Гальванические покрытия

В зависимости от состояния поверхности детали шлифование ведут в несколько переходов с постепенным уменьшением величины зерна абразива от первой операции к последней.

После того как шлифованием сглажены основные микрошероховатости поверхности, иногда перед декоративным полированием круг с мелким абразивом, который применялся на предыдущем переходе шлифования, слегка смазывают парафином, техническим салом или специальными засалочными пастами. Эта операция желательна в тех случаях, когда необходимо предохранить деталь от выкрашивания и задира при тонком шлифовании поверхности.

Режим шлифования определяется материалом обрабатываемых деталей, частотой вращения круга и его давлением на поверхность металла. При Шлифовании твердых материалов простой формы частота вращения круга больше, чем при обработке более мягких материалов и деталей сложной формы. При предварительном шлифовании, в отличие от тонкого, для снятия большего слоя металла увеличивают силу прижима деталей к вращающемуся кругу.

Галтовка (абразивная обработка в барабанах по ГОСТ 23505--79). Этот процесс есть разновидность шлифования и полирования, заключающийся в очистке и отделке поверхности мелких деталей насыпью для снятия заусенцев, окалины, неровностей и уменьшения шероховатости поверхности.

Галтовку осуществляют в аппаратах барабанного и колокольного типа, в которые загружают абразивные материалы и детали. При вращении барабана или колокола с выступающих частей поверхности деталей снимается тонкий слой металла в результате трения их между собой, а также с абразивными и полирующими материалами. Различают сухую (абразивную) галтовку и мокрую (жидкостно-абразивную) галтовку, которую в зависимости от применяемого размера абразива делят на подводное шлифование и подводное полирование.

Чаще всего для окончательной отделки винтов и болтов небольших размеров, поверхность которых должна быть блестящей, без заусенцев, применяют сухую галтовку. Ее осуществляют либо без абразива, либо с использованием тонкого абразива типа крокуса. Обработку изделий из мягких металлов и резьбовых изделий рекомендуется проводить в аппаратах колокольного типа, где они не испытывают сильных ударов.

При жидкостно-абразивной обработке детали обрабатываются абразивом и полирующими материалами в жидкой среде. В качестве абразива используют бой наждака, керамики, фарфора, корунда, кварцевый песок, стальную сечку, а для полирования -- стальные шарики, дретесиые опилки, обрезки кожи, фетра и другие мягкие материалы. В качестве жидкой среды используют 2--3 %-ный раствор щелочи, мыльный, кислотный и другие растворы. Жидкостно-абразивную обработку обычно применяют перед нанесением покрытий, чтобы очистить детали от травильного шлама, а также с целью сглаживания поверхности [8, С.96].

Обработка щетками -- процесс, при котором в результате воздействия концов проволок поверхность металла очищается от ржавчины, окалины, краски, образовавшегося шлама и Других загрязнений. Его производят не только с целью очистки поверхности, но и для нанесения на детали штрихового декоративного рисунка. С этой целью операцию производят либо до нанесения покрытия, либо после.

Обработку щетками осуществляют обычно на шлифовально-полировальных станках. Для изготовления щеток применяют стальную, латунную, медную, нейзильберную проволоку. При обработке мягких гальванических покрытий используют также волосяные, капроновые либо травяные щетки. При подборе проволоки для изготовления крацевальных щеток можно воспользоваться данными табл. 7, Прилож.2.

При декоративной обработке щетки обычно смачивают в содовом или мыльном растворе. Скорость вращения щеточных кругов может изменяться от 450 до 1800 об/мин.

Струйно-абразивная обработка. Этот вид подготовки поверхности перед нанесением металлических покрытий имеет разновидности: пескоструйная, дробеструйная и жидкостно-абразивная обработка. Он имеет весьма широкое применение, так как является одним из наиболее эффективных способов подготовки поверхности для всех видов покрытий, не требующих полированной поверхности.

Наряду с высокой скоростью и качеством очистки деталей от окалины и ржавчины струйная обработка создает поверхностный упрочняющий наклеп, который положительно сказывается на механических свойствах детали. В результате такой обработки с поверхности исчезают заусенцы, забоины, риски, т. е. те дефекты, которые отрицательно сказываются на коррозионной стойкости деталей с покрытиями, на качестве осаждаемых покрытий и на их декоративном, виде. Этот процесс широко применяют для создания равномерной матовой поверхности детали и повышения светопоглощающих характеристик деталей оптической аппаратуры.

2.2 Химическая обработка

Химическое обезжиривание поверхности деталей перед нанесением гальванопокрытий, как правило, предшествует электрохимическому обезжириванию; в основном его применяют при наличии на деталях толстой жировой пленки.

Химический способ удаления жиров основывается на взаимодействии с ними органических растворителей или растворов щелочей, приводящих к их растворению, омылению или образованию эмульсий.

Органические растворители делят на горючие и негорючие. К горючим растворителям относятся бензин, керосин, бензол, толуол, ксилол, Уайт-спирит и др. Их в гальванотехнике не применяют. Более эффективными растворителями являются негорючие и хлорированные углеводороды: трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, перхлорэтилен, четыреххлористый углерод, хладон-113 (старое название фреон-113).

Растворяющая способность различных растворителей по отношению к маслам понижается в такой последовательности [кг/(м2-ч)]: хладон-113 -- 4,45; трихлорэтилен -- 3,10; ксилол -- 2,20; тетрахлорэтилен -- 1,70; бензин-- 1,30; уайт-спирит -- 0,90; керосин -- 0,65.

Обезжириванию трихлорэтиленом можно подвергать большинство металлов (сталь, медь, никель, сплавы этих металлов и др.). Следует избегать обработки трихлорэтиленом алюминия, магния и их сплавов, так как при этом происходят нежелательные реакции, сопровождающиеся выделением большого количества теплоты, что приводит к разложению реактива с образованием ядовитых соединений. Обработку трихлорэтиленом ведут в жидкой или паровой фазе. Если обезжиривание проводят в жидкой фазе, то детали следует обрабатывать последовательно в двух-трех ваннах с растворителем, нагретым до 60--70 С. Может быть применено струйное обезжиривание. Продолжительность очистки деталей составляет 3-- 10 мин.

В состав щелочного обезжиривающего водного раствора должны входить вещества, способные нейтрализовать жирные кислоты и омылять растительные и животные жиры и масла, а также эмульгаторы, способные уменьшать величину свободной межфазной энергии на границе масла с обезжиривающим раствором и масла с поверхностью детали. Вещества, входящие в обезжиривающий раствор, не должны вызывать коррозию металла и должны легко удаляться при промывке водой. В большей степени этим требованиям соответствуют силикаты и фосфаты щелочных металлов, в меньшей -- едкий и углекислый натрий (калий). Раствор Na3PO4 способствует уменьшению жесткости воды и легче удаляется водой с поверхности изделий при их промывке, растворы силикатов -- труднее. Хуже всего смываются растворы Na2CO3 и NaOH.

Концентрация компонентов этих растворов должна обеспечивать оптимальную эффективность их эмульгирующего действия. Почти во всех растворах обезжиривания в качестве эмульгатора рекомендуется использовать силикаты щелочных металлов, которые при гидролизе образуют H2SiO3 в коллоидном состоянии, которая нерастворима. Ее способность диспергировать твердые вещества улучшает качество очистки поверхностей и предотвращает повторное осаждение загрязнений на поверхность деталей. Присутствие силиката в растворе препятствует разъеданию щелочами алюминия, цинка, стали и меди, а также потускнению и коррозии этих металлов между процессами обезжиривания и последующими операциями [3, С.66].

Травление проводят с целью удаления с поверхности деталей окалины, ржавчины или окисных пленок, образовавшихся под влиянием окружающей среды, механической, термической, химической обработки. Травлению подвергают детали, прошедшие процесс обезжиривания.

Процесс травления черных металлов проводят в основном в растворах минеральных кислот HC1, H2SO4 или их смесей. Установлено, что НС1 снимает окислы с поверхности преимущественно за счет их растворения, в то время как H2SO4 за счет подтравливания металла и механического удаления разрыхленного слоя окислов выделяющимся водородом. В 10 %-ной H2 SO4 железо растворяется в 70 раз быстрее окислов, тогда как в 10 %-ной НС1 только в 10 раз. Скорость растворения в НС1 преимущественно возрастает с увеличением ее концентрации.

Скорость травления в H2SO4 в основном зависит от температуры. Так, например, скорость травления стали в 3 %-ном растворе при 80 °С в 10 раз больше, чем в 8 %-ном растворе при 20 °С. Повышение концентрации H2SO4 в растворе до 25 % приводит к увеличению скорости растворения. При одинаковой температуре травления в НС1 происходит меньшее наво-дороживание стали, чем в H2SO4. С целью уменьшения травления чистого металла и преимущественного удаления окисного слоя, а также уменьшения вплоть до исключения наводоро-живания в растворы травителей вводят ингибитооы. Для НС1 -- ингибиторы ПБ-5, БА-6, ПКУ, КПИ, И-1-А, И-1-В, И-1-Е, катапин и др., для H2SO4 -- БА-6, уротропин, катапин, ЧМ и др. Ингибиторами могут служить также NaCl, KJ, FeSO4. Наибольшей степенью защиты от перетравления обладают ингибиторы ПКУ-М и ката-пины: 98--99,1 % в растворах H2SO4 и НС1 при 80--120 °С; БА-6 -- 98 % в НС1; И-1-А и И-1-В -- 94--96 % в растворах H2SO4 и НС1 при 80-- 100 °С.

Максимальная степень защиты поверхности стали при применении ингибитора ЧМ в H2SO4 составляет 48 %, а максимально допустимая температура 60 °С.

Степень защиты значительно определяет и степень наводороживания стали, так как водород выделяется лишь в случае травления самого металла, что резко подавляется действиями ингибиторов [7, С.102].

Активация обязательная операция предназначена для удаления тончайших окисных пленок с поверхности деталей. Ее проводят между процессами обезжиривания и нанесения металлопокрытий. Лучше, когда в процессе активации исключается промежуточная промывка. В этом случае необходимо, чтобы в состав ванны активации входили компоненты, перенос которых в ванну для осаждения металлического покрытия не приводит к ухудшению процесса нанесения металлов, например, хромовая промывка (активация) перед хромированием.

Детали из углеродистой и хромоникелевой стали рекомендуется активировать в растворах № 1--3. Для деталей, прошедших цементацию и изготовленных из рессорно-пружинной стали, рекомендуется активация в растворе № 4, причем через сутки после добавления уротропина.

Детали из цинкового сплава активируют в составе № 5. Медь, медные сплавы и медные покрытия перед серебрением и золочением в цианистых электролитах активируют в растворе № 7, а перед другими процессами нанесения -- в растворах № 1--3, причем время можно увеличить. Никель, его сплавы и никелевые покрытия следует активировать в растворе № 1. При нанесении многослойных покрытий никелевые покрытия перед хромированием активируют в растворе № 8. После обезводороживания цинковых и кадмиевых покрытий перед хроматированием их рекомендуется активировать в растворе № 6. Ответственные детали из алюминия и его сплавов перед анодным оксидированием и химическим оксидированием активируют в растворах N° 9, 10 (Таблица 8, Прилож.2).

2.3 Электрохимическая обработка

При электрохимическом обезжиривании так же как и при химическом используются водные растворы, содержащие едкие щелочи, соду, фосфаты, силикаты натрия и другие компоненты, но в меньшем количестве. При выборе состава электролита следует учитывать его электропроводимость, эмульгирующую и смачивающую способность, а также воздействие на материал катода.

Чем выше электропроводимость электролита, тем большее количество электрического тока можно пропустить через него в единицу времени и, следовательно, применить большую плотность тока при том же направлении. Электропроводимость растворов солей уменьшается в ряду: едкий натр, силикат натрия, сода, фосфаты. Эмульгирующая и смачивающая способность возрастает в ряду: едкий натр, сода, фосфаты, силикаты.

При электрохимическом обезжиривании либо применяют в малом количестве ПАВ с малой склонностью к пенообразованию, либо их не применяют совсем. Образование большого количества пены может привести к взрыву при возникновении искры в случае накопления в пене гремучего газа. Во избежание этого применяют пеногасители: А-154, ПМО200А и др.

Электрохимическое обезжиривание, несмотря на высокую эффективность, применяют, в основном для очистки поверхности металла от небольшого слоя жира. Если поверхность деталей имеет значительные жировые загрязнения, ее предварительно обезжиривают химическим методом.

Процесс электрохимического обезжиривания можно вести и на катоде, и на аноде. При одинаковом количестве тока, проходящем через электролит, на катоде выделяется в 2 раза больше газа, чем на аноде. Следовательно, катодное обезжиривание более эффективно. Вследствие наводороживания деталей при катодном обезжиривании часто обезжиривание проводят сначала на катоде, а затем на аноде, либо только на аноде.

При реверсивном способе ведения процесса очистки время анодной обработки составляет обычно 1/5--1/15 времени катодной обработки. Рабочее напряжение на ванне должно быть более 2,5--3 В (напряжение разложения воды в ваннах обезжиривания); обычно применяют выпрямители с напряжением 6--12 В. Расстояние между электродами в целях экономии электроэнергии делают минимальным, и обычно оно составляет 0,05--0,15 м. В качестве второго электрода можно применять: при анодном обезжиривании -- сталь (катод), при катодном и реверсивном обезжиривании -- коррозионно-стойкую сталь, никелированную углеродистую сталь или предпочтительнее никелевые пластины. Имеются также рекомендации по применению переменного тока для обезжиривания, что исключает наводороживание.

Электрохимический способ травления металлов значительно ускоряет процесс очистки как за счет обильно выделяющегося на деталях газа, так и в результате химического и электрохимического растворения окислов и металла. При подготовке поверхности перед нанесением гальванических покрытий наиболее широко применяют способы анодного травления.

Анодное травление желательно вести при высоких плотностях тока, так как при низких происходит неравномерное травление и на поверхности остается травильный шлам.

Катодное травление вследствие наводороживания применяют реже. Его используют в том случае, когда необходимо значительно сократить непроизводительные потери металла и расход кислоты [3, С.79-81].

Цель промывки -- не только тщательно удалить с поверхности изделий растворы и продукты от предыдущей операции, но и при экономном расходе воды обеспечить их минимальное попадание в сточные воды.

Наряду с экономным расходом воды важным показателем эффективности промывки является качество воды. Плохое ее качество и плохая система промывки могут оказывать существенное влияние на качество получаемых покрытий. Повышенное содержание кальция и магния может вызвать образование пятен на поверхности покрытия.

По физико-химическим показателям чистую воду нужно оценивать в зависимости от влияния вредных примесей, содержащихся в ней, на режим электролиза, а также на вид и структуру покрытия.

Для промывки защитных покрытий, к которым не предъявляются повышенные требования, может применяться техническая вода. Остальные физико-химические показатели технической воды не должны быть выше ПДК вредных веществ в водоемах санитарно-бытового использования. Вода из городского водопровода (общая жесткость 6 мг-экв/л) должна применяться для промывки защитных покрытий, к которым предъявляются повышенные требования, а также для большинства защитно-декоративных покрытий.

При нанесении защитно-декоративных покрытий, к которым предъявляются повышенные требования (для точных приборов, медицинского инструмента, ювелирных изделий и пр.), промывку деталей следует проводить в конденсате, дистиллированной или деминерализованной воде с предельной жесткостью 1,5 мг-экв/л и общим содержанием соли до 80 мг/л. Вода того же качества должна использоваться для приготовления растворов электролитов, заполнения ванн улавливания и для промывки деталей перед нанесением и сушкой покрытий.

Существует две схемы промывки деталей: одноступенчатая -- промывка в одной ванне с проточной водой (рис. 1), многоступенчатая -- промывка в нескольких последовательно установленных ваннах (ступенях) с проточной водой (рис. 2).

Рис. 1. Одноступенчатая схема промывки: 1 -- технологическая ванна; 2 -- ванна промывки

Многоступенчатая схема промывки подразделяется на прямоточную и противоточную (каскадную: двух- и трехступенчатую). Каждая из схем промывки может дополняться ванной улавливания. При конечных промывных операциях рассматриваемые схемы могут включать струйные промывки.

Рис. 2 Многоступенчатая схема промывки: а -- прямоточная; б -- противоточная (каскадная); 1 -- технологическая ванна; 2, 3 -- ванны промывки

В гальваническом производстве различают три вида промывки: холодную (температура не нормируется); теплую (при 40--50 СС) и горячую (при 70-- 90 °С). Существует несколько методов промывки: погружной -- осуществляется в ваннах с непроточной водой (т. е. в ваннах улавливания) и в ваннах с проточной водой; струйный -- осуществляется кратковременная промывка деталей (например, после пассивирования) простой конфигурации (линейки, ли-етовые изделия, плоские детали), а также смыв с деталей вязких растворов; этот метод экономичнее, чем погружением; комбинированный (погружной и струйный) -- применяется для промывки деталей сложной конфигурации и смыва с деталей вязких растворов. Сначала детали поступают в ванну, заполненную водой, а затем после извлечения из ванны промываются направленными струями воды из душирующих сеток или из отверстий в горизонтальных трубках, расположенных в верхней части ванны промывки.

Страницы: 1, 2, 3