Дільниця функціонального покриття індієм (стр. 3 из 10)
Згідно з державними стандартами захисним покриттям таких деталей можна використовувати індієве покриття.
Враховуючи умови експлуатації деталей і їх обираємо товщину покриття 6 мкм . Позначення нанесеного покриття Ін6.
2.2 Вибір та обґрунтування підготовчих операцій
Деталі, які потрапляють до дільниці нанесення покриття, мають на своїй поверхні різні забруднення, які потрапили на них внаслідок операції механічної обробки. До цих забруднень відносяться іржа, оксидні плівки, мастила. Для видалення жирових забруднень з поверхні деталей необхідно виконати операцію знежирення.
Тваринні і рослинні жири взаємодіють із лугом з утворенням колоїдного розчину натрієвих солей вищих жирових кислот і добре розчинного у воді гліцерину.
Мінеральні олії при взаємодії з лугом утворюють при підвищених температурах емульсію, і таким чином видаляються з поверхні деталей.
Для знежирення поверхні застосуємо електрохімічне знежирення. На даній операції на поверхні деталей виділяється кисень, або водень, які сприяють відриву жирових плівок з поверхні. Спочатку проводимо катодне знежирення, а після нього анодне знежирення.
Склад розчину для електрохімічного знежирення [1], г/дм3:
| Натр їдкийСода кальцинованаСилікат натріюЗнежирювач ДВ-301Температура, 0СГустина струму, А/дм2Час обробки, хвил.:на анодіна катоді | 20-405-1510-301,4-1,960344 |
Температура 600С обрана тому, що при збільшенні температури реакція омилення прогресує, і її швидкість зростає. Критерієм якісного знежирення є суцільна плівка води на поверхні знежирених деталей при промивці.
Після знежирення здійснюється гаряча промивка для кращого видалення залишків забруднень. Під час такої промивки деталі прогріваються. Якщо гарячі деталі помістити в розчин травлення, то може виникнути перетравлювання поверхні, тому що швидкість травлення в гарячій кислоті значно вище, ніж у холодній. Тому після гарячої промивки здійснюється холодна промивка, а лише потім проводять травлення
Видалення з деталей значного прошарку окалини, продуктів корозії, сульфідних чи оксидних плівок, що утворюються внаслідок взаємодії з навколишнім середовищем і міцно зчеплені з металом, здійснюється хімічним шляхом – обробкою поверхні виробів у розчинах кислот. Під час травлення хімічний зв’язок цих сполук з основним металом порушується, і вони видаляються з його поверхні.
Поверхня чорних металів звичайно вкрита шаром окалини та іржі. До складу окалини входять такі оксиди: FeO, Fe2O3, Fe3O4; до складу іржі – FeO, Fe2O3. Причому шар оксидів неоднаковий як за товщиною, так і за складом: зовнішня частина містить вищі оксиди, а на межі з металом знаходяться нижчі оксиди – FeO. Травлення чорних металів проводять у розчинах сульфатної та хлоридної кислот або їх сумішей. Для травлення обираємо хлоридну кислоту. При травленні перебігають такі реакції:
FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O (1.1)
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl2 + 3H2O (1.2)
Fe3O4 + 8HCl = 2FeCl2 + FeCl4 + 4H2O (1.3)
Fe +2HCl = FeCl2 + H2 (1.4)
Аналогічні реакції мають місце при травленні в розчинах сульфатної кислоти, але механізм травлення в цих кислотах неоднаковий. В сульфатній кислоті головним чином перебігають реакції 1.1 і 1.4, видалення ж оксидів Fe2O3 i Fe3O4 в значній мірі відбувається завдяки порушенню з’єднання з металом внаслідок підтравлення та розпушення воднем, який відриває їх від металевої поверхні. В хлоридній кислоті на відміну від сульфатної переважно розчиняються оксиди, а чистий метал не розчиняється.
З цієї точки зору більш небезпечним є травлення в сульфатній кислоті. При однакових концентраціях і температурах швидкість травлення в хлоридній кислоті вища, ніж в сульфатній, але при підвищенні температури швидкість травлення в сульфатній кислоті різко зростає ( в 10 – 15 разів), тоді як на травлення в хлоридній кислоті температура такого суттєвого впливу не має. До того ж розчини хлоридної кислоти не рекомендують підігрівати вище 40 оС через летючість хлористого водню.
З метою запобігання наводнювання, перетравлювання деталей, а також для зниження втрат металу і витрат кислоти в травильні розчини вводять інгібітори травлення, що захищають метал і від водневої крихкості. На оксидах і травильному шламі інгібітори не адсорбуються. Дія інгібіторів полягає в гальмуванні обох або однієї з супряжених реакцій анодного розчинення заліза
Fe – 2e = Fe2+
чи катодного виділення водню
2H+ + 2e = H2
Якщо втрати металів при травленні досягають 3 – 4 %, то при введенні в розчини інгібіторів вони зменшуються до 1 – 1,5 % .
Для хімічного травлення деталей доцільно використовувати розчин наступного складу, г/дм3:
| Кислота хлоридна технічна | 200-220 |
| Інгібітор КІ-1 | 5-7 |
| Температура t, 0C | 15-30 |
| Час обробки t, хв. | 2 |
Після ванни травлення ставиться ванна двокаскадної промивки.
2.3 Вибір і обґрунтування робочого електроліту для одержання покриття
Для індіювання використовуються електроліти як на основі простих гідратованих іонів індію, так і комплексних іонів.
До простих електролітів відносять сульфатні, борфторидні, хлоридні, сульфаматні електроліти. Причому, кислі електроліти індіювання вважаються більш стабільними, ніж лужні.
Сульфатні кислі електроліти прості за складом, стабільні в роботі, не вимагають спеціальної вентиляції і підігрівання. Вихід за струмом в цих електролітах становить 80-90 %. Осади мають порівняно грубокристалічну структуру, їх розсіювальна здатність низька, тому в сульфатних електролітах покривають лише деталі простої форми. Відхилення від вказаного рН призводить до зниження виходу за струмом і погіршення якості покриття. При додаванні боратної кислоти до електроліту різко підвищується вихід за струмом..Тому цей електроліт найкраще підходить для покриття індієм.
З борфторидних електролітів індіювання осаджуються при високих густинах струму. З них отримують задовільні покриття на чавуні. Розсіювальна здатність борфторидного електроліту низька, і майже така ж, як у сульфатного електроліту. Відмінність електроліту – висока чутливість до домішок, тому в процессі експлуатації необхідно чистити електроліт активованим вугіллям.
Хлоридний електроліт використовують для покриття деталей з середнім рел’єфом. Розсіювальна здатність цього електроліту вище, ніж у сульфатного. Покриття в цьому електроліті отримують напівблискучими, мікрокристалічними, щільними, рівномірними.
Сульфаматний електроліт має високу розсіювану здатність, стабільний в роботі, нетоксичний. Різко падає вихід за струмом в процессі роботи. Електроліт треба відновлювати активованим вуглем.
Серед комплексних електролітів індіювання найбільш поширені ціаністі, аміачно-тартратні, поліетиленполіаміновий, пірофосфатний, трилонатний.
В ціаністих електролітах отримують дрібнокристалічні, рівномірні за товщиною плівки осади індію. Їх використання потребує індивідуальної вентиляції, спеціальних заходів щодо скиду та знешкодження стічних вод, в яких промиваються деталі після покриття індієм, і особливої обережності в експлуатації. Розсіювальна здатність ціаністих електролітів висока, вона залежить від складу електроліту та режиму електролізу. При невисокій концентрації ціанистого натрію розсіювальна здатність ціанистого електроліту більше, ніж у кислих електролітів . Вона різко зростає з ростом концентрації вільного ціаністого натрію.
Склад електроліту для індіювання,г/дм3:
| Хлорид індію(в пересчете на металл)Пірофосфат каліюХлорид амоніюВинна кислота | 25100-30030-5020-50 |
| Температура t, 0CрН | 20-3011.5 |
| Густина струму, А/дм2 | 0.85 |
З метою зменшення виносів у стічні води коштовних хімікатів і зменшення забруднення навколишнього середовища після ванн для нанесення покрить установлюються ванни уловлювання, а потім йде промивка у холодній воді.
Приготування електроліту. Металічний індій розчиняють у розведеній теплій сірчаній кислоті, а потім додають інші компоненти. Або анодно розчиняють індій при густині струму 10-15 А/дм3 і після досягнення необхідної концентрації вводять інші компоненти.
2.4 Вибір і обґрунтування завершальних операцій
Після промивки в холодній та теплій воді деталі сушать при температурі 40-50 0С повітрям
Розрахунок середньої товщини покриття і часу обробки деталей
Середня товщина покриття розраховується за формулою:
dcp = dз . К,
де: dз - задана товщина покриття, мкм;
К - коефіцієнт нерівномірності товщини шару покриття, рівний 1,12;
dcp = 6 . 1,12 = 6,72 мкм
Необхідний час електролізу у ваннах покриття визначають за формулою:
,хв.де: dcp - середня товщина покриття, мкм;
g - густина індію, g =7,31 г/см3;
q - електрохімічний еквівалент 1.4 г/А. ч;
jk - катодна густина струму, jk =0.85 А/дм 2;
ВС - вихід індію за струмом, ВС = 80%.
хвил.2.6 Карта технологічного процесу
Всі операції, перераховані в п.п. 1.2 - 1.4 зведені до табл.2.1.
Таблиця 1.1 - Карта технологічного процесу нанесення покриття індієм.
| Операція | Склад розчину і концентрація | Режим | ||||
| Найменування компонентів, хімічна формула | г/дм3 | Час обробки, хв | Температура, оС | Густина струму, А/дм3 | рН | |
| Монтаж деталей на підвіску | ||||||
| Ектрохімічне знежиреннякатодне,анодне | Натр їдкий технічний марки ТРТринатрійфосфатСилікат натрію розчиннийЗнежирювач ДВ-301 | 20-405-1510-301,4-1,9 | 5.03.0 | 50-70 | 3 | |
| Промивкагаряча | Вода | 1-2 | 60-70 | |||
| Промивкахолодна | Вода | 1-2 | 15-30 | |||
| Травлення | Кислота соляна синтетична технічнаІнгібітор КІ-1 | 200-2205-7 | 2-5 | 15-30 | ||
| Промивкахолодна | Вода | 1-2 | 15-30 | |||
| Індіювання | Хлорид індіюХлорид амоніюПірофосфат каліюВинна кислота | 2530-50100-30020-50 | 31 | 15-30 | 0.85 | 11.5 |
| Уловлювання | Вода | 1-2 | 15-30 | |||
| Промивкахолодна | Вода | 1-2 | 15-30 | |||
| Промивка гаряча | Вода | 1-2 | 60-70 | |||
| Сушка | 5-10 | 40-50 | ||||
| Демонтаж деталей з підвіски | ||||||
2.7 Контроль якості та товщини покриття