--PAGE_BREAK--
После предварительных обработок проводится химическое никелирование в щелочном растворе:
Никель хлористый – 20 г/л
Натрия гипофосфит — 25 г/л
Натрий лимоннокислый — 45 г/л
Аммоний хлористый -30 г/л
Аммиак до рН=8,0-8,2
Режим работы рН = 8-9, Температура = 80-85°С, Скорость осаждения = 10-15 мкм/ч, время осаждения 1 час, плотность загрузки 1,0-1,5 дм2/л [21]
9.7 Промывочные операции. Выбор схем промывок.
Цель промывки – не только тщательно удалить с поверхности изделий растворы от предыдущей операции, но и при экономном расходе воды обеспечить их минимально попадание в сточные воды. Значения предельно допустимой концентрации основного компонента в воде конечной промывки установлено ГОСТ 9.047-75.
Наряду с экономичным расходом воды важным показателем является качество воды. Плохое ее качество и плохая система промывки могут оказать существенное влияние на качество получаемых покрытий. Повышенное содержание кальция и магния может вызвать образование пятен на поверхности покрытия.
Для промывки защитных покрытий к которым не предъявляются повышенные требования, может применяться техническая вода.
Вода из городского водопровода (общая жесткость 6 мг-экв/л) должна применяться для защитных покрытий, к которым предъявляются повышенные требования, а также для большинства защитно-декоративных покрытий [7]
После химического и электрохимического обезжиривания проводится промывка проточная в теплой воде; она необходима для снятия загрязнений, осевших на деталях после выхода подвески из ванны обезжиривания. Именно теплая промывка способствует лучшему снятию с поверхности деталей омыляемых жиров, которые в холодной воде могут затвердеть и остаться на поверхности. Температура теплой воды 40-50оС. При расчете расхода воды следует учесть, что последующие операции проводятся в щелочных растворах. Из этого следует что ПДК наиболее вредного компонента будет значительно ниже, чем первоначальное
Теплая промывка после травления способствует удалению с поверхности растворов щелочи, холодная же промывка способствует дополнительному очищению поверхности деталей от продуктов травления и остужению детали перед последующими технологическими операциями
После осветления проводится каскадная промывка для более тщательной очистки поверхности детали от продуктов реакции
После декапирования (активации поверхности) не проводится промывка, так как это является ключевой особенностью прямого химического никелирования.
Ванна улавливания после процесса химического никелирования позволяет улучшить степень очистки детали от раствора перед сушкой, а также возможно использование данной воды для приготовления раствора химического никелирования в последующем. Для повышения степени очистки после ванны улавливания производится дополнительная промывка холодной водой и горячей водой. Промывка горячей водой также способствует повышению температуры детали перед сушкой.
10 Основные стадии технологического процесса химического никелирования
11 Составы растворов технологической схемы и режимы их работы приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наимено-вание операции
Состав раствора
Режим работы
Примечание
Наименование химикатов
Химичес-кая формула
Концен-трация, г/л
Темпера-тура t,°С
Плот-ность тока j, А/дм2
1
2
3
4
5
6
7
1.Обезжи-ривание химичес-кое
Сода кальцинирован-ная (техн.)
Тринатрийфос-фат (техн.)
Синтанол
ДС- 10
Na2CO3
ГОСТ 5100-85
Na3PO4·12H2O
ГОСТ201-76
ТУ6-14-577-77
15-35
15-35
3-5
60-80
-
Допускается заменять тринатрийф-осфат эквивалент-ным количест-вом пирофосфо-рнокислого натрия.
3-5 г/дм3 и соответствующее количество метасилика-та натрия взамен синтанола ДС-10
2. Промывка теплая
Водопроводная вода питьевого качества
ГОСТ 2874-82
40-50
-
3.Обезжи-ривание электро-химичес-кое (катодное)
Сода кальцинирован-ная (техн.)
Тринатрийфос-фат(техн.)
Na2CO3
ГОСТ5100-85
Na3PO4·12H2O
ГОСТ201-76
20-40
20-40
30-80
2-10
Допускается вводить 5— 10 г/дм3 едкого натра технического, марки ТР.
Допускается вводить 3-6 г/дм3 натриевого жидкого стекла
Продолжение таблицы 1
4. Промывка теплая
Водопровод-ная вода питьевого качества
ГОСТ 2874-82
40-50
-
5. Травление химическое
Натрий едкий технический, марка ТР
NaOH
100
60-70
-
6. Промывка в теплой и холодной воде
Водопровод-ная вода питьевого качества
ГОСТ 2874-82
40-50
18-25
7. Осветление
Кислота азотная (концентри-рованная)
HNO3
ГОСТ 701-89
300-400
15-30
-
8. Декапиро-вание
Кислота соляная
HCl
50
15-30
-
9. Осаждение никеля
Хлористый никель
Гипофосфит натрия
Хлористый аммоний
Лимоннокис-лый натрий
Амиак
NiCL2
NaН2РО2
NH4Cl
Na3C6H5O7*2H2O
NH4OH
20
25
30
45
12.1 Расчет размеров подвесок и ванны химического никелирования
1) Размеры детали
hдет=54 мм
lдет=88 мм
bдет=13 мм
2) Площадь покрытия
Sпокр=168 см2
Sобщ=1.68· 20=33,6 дм2
3) Формирование подвески
Рисунок 1
Высотаподвески:
Hподв=hдет· nдет+hд/д· (nдет-1)+hд/п· 2, мм (12.1)
где hдет– высота детали
hд/д – расстояние между деталями
hд/п — расстоянии от детали до края подвески
nдет– количество деталей
Hподв=54· 5+30· 4+30· 2=450
Длина подвески:
Lподв=lдет· nдет+lд/д· (nдет-1)+lд/п, мм (12.2)
где lдет– длина детали
lд/д – расстояние между деталями
lд/п — расстоянии от детали до края подвески
nдет– количество деталей
Lподв=88· 2+30+30· 2=266
Толщина подвески:
Вподв=bдет+bподв, мм (12.3)
где bдет– толщина детали
bподв– толщина подвески
Вподв=13+4,5=17,5
4) Размещение подвесок в ванне
Рисунок 2
Длина ванны:
Lв=Lподв+lп/в·2, ММ (12.4)
где Lподв– длина подвески
lп/в – расстояние от подвески до стенки ванны
Lв=266+2· 17=300
Ширина ванны:
Вв= Вподв· nподв+bп/п+bп/в, ММ (12.5)
где Вподв – ширина подвески
nподв– количество подвесок в ванне
bп/п – расстояние между подвесками
bп/в – расстояние от подвески до стенки ванны
Вв=2· 17,5+3· 55=200
Высота ванны:
Hв=Hподв+hшп+hп/зэ+hзэ/бв, ММ (12.6)
где Hподв– высота подвески
hшп– высота шламового пространства
hп/зэ – расстояние от подвески до зеркала электролита
hзэ/бв – расстояние от зеркала электролита до борта ванны
Hв=450+50+100+100=700
Внутренний объем ванны:
Vв= Hв· Вв· Lв, л (12.7)
Vв= 200· 300· 600· 10-6 = 36
12.2 Расчет фондов времени работы оборудования
1) Номинальный фонд времени работы оборудования
То=(365-to-tп)· t-tпп· t1 (12.8)
где 365 – число дней в году
to– число выходных дней в году
tп– число праздничных дней в году
t– продолжительность работы оборудования в сутки
tпп– число предпраздничных дней в году
t1– количество часов на которые сокращен рабочий день в предпраздничные дни
То=(365-104-11)· 18-8· 2=4484
2) С учетом потерь времени при работе оборудования действительный фонд времени работы оборудования:
Тд=Tо-Tо· Kп (12.9)
где Kп– коэффициент простоя оборудования
Тд = 4484-4484· 0,03=4350
3) Эффективное время работы оборудования
Тэ=Тд-250· tмаш (12.10)
где tмаш– время технологических операций
tмаш=tхо+tэхо+tтрав+tосв+tдек+tник+tпром· nпром+(nоп-1)· tпер (12.11)
где tхо – время химического обезжиривания
tэхо– время электрохимического обезжиривания
tтрав– время травления
tосв– время осветления
tдек– время декапирования
tник – время химического никелирования
продолжение
--PAGE_BREAK--tпром– время промывки
nпром– количество промывок
tпер– время переноса
nоп– количество технологических операций
tмаш=600+300+60+30+3600+6· 120+12· 15=5 490 сек = 1,53 ч
Тэ = 4350-250· 1,53=3968 ч
12.3 Годовой объем производства одной ванны химического никелирования
F=n· f· (Tэ/tмаш+ 250) (12.12)
где n– число подвесок
f– площадь покрытия на одной детали
F= 2· 0.168(3968/1.525+250) = 958 м2
12.4 Расход химикатов
Расчет химикатов на приготовление растворов:
m1= (c· v· n)/1000, кг (12.13)
где с – концентрация химиката, г/л
v– объем раствора
n– число однотипных ванн
Годовой расход химикатов на работу ванны:
m2= (r· F· c)/1000, кг/год (12.14)
где r– норма расходов растворов
F– годовая программа
с – концентрация химиката
Расход химикатов на процесс химического никелирования с учетом смен ванны:
m3= m1· nc, кг (12.15)
где nc– число смен ванны
1) Химическое обезжиривание
а) Na3PO4· 12H2O
m1=(35· 36· 1)/1000=1.26
m2=(0.56· 958· 35)/1000=22,03
б) Na2CO3
m1=(35· 36· 1)/1000=1.26
m2=(0.56· 958· 35)/1000=22,03
в) ДС-10 (синтанол)
m1=(5· 36· 1)/1000=0.18
m2=(0.56· 958· 5)/1000=3,15
2) Электрохимическое обезжиривание
а) Na3PO4· 12H2O
m1=(40· 36· 1)/1000=1.44
m2=(0.56· 958· 40)/1000=25,18
б) Na2CO3
m1=(40· 36· 1)/1000=1.44
m2=(40· 0.56· 958)/1000=25,18
3) Травление
NaOH
m1=(100· 36· 1)/1000=3.6
m2=(0.8· 958· 100)/1000=85,92
4) Осветление
HNO3
m1=(350· 36· 1)/1000=12,6
m2=(0.6· 958· 350)/1000=201,18
5) Декапирование
HCl
m1=(50· 36· 1/1000=1.8
m2=(0.6· 958· 50)/1000=33,72
6) Химическое никелирование
а) Никель хлористый
m1=(20· 36· 1)/1000=0.72
m2=(20· 958· 4.8)/1000= 107,90
m3=0,72· 60=43,2
б) Гипофосфит натрия
m1=(25· 36· 1)/1000=0.90
m2=(4.8· 958· 25)/1000=134,88
m3=0,90· 60=54
в) Натрий лимоннокислый
m1=(45· 36· 1)/1000=1.57
m2=(4.8· 958· 45)/1000=242,78
m3=1,57· 60=94,2
г) Аммоний хлористый
m1=(30· 36· 1)/1000=1.08
m2=(4.8· 958· 30)/1000=161,85
m3=1,02· 60=61,2
12.5 Корректировка растворов химического никелирования
1)Удельный расход химикатов при парциальных процессах
а)Выделения никеля
=237,7/58,7=4,04 (12.16)
где — удельный расход хлористого никеля, г/г Ni;
МСН – молярная масса хлористого никеля, г/моль;
АNi– атомная масса никеля, г/моль.
=106/58,7=1,81 (12.17)
где — удельный расход гипофосфита натрия при выделении никеля, г/г Ni;
МГФ – молярная масса гипофосфита натрия, г/моль.
б)Выделения фосфора
=3· 106/2· 31=5,13 (12.17)
где — удельный расход гипофосфита натрия при выделении фосфора, г/гP.
2)Масса осажденного покрытия g1, г, за один цикл в расчете на 1 литр раствора рассчитывается по формуле
g1= S· δ· d= 100· 0,0012· 8,2=0,984 (12.18)
где S– плотность загрузки деталей, см2/л;
δ – толщина покрытия, см;
d – плотность покрытия, г/см3
3)Затраты хлористого никеля непосредственно на процесс химического никелирования g2, г/л, определяем по формуле
g2= · g1· pNi = 4,04· 0,984· 0,96=3,82 (12.19)
где pNi– содержание никеля в покрытие
4) Общий коэффициент использования хлористого никеля при одноразовом использовании раствора КСН в процентах, рассчитывается по формуле
КСН = · 100 = 3,82/20· 100 = 19,1 (12.20)
где сСН – концентрация хлористого никеля, г/л.
5)Конечная концентрация хлористого никеля с'СН, г/л, определяется по формуле
с'СН = сСН — g2, (12.21)
с'СН = 20 – 3,82 = 16,18
6)Расход гипофосфита натрия на осаждение покрытия g3, г, определяется по формуле
g3= g1 · ( · рNi+ · pP) = 0,984· (1,81· 0,96+5,13· 0,04)=1,91 (12.22)
где рР — содержание фосфора в покрытие
7)Общий расход гипофосфита натрия на химические реакции, в том числе и на выделение водорода g4, г, рассчитывается по формуле
g4= = 1,91/0,42=4,54 (12.23)
где — коэффициент использования гипофосфита натрия при химических превращениях
8) Общий коэффициент использования гипофосфита натрия при одноразовом использовании раствора КГФ в процентах, рассчитывается по формуле
КГФ = · 100 = 4,54/25· 100=18,19 (12.24)
где сГФ — концентрация гипофосфита натрия, г/л.
9) Конечная концентрация гипофосфита натрия с'ГФ, г/л, определяется по формуле
с'ГФ = сГФ – g4= 25-5,44=20,54 (12.25)
10)Удельный коэффициент при образовании фосфита натрия
а) при выделении никеля g1, г/г Ni, определяется по формуле
g1= =104/58,7=1,775 (12.26)
где МФ – молярная масса фосфита натрия, г/моль.
б) при выделении фосфора g11, г/г Р, определяется по формуле
g11= = 104/2· 31=1,68 (12.27)
в) при выделении водорода (в расчете на израсходованный гипофосфит натрия) g111, г/г NaH2PO2· H2O, определяется по формуле
g111= =104/106=0,982
11)Концентрация фосфита после одноразового использования раствора g, г/л, определяется по формуле
g = g1 · g1 · pNi + g11 · g1 · pP + g111 · (g4 – g3) = (12.28)
=1,775· 0,984· 0,96+1,68· 0,984· 0,04+0,984· (4,54-1,91)=4,33
12)Количество циклов никелирования, n, до достижения максимально допустимой концентрации фосфитов рассчитаем по формуле
n= = (12.29)
=lg(1- 200· 1/4.33(1/0.2· 0.01 -1))/lg(1-0.2· 0.1/1)=48
где сФ – максимально допустимая концентрация фосфита, г/л
(число смен раствора m=F/S· 48=958/0.0168· 20· 48=59.42)
13)Расход хлористого никеля g5, г, на процесс покрытия за 48 циклов рассчитывается по формуле
g5= g2 · n= 3,82· 48=183,36 (12.30)
15)Потери сернокислого никеля g'5, г, за 48 процесса состоят из потерь с раствором, унесенным на деталях, и потерь с раствором после конечного цикла и рассчитывается по формуле
g'5 = с'СН· r· S · (n – 1) + с'СН· υ = (12.31)
=16,18· 0,2· 0,01(48-1)+16,18· 1=17,70
15)Потери сернокислого никеля g″', кг, за 48 (с учетом объема реактора, равному 36 литров, и количества смен электролита в ванне) рассчитывается по формуле
g″'5 = g'5 · 36 · m= 17,70· 36· 59,42= 37.86 (12.32)
16)Коэффициент использования сернокислого никеля при 48-кратном использовании раствора с корректировками К″СН в процентах определяется по формуле
К″СН = · 100=(183.36/183.36+17.70)· 100=91.22 (12.31)
17)Расход гипофосфита натрия , г, за 48 циклов на процесс химического никелирования рассчитывается по формуле
= g3· n=1.91· 48 = 91.68 (12.32)
18)Общий расход гипофосфита натрия (без учета потерь)g6, г, за 48 циклов рассчитывается по формуле
g6= продолжение
--PAGE_BREAK--