Защитные, декоративные гальванические покрытия

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.

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., 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 С) 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.

Наиболее эффективно процесс промывки происходит при  перемешивании воды в промывных  ваннах. Перемешивать воду можно вручную; подачей большого количества воды; механизмами и насосами, перемешивающими воду; механическим движением подвески с деталями в ванне промывки; ультразвуковой вибрацией; сжатым воздухом. Наиболее экономичным и простым способом является перемешивание воды сжатым воздухом, очищенным от масла. Воздух подается в нижнюю часть ванны по трубчатой распределительной системе. Расход воздуха принимается равным 0,2 л/мин на 1 л объема воды в ванне промывки.

Расход воды (л/ч) для  любой схемы промывки

 

 (2.1)

 

где q — удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей, л/м2;

N — число ступеней (ванн) промывки;

К0 — критерий окончательной  промывки деталей;

F — промываемая поверхность  деталей, м2/ч.

 

3. Оборудование для гальванических операций

 

Стационарные ванны, или  ванны ручного обслуживания, изготовляют  из листовой стали; в качестве защиты стальных стенок от агрессивного воздействия  электролитов применяют футеровку материалами.

Размер ванны устанавливают, исходя из габаритов покрываемых деталей, требуемой производительности и возможности обслуживания рабочим. Устройство типовой ванны для нанесения гальванических покрытий представлено на рис. 3. С целью интенсификации процессов и повышения качества покрытий ванны оборудуются насосами и фильтрами для непрерывной фильтрации электролитов, нагревателями, барботерами для перемешивания электролита сжатым воздухом-, механизмом для покачивания катодных штанг и бортовыми вентиляционными отсосами для удаления вредных выделений.

Некоторые типы ванн снабжаются крышками и обшиваются панелями (кожухами), которые прикрывают систему труб, подводящих к ваннам пар, воздух, воду.

 

Рис. 3. Гальваническая ванна с нагревателем-змеевиком: 1 — корпус ванны; 2 — футеровка; 3 — змеевик для горячей воды; 4 — барботер

 

Покрытие мелких деталей  целесообразно производить во вращающихся  ваннах колокольного или барабанного  типа. Колокольные ванны наливного типа удобны при покрытии небольших партий мелких деталей. Детали помещаются в колоколе и при его вращении перекатываются, касаясь контактов, закрепленных в днище колокола. Анод вводится в электролит через открытую часть колокола. Более производительными являются колокольные ванны погружного типа (Рис. 4). В этих ваннах площадь поверхности анодов настолько велика, что обеспечивает стабильность состава электролита, активное состояние анодной поверхности и, следовательно, возможность пропускания значительного тока, что, в свою очередь, позволяет вести процесс покрытия при достаточно большой катодной плотности тока.

 

Рис. 4 Колокольная ванна погружного типа

 

Для гальванического  покрытия малых партий мелких деталей  удобно применять переносные барабаны, которые завешиваются на катодную штангу стационарной ванны вместе с подвесками других деталей. Вращение барабана осуществляется с помощью двигателя постоянного тока, питаемого от источника тока гальванической ванны.

Полуавтоматические линии  представляют собой комплект ванн, состоящий из ванн для подготовительных операций, ванн промывок и гальванических ванн, расположенных в соответствии с последовательностью технологических операций. Перемещение подвесок с деталями или барабанов производится с помощью тельфера или других механизмов, управляемых вручную. Регулирование всех параметров гальванического процесса, включая и время выдержки, осуществляется непосредственно рабочим.

В автоматических линиях все операции гальванического процесса выполняются по данным режимам с  помощью исполнительных механизмов (автооператоров, кареток, траверсов).

В цехах с крупносерийным производством применяют автоматические линии с жестким единичным циклом. Характерными для этого типа линий являются автоматические кареточные овальные линии, выпускаемые Тамбовским механическим заводом, которые состоят из ряда ванн, установленных по овалу в порядке выполнения операций технологического процесса. Вертикальное перемещение кареток производится общей подъемной рамой, горизонтальное — толкающими штангами механизма перемещения. Привод линии — гидравлический. Линии оснащены устройствами автоматического регулирования температуры, фильтрации электролитов, очистки зеркала раствора и т. п. Ванны, в которых в процессе работы образуются вредные выделения, снабжены вентиляционными кожухами.

Основные данные линий

Производительность линий, м2/ч - 80

Темп выхода подвесок, мин. - 1—2,5

Расстояние между анодными штангами, мм:

для линий с двумя  катодными рядами – 450, с одним катодным рядом - 600

Длина линий, м - 10—24

В условиях мелкосерийного производства при относительно малой  производительности по отдельным видам  покрытия более эффективны автооператорные  многопроцессные линии с программным  управлением, осуществляемым командоаппаратом или управляющими вычислительными машинами (ЭВМ). Командоаппарат может управлять только движением автооператоров, переносящих штангу с подвесками или барабан из ванны в ванну, тогда как ЭВМ могут выполнять самые разнообразные функции, в том числе управление автооператорами, режимами работы ванн (температурой, дозированием компонентов, поддержанием уровня и т. п.), а также находить оптимальные решения по загрузке линий многопроцессного типа.

В зависимости от грузоподъемности применяются автооператоры: тельферные, которые перемещаются по монорельсовому пути, прикрепленному к перекрытию цеха; портальные, перемещающиеся по рельсам, закрепленным к бортам ванн; консольные, перемещающиеся по направляющим, установленным сзади ванн.

Автооператорные линии  производства Тамбовского механического  завода (бывш.) оснащены устройствами автоматического регулирования температуры, фильтрации электролитов, очистки зеркала раствора. Грузоподъемность автооператора — 4,45 Н. Производительность линий при гальванических покрытиях — до 30 м²/ч, при химическом — до 60 м2/ч. Загрузка и разгрузка производятся с одной стороны линии. Автоматические линии с автооператором консольного типа (АГ-24 и АГ-42) отличаются меньшей грузоподъемностью автооператора и более мобильны при решении задач по автоматизации цеха (участка) с большим числом видов покрытий.

Линии могут быть однорядными  или двухрядными с загрузкой—разгрузкой с одной стороны или с разных сторон. Возможны и овальные компоновки. Обработка деталей производится на подвесках, в барабанах или  на подвесках и в барабанах одновременно.

С целью интенсификации работы линии механизмы загрузки—разгрузки выполнены двухпозиционными (с накопителем). Автооператоры всегда забирают детали со второй (наиболее удаленной от рабочего) позиции механизма загрузки—разгрузки и устанавливают обработанные детали или свободные от них штанги для очередной загрузки на первую (ближайшую к рабочему) позицию. Перемещение штанги с первой позиции на вторую осуществляется транспортером с механическим приводом.

 

Рис. 5. Схема компоновки ванн автоматической линии: 1— стойка загрузки и разгрузки; 2 — сушило камерное; 3 — горячая промывка; 4 — холодная промывка; 5 — осветление и пассивирование в барабане; 6 —пассивирование; 7 — холодная промывка; 8 — осветление; 9 — электрообезжиривание; 10 — электрообезжиривание в барабане; 11 — горячая промывка; 12 — холодная промывка; 13 — сборник; 14— кадмирование в барабане; 15 — надмирование; 16 — сборник; 17, 18 — цинкование; 19 — холодная промывка; 20 — декапирование; 21 — автооператоры

 

Ванны, в которых растворы термостатируются, снабжены датчиками контроля температуры и исполнительными устройствами. Промывочные ванны снабжены автоматической подачей сжатого воздуха в барботеры для перемешивания воды при очередной загрузке ванн деталями. Для ванн электрохимического обезжиривания предусмотрена буферная емкость для очистки раствора от пены. В комплект унифицированных узлов входит передвижная установка для фильтрации растворов через сменные фильтрующие элементы.

Максимальная производительность линии при обработке деталей, м2/ч: на подвесках — до 30; в барабанах — до 60. Единовременная загрузка при обработке деталей: на подвесках — до 2 м2; в барабанах — до 30 кг.

 

Выводы и предложения

 

На основании проделанной  работы можно сделать следующие  выводы:

1) Применение металлических (гальванических) покрытий является одним из наиболее распространенных методов защиты изделий от коррозии в машиностроении и приборостроении. Качество металлических покрытий во многом определяет качество изделий, их долговечность, работоспособность и надежность в эксплуатации. Гальванические покрытия служат не только средством защиты от коррозии, но также и способом повышения износостойкости деталей, электропроводности и других важных свойств поверхности. Гальванические процессы осуществляются в цехах защитных покрытий, в которых трудятся десятки тысяч рабочих, техников и инженеров. Повышение технического уровня цехов защитных покрытий, внедрение современных технологических процессов и средств автоматизации будут способствовать повышению эффективности труда гальванотехников и значительному увеличению производительности труда.

2) Гальванические покрытия разделяют по назначению на три группы:

- защитные, применяемые для защиты деталей от коррозии в различных средах;

- защитно-декоративные, используемые в машиностроении для декоративной отделки деталей и защиты их от коррозии;

- специальные, применяемые для повышения износостойкости деталей машин и других целей.

3) Для подготовки поверхностей  перед нанесением гальванических  покрытий применяются различные  способы:

Шлифование применяют  для устранения царапин, забоин, рисок  и других дефектов на поверхности  деталей, а также для получения  гладкой и ровной поверхности  перед нанесением на нее защитно-декоративных покрытий.

Галтовка это разновидность  шлифования и полирования, заключающийся в очистке и отделке поверхности мелких деталей насыпью для снятия заусенцев, окалины, неровностей и уменьшения шероховатости поверхности.

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