ВВЕДЕНИЕ
При нанесениидекоративных хромовых покрытий на деталь для защиты от коррозии сначала наносятслой никеля. Для получения гладкой и блестящей поверхности, необходимой дляхромирования, наносят еще один или несколько слоев никеля. Этот процесспроводят в так называемых полировальных ваннах, наполненных водным растворомникелевых солей, содержащих полирующие добавки — сераорганические соединения.После нанесения слоев никеля деталь промывают водой для удаления никелирующегораствора и проводят хромирование. В результате на полированный слой никелянаносится декоративный внешний слой хрома.
Глава1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА НИКЕЛИРОВАНИЯ
В основу процессахимического никелирования положена реакция восстановления никеля из водныхрастворов его солей гипофосфитном натрия. Растворы могут быть щелочными икислотными. В результате образуется блестящее или полублестящее никелевоепокрытие. Структура его аморфная, представляющая собой сплав никеля и фосфора.Пленка никеля без термообработки слабо держится на поверхности основногометалла, хотя ее твердость близка к твердости хромового покрытия. Последнееобъясняется наличием фосфора. Термическая обработка детали с никелевымпокрытием, полученным химическим путем, в значительной степени увеличиваетсцепление пленки никеля с основным металлом. Одновременно с этим растет итвердость никеля, достигающая твердости хрома. Термическая обработказаключается в нагреве детали с никелевым покрытием до температуры 350-500° ивыдерживании ее при этой температуре не менее 1 ч. При термической обработкенекоторых закаленных стальных деталей с никелевым покрытием необходимоучитывать, при какой температуре эти детали отпускались, и не превышать ее притермообработке. Это особенно касается рыболовных крючков. Химическим путемможно покрывать никелем большинство металлов, кроме свинца, олова, кадмия и ихсплавов. рассмотрим достоинства и недостатки щелочных и кислотных растворовхимического никелирования. Щелочные растворы. Щелочные растворы характеризуютсяустойчивостью в работе, почти полным отсутствием явления саморазряда, котороепредставляет собой мгновенное выпадение губчатой массы никеля из раствора,сопровождающееся выбросом кипящей смеси из ванны, что может привести к серьезныможогам. Явление саморазряда наступает при перегреве раствора. Регулировкутемпературы при отсутствии термометра ведут по интенсивности выделения газа вовремя процесса. Если газовыделение с детали не бурное, то можно быть уверенным,что саморазряда не будет. Твердость покрытия из щелочных растворов примерно на15% ниже, чем из кислотных. Коррозионная стойкость покрытий никелем из щелочныхрастворов ниже, чем из кислотных. Кислотные растворы. Кислотные растворы такжесильно подвержены явлению саморазряда. Поэтому, работая с кислотнымирастворами, необходимо обязательно соблюдать все меры предосторожности.
Никелирование меди исплавов.
Отполированную иобезжиренную медную (латунную, бронзовую и т.д.) деталь перед никелированиемдекапируют. После декапирования деталь промывают в горячей и холодной воде(касаться руками детали нельзя) и подвешивают в раствор для никелирования.Здесь есть одна тонкость, и если ее не выполнить, процесс осаждения никеляможет не пойти. Деталь должна быть подвешена в раствор для никелирования наалюминиевой или железной (стальной) проволоке; в крайнем случае, при опусканиидетали в раствор ее необходимо коснуться железным или алюминиевым предметом.Эти «священнодействия» необходимы для того, чтобы дать старт процессуникелирования, так как медь имеет сравнительно низкий электроотрицательныйпотенциал по отношению к никелю. Только присоединение или касание детали болееэлектроотрицательным металлом (алюминий, железо) дает старт процессу осажденияникеля на меди и ее сплавах. Растворы для химического никелирования меди и еесплавов: 1щ. Хлористый никель — 40-50 г/л, хлористый аммоний — 45-55 г/л,лимоннокислый натрий — 40-50 г/л, гипофосфит натрия-10-20 г/л. Температурараствора — 80-88°, скорость осаждения — 8-10 мкм/ч, 2. Сернокислый никель — 28-30 г/л, уксуснокислый натрий — 10-12 г/л, гипофосфит натрия-8-10 г/л.Температура раствора — 90-92°, скорость осаждения — 8-10 мкм/ч.
Приготовление растворовзаключается в растворении всех компонентов (кроме гипофосфита натрия) и егонагревании. Гипофосфит натрия вводят в раствор непосредственно передподвешиванием деталей. Такой порядок приготовления растворов касается всехрецептов для никелирования. Раствор для никелирования разводится в любойэмалированной посуде (миска, глубокая сковорода, кастрюля и т. п.), которая неимеет повреждений на поверхности эмали. От никелирования посуда не портится.Возможный осадок никеля на стенках посуды легко удаляется азотной кислотой (50%-ный раствор). Почти для всех рыболовных приманок процесс никелирования ведутболее 1 ч для получения пленки толщиной около10 мкм (0,01 мм). Этогодостаточно, чтобы впоследствии полировать пленку, не боясь протереть ее доосновного металла. Термообработка никелированных медных (латунных, бронзовых ит. п.) деталей заключается в нагреве их до температуры 350-500° и выдерживанииих при такой температуре в течение 1 ч. Необходимо отметить, что на воздухе притемпературе выше 380° на поверхности никеля появляются цвета побежалости отзолотисто-желтого до фиолетового.
Никелирование алюминия иего сплавов.
Никелирование алюминия иего сплавов проводят после двукратной цинкатной обработки. Цинкатную обработкуалюминиевых деталей проводят (после полной их предварительной подготовки) вследующих растворах. 1. Едкий натр-250 г/л, окись цинка-55 г/л. Температурараствора — 20°C, время обработки — 3-5 с.
2. Едкий натр-120 г/л,сернокислый цинк-40 г/л. Температура раствора-20°, время обработки-1,5-2мин.Отдельно в двух частях воды по 0,5 л растворяют едкий натр и сернокислыйцинк. Затем оба раствора сливают вместе. Дюралюминиевые детали цинкуются врастворе: Едкий натр-10 г/л, окись цинка-5 г/л, сегнетова соль-10 г/л.Температура раствора-20°C, время обработки-1-2 мин.
Двукратную цинкатнуюобработку деталей проводят следующим образом. Детали цинкуют, затемподтравливают в течение 10-15 сек. в 15%-ном растворе азотной кислоты и послеэтого цинкуют вторично. После цинкования деталь сразу же промывают в горячейводе и подвешивают в ванну (миску и т. п.) с одним из растворов: 1. Хлористыйникель — 21 г/л, лимоннокислый натрий — 40 г/л, хлористый аммоний-50 г/л,аммиак (25%)-50 мл/л, гипофосфит натрия — 24 г/л. Температура раствора — 87-90°, скорость осаждения-15-18 мкм/ч. 2. Хлористый никель-21 г/л,уксуснокислый натрий — 10 г/л, гипофосфит натрия-24 г/л. Температура раствора — 88 — 90°, скорость осаждения — 20-25 мкм/ч. 3. Сернокислый никель-25 г/л,уксуснокислый натрий-10 г/л, гипофосфит натрия-20 г/л. Температурараствора-90-92°, скорость осаждения — 12-15 мкм/ч. 4. Уксуснокислый никель — 20-25 г/л, глицин — 15-20 г/л, гипофосфит натрия — 25-30 г/л. Температурараствора — 95-98°C, скорость осаждения- 18-24 мкм/ч. Рабочие растворы дляникелирования алюминия и его сплавов составляют так же, как и для никелированиямеди и ее сплавов. Термообработка никелированных алюминиевых деталей (и из егосплавов) имеет свою специфику. Детали тщательно промывают водой, погружают внагретое до температуры 220-250° минеральное машинное масло и выдерживают приэтой температуре не менее 1 ч. После термообработки детали обезжириваюторганическими растворителями.
Никелирование стали.
Полированные и химическиобезжиренные стальные детали промывают в горячей и холодной воде, а затемдекапируют. Декапированные детали также промывают в обеих водах и помещают вванну для никелирования. Растворов для никелирования стали очень много, нижеприводятся наиболее проверенные и зарекомендовавшие себя: 1щ. Хлористыйникель-30 г/л, аммиак (25%)-50 г/л, лимоннокислый натрий-100 г/л, гипофосфитнатрия-10 г/л. Температура раствора-90°, скорость осаждения-6-7 мкм/ч, качествопокрытия — полублестящее. 2щ. Хлористый никель — 45 г/л, хлористый аммоний — 45г/л, лимоннокислый натрий — 45 г/л, гипофосфит натрия — 20 г/л. Температурараствора — 90е, скорость осаждения — 5-8 мкм/ч, качество покрытия — полублестящее. 3. Сернокислый никель — 20 г/л, уксуснокислый натрий — 8 г/л.гипофосфит натрия — 20 г/л. Температура раствора — 90-92°, скорость осаждения15 мкм/ч, качество покрытия — блестящее.
4. Сернокислый никель — 30 г/л, уксуснокислый натрий — 10 г/л, хромовокислый свинец-10 г/л, гипофосфитнатрия- 10 г/л. Температура раствора-90°, скорость осаждения 15 мкм/ч, качествопокрытия-блестящее, качественное. 5. Хлористый никель — 30 г/л, оксиацетатнатрия — 50 г/л. гипофосфит натрия-10 г/л. Температура раствора-95°, скоростьосаждения — 20-25 мкм/ч, качество покрытия — блестящее.
При термической обработкеникелевого покрытия на стали надо знать хотя бы примерно температуру отпускатой или иной детали. Ее обрабатывают при температуре не выше температурыотпуска. Крючки, пружины и т. п., часто встречающиеся в практике рыболова,обычно отпускают при температуре 300-350°. Поэтому термообработку их посленикелирования проводят при температуре 300° в течение 2-3 ч (это можно делать вдуховке газовой плиты). При покрытии стали никелем очень важно ликвидироватьпоры в пленке никеля, а они всегда есть. В противном случае за короткий срокржавчина разрушит никелевое покрытие. Один из методов заключается в следующем.Никелевое покрытие протирают кашицей из окиси магния, замешенного на воде, идеталь сразу же декапируют в 50%-ном растворе соляной кислоты в течение 1-2мин. При другом методе сталь рекомендуется дважды покрывать никелем. Посленанесения обычным порядком первого слоя деталь подтравливают в 50%-ном раствореазотной кислоты в течение 3-5 с, тщательно промывают в горячей и холодной водеи покрывают никелем второй раз. Причем покрытие вторым слоем никеля обязательноведут из так называемого истощенного раствора, т.е. такого, в котором уженикелировалось большое количество деталей. Более эффективен третий методзакрытия пор в никелевом покрытии. Суть его состоит в том, что никелированнуюдеталь сразу после термообработки охлаждают до 120-150° и опускают в старый,долгостоявщий рыбий жир (не витаминизированный!), нагретый до 80-100°. В рыбьемжире деталь выдерживают 1-2 ч, после чего его излишки удаляют тряпкой.Пропитанным жиром деталям дают полежать в теплом месте 10-12 суток.Обработанные таким образом рыболовные крючки длительное время не ржавеют даже вморской воде. При химическом никелировании возможны некоторые неполадки в ходепроцесса. Это касается никелирования всех металлов. Слабое газовыделение повсей поверхности детали является первым признаком малой концентрации в растворегипофосфита натрия, и, следовательно, его необходимо добавить в раствор.Просветление раствора (нормальный раствор синего цвета) свидетельствует опонижении количества хлорного (сернокислого) никеля. Бурное газовыделение настенках сосуда и отложение на них никеля (темно-серый налет) объясняетсяместным перегревом стенок сосуда. Чтобы избежать этого явления, растворнагревают постепенно. Между сосудом и огнем желательно поместить какую-нибудьметаллическую прокладку (круг). Серый или темный слой никеля на деталиобразуется при низкой концентрации третьих составляющих (компонент), т.е.солей, которые присутствуют в растворе, кроме хлористого (сернокислого) никеляи гипофосфита натрия. При плохой подготовке поверхности детали могут появитьсявздутия и отслоения пленки никеля. И наконец, может быть и такое. Растворсоставлен правильно, а процесс не идет. Это верный признак того, что в растворпопали соли других металлов. В этом случае делают новый раствор, исключаяпопадание каких-либо посторонних солей металлов. Никелевое покрытие можнопассивировать, после чего оно длительное время не тускнеет.
Никелирование деталей
Никелирование применяетсяв машиностроении, приборостроении н других отраслях промышленности. Никелемпокрывают детали из стали и цветных металлов для защиты их от коррозии,декоративной отделки, повышения сопротивления механическому износу. Благодарявысокой коррозионной стойкости в растворах щелочей никелевые покрытия применяютдля защиты химических аппаратов от щелочных растворов. В пищевой промышленностиникель может заменять оловянные покрытия. В оптической промышленности получилраспространение процесс черного никелирования. При электрохимическом осажденииникеля на катоде протекают два основных процесса: Ni2+ + 2e- → Ni и 2Н+ +2е- → Н2. В результате разряда ионов водорода концентрация их вприкатодном слое снижается, т.е. электролит защелачивается. При этом могутобразовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру н механическиесвойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг — явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода,препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки иосадок теряет декоративный вид. В борьбе с питтингом применяют вещества,которые снижают поверхностное натяжение на границе металл — раствор.
При анодном растворенииникель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшаетсяконцентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, чтоприводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Дляпредупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводятактиваторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят вэлектролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.
Сернокислые электролиты никелирования
Сернокислые электролитыникелирования получили наибольшее распространение. Эти электролиты устойчивы вработе, при правильной эксплуатации они могут использоваться в течениенескольких лет без замены. Состав некоторых электролитов и режимы никелирования:Состав Электролит №1 Электролит №2 Электролит №3 Никель сернокислый 140-200 280-300 400-420 Натрий сернокислый 50-70 - - Магний сернокислый 30-50 50-60 - Кислота борная 25-30 25-40 25-40 Натрий хлористый 5-10 5-10 - Натрий фтористый - - 2-3 Температура, °C 15-25 30-40 50-60 Плотность тока. А/дм2 0,5-0,8 2-4 5-10 pH 5,0-5,5 3-5 2-3
Сернокислый натрий исернокислый магний вводят в электролит для повышения электропроводностираствора. Проводимость растворов натрия выше, но в присутствии сернокислогомагния получаются более светлые, мягкие и легко полируемые осадки. Никелевыйэлектролит очень чувствителен даже к небольшим изменениям кислотности. Дляподдержания величины рН в требуемых пределах необходимо применять буферныесоединения. В качестве такого соединения, препятствующего быстрому изменениюкислотности электролита, применяют борную кислоту.
Для облегчениярастворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия. Для приготовлениясернокислых электролитов никелирования необходимо растворить в отдельныхемкостях в горячей воде все компоненты. После отстаивания растворы фильтруют врабочую ванну. Растворы перемешивают, проверяют рН электролита и принеобходимости корректируют 3%-ным раствором едкого натра или 5%-иым растворомсерной кислоты. Затем электролит доводят водой до требуемого объема. Приналичии примесей необходимо перед началом эксплуатации электролита произвестиего проработку, так как никелевые электролиты чрезвычайно чувствительны кпосторонним примесям как органическим, так и неорганическим. Дефекты приэксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устраненияприведены в Таблице 1.
Таблица 1 — Дефекты приэксплуатации сернокислых электролитов никелирования и способы их устраненияДефект Причина дефекта Способ устранения Никель не осаждается. Обильное выделение водорода Низкое значение рН Откорректировать рН 3%-иым раствором едкого натра Частичное покрытие никелем Плохое обезжиривание деталей Улучшить подготовку Неправильное расположение анодов Равномерно распределить аноды Детали взаимно экранируют друг друга Изменить расположение деталей в ванне Покрытие имеет серый цвет Наличие в электролите солей меди Очистить электролит от меди Хрупкое, растрескивающееся покрытие Загрязнение электролита органическими соединениями Обработать электролит активированным углем и проработать током Наличие примесей железа Очистить электролит от железа Низкое значение рН Откорректировать рН Образование питтинга Загрязнение электролита органическими соединениями Проработать электролит Низкое назначение рН Откорректировать рН Слабое перемешивание Усилить перемешивание Появление черных или коричневых полос на покрытии Наличие примесей цинка Очистить электролит от цинка Образование дендритов на кромках деталей Высокая плотность тока Снизить плотность тока Чрезмерно продолжительный процесс никелирования Ввести промежуточный подслой меди или уменьшить время электролиза Аноды покрыты коричневой или черной пленкой Высокая анодная плотность тока Увеличить поверхность анодов Малая концентрация хлористого натрия Добавить 2-3 г/л хлористого натрия
При никелированииприменяют горячекатаные аноды, а также непассивирующиеся аноды. Применяют такжеаноды в форме пластинок (карточек), которые загружают в зачехленные титановыекорзины. Карточные аноды способствуют равномерному растворению никеля. Воизбежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды следуетзаключать в чехлы из ткани, которые предварительно обрабатывают 2-10%-нымраствором соляной кислоты.
Отношение аноднойповерхности к катодной при электролизе 2: 1. Никелирование мелких деталейосуществляют в колокольных и барабанных ваннах. При никелировании в колокольныхваннах применяют повышенное содержание хлористых солей в электролите дляпредотвращения пассивации анодов, которая может возникать из-за несоответствияповерхности анодов и катодов, вследствие чего концентрация никеля в электролитепонижается и уменьшается значение рН. Оно может достигнуть таких пределов, прикоторых вообще прекращается осаждение никеля. Недостатком при работе вколоколах и барабанах является также большой унос электролита с деталями изванн. Удельные нормы потерь при этом составляют от 220 до 370 мл/м2.
Электролиты блестящегоникелирования
Для защитно-декоративнойотделки деталей широко применяют блестящие и зеркальные никелевые покрытия,получаемые непосредственно из электролитов с блескообразующими добавками.Состав электролита и режим никелирования:
Никель сернокислый — 280-300 г/л Никель хлористый — 50-60 г/л Кислота борная — 25-40 г/л Сахарин 1-2г/л 1,4-бутиндиол — 0,15-0,18 мл/л Фталимид 0,02-0,04 г/л рН = 4-4,8 Температура= 50-60°С Плотность тока = 3-8 А/дм2
Для получения блестящихникелевых покрытий используют также электролиты с другими блескообразующимидобавками: хлорамина Б, пропаргилового спирта, бензосульфамида и др.
При нанесении блестящегопокрытия необходимо интенсивное перемешивание электролита сжатым воздухомжелательно в сочетании с качанием катодных штанг, а также непрерывнаяфильтрация электролита, Электролит приготовляют следующим образом. Вдистиллированной или деионизированной горячей (80-90°С) воде растворяют приперемешивании сернокислый и хлористый никель, борную кислоту. Доведенный водойдо рабочего объема электролит подвергают химической и селективной очистке. Дляудаления меди и цинка электролит подкисляют серной кислотой до рН 2-3завешивают катоды большой площади из рифленой стали и прорабатывают электролитв течение суток при температуре 50-60°С, перемешивая сжатым воздухом. Плотностьтока 0,1-0,3 А/дм2. Затем рН раствора доводят до 5,0-5,5, после чего в неговводят перманганат калия (2 г/л) или 30%-ный раствор перекиси водорода (2мл/л).
Раствор перемешивается втечение 30 мин, добавляют 3 г/л активированного угля, обработанного серной кислотой,и перемешивают электролит 3-4 с помощью сжатого воздуха. Раствор отстаивается7-12 ч, затем фильтруется в рабочую ванну.
В очищенный электролитвводят блескообразователи: сахарин и 1,4-бутиндиол непосредственно, фталимид — предварительно растворив в небольшом количестве электролита, подогретого до70-80° С. Доводят рН до требуемого значения и приступают к работе. Расходблескообразователей при корректировании электролита составляет: сахарин0,01-0,012 г/(А•ч); 1,4-бутнндиол (35%-ный раствор) 0,7-0,8 мл/(А•ч); фталимид0,003-0,005 г/(А•ч). Дефекты при эксплуатации электролита блестящегоникелирования и способы их устранения приведены в Таблице 2.
Таблица 2 — Дефекты приэксплуатации электролита блестящего никелирования и способы их устраненияДефект Причина дефекта Способ устранения Недостаточный блеск покрытия Мала концентрация блескообразователей Ввести блескообразователи Не выдерживается заданная плотность тока и рН Отрегулировать плотность тока и рН Темный цвет покрытия и/или темные пятна В электролите имеются примеси тяжелых металлов Произвести селективную очистку электролита при низкой плотности тока Питтинг Наличие в электролите примесей железа Очистить электролит и ввести антипиттинговую добавку Недостаточное перемешивание Увеличить воздушное перемешивание Низкая температура электролита Повысить температуру электролита Хрупкие осадки Загрязнение электролита органическими соединениями Очистить электролит активированным углем Пониженное содержание 1,4-бутиндиола Ввести добавку 1,4-бутиндиола
Химическое никелирование
Наряду сэлектролитическим никелированием широко применяют процесс химическогоникелирования, основанный на восстановлении никеля из водных растворов спомощью химического восстановителя. В качестве восстановителя используютгипофосфит натрия.
Химическое никелированиеприменяют для покрытия никелем деталей любой конфигурации. Химическивосстановленный никель обладает высокой коррозионной стойкостью, большойтвердостью и износостойкостью, которые могут быть значительно повышены притермической обработке (после 10-15 мин нагрева при температуре 400°С твердостьхимически осажденного никеля повышается до 8000 МПа). При этом возрастает ипрочность сцепления. Никелевые покрытия, восстановленные гипофосфитом, содержатдо 15% фосфора. Восстановление никеля гипофосфитом протекает по реакции NiCl2 +NaH2PO2 + H2O → NaH2PO3 + 2HCl + Ni.
Одновременно происходитгидролиз гппофосфита натрия. Степень полезного использования гппофосфитапринимают около 40%. Восстановление никеля из его солей гипофосфитомсамопроизвольно начихается только на металлах группы железа, которыекатализируют этот процесс. Для покрытия других каталитически неактивныхметаллов (например, меди, латуни) необходим контакт этих металлов в растворе салюминием или другими более электроотрицательными, чем никель, металлами. Дляэтой цели используют активирование поверхности обработкой в растворе хлористогопалладия (0,1-0,5 г/л) в течение 10-60 с. На некоторых металлах, таких, каксвинец, олово, цинк, кадмий, никелевое покрытие не образуется даже прииспользовании методой контактирования и активирования. Химическое осаждениеникеля возможно как из щелочных, так и из кислых растворов. Щелочные растворыхарактеризуются высокой стабильностью и простотой корректировки.
Покрытия, полученные вкислых растворах, отличаются меньшей пористостью, чем из щелочных растворов(при толщине выше 12 мкм покрытия практически беспористые). Из кислых растворовхимического никелирования рекомендуется следующий состав (г/л) и режимникелирования:
Никель сернокислый — 20-30 г/л Натрий уксуснокислый — 10-20 г/л Натрия гипофосфит — 20-25 г/л Тиомочевина0,03 г/л Кислота уксусная (ледяная) — 6-10 мл/л рН = 4,3-5,0 Температура =85-95°С Скорость осаждения = 10-15 мкм/ч
Химическое никелированиеосуществляют в стеклянных, фарфоровых или железных эмалированных ваннах. Вкачестве материала подвесок применяют углеродистую сталь.
В последнее времяхимическим путем наносят покрытие сплава никель-бор с использованием в качествевосстановителя борсодержащих соединений — борогидрида натрия и диметилбората,которые обладают более высокой восстановительной способностью по сравнению сгипофосфитом. Полученные покрытия сплавом никель-бор имеют высокуюизносостойкость и твердость.
Покрытие металлов никелем, цинком, хромом, серебром и золотом можно делать без гальванической ванны с помощью несложного приспособления — миниатюрной гальванической установки. Она состоит из специальной кисти, внутрь которой может заливаться электролит, понижающего трансформатора с напряжением 4 — 12 Вольт и током 0, 8 — 1, 0 Ампер и соединительного шнура.
Щетина кисти обматывается медным проводом (см. рисунок). Диод типа Д303 — Д305 устанавливают внутри кисти или снаружи. Диаметр кисти 20 — 25 мм., «минус» источника напряжения соединяется при помощи зажима «крокодил» с обрабатываемым куском металла, а «плюс» с намотанной на щетину проволокой. Вместо щетины можно применить пористую губку.
Покрываемые металлические предметы должны быть тщательно очищены от грязи, жира, ржавчины и т.п. Ржавчину удаляют травлением в кислоте, а остатки краски — шлифовкой наждачной шкуркой. После этого поверхность протирается чистым куском материи и обезжиривается специальным раствором. Чем ровней и чище будет поверхность, тем прочнее будет гальваническое покрытие.
После очистки покрываемых металлических предметов делают все указанные выше соединения, включают трансформатор в сеть, заливают электролит в кисть и равномерными движениями проводят кистью по поверхности металла, не отрывая кисть от поверхности. Тотчас же будет замечаться тонкий металлический осадок, который постепенно наращивается.
Для прочного покрытия требуется до 20 — 25 раз пройти кистью по одному и тому же месту поверхности. Электролит доливают в кисть по мере надобности.
После окончания покрытия деталь споласкивают водой и полируют смоченной в воде тряпкой, а затем промывают ещё раз и сушат.
Для каждого вида покрытия берётся строго определённый электролит, который составляется по приведённым ниже рецептам: Глава2. ИЗВЛЕЧЕНИЕ НИКЕЛЯ ИЗ ПОЛИРОВАЛЬНЫХ ВАНН ДЛЯ НИКЕЛИРОВАНИЯ
При нанесениидекоративных хромовых покрытий на деталь для защиты от коррозии сначала наносятслой никеля. Для получения гладкой и блестящей поверхности, необходимой дляхромирования, наносят еще один или несколько слоев никеля. Этот процесспроводят в так называемых полировальных ваннах, наполненных водным растворомникелевых солей, содержащих полирующие добавки — сераорганические соединения.После нанесения слоев никеля деталь промывают водой для удаления никелирующегораствора и проводят хромирование. В результате на полированный слой никелянаносится декоративный внешний слой хрома.
При проведении обычногопроцесса нанесения электропокрытий в ваннах с растворами никелевых солей, такихкак хлорид и сульфат никеля, в реактор приходится периодически вводитьдополнительные количества этих солей, особенно в полуполировальные ванны. Этосвязано с тем, что при переносе деталей из одной ванны в другую и на стадиюпромывки перед хромированием некоторое количество раствора уносится вместе сдеталями и утекает. Эта часть никелевого раствора, а также раствор, остающийсяв промывной воде в гальваностегии обычно не регенерируется. Эти растворы такжене могут быть использованы в полуполировальных ваннах, потому что они содержаттакое количество серы (из полирующих добавок), которое значительно снижаеткоррозионную устойчивость никелевого покрытия. Таким образом, промывные водыпроцессов гальваностегии удаляются в виде отходов, обычно после соответствующейпредварительной обработки. Необходимость обработки сточных вод, а такжевозникающие потери никелевых солей приводят к увеличению стоимости процесса.
Процесс извлечения никелябыл разработан Л.С. Райт мл., он позволяет извлекать никелировальный раствор изпромывных воде целью повторного использования как в полуполировальных, так и вполировальных никелевых ваннах. Он позволяет упростить, а в ряде случаев иисключить обработку сточных вод, выводимых из системы. При этом такжеуменьшается количество полирующих добавок при никелировании и снижаетсяколичество электроэнергии, необходимое для нанесения покрытия. В результатепроцесс покрытия становится более экономичным и простым и обеспечивает болеевысокое качество наносимого хромового покрытия.
Процесс включает стадиидобавления кислоты к промывным водам, пропускания получаемой смеси черезугольный фильтр для удаления полирующих добавок и снижения содержания серы ивозврата отфильтрованного раствора для повторного использования вполуполировальной и полировальной никелевых ваннах.
Схема процессапредставлена на рис. 1. Процесс проводят в аппарате 1, связанном с отделениемникелирования 2. В состав отделения никелирования входят полуполировальнаяванна 3, полировальная ванна 4 и три промывных резервуара 5, 6 и 7; каждаядеталь последовательно проходит через все эти резервуары. Аноды в ваннах 3 и 4на схеме не показаны. Никелировальный раствор, уносимый из ванн 3 и 4 вместе собрабатываемыми деталями, смывается водой в промывных резервуарах 5, 6 к 7.
При этом вода, стекающаяиз резервуара 7, попадает в резервуар 6, а вода из резервуара 6 стекает врезервуар 5. Аппарат 1 состоит из резервуара 10, в который насосом 9 потрубопроводу 8 подается часть водного промывного раствора из резервуара 5. Врезервуар 10 добавляется кислота и полученная смесь пропускается через фильтрдля улавливания твердых частиц 12 и угольный фильтр 11; циркуляцияосуществляется по трубопроводу 14 с помощью насоса 13. Отфильтрованные кислыепромывные воды подаются насосом 15 через трубопровод 16 с вентилями 17 и 18обратно в никелировальные ванны 3 и 4.
Желательно, чтобыпромывные воды из резервуара 5 подавались в резервуар 10 насосом 9 непрерывноили через определенные интервалы со скоростью равной скорости поступления врезервуар 5 никелевого раствора из ванн 3 и 4 и скорости подачи раствора изрезервуара 6. В этом случае обеспечивается практически постоянный уровеньпромывной жидкости в резервуаре 5.
Желательно, чтобыотфильтрованные кислые промывные воды подавались из резервуара 10 вникелировальные ванны 3 и 4 насосом 15 через вентили 17 и 18 непрерывно иличерез определенные интервалы со скоростью равной скорости выводаникелировального раствора из ванн 3 и 4. В этом случае уровень жидкости вваннах 3 и 4 будет оставаться практически постоянным, а химический состав ивеличина рН раствора будут практически одинаковыми в течение всего процесса.
/>
Рис. 1 — Схема процессавыделения и повторного использования никелирующих растворов из полировальных ванн,уносимых с обрабатываемыми деталями
Для лучшего фильтрованиясмеси промывных вод и кислоты из резервуара 10 предпочтительно, чтобы смесьрециркулировалась насосом 13 через фильтры 11 и 12 со значительно большейскоростью, чем скорость удаления смеси из резервуара насосом. В результатеэтого смесь перед возвращением в ванны 3 и 4 может несколько раз пройти черезфильтры 11 и 12.
В случае необходимостиможно использовать устройство для автоматического поддержания постоянногозначения рН в резервуаре 10 путем добавления небольших количеств кислоты.Фильтр 12 представляет собой бумажный фильтр или специальный патрон фирмы«Саммит Сайентифик оф Резерфорд, Ныо Джерси». Фильтр 17 выполнен изактивированного угля; например может быть использован импрегниро-ванный фильтриз активированного угля «Карбо Клир» сечением 25 см, содержащий ~115 г угля.Этот фильтр также производится вышеупомянутой фирмой.
Ванны 3 и 4 заполняютсяобычными никелировальными растворами, содержащими 300-550 г/л хлорида исульфата никеля и 30-40 г/л борной кислоты. Величина рН раствора должнасоставлять 2-5, предпочтительно 3-4. Процесс обычно проводят при температуре 21-82°С,предпочтительно при 55-65 °С. Для повышения коррозионной стойкости покрытия врастворе в полуполировальной ванне низкое содержание серы и обычно несодержится органических полирующих добавок.
В полировальной ванне врастворе содержатся различные полирующие добавки, являющиеся органическимивеществами, по меньшей мере часть из которых содержит серу. В результате этогосодержание серы здесь значительно выше, чем в полуполировальной ванне.Некоторые из полирующих добавок описаны в патенте США 3 288574 и в приведенныхв нем ссылках. Кислый водный раствор в промывных резервуарах 5, 6 и 7 имеетвеличину рН = 1,5-5-2,5 и температуру 15-30 °С.
Промышленность выпускаетготовые составы для никелировальных ванн, которые позволяют успешно проводитьпроцесс. В процессе работы часть водной смеси выводится из промывногорезервуара 5 насосом 9 с малой скоростью и подается в резервуар 10, где еесмешивают с соляной или серной кислотой в количествах, достаточных дляподдержания величины рН смеси ~3,0, предпочтительно 2,0-2,5. Смесь изрезервуара 10 циркулируется насосом 13 через фильтры 11 и 12, проходя через нихнесколько раз и возвращаясь в резервуар 10. На фильтре 12 происходит удалениетвердых частиц, а на фильтре // абсорбция органических полирующих добавок.После фильтрования очищенный раствор может быть возвращен как вполуполировальную, так и в полировальную ванны 3 и 4. В случае необходимости вполуполировальную ванну 3 добавляют соли никеля, а в ванну 4 полирующиедобавки.
Описанный способпозволяет наносить на металлические или пластмассовые изделия полуполированныйслой никеля толщиной 0,012 мм и полированный слой никеля толщиной 0,075 мм.Процесс достаточно производителен. При площади покрытия на каждом изделии ~ 1,8м2 за час обрабатывается ~ 100 изделий. Раствор в полуполировальной ваннесодержит 240 г/л NiS04, 45 г/л NiCl2 и 53 г/л борной кислоты; рН = 3,2. Растворв полировальной ванне содержит ~240 г/л NiS04, 75 г/л NiCla и 53 г/л борнойкислоты; рН ~ 3,6. Температура никелировальных ванн составляет ~63 °С, атемпература на первой стадии промывки ~27°С.
Потенциал, подаваемый наизделие в полуполировальной ванне составляет 7 В, плотность тока ~450 А/м2. Вполировальной ванне также подается потенциал 7 В, а плотность тока составляет~560 А/м2. Смесь из первого промывного резервуара непрерывно подается в резервуар10 со скоростью ~750 л/ч, циркулирует через фильтры 12 л 11 с такой жескоростью и после фильтрования направляется в полуполировальную ванну Зсоскоростью ~280 л/ч и в полировальную ванну со скоростью ~115 л/ч. Вместимостьрезервуара 10 составляет ~11 500 л. В резервуар подается достаточное количествокислоты для поддержания величины рН = 1,5-^2,5, в среднем ~2,0.
Этот способ позволяетзначительно снизить расходы на обработку в результате значительного сниженияколичества никельсодержащих отходов, используемых никелевых солей и полирующихдобавок, а также затрат на обработку сточных вод. Данный способ делаетэкономически целесообразным увеличение концентрации никелевых солей вникелировальных растворах, что позволяет повысить качество никелирования,уменьшить количество полирующих добавок и снизить расход энергии при той жетолщине никелевого покрытия.
В результате подачи смесисо станции фильтрования в никелировальные ванны маленькими порциями черезнебольшие промежутки времени в значительной степени устраняются колебания вхимическом составе и величине рН никелировальных растворов, что делает процесспокрытия более надежным и повышает качество никелированных изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Афанасьева Е.И.,Скобелев В.М. «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник длятехникумов», 2-е изд., перераб., М.: Энергоатомиздат, 1986, 270 с.
2. Боленок В.Е.«Производство электроосветительных приборов: Учебник для техникумов»,М.: Энергоиздат, 1981, 303 с.
3. Денисов В.П.«Производство электрических источников света», М: Энергия, 1975, 488 с.
4. Денисов В.П.,Мельников Ю.Ф. «Технология и оборудование производства электрическихисточников света: Учебник для техникумов», М: Энергия, 1983, 384 с.
5. Пляскин П.В. идр. «Основы конструирования электрических источников света», М:Энергоатомиздат, 1983, 360 с.
6. Чуркина Н.И.,Литюшкин В.В., Сивко А.П. «Основы технологии электрических источниковсвета» / под общ. ред. Прыткова А.А., Саранск: Мордовское книжноеиздательство, 2003, 344 с.