Цинковое покрытие

В таблице 2.2. представлена сравнительная характеристика нескольких блескообразующих добавок, выпускаемых различными российскими производителями.

Таблица 2.2. – Сравнительная характеристика блескообразующих добавок.

Добавка	Темпе-ратура, 0С	Диапазон плотнос-тей  тока, А/дм2	Расход блес-кообразова-теля, л/10000 А∙ч	Концентрации основных компонентов, г/л
				ZnO	NaOH	БОД
Гальванит Zn-СЛ20	20-40	1-8	1-1,5	8-12	90-120	10-13
Liconda Zn-GЕ	15-40	1-5	1-2	6-18	70-150	8-15
ЦКН-01	18-40	1-4	-	6-14	60-120	15-20
Экомет-Ц1	20-35	0,5-20	-	6-10	90-150	6-8
Цинкамин-02	15-50	0,5-8	1-2	10-13	90-120	5-10

 

Блескообразователь Гальванит Zn-СЛ20 обладает рядом преимуществ:

• Широкий диапазон допустимых температур и плотностей тока;
• Сравнительно невысокая концентрация добавки в электролите.

Кроме того эта добавка  обладает такими достоинствами как: получение покрытий высокой пластичности без отслаивания и «пузырей», простота очистки сточных вод из-за отсутствия комплексообразователей, качественные покрытия даже в условиях загрязненности электролита примесями тяжелых металлов.

На основании вышеописанного выбираем подходящий цинкатный электролит и подходящие режимы цинкования:

Оксид цинка - 8÷12 г/л

Едкий натр - 90÷120 г/л

Блескообразователь Гальванит Zn-СЛ20 - 10÷13 г/л

Температура - 20÷40⁰С

4. Подготовительные операции.

После изготовления деталь покрывается консервационной смазкой и отправляется на склад, затем в механический цех, а затем в цех гальванических покрытий. Поэтому перед нанесением покрытия деталь нужно предварительно обезжирить и удалить оксидные пленки.

2.4.1 Механическая обработка.

Механическая подготовка производится в механическом цехе после изготовления детали и заключается в обработке поверхности пескоструйным методом. После механической обработки детали поступают в гальванический цех.

2.4.2 Химическое обезжиривание [4].

Химическое обезжиривание  заключается в том, что жиры, которые  представляют собой  сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот, при воздействии щелочи омыляются и переходят в растворимые соли. Для обезжиривания черных металлов, главным образом, используются едкие щелочи. Повышение концентрации едкой щелочи, хотя и ускоряет процесс омыления жиров, но одновременно сопровождается нежелательным явлением – образующиеся мыла трудно растворимы в концентрированных щелочных растворах. В таких растворах возможно ухудшение качества других компонентов, например  ПАВ, что ухудшит качество обезжиривания. Может иметь место также флотация загрязнений и перенос их на поверхности деталей в промывочные ванны, а затем и в ванны покрытия. Поэтому для черных металлов используют растворы, содержащие до 100 г/л едкой щелочи.

С целью облегчения процесса отрыва капелек масла от поверхности  металла и образования эмульсии в щелочной раствор добавляют ПАВ – эмульгаторы. Содержание ПАВ в обезжиривающих растворах обычно составляет 3-8 г/л.  Активным компонентом раствора обезжиривания является кальцинированная сода, обеспечивающая щелочность среды и оказывающая омыляющее действие на растительные и животные жиры. Концентрация Na₂CO₃ составляет 30-40 г/л, при этом концентрацию NaOH можно снизить до 5 г/л, что значительно удешевляет раствор обезжиривания. Заметное повышение концентрации соды нежелательно, т.к. она снижает эффективность действия фосфатов.

Фосфаты уменьшают жесткость  воды, повышают моющую способность  раствора, уменьшают коррозию оборудования, обладают суспензирующим и пептизирующим действием. Чаще всего на производстве используют ортофосфат Na₃PO₄∙12H₂O (тринатрийфосфат), концентрация которого составляет 10-30 г/л. 

Химическое обезжиривание  производят при температуре 40-50⁰С, при которой омыление и процесс эмульгирования протекают более интенсивно. В настоящее время чаще всего применяют растворы холодного обезжиривания при температуре 15-30⁰С. Холодное обезжиривание позволяет существенно снизить расходы на электроэнергию, последующие ванны промывки после обезжиривания также могут быть холодными, при работе без нагрева в несколько раз снижается интенсивность испарения компонентов раствора.   Продолжительность обезжиривания зависит от степени загрязнения деталей и составляет 5-60 мин. Для интенсификации процесса используют перемешивание сжатым воздухом. В таблице 2.3. представлена сравнительная характеристика нескольких современных обезжиривающих добавок.

 

 

 

 

 

Таблица 2.3. – Сравнительная характеристика обезжиривающих добавок.

Добавка	Темпе-ратура, 0С	Время про-цесса, мин	Расход обезжиривателя, г/м2	Концентрации основных компонентов, г/л
				NaOH	Добавка	Тринат-рийфосфат
Гальванит GC-01	15-25	5-20	1,5-3	10-30	15-30	-
Обезжириватель КХ	15-30	10-15	2-5	5-30	5-30	-
Экомет-003	55-70	3-20	4-7	15-20	8-10	15-20

 

Таким образом, можно  выбрать следующий состав и характеристики процесса химического обезжиривания:

Натр едкий – 20÷30 г/л

Обезжиривающая добавка Гальванит GC-01 - 15÷30 г/л

Температура – 15÷25⁰С

Время обезжиривания - 5÷10 мин.

2.4.3 Электрохимическое обезжиривание [4].

Растворы для электрохимического обезжиривания содержат практически те же компоненты, что и растворы химического обезжиривания. Но, вследствие выделения на катоде и аноде пузырьков газа, которые интенсифицируют процесс обезжиривания, содержание компонентов может быть снижено. Выделяющиеся пузырьки газа не только способствуют отрыву капель масла от поверхности, но облегчают их эмульгирование. ПАВ не вводят в электролиты или вводят в небольшом количестве, т.к. образуется большое количество пены на поверхности ванны. Пена затрудняет отвод газов, образующихся в электрохимическом процессе, и может образоваться взрывоопасная газовая смесь. Обработка черных металлов на катоде может привести к их наводороживанию, что ухудшает механические свойства деталей. Ускорения процесса обезжиривания стальных деталей с одновременным уменьшением их наводороживания можно достигнуть электролизом с применением реверсивного постоянного тока. Оптимальным является следующий режим: продолжительность анодного периода 1-3 мин, катодного – 3-10 мин, плотность тока 6-8 А/дм². В настоящее время широко используются различные добавки в растворы электрохимического обезжиривания, которые позволяют снизить температуру процесса и увеличивают срок службы раствора. В таблице 2.4.3. показана сравнительная характеристика некоторых обезжиривающих добавок, выпускаемых отечественными поставщиками.

Таблица 2.4. – Сравнительная характеристика добавок для растворов электрохимического обезжиривания.

Добавка	Темпе-ратура, 0С	Режимы процесса				Расход обезжиривателя, г/м2
		Катод		Анод
		Время мин	Плотность тока,А/дм2	Время мин	Плотность тока,А/дм2
Гальванит GC-01	15-25	1,5-2	4-10	1,5-2	4-10	1,5-3
Обезжи-риватель КХ	15-30	2-5	3-6	2-5	3-6	1-2
Экомет-002	20-35	5-8	3-10	4-5	3-6	8-12
ЦКН-64	20-50	2-10	2-6	2-10	2-6	-

 

Таким образом в качестве добавки в раствор электрохимического обезжиривания можно выбрать Обезжириватель Гальванит GC-01, обладающий оптимальным временем и режимами процесса и минимальным расходом из всех представленных  в таблице добавок.

Состав электролита  и характеристики электрохимического обезжиривания:

Едкий натр - 10÷15 г/л

Гальванит GC-01 - 10÷15 г/л

Температура - 15÷25⁰ С

Плотность тока - 6÷8 А/дм²

Время обработки – 3÷5 мин.

4. Активирование [4].

Активированием называется процесс удаления с поверхности металлических деталей тончайшего, зачастую незаметного глазу слоя оксидов, которые могли образоваться в промежутках между операциями. При активировании одновременно происходит легкое протравливание верхнего слоя металла и выявление кристаллической структуры металла, что благоприятствует прочному сцеплению покрытия с основой.

Активирование осуществляется непосредственно перед загрузкой деталей в ванны для нанесения покрытий. Если детали поступают в гальванический цех непосредственно после механической обработки и на их поверхности имеется только тонкая оксидная пленка, то активирование может производиться без предварительного травления деталей. Добавление ингибиторов в т растворы активирования позволяет улучшить качество обработки поверхности деталей, снизить расход кислоты, уменьшить съем металла. Однако увеличение концентрации ингибитора отрицательно влияет на качество сцепления покрытия с подложкой, поэтому ингибиторы применяют в небольших количествах (2-10 г/л).

Повышение температуры раствора активирования нецелесообразно, т.к. соляная кислота очень летуча и при повышении температуры она будет интенсивно испаряться, и возникнет необходимость введения дополнительной вентиляции и коррозионной защиты оборудования.

 

Итак, оптимальным раствором для активирования детали является раствор с составом :

Соляная кислота - 100÷150 мл/л

Ингибитор «Друг Плюс» - 2÷5 мл/л

Время активирования 30-60 с.

 

2.5 Заключительные операции.

К заключительным операциям  относятся  пассивация, сушка, а также  промывки, которые проводятся после  каждой технологической операции.

1. Пассивирование.

Для предохранения от коррозии, а также улучшения внешнего вида цинковые покрытия сразу после их нанесения подвергают дополнительной химической обработке кратковременным погружением в пассивирующие растворы. В настоящее время  промышленности чаще используют хромитные растворы, т.к. соединения трехвалентного хрома не являются канцерогенами, и их проще обезвредить.

В растворах трехвалентного хрома образуются пленки, в которых Cr (III) находится в виде стабильных комплексов. Такие пленки называются «хромитными».  Хромитные пленки после термического воздействия не теряют коррозионную стойкость. Для эксплуатации в легких условиях (внутри отапливаемых и сухих помещений) рекомендуются хромитные пленки второго поколения. Растворы для хромитирования включают в себя неорганические соли трехвалентного хрома, кобальта и некоторых других тяжелых металлов, а также соли, улучшающие технологические свойства растворов.

В хромитных пленках  при некоторых условиях в поверхностном  слое может происходить частичное  окисление Cr (III) до Cr (VI). Поэтому инженерные стандарты допускают некоторое количество хроматов в хромитных пленках.

По экологическим характеристикам  процесс хромитирования существенно превосходит традиционный процесс хроматирования:

• При обезвреживании сточных вод не требуется операция восстановления Cr (VI) до Cr (III);
• Меньше расход химикатов на нейтрализацию;
• Меньше количество шлама.

В таблице 2.5 приведена сравнительная характеристика некоторых композиций для хромитирования.

Таблица 2.5 – Сравнительная характеристика композиций хромитирования.

Добавка	Темпера-тура, 0С	Время процесса, с	Расход добавки, мл/м2	Концен-трация добавки, мл/л	рН
Ирида-Хром-Три(Б)	15-50	20-120	-	80-120	1,4-2,5
Экомет-ПЦ15	18-25	90-150	15-20	50-70	2,2-2,8
Liconda 3-Cr	15-30	30-60	12	80-120	1,8-2,2
Хромит-2А	20-25	45-90	10-15	80-100	1,8-2,0
Сhemeta АР-7Е	15-30	30-60	8-15	20-40	1,8-2,5