные заподлицо с поверхностью детали, следы от выталкивателя.
Шероховатость поверхности должна быть: Rа=1 мкм; Rz=20 мкм
2.1.5 Требования к гальваническим покрытиям К покрытиям в процессе производства и приемки предъявляются требования к внешнему виду и, при необходимости, к специальным свойствам.
Кроме того, для металлических покрытий устанавливают требования к толщине, пористости и прочности сцепления и, в случае испытаний сплавами, к химическому составу.
По внешнему виду, по химическому составу, защитным свойствам и пористости покрытие должно соответствовать требованиям ГОСТ 9.301-78.
Покрытие должно быть прочно сцепленным с основным металлом, без шелушения, сколов, вздутий и растрескивания и выдерживать испытания на прочность сцепления в соответствии с ГОСТ 9.302-79.
При выборе покрытий следует помнить, что шероховатость поверхности деталей после нанесения защитно-декоративных покрытий (никелевое, хромовое) остается без изменения, а после нанесения защитных и специальных покрытий (цинк, кадмий, серебро и др.) ухудшается в зависимости от толщины покрытия и технологии его нанесения.
Крепежные детали с толщиной покрытия менее 9 мкм применяют с обязательной дополнительной защитой в сборке от воздействия внешней среды лакокрасочными покрытиями, стойкими в данных условиях.
При предъявлении к покрытиям требований по блеску в обозначении покрытий указывается степень блеска: матовое, блестящее, зеркальное. Зеркальное покрытие получается непосредственно при электролизе или с помощью механических средств до и после нанесения покрытия.
В отверстиях, каналах, пазах, на вогнутых участках профилированных деталей и на внутренних поверхностях допускается уменьшение толщины покрытия до 50% по сравнению с требуемой по чертежу. В глухих узких, гладких и резьбовых отверстиях, каналах и пазах размером менее 12 мм на глубине одной ширины или одного диаметра толщина покрытия не нормируется. Это относится и к сквозным отверстиям (гладким и резьбовым) диаметром менее 6 мм при глубине более одной ширины или диаметра.
На полированной поверхности покрытий, кроме зеркальной, допускаются единичные (не более 5 шт. на 100 см') царапины или точки от полировочных паст и рихтовочного инструмента. На неполированной поверхности покрытия могут быть следы от механической обработки (штамповки, вытяжки и т.д.) в соответствии с требованиями стандарта на металл. В местах соприкосновения покрытых деталей с контактным приспособлением и на рабочей поверхности могут быть участки без покрытия, также возможны пятна вокруг раковин или пор, темные полосы или пятна в труднодоступных для зачистки углублений. Отсутствие покрытия допустимо: в сварных или паяных швах и около них; в порах, свищах, раковинах и местах шлаковых и оксидных включений; в других местах с дефектами поверхности, допустимыми стандартами или техническими условиями на литье или материал, на сварные и паяные соединения, на прокат.
На поверхности покрытия не допускаются пригары, вздутия, следы неотмытых солей, пузыри, отслаивание, шелушение, сколы, рыхлость, растрескивание, видимые следы от рук.
Согласно заданию к выбранному гальваническому покрытию предъявляются следующие требования:
2.2 Технологический процесс 2.2.1 Выбор технологической схемы нанесения покрытий Технологический процесс нанесения" покрытий состоит из операций, которые можно разделить на механическую подготовку деталей, химическую и электрохимическую подготовку деталей перед покрытием, нанесение покрытий и заключительную обработку.
Выбор технологической схемы нанесения необходимого покрытия на детали определяется многими факторами: видом покрытия; природой металла детали; формой и размерами детали; качеством наружной отделки детали, поступающей на покрытие, и качеством внешнего вида детали после покрытия; экономической целесообразностью выбора этой или иной операции.
Сначала производят подготовительную операцию при помощи сортированной обтирочной ветоши, для этого необходимо широкоуниверсальное рабочее место. Монтаж деталей производят на автооператорной траверсе.
Электрохимическое обезжиривание является наиболее целесообразным видом обезжиривания. Оно почти не зависит от температуры и концентрации электролита, а определяется плотностью тока при катодным процессе. Сущность его заключается в бурном выделении пузырьков водорода на поверхности обезжиривания деталей. При этом они в течение первых же секунд разрывают и удаляют пленку жировых загрязнений, а роль щелочного раствора является вспомогательной и заключается в обволакивании частиц масел с образование эмульсии, а также в омылении органических и животных жиров. Для электрохимического обезжиривания используют раствор состава: натр едкий технический, сода кальцинированная марки Б, тринатрий фосфат технический, стекло натриевое жидкое содовое марки Б, ТМС «Элона».
Затем детали промывают в горячей проточной воде, производят промывку и активацию. В ванне каскадной промывки происходит противоточная двухступенчатая холодная промывка.
Для осаждения цинковых покрытий применяют различные электролиты: кислые, цианистые, аммиакатные, цинкатные и др.
В аммиакатном электролите цинк находится в виде комплексных катионов. Аммиакатные соединения цинка получаются при взаимодействии окиси цинка с аммонийными солями.
Самый распространенный состав аммиакатного электролита (г/л) и режим работы следующие: окись цинка 10-20; хлористый аммоний 200-300; борная кислота 25-30; клей 1-2; рН 5,9-6,5; температура 15-20 0С; i=0,5-1,0 А/дм2. Этот электролит используется при цинковании деталей насыпью при цинковании деталей насыпью в барабанах или колоннах. В стационарных ваннах при цинковании на подвесочных приспособлениях электролит подщелачивают до рН 7,2-7,5. В состав аммиакатных электролитов вводят буферные соединения для стабилизации величины рН в катодной зоне. В качестве буферных соединений используют борную кислоту или уксусные соли.
После цинкования производят улавливание, промывку холодную противоточную, сушку, демонтаж, контроль рабочим, контроль ОТК, упаковывание.
2.2.2 Определение времени обработки детали Продолжительность электрического осаждения металлов (мин) определяется по формуле:
τ=δ60d/iKqВТ
где δ — толщина покрытия, мкм; d — плотность осаждаемого металла, г/см3; /к — катодная плотность тока, А/дм2; q — электрохимический эквивалент, г/Ач; ВТ — выход по току, %.
τ=9 60 7,14/1 1,3 98=30 мин
При покрытии мелких деталей в барабанах и колоколах происходит неравномерность пересыпания деталей и истирание покрывающегося слоя металла с поверхности деталей. В этом случае следует продолжительность электролиза т увеличить на 20...25%. Плотность тока при обработке мелких деталей в колоколах и барабанах не превышает 1...1,5 А/дм2.
Технологическое время для процессов оксидирования стали, фосфотирования, для подготовительных, заключительных операций, операций промывки и сушки не рассчитывается, а принимается на основе данных, полученных на практике.
2.2.3 Контроль качества покрытия Самой первой оценкой электролитических покрытий является их внешний вид, который контролируется визуальным осмотром при нормальном дневном или искусственном освещении. Освещенность должна быть не менее 300 лк. В результате оценки по внешнему виду покрытия детали относятся к одной из групп: годные, дефектные, брак, а результаты осмотра оформляются документом.
Дефектными считают детали, с которых необходимо удалить недоброкачественное покрытие и нанести его повторно, а также детали, требующие доработки без снятия покрытия. К браку относятся детали с очагами коррозии, перетравленные, с механическими и другими повреждениями, а также на допускающие переделки со снятием недоброкачественного покрытия.
Во мн6огих случаях решающим признаком качества покрытия, которое должно соответствовать определенным техническим и экономическим требованиям, является его толщина. Выбор методики и приборов и методики для измерения толщины покрытий зависит от многих факторов: рода и формы покрытия и основного металла, необходимой точности и длительности измерения, допустимости или недопустимости разрушения покрытия или всей детали. Необходимо определить не только среднюю, н7о и минимальную толщину покрытия на определенных участках детали, так как даже на плоских деталях толщина слоя металла не одинакова в различных точках.
Методы измерения толщины слоя с разрушением детали делятся на химические, разрушающие только покрытия, и физическ5ие, нарушающие целостность не только покрытия, но и самой детали. Химические методы рекомендуются тогда, когда по производственным условиям допускается разрушение нанесенных на детали покрытий, что связано с потерей некоторых готовых деталей. При химических методах невозможно автоматизировать процесс контроля толщины покрытия в условиях серийного и массового изготовления деталей. Метод снятия заключается в растворении покрытия в таком растворе, который не повреждает основного металла. Растворение может быть химическим и электрохимическим. По массе растворенного покрытия определяют толщину покрытия. Масса покрытия определяется двумя способами: аналитическим и взвешиванием детали до и после покрытия.
2.2.4 Карты технологических процессов После выбора технологической схемы гальванического покрытия и расчета времени обработки деталей на каждой операции составляют карту технологического процесса для механической подготовки и гальванического покрытия (таблица 2.2).
Таблица 2.2 — Технологическая карта процесса
2.3 Приготовление и корректировка электролита. Химический анализ электролита и покрытия. Удаление недоброкачественных покрытий Для приготовления электролита, хранения и переработки непригодного для работы электролита используют специальные емкости с насосами. В крупных цехах имеется специальный участок корректировки растворов. Потребное количество емкостей и фильтров определяют на основании объемов производственных ванн. При описании стадии приготовления и корректировки электролитов необходимо пользоваться материалами технологической практики.
Корректировка электролита цинком хлористым производится периодически, так как анодный выход цинка по току несколько превышает катодный, что в основном компенсирует вынос ионов цинка покрываемыми деталями. В случае накопления ионов цинка в электролите, необходимо разбавить электролит.
Калий хлористый и борная кислота выносятся только деталями, и корректирование этими химикатами производится по данным анализа. Следует учесть, что на работу ванны большое влияние оказывает концентрация цинка хлористого и калия хлористого.
продолжение
--PAGE_BREAK--