Цинковое покрытие

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..…5

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ……………….…………………….... 6

1. Номенклатура изделий…………………………………………………...…6
2. Характеристика изделий, поступающих на покрытие…………………...6
3. Условия эксплуатации деталей, выбор и обоснование вида покрытия

 и его толщины…………………………………………………………………..7

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………….……8

2.1.Характеристика покрытия……………………………………………...….8

2. Выбор и обоснование типа и состава электролита для нанесения

      покрытия…………………………………………………………………...12

3. Обоснование режимов процесса нанесения покрытия……………....…17
4. Подготовительные операции……………………………………..…..…..21
1. Механическая подготока……………….………………….……....21
2. Химическое обезжиривание…...…………………………………..21
3. Электрохимическое обезжиривание ………………………….…..23
4. Активация…… ……………………...…………………………......25
5. Заключительные операции……………………………………………….26
1. Пассивирование ………………………………………….….……..26
2. Сушка……………………………………………………………….28
3. Промывка…………………………………………………...........…28
6. Технологическая карта
7. Технологические инструкции по выполнению процессов………….....29

2.7.1 Перечень материалов, используемых в технологическом процессе…………………………………………………………….……………...29

2.7.2 Методика приготовления и корректировки технологических растворов…………………………………………….……………………...…30

2.7.3 Контроль качества покрытия……………………………………….31

2.7.4 Дефекты и их устранение…………………………………………...33

2.7.5 Анализ электролитов………………………………………………..35

2.7.6 Обслуживание электролитов………………………………………..35

8.   Утилизация ценных компонентов  из промывных вод отработанных растворов, очистка сточных вод………………………………………..36

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..41

Приложение А. Библиографический  список

Приложение Б. Карта  типового технологического процесса

 

 

Введение.

Коррозия металлов, то есть разрушение вследствие электрохимического или химического воздействия среды, причиняет российской экономике огромный вред. Ежегодно из-за коррозии выбывает из строя свыше 35% всего вырабатываемого металла. Считают, что примерно 60% корродированного металла используется для повторной переработки. Таким образом, безвозвратные потери металла составляют около 10% от всего вырабатываемого металла. К этому следует добавить преждевременный выход из строя пораженных коррозией инженерных сооружений, судов, машин, приборов, станков, а также вызываемые коррозией несчастные случаи.

Для снижения потерь металла и предохранения  изделий от коррозии наряду с использованием химически стойких материалов применяются различные виды защитных покрытий: лакокрасочные, металлические, оксидные и ряд других. Наиболее широко в промышленности используются лакокрасочные и гальванические покрытия.

Цинковое покрытие, технология нанесения которого будет подобрана в данной курсовой работе, относится к защитно-декоративным покрытиям, которые не только защищает металл от коррозии, но и сообщает его поверхности красивый, блестящий внешний вид на протяжении определённого периода эксплуатации в атмосферных условиях.

Так же будут рассмотрена методика приготовления и корректировки  технологических растворов, обслуживание электролитов и очистка сточных вод.

 

 

1. Исходные данные к проекту.
1. Номенклатура изделий,  годовая программа.

На линию  покрытия поступает деталь - планка. Годовая программа составляет 20000 м² в год.

2. Характеристика детали, поступающей на покрытие.

Планка изготавливается из стального листа методом холодной штамповки. Материал детали –  холоднокатаная низкоуглеродистая сталь Ст20_пс.  Термообработке деталь не подвергается. После изготовления  деталь отправляется в механический цех, где подвергается пескоструйной обработке с целью удаления заусенцев и различных неровностей поверхности, образовавшихся в процессе изготовления. После механической обработки деталь защищается от коррозии путем нанесения консервационного слоя масла. В таком виде детали перевозят на склад, откуда далее они попадают в гальванический цех на покрытие.

Масса одой планки составляет 52 г. Габаритные размеры 152×26×2 мм. Величина поверхности 0,784 дм². Поверхность детали под слоем масла покрыта тонкими оксидными пленками, образовавшимися при контакте изделия с воздухом. Эскиз детали представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Планка.

3. Условия эксплуатации деталей, выбор и обоснование вида покрытия и его толщины.

Планка предназначена для эксплуатации в климатическом районе УХЛ (для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом) [1]. К макроклиматическому району с умеренным и холодным климатом относятся районы, где средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха равна или ниже +30⁰С, а средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура равна или выше -35⁰С.

Изделие изготовлено для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других помещениях. Блестящий цинк износостойкий, дешевый и имеет красивый внешний вид, что и требуется для данной детали. Для предохранения от коррозии, а так же улучшению внешнего вида поверхность цинка пассивируют в хромитном растворе.

Так как на деталь необходимо нанести защитно-декоративное покрытие, то минимальная толщина покрытия должна составлять 6 мкм, а максимальная 9 мкм [2]. Обозначение по ГОСТ 9.306-85: Ц6. хр. бцв.

2. Технологическая часть.
1. Характеристика покрытия.

Цинк в чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл, отличающийся хрупкостью и сравнительно малой твёрдостью (50-60 единиц по Бринеллю). Цинк обладает следующими физико-химическими свойствами: плотность 7,2 г/см³, атомный вес 65,38; валентность 2; стандартный потенциал по отношению к нормальному водородному электроду составляет минус 0,76 В; электрохимический эквивалент 1,22 г/А·ч; температура плавления 419 °С; при нагреве до 100 – 150 °С цинк становится пластичным и может подвергаться прокатке и ковке, при 200 °С и выше цинк снова теряет пластичность  и делается настолько хрупким, что его легко можно превратить в порошок. В сухом воздухе цинк устойчив. Во влажном воздухе и пресной воде он покрывается белой плёнкой углекислых и окисных соединений, защищающих его от дальнейшего разрушения.

В морской воде цинк обладает умеренной устойчивостью. Скорость коррозии цинка в воде при различных температурах связана с изменением свойств продуктов его коррозии: при низких (20–40 °С) и высоких (выше 90 °С) температурах цинк покрывается плотными, прочно пристающими к нему продуктами коррозии, которые, однако, в определённом интервале температур (50–80 °С) становятся рыхлыми и легко отстают от поверхности.

Цинк быстро разрушается  кислотами и щелочами и легко  реагирует с сероводородом и сернистыми соединениями, поэтому в таких средах цинковые покрытия неприменимы.

В кислотах цинк растворяется с выделением водорода. Примеси ртути и свинца с высоким значением перенапряжения водорода не оказывают существенного влияния на скорость растворения цинка, в то время как примеси меди, олова и других электроположительных металлов, на которых перенапряжение водорода незначительно, повышают скорость растворения цинка в кислых средах.

Основными областями  применения цинковых покрытий являются: защита от коррозии деталей машин, крепежа, стальных листов, проволоки , работающих вне помещений, в различных климатических районах, а также в закрытых помещениях с умеренной влажностью и в помещениях, загрязнённых газами и продуктами сгорания; защита изделий из чёрных металлов от коррозии в атмосфере, загрязнённым сернистым газом, и от коррозионного воздействия бензина и масла; защита водопроводных труб, питательных резервуаров и предметов домашнего обихода из чёрных металлов, соприкасающихся с водой.

Широкое распространение  цинковых покрытий в гальванической практике для защиты от коррозии изделий из чёрного металла объясняется их высокими защитными свойствами. Потенциал цинка отрицательнее потенциала чёрных металлов (стали, железа, чугуна), т. е. цинк для указанных выше металлов является анодным покрытием и защищает их от коррозии электрохимически. Защитные свойства таких покрытий сохраняются даже при малой толщине слоя, а также при наличии в нём пор или обнажённых участков.

Скорость разрушения цинкового покрытия составляет примерно 1,0–1,5 мкм  год для местности, характеризующейся наличием в атмосфере значительных количеств сернистого и углекислого газов.

Значительное уменьшение скорости разрушения цинковых покрытий достигается специальной обработкой их в растворах солей хромовой кислоты, а также за счёт фосфатных и оксидных плёнок, образующихся в результате применения химических и электрохимических видов обработки цинкового покрытия.

Цвет покрытия серебристо-белый или серебристо-серый с голубоватым оттенком. Допускаются незначительные радужные оттенки, если нет особых требований к декоративным свойствам покрытия

В настоящее время  находят применение следующие способы  нанесения цинковых покрытий [3]:

• Горячее цинкование
• Металлизация напылением
• Термодиффузионное цинкование
• Цинкнаполненные покрытия
• Механическое цинкование
• Контактный метод осаждения цинка
• Электролитическое цинкование

Горячее цинкование заключается в том, что покрытие наносится кратковременным погружением предварительно обезжиренных и протравленных изделий  в ванну с расплавленным цинком (t ≈ 430-470⁰C). К недостаткам этого метода можно отнести неравномерное по толщине покрытие и большой расход металла.

Металлизация  напылением производится распылением расплавленного металла на покрываемую поверхность из специальных газопламенных или электродуговых пистолетов. Расплавленные капли цинка застывают на поверхности виде множества мелких чешуек, формирующих покрытие. Недостатком метода являются большие (до 35%) потери цинка при распылении.

Термодиффузионное цинкование заключается в насыщении поверхности железа цинком и осуществляется при повышенных температурах в цинкосодержащей смеси порошков. Недостатком являются большие потери цинкового порошка.

Цинкнаполненные покрытия. К таким покрытиям относятся покрытия на основе неорганического или органического связующего с большим содержанием в нем высокодисперсного цинкового порошка. Высокие защитные свойства позволяют применять цинкнаполненные покрытия в тех случаях, когда нанесение цинковых покрытий традиционными методами трудноосуществимо. Среди недостатков этого метода можно выделить невысокие декоративные качества покрытия и необходимость использования пескоструйной обработки.

Механическое  цинкование. Принцип этого метода заключается в механическом взаимодействии в водной среде покрываемой поверхности, высокодисперсных (2-5 мкм) частичек цинка и стеклянных шариков. Процесс осуществляется в барабанах, куда последовательно загружаются детали, стеклянные шарики, кислый водный раствор химических веществ и цинковый порошок. Этот метод требует проведения сложных операций.

Электролитическое цинкование в настоящее время является широко распространенным способом. Это наиболее рациональный и экономичный способ цинкования, позволяющий в широком диапазоне регулировать толщину и свойства осажденного слоя цинка. Основными достоинствами электролитического  цинкования являются:

1. Возможность довольно точно задавать и регулировать толщину покрытия;

2. Возможность получать высокоблестящие покрытия;
3. Высокая технологичность;
4. Высокая степень автоматизации гальванических линий;
5. Довольно высокая скорость нанесения покрытия;
6. Возможность нанесения покрытия на отдельные участки детали;
7. Высокая чистота наносимого покрытия;
8. Возможность осаждения сплавов заданного состава;
9. Низкая себестоимость.