Проект гальванического цеха

В цианистых электролитах выход металла по току ниже, чем  в кислых электролитах, он снижается при повышении плотности тока (особенно резко при большом содержании свободного CN^-), что способствует улучшению равномерности распределения металла на катоде. Допустимая плотность тока в цианистых электролитах, как правило, ниже, чем в кислых.

Цианистые электролиты  применяют в промышленности для  нанесения покрытий на детали различной формы – простых и сложных по конфигурации.

В цианистых электролитах (без специальных добавок) происходит значительное наводораживание стальных деталей, что приводит к резкому ухудшению их механических свойств после цинкования: уменьшается пластичность, увеличивается склонность стали к хрупкому разрушению. Поэтому не допускается электролитическое цинкование в цианистых электролитах деталей, изготовленных из сталей с пределом прочности 1400 МПа и более. Большим недостатком цианистых электролитов является их токсичность, связанная с испарением синильной кислоты как при работе электролита, так и при его приготовлении.

В пирофосфатных электролитах стационарные потенциалы и потенциалы выделения Zn на катоде имеют более отрицательные значения, чем в кислых электролитах. Повышенная катодная поляризуемость и снижение выхода Zn по току при увеличении плотности тока в этих электролитах обусловливают более равномерное распределение металла по катодной поверхности. Качество осадков в большой степени зависит также от рН, концентрации свободного K₄P₂O₇*3H₂O или Na₂P₂O₇*10H₂O и температуры.

В аммиакатных электролитах Zn присутствует в виде аммиачного комплексного катиона Zn(NH₃)_n²⁺ (где n=1¸4 в зависимости от концентрации аммиака). 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, а наклон поляризационных кривых меньше. Рассеивающая способность аммиакатных электролитов выше, чем в простых кислых (без специальных добавок), но уступает рассеивающей способности цианистых. Аноды в аммиакатных электролитах растворяются в интервале рабочих плотностей тока (равным катодным) с высоким выходом по току.

К комплексным электролитам с органическими аддендами относятся  этилендиаминовые, моноэтаноламиновые, триэтаноламиновые, полиэтиленполиаминовые, гликолевые, трилонатные и др.

Щелочные нецианистые, т.е. цинкатные, электролиты в отличие  от цианистых нетоксичны и более просты и устойчивы по составу, чем цианистые. Катодная поляризация в цинкатных электролитах без специальных добавок ПАВ выражается сравнительно небольшой величиной и мало зависит от концентрации цинка и щелочи. Выход металла по току в интервале допустимых плотностей тока практически не изменяется и равен приблизительно 95-98%. Все это вместе с его дешевизной делает этот электролит наиболее удобным в применении для нанесения покрытий на стальные изделия.

 

2.5.2. ВЫБОР ЭЛЕКТРОЛИТА ЦИНКОВАНИЯ

 

Основными компонентами цинкатных электролитов являются комплексная

соль цинка Na₂Zn(OH)₄ или K₂Zn(OH)₄ и свободная щелочь NaOH и KOH. В цинкатном растворе цинк находится в виде комплексных ионов Zn(OH)₄^2-, а на катоде восстанавливаются преимущественно частицы Zn(OH)₂ и Zn(OH)₃^-.Диссоциация комплексов происходит ступенчато, и процесс осаждения протекает ступенчато при достаточно высокой поляризации:

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂;

Na₂ZnO₂  2Na⁺ + ZnO₂^2-;

ZnO₂^2- + 2H₂O   Zn²⁺ + 4OH ^-.

 В отсутствие специальных добавок из этих электролитов выделяются губчатые осадки цинка даже при малых плотностях тока, ниже предельного тока диффузии ионов цинка. Добавление к цинкатному электролиту 1-3 г/л полиэтилен-полиамина (ПЭПА) или полиэтиленимина (ПЭИ) позволяет получать при достаточно высоких плотностях катодного тока компактные осадки цинка.

Катодная поляризация  в цинкатных электролитах (без  добавления органических ПАВ) имеет характер преимущественно концентрационной поляризации, поэтому допустимый верхний предел плотности тока возрастает с повышением концентрации Zn, температуры и скорости раствора.

Наибольшее влияние  на равномерность распределения  металла на катоде оказывает концентрация Zn в электролите, при повышении которой рассеивающая способность ухудшается.

Концентрация свободной  щелочи, необходимой для устойчивости комплексной соли цинка и нормального растворения цинковых анодов, должна быть тем больше, чем выше концентрация цинка. Отношение общей концентрации щелочи к концентрации цинка (в г-экв/л) составляет примерно 9-10. Гидроксид натрия находится в электролите не только в связанном, но и в свободном виде. Избыток необходим для устойчивости комплексного соединения. При его недостатке снижается электропроводность раствора  и становится возможным выпадение гидроксида цинка в осадок. Чрезмерная концентрация NaOH снижает выход по току, покрытия становятся губчатыми, а аноды начинают химически растворятся.

В качестве блескообразующих добавок к цинкатному электролиту  предложены ароматические альдегиды, поливиниловые спирты, полиалкиламины, алкиламины и продукты конденсации аминов с эпихлоргидрином или с окисью этилена, продукт взаимодействия этилендиамина с эпихлоргидрином (50%-ный водный раствор).

Вредное влияние на катодный процесс в цинкатном электролите  оказывают нитраты, бихроматы, Н₂О₂, в присутствии которых снижается выход по току металла и ухудшается равномерность его распределения по поверхности детали.

Анодная поляризация  в цинкатных электролитах до определенной плотности тока сравнительно невелика и мало меняется при изменении состава электролита. Превышение определенной плотности тока вызывает пассивирование анода – его потенциал резко смещается в сторону положительных значений.

Аноды для цинкования в цинкатных электролитах можно  изготовлять из технического цинка, содержащего до 1% примесей олова  и до 0,5-1% свинца. Не рекомендуется  применение анодов, содержащих алюминий.

В цинкатных электролитах возможно образование губчатых осадков, которые появляются вследствие переноса мельчайших цинка из анодного шлама на катод. Наличие в электролите ионов более электроположительных металлов (например, олова) обусловливает растворение этих частиц за счет реакции контактного вытеснения.

 

 

2.5.3.ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА ЦИНКОВАНИЯ С ДОБАВКОЙ ЛВ-8490

 

Для нанесения цинкового  покрытия на стальные детали был предложен  электролит следующего состава:

Натрия гидроксид   100 г/л

Оксид цинка    10 г/л

Добавка ЛВ-8490   2 г/л

Температура процесса   15-25ºС

Катодная плотность  тока   2 А/дм²

Выход по току    96%

 

В емкости для приготовления  электролита растворяют необходимое  количество щелочи (соотношение щелочь:вода – 1:1), и поддерживая температуру 80-100°С, добавляют суспензию оксида цинка (соотношение оксид цинка:вода – 1:1), перемешивая до полного растворения. После приготовления электролит перекачивают насосом в рабочую ванну, где доводят его объем до необходимиого уровня водой и перемешивают. Затем в ванну цинкования вводят необходимое количество добавки ЛВ-8490 и перемешивают. После приготовления ванны производят анализ на содержание гидроксида натрия и оксида цинка.

 

2.5.4.АНОДЫ

 

Аноды применять из цинка  марки ЦО (ГОСТ 1180-74). Аноды подвешивают на штанги при помощи латунных, медных или стальных крючков. При этом недопустим контакт медных или латунных крючков с электролитом. Ионы Zn²⁺ поступают в раствор за счет растворения цинковых анодов, и когда Zn²⁺ накапливается слишком много, часть цинковых анодов заменяется стальными, чтобы довести концентрацию Zn²⁺ до оптимального уровня.

2.5.5.ВРЕДНЫЕ ПРИМЕСИ

 

Вредными примесями  для электролита являются: медь –  более 1г/л, хром – более 0,3г/л, карбонаты  – более 60-70г/л органического  вещества. При нахождении электролит подлежит полной замене.

Наиболее частые причины:

- вовлечение в электролит  жира, масла или антикоррозионного  средства;

- передозировка добавок  и отсюда слишком высокое содержание  продуктов разложения.

В большинстве случаев загрязнения можно устранить при вмешивании 5-10г/л порошкообразного активированного угля. После осаждения угля электролит нужно тщательно профильтровать.

Часто бывает необходимым  такие загрязнения сначала окислить, чтобы их можно было удалить активированным углем. Для этого пригодна перекись водорода 30%-ая. Под действием перманганата калия как окись сильного окислителя можно эффективно разрушить органические вещества.

 

2.5.6.КОРРЕКТИРОВКА ЭЛЕКТРОЛИТА

 

Один раз в месяц  электролит подлежит фильтрации, а  ванна чистке. Электролит выкачать в ванну приготовления и откорректировать. Рабочую ванну вычистить от осадка и деталей, вымыть, вытереть. Аноды помыть, почистить, вставить в бязевые чехлы. Проверить, нет ли трещин в футеровке. При наличии трещин их немедленно заварить. После чего электролит из ванны приготовления профильтровать с помощью установки для фильтроции  Д_дГ1,6-0,3р в рабочую ванну. Завесить в ванну, на вычищенных штангах, аноды.

Анализ электролита  на содержание цинка, едкого натра карбонатов проводится два раза в неделю, корректировать электролит надо по данным химического анализа.

Поддержание  концентрации цинка  в электролите производится регулированием анодного растворения. Оптимальное отношение едкого натра и цинка в электролите 10:1 – 14:1.

Необходимое по расчету количество каустической соды растворяют в небольшой объеме (около 0,1 рабочего объема ванны) воды и подогревают до температуры 90-100⁰С, после чего при непрерывном помешивании вводится окись цинка. Окись цинка может быть заменена свежеосажденным гидратом окиси цинка Zn(OH)₂.

Приготовленный электролит анализируют  на содержание NaOH и ZnO. По данным химического  анализа электролит корректируется добавлением NaOH. ZnO или воды до получения заданного состава.

Окись цинка определяется весовым методом.

Необходимые реактивы.HNO₃ (плотность 1,4г/см³ ); CH₃COOH – 80%-ая; NH₄OH – 25%-ный раствор; (NH₄)₂HPO₄ – 10%-ный раствор;(NH₄)₂HPO₄- 1%-ный раствор; метиловый оранжевый.

Ход анализа. К 5 мл электролита в конической колбе вместимостью 250 мл добавляют 5 мл воды, 2 мл HNO₃, раствор нагревают и выпаривают досуха. После охлаждения доливают 100 мл горячей воды и нейтрализуют аммиаком по метиловому оранжевому до слабого запаха. Добавляют уксусную кислоту до нейтральной или слабокислой реакции и нагревают раствор до кипения. После охлаждения добавляют 20 мл 10%-го (NH₄)₂HPO₄ и нагревают раствор почти до кипения. Осадок отстаивают в теплом месте 30 мин, фильтруют через двойной фильтр «синяя лента», промывают горячим 1%-ным раствором (NH₄)₂HPO₄, затем 3-4 раза холодной водой, сушат, прокаливают при 900⁰С (не выше), охлаждают и взвешивают.

Расчет содержания (г/л) проводят по формуле:

 

,

 

где А – масса осадка пирофосфата цинка, г; 0,534 – коэффициент пересчета с пирофосфата цинка на окись цинка.

Определение содержания NaOH.

 Содержание NaOH определяется с помощью ячейки для измерения проводимости, так как в основном NaOH отвечает за электропроводность раствора. В ячейку заливается раствор электролита, определяется значение его проводимости, исходя из этого значения высчитывается концентрация NaOH.

 

Определение оптимальных  режимов цинкования и содержания блескообразующей добавки.

1.Техническая характеристика.

1.1 Для проведения анализа  электролита применяется ячейка  Хула объемом 240-260 мм.

1.2 Для изготовления  ячейки применяется полистирол, оргстекло толщиной (0,5 0,1)мм, дающие возможность визуального наблюдения за проходящими в электролите процессами.

1.3 Для изготовления  анодов используется материал  ЦО ГОСТ 1180-71, размеры анода (5*6*70)мм. Для изготовления катода используется стальной лист ГОСТ 19904-74, размеры (0,5*100*70)мм, чистота поверхности катода должна соответствовать требованиям предъявленным к поверхности покрываемых деталей.

2.Определение оптимальных режимов цинкования.

2.1 Наполнить ячейку  Хула анализируемым электролитом в объемом 240-260мм.

2.2 Поместить в ячейку  анод и катод, присоединив к  источнику тока, включить ток.

2.3 Согласно таблице  2.5.3.1. определяется плотность тока  на любом участке катода в зависимости от его удаления от анода при определенной силе тока на ячейке Хула, величина х представляет собой расстояние от края катода (наиболее приближающегося к аноду) до точки на катоде, в которой определяется плотность тока.

                                                                                            Таблица 2.5.6.1

Х,мм	10	20	30	40	50	60	70	80
	Катодная плотность тока, А/дм2
Сила тока, А	10,2	7,0	5,2	3,9	2,9	2,0	1,3	0,7