Классификация металлических покрытий
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Классификация металлических покрытий





Металлические покрытия различаются по назначению, условиям экс- плуатации, методам нанесения, механизму защиты.

По назначению металлические покрытия подразделяются на:

- защитные, применяемые для предохранения основного металла от коррозии;

- защитно-декоративные, применяемые для деталей, требующих, на- ряду с защитой от коррозии, также и декоративной отделки;

- покрытия, применяемые для специальных целей, например, для по- вышения твердости, износостойкости, антифрикционных свойств деталей и др.

По условиям эксплуатации покрытия подразделяются на эксплуати- руемые в агрессивной среде, в атмосферных условиях, при высоких темпера- турах.

По методам нанесения металлические покрытия подразделяются на гальванические, горячие, термодиффузионные, металлизационные, плакиро- вочные.

К гальваническим относятся покрытия, которые получаются путем осаждения слоя металла из электролита, содержащего ионы этого металла, под действием постоянного тока.

Горячие покрытия получаются при погружении защищаемого изделия в ванну с расплавленным металлом (например покрытие листового железа,


 

проволоки, морозильных агрегатов некоторых типов холодильников рас- плавленным цинком, оловом или свинцом).

Термодиффузионные покрытия образуются в результате насыщения поверхностных слоев защищаемого металла атомами защищающего металла при высоких температурах.

Металлизация – способ нанесения металлических защитных покрытий путем распыления расплавленного металла струей сжатого воздуха или инертного газа.

Плакировочное покрытие получается путем нанесения на обе стороны защищаемого металла слоя коррозионно-стойкого металла. Прочное соеди- нение получается в результате взаимной диффузии на границе двух металлов в процессе горячей прокатки.



Независимо от способа нанесения, все металлические покрытия долж- ны удовлетворять следующим основным требованиям:

- быть прочносцепленными с основой и не отслаиваться при любых условиях эксплуатации;

- быть плотными, мелкокристаллическими, обеспечивающими корро- зионную стойкость изделия;

- иметь минимальную пористость;

- удовлетворять специальным требованиям к покрытию: твердости, из- носостойкости, удельному электросопротивлению, оптическим свойствам, антифрикционным свойствам и др.

По механизму защиты металлические покрытия подразделяются на анодные и катодные. К катодным покрытиям относятся покрытия, по- тенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. По отношению к стали катодными покрытия- ми являются медные, никелевые, золотые, серебряные, палладиевые и др. Катодные покрытия могут служить надежной защитой от коррозии только при отсутствии в них пор, трещин и других дефектов, т.е. при условии их сплошности. При повреждении покрытия или наличии пор возникает корро- зионный элемент, в котором основной металл служит анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором идет процесс или восстановле- ния водорода, или ионизации кислорода (рис. 10.1,а).


 

 

Рис 10.1 Схема коррозии металла в кислом растворе при нарушении металлических покрытий: а - катодного, б - анодного; 1– раствор, 2 – покрытие,

3 – основной металл, 4 – дефект в покрытии

 

 

Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем по- тенциал основного металла. По отношению к стали анодными покрытиями являются цинковое, кадмиевое, марганцевое и др. В случаях применения анодных покрытий условие сплошности необязательно. При наличии дефек- тов в покрытии при действии агрессивных растворов возникает коррозион- ный гальванический элемент, в котором основной металл будет катодом, а металл покрытия – анодом, поэтому защищаемое изделие не будет корроди- ровать (рис. 10.1,б).

Защитные свойства и продолжительность срока службы анодных по- крытий зависят от их толщины, а катодных покрытий - не только от толщи- ны, но и от их сплошности. При выборе покрытия, наряду с конструктивны- ми соображениями, необходимо учитывать условия эксплуатации детали, коррозионную стойкость металлов, допустимость гальванических пар, воз- никающих при сопряжении деталей в узлы, и характеристику защитных свойств покрытия. Вид покрытия выбирается с учетом электрохимических свойств металлов основы и покрытия. Величиной, определяющей электро- химические свойства металла, является электродный потенциал.

При сопряжении деталей в узлы не допускается образования гальвани- ческих пар, вызывающих коррозию металла. В справочниках машинострои- теля имеются специальные таблицы, где приведены допустимые и недопус- тимые гальванические пары, например, хром, олово, медь и ее сплавы, не- ржавеющая сталь образуют недопустимые гальванические пары с цинком и его сплавами.

Гальванические покрытия

Гальванические покрытия, как защитные покрытия от коррозии, нашли широкое применение во многих отраслях промышленности благодаря на-


 

дежной защите от коррозии, высокой экономичности процессов и легкой управляемости.

 

Основные закономерности электроосаждения металлов

Для электроосаждения металла используется установка, состоящая из электролизера и источника постоянного тока с регулировкой величины силы тока. Электролизер состоит из гальванической ванны, электролита и элек- тродов.

Электроосаждение металлов проводят в гальванической ванне под действием постоянного тока. Защищаемая деталь завешивается на катодную штангу, подключенную к отрицательному полюсу источника тока, и в ре- зультате ионно-электронного перехода на границе металл – электролит, т. е. реакции восстановления ионов, происходит осаждение металла на поверхно- сти детали. В состав электролита входят простые или комплексные соли ме- талла, осаждающегося на катоде, а также вещества, повышающие электро- проводность и буферные свойства электролита, поверхностно – активные, блескообразующие и выравнивающие добавки, способствующие получению мелкокристаллических, ровных, полублестящих или блестящих покрытий.

В электролите соль осаждаемого металла подвергается диссоциации, и на катоде протекает реакция разряда гидратированного иона металла с по- следующим вхождением образовавшихся ад-атомов металла в состав кри- сталлической решетки покрытия. Одновременно с разрядом металла на ка- тоде может протекать реакция выделения водорода. Катодный процесс в об- щем виде можно записать следующими уравнениями:

[Me(H2O)x]n+ + ne ® Me + xH2O; 2H+ + 2e ® H2­.

Для получения мелкокристаллических, равномерных по толщине, по- лублестящих и блестящих покрытий осаждение во многих случаях ведут из комплексных электролитов, в которых ионы металла образуют комплексные ионы. В этом случае процесс разряда протекает из комплексных ионов, что сопровождается значительно большей поляризацией. Например, электрооса- ждение цинка из аммиакатных электролитов протекает по следующей схеме:

[Zn(NH3)4]Cl2 = [Zn(NH3)4]2+ + 2Cl–; [Zn(NH3)4]2+ + 2е = Zn + 4NH3.

Мелкозернистую структуру осадков, полученных из комплексных электролитов, обычно связывают с величиной катодной поляризации, кото- рая при разряде из комплексных растворов значительно больше, чем из про- стых растворов солей тех же металлов. Высокая катодная поляризация обу- словлена затруднениями, которые определяются природой комплексных ио-


 

нов и механизмом их разряда, а также характером изменения энергетическо- го состояния поверхности катода при электролизе. Константы нестойкости большинства комплексных ионов металлов значительно меньше, чем их про- стых солей. Согласно приведенной выше схеме, при разряде комплексного иона присоединение электрона к центральному иону (цинку) и освобождение лиганда (аммиака) представляют собой одновременно протекающие процес- сы. При этом состав разряжающихся комплексных ионов может отличаться от состава комплексных ионов, преобладающих в растворе, и зависеть от концентрации лиганда, кислотности раствора, что в конечном итоге влияет на структуру и качество покрытий.

Для повышения электропроводности электролита в раствор добавляют соли щелочных или щелочноземельных металлов, а в отдельных случаях – соответствующие кислоты или щелочи. В водных растворах всегда присут- ствуют ионы водорода, их концентрация играет большую роль при электро- осаждении металлов, особенно выделяющихся при значительных электроот- рицательных потенциалах (цинк, никель, кадмий, железо и др.). При элек- тролизе водных растворов простых солей этих металлов уже при небольшой концентрации водородных ионов происходит выделение на катоде водорода совместно с осаждаемым металлом, вследствие чего выход металла по току снижается. Чем больше кислотность раствора, тем ниже выход металла по току. Помимо снижения выхода по току, выделение водорода совместно с металлом часто вызывает изменение структуры и физико-механических свойств осадка. Включаясь в катодный осадок, водород повышает внутрен- ние напряжения, вызывает хрупкость, растрескивание, пузырчатые вздутия, питтинг.

Увеличение рН раствора выше определенного предела приводит к вы- падению в осадок гидроксидов металлов, которые, включаясь в катодное по- крытие, ухудшают его внешний вид, приводят к повышению внутренних на- пряжений, растрескиванию осадка, вызывают их хрупкость. Во избежание образования и накопления гидроксидов у катода кислотность растворов в процессе электролиза должна быть постоянной, для этого в электролиты до- бавляют специальные вещества, позволяющие поддерживать в определенном интервале рН раствора. Такими веществами являются слабо диссоциирую- щие неорганические и органические кислоты (борная, уксусная, аминоук- сусная и т.д.) и их соли, слабые основания и их соли. При электролизе про- стых солей электроположительных металлов (медь, серебро, висмут, палла- дий, золото) избыток ионов водорода не влияет на выход металла по току, так как в этих условиях потенциал восстановления водородных ионов не достигается. В этом случае повышение кислотности растворов необходимо,


 

прежде всего, для предупреждения гидролиза солей и увеличения электро- проводности растворов.

В настоящее время электроосаждение большинства металлов про- изводят из растворов их комплексных солей. В этих растворах концентрация водородных ионов влияет как на состав комплексных ионов, так и на их устойчивость, что отражается на величине катодной поляризации и структуре осадков. Повышение значения рН электролита, в большинстве случаев, способствует образованию более сложных по составу и более проч- ных комплексных ионов.

На структуру и свойства гальванических покрытий влияют многие факторы. Структура металлических покрытий во многом определяет хими- ческие, физические и механические свойства гальванических осадков. Со- гласно современным представлениям, электрокристаллизация вначале про- исходит не на всей поверхности электрода, а лишь на его активных участках. Остальная часть поверхности грани кристалла при этом остается пассивной. К активным местам относятся вершины углов и ребер кристаллов, искажения кристаллической решетки и другие дефекты поверхности катода. На них и возникают первые зародыши, которые растут и образуют новый слой за счет присоединения к грани структурных элементов – ад-атомов. Структура галь- ванического осадка определяется соотношением скоростей образования кри- сталлических зародышей и их роста. Чем выше относительная скорость об- разования зародышей, тем более мелкозерниста структура покрытия. Обра- зование кристаллических зародышей, особенно на чужеродной поверхности катода, сопряжено с большей затратой энергии по сравнению с их ростом. Поэтому повышение катодной поляризации способствует образованию мел- козернистых покрытий, которые обладают лучшими защитными свойствами.

К факторам, влияющим на катодную поляризацию, а следовательно, и на структуру осадка, относятся, главным образом, состояние поверхности катода, природа и концентрация разряжающихся ионов, плотность тока, тем- пература, специальные добавки к электролиту органических и неорганиче- ских веществ.

Как было показано выше, для электроосаждения большинства метал- лов применяют комплексные электролиты. Применение комплексных солей вместо простых приводит к повышению поляризации выделения металлов и, как следствие, к получению мелкокристаллических полублестящих и бле- стящих покрытий.

Большое влияние на структуру электролитических осадков оказывают поверхностно-активные вещества. В зависимости от природы и концентра- ции этих веществ в электролите осадки на катоде получаются мелко- зернистыми, полублестящими или блестящими. Изменение структуры осад-


 

ков в присутствии ПАВ происходит из-за повышения катодной поляризации, т. е. затруднения процесса электроосаждения металла. Действие ПАВ связа- но с адсорбцией их на границе раздела металл–раствор. Поверхностно- активные вещества полностью или частично закрывают поверхность катода, вследствие чего выделение металла тормозится. При этом структура и свой- ства осадков будут зависеть от относительных скоростей процессов адсорб- ции ПАВ и осаждения металла. Если скорость адсорбции ПАВ мала по срав- нению со скоростью осаждения металла и пассивируются лишь отдельные активные участки поверхности катода, то возможно периодическое чередо- вание процессов адсорбции и десорбции пассиватора (ПАВ), приводящее к затуханию роста одних микроучастков катода и образованию новых кри- сталлов на других. Происходит как бы равномерное перераспределение тока на поверхности катода. Благодаря этому осадок металла становится более однородным по структуре, ровным и блестящим.

Если скорость адсорбции велика, катод покрывается сплошным слоем ПАВ. Выделение металла происходит в результате разряда ионов, равномер- но проникающих к поверхности электрода через адсорбционную пленку. Для проникновения ионов через плотный слой адсорбированного вещества необ- ходима повышенная энергия активации, поэтому процесс осаждения металла протекает при значительной поляризации катода. При этом поверхность ка- тода становится энергетически однородной, и ионы металла разряжаются с одинаковой скоростью на всех участках катода, благодаря чему образуется мелкозернистый и равномерный электролитический осадок. Поверхностно- активные вещества применяют также в качестве блескообразующих и вы- равнивающих добавок, обеспечивающих получение блестящих покрытий непосредственно в процессе электролиза.

Повышение плотности тока приводит к увеличению поляризации и, следовательно, увеличению числа одновременно растущих активных мест поверхности катода. Это способствует образованию на катоде мелкокри- сталлического осадка. Однако при очень высоких плотностях тока (вблизи предельного тока) образуются рыхлые дендритообразные осадки. Образова- ние дендритов объясняется преимущественным ростом кристаллов на от- дельных участках катода, на которых, вследствие неравномерного распреде- ления тока, устанавливается плотность тока, превышающая допустимую для данного электролита. Поэтому катодная плотность тока должна выбираться в зависимости от состава электролита, концентрации соли выделяемого метал- ла, температуры и степени перемешивания раствора. Чем выше концентра- ция металла, температура электролита и интенсивность перемешивания, тем больше допустимая плотность тока. Повышение температуры электролита снижает катодную поляризацию, способствуя образованию крупнозернистых


 

осадков. При этом может быть увеличена допустимая катодная плотность тока и, следовательно, скорость осаждения металла. Кроме того, при повы- шении температуры электролита возрастает выход по току, уменьшаются внутренние напряжения и хрупкость осадков.

Качество и свойства гальванических покрытий определяются не только их структурой, но и равномерностью распределения металла по толщине на поверхности покрываемых деталей.

При прохождении через электролит ток распределяется по по- верхности электрода неравномерно, особенно при покрытии деталей слож- ной конфигурации. Вследствие неравномерного распределения тока факти- ческая толщина покрытия отличается от расчетной: на одних участках по- верхности катода она больше, на других меньше. Это может отрицательно сказаться на защитных свойствах покрытий. Способность электролита давать более равномерные по толщине покрытия на рельефной поверхности детали по сравнению с первичным распределением тока называют рассеивающей способностью. Факторы, влияющие на рассеивающую способность электро- лита, подразделяются на электрохимические и геометрические. Электрохи- мические факторы – это изменение катодного потенциала в зависимости от плотности тока, электропроводность раствора и зависимость выхода металла по току от плотности тока. Геометрические факторы – это размеры и форма электродов, их расположение относительно друг друга. Равномерность тол- щины осаждаемого покрытия улучшается с увеличением электропроводно- сти электролита, ростом поляризации, плотности тока, увеличением расстоя- ния между катодом и анодом. Наибольшей рассеивающей способностью об- ладают комплексные электролиты.

 

Расчет и определение основных параметров процесса электроосаждения металла

К основным технологическим параметрам процесса электроосаждения относятся: скорость осаждения, время электроосаждения покрытия заданной толщины, выход металла по току, рассеивающая способность электролита и др.

Расчет режима осаждения производят на основании закона Фарадея в следующей последовательности.

Силу тока находят по формуле


I = ik S,


(10.1)


где I - общая сила тока, А; ik – катодная плотность тока, А/м2; S - поверх- ность покрываемой детали, м2.


 

Время электролиза для получения осадка заданной толщины опреде- ляют по выражению


t = H


r ×100

,

ik BMe K


 

(10.2)


где t - время электролиза, ч; H - заданная толщина покрытия, мкм;

r - плотность металла, г/см3; BMe - выход металла по току, %; K - электрохи- мический эквивалент металла, г/А· ч.

Среднюю толщину покрытия вычисляют следующим образом

tik KBMe


H = .

r100


(10.3)


Массу осаждаемого металла по заданной величине тока и продолжи- тельности электролиза определяют по формуле


mфакт


KItB

= Me .


 

(10.4)


Выход металла по току есть отношение массы фактически выделенно- го на катоде металла к теоретической, рассчитанной по закону Фарадея.


m

m
Me
B = факт ×100%,

теор


 

(10.5)


где mфакт – масса металла, фактически выделенного на катоде, г.

Теоретическая масса рассчитывается по закону Фарадея


mтеор


= KQ = KIt ,


(10.6)


где – Q количество пропущенного электричества, А×ч; I – сила тока, А; t -

время электролиза, ч.

Подставляя последнее выражение в формулу (9.5), получим

m


BMe


= факт ×100%.

KIt


(10.7)


Для расчета выхода по току необходимо знать массу фактически выде- ленного металла и количество пропущенного электричества, которое опре- деляют с помощью приборов – кулонометров. Кулонометры подразделяются на массовые, объемные и титрационные. Особенность кулонометров состоит в том, что на катоде протекает только одна реакция осаждения металла со 100% выходом по току. В массовых кулонометрах (медный, серебряный) ко- личество пропущенного электричества определяется по привесу катода, в объемных кулонометрах – по количеству выделенного на электроде газа или


 

ртути, в титрационных – по результатам титрования раствора прикатодного или прианодного пространства.

Наиболее широкое применение нашли медные кулонометры. Выход металла по току можно определить по формуле


В = mиссл КCu ×100%,


(10.8)


m
Ме

Cu


Киссл


где mиссл, mCu – привесы исследуемого и медного катодов; Киссл, КCu – элек- трохимические эквиваленты исследуемого металла и меди.

Толщину гальванического покрытия определяют различными мето- дами. Существуют неразрушающие и разрушающие методы. К неразру- шающим методам контроля по ГОСТ 9-302-79 относятся: магнитный, элек- тромагнитный, радиационный и гравиметрический, к разрушающим – куло- нометрический, метод струи, метод капли и др.

Магнитный методоснован на регистрации изменения магнитного со- противления покрытия в зависимости от толщины. Метод применим для из- мерения толщины покрытий, полученных на деталях из ферромагнитных ма- териалов. Для определения толщины покрытия рекомендуются магнитные толщиномеры типа МТ-10А, МТ-20Н, МТ-30Н, МТ-31Н, МТ-40НЦ.

Электромагнитный (вихревых токов) методоснован на регистрации изменения взаимодействия собственного магнитного поля катушки с элек- тромагнитным полем, наводимым этой катушкой в детали с покрытием. Ме- тод применим для измерения толщины электропроводных и неэлектропро- водных покрытий, полученных на деталях их ферромагнитных и неферро- магнитных металлов. Для измерения используются вихревые токовые тол- щиномеры типа ВТ-30Н, ВТ-40НЦ.

Гравиметрический методоснован на определении массы покрытия путем взвешивания деталей на аналитических весах до и после осаждения. Метод применим для определения средней толщины однослойных покры- тий. Расчет средней толщины проводят по формуле

(m2 - m1 ) ×10000


H ср


= ( мкм),

Sr


(10.9)


где – m1, m2 - масса детали до и после покрытия, г; S - площадь поверхности детали, см2; r - плотность металла покрытия, г/см3.

Кулонометрический методоснован на анодном растворения участка покрытия под действием стабилизированного тока в соответствующем элек- тролите. В момент полного растворения покрытия и появления основного металла наблюдается скачок потенциала, что и является признаком оконча- ния измерения.


 

Метод струиоснован на растворении покрытия под действием струи раствора, вытекающей с определенной скоростью. В момент полного раство- рения покрытия происходит скачок потенциала, который фиксируется при- бором. Местную толщину покрытия рассчитывают по формуле


HMе


= Htt ( мкм),


(10.10)


где Ht- толщина покрытия, снимаемая за 1 с, мкм; t - время, затраченное на растворение покрытия, с.

Величина Htзависит от типа покрытия и используемого раствора, его температуры (данные приведены в справочных таблицах).

Метод каплиоснован на растворении покрытия соответствующим раствором, наносимым на поверхность каплями. Из капельницы наносят од- ну каплю раствора и выдерживают 1 минуту. Затем раствор насухо удаляют фильтровальной бумагой, после чего на то же место наносят вторую каплю раствора. Так повторяют до полного растворения покрытия. Местную тол- щину покрытия рассчитывают по формуле

HMе= HK(n – 0,5) (мкм), (10.11)

где HК – толщина покрытия, снимаемая одной каплей раствора за определен- ное время, мкм; n – количество капель, израсходованное на растворение по- крытия. Величины HК для различных покрытий в зависимости от темпера- туры также приведены в справочной литературе.

Пористость гальванических покрытий определяют методами по- гружения, пасты и наложения фильтровальной бумаги, которые основаны на взаимодействии основного металла с реагентом в местах пор с образованием окрашенных соединений.

Метод погруженияоснован на равномерном смачивании образца по- гружением его в соответствующий раствор. Детали, смоченные раствором, выдерживают в течение определенного времени – 5 минут, после чего на контролируемой поверхности подсчитывают число синих точек, соответст- вующих числу пор. По полученному результату рассчитывают среднее число пор по формуле


 

Nср


= Nобщ ,

S


 

(10.12)


где – Nобщ общее число пор на контролируемой поверхности;

S - площадь контролируемой поверхности, см2.

Метод пастыоснован на том, что на поверхность покрытия наносится равномерный слой пасты. После выдержки пасты в течение определенного времени проводят подсчет пор.


 

Метод наложения фильтровальной бумагиоснован на наложении фильтровальной бумаги, пропитанной соответствующим раствором, на кон- тролируемую поверхность таким образом, чтобы между поверхностью дета- ли и бумагой не оставалось пузырьков воздуха. После выдержки в течение определенного времени бумагу с отпечатками пор в виде точек или пятен снимают и просушивают на стекле. Пористость покрытия рассчитывается по числу пор, приходящихся на один квадратный сантиметр.

Равномерность распределения тока и металла определяется следую- щими методами:

- графическим методом определения плотности тока на различных участках катода, основанным на исследовании поляризации электродов и измерении удельного сопротивления электролита;

- методом построения линий электрического поля или эквипотенци- альных линий по данным измерения потенциалов между различными участ- ками электролита;

- методом непосредственного измерения силы тока, проходящего через отдельные секции катода, расположенные на различных расстояниях от ано- да.

Методы измерения распределения тока дают правильное представ- ление о равномерности распределения металла лишь при условии, что выход металла по току одинаков на различных участках катода, т. е. выход по току не зависит от плотности тока. В противном случае полученные результаты распределения тока следует корректировать с учетом соответствующих зна- чений выходов по току.

Для определения распределения металла по катодной поверхности предложены два типа приборов: с плоскими, параллельно расположенными, катодами и анодами; и с катодами рельефной формы при плоских анодах.

Согласно методу Херинга и Блюма, в ванночку прямоугольной формы загружают плоский сетчатый анод и две катодные пластины одинакового размера, расположенные параллельно по обе стороны анода на различном расстоянии от него (рис. 10.2).


 

 

 

 

Рис. 10.2 Прибор для измерения распределения тока и металла по поверхности катода: 1 – анод, 2 – дальний катод, 3 – ближний катод, А1, А2 – миллиамперметры,

А3 – миллиамперметр для измерения общей силы тока

 

 

По привесам обоих катодов после электролиза судят о распределении металла при данном отношении между расстояниями от анода до дальнего и ближнего катодов.

Рассеивающая способность определяется по формуле, предложенной Хитлеем,

к - m / m


Р = б д 100,

к -1


(10.13)


где P - рассеивающая способность электролита, %; к = lд/lб - отношение рас- стояний от анода до дальнего и ближнего катода; mб/mд - отношение приве- сов ближнего и дальнего катодов.

В методе, предложенном Фильдом, катоды устанавливаются по одну сторону от анода на разном расстоянии и отделяются друг от друга токоне- проводящей перегородкой.

Наиболее точным методом определения рассеивающей способности является метод Молера с помощью щелевой ячейки. В ванне прямоугольной формы катодное пространство отделено от анодного токонепроводящей пе- регородкой, причем между ней и одной из боковых стенок ванны образуется щель шириной 1-2 мм. В данном случае щель играет роль неполяризующего- ся анода, а анодный металл, находящийся в анодном пространстве, обеспе- чивает подвод тока. Катод может быть выполнен в виде сплошной пластинки или отдельных узких одинакового размера полос

(рис. 10.3).


 

 

Рис. 10.3 Схема щелевой ячейки Молера: 1 – ванна; 2 – катодное пространство; 3 – анодное пространство; 4 – анод; 5 – катоды; 6 – резисторы; 7 – перегородка

 

 

Рассеивающая способность электролита, измеренная в ячейке Молера, рассчитывается по формуле


n

å an + bn

n
РС = 1 ×100%

å an - 1


 

 

(10.14)


где an – первичное распределение тока; bn – вторичное распределение тока или металла. Распределение металла при этом на сплошном катоде определя- ют по толщине покрытия на различных участках катода, а на разборном – по увеличению масс секций катода.

 

Подготовка поверхности металла перед нанесением покрытия

Одним из основных условий получения прочносцепленного с основой металлического покрытия является тщательная очистка поверхности покры- ваемого изделия от жировых, окисных и других загрязнений. Межатомные силы, которые обусловливают сцепление между основой и гальваническим покрытием, заметно проявляются при расстоянии между атомами порядка 10–3 мкм. При увеличении этого расстояния прочность сцепления уменьша- ется приблизительно в геометрической прогрессии.

Для подготовки поверхности изделий перед нанесением покрытия применяются механические, химические и электрохимические способы.

Механическая подготовка поверхности может состоять из шлифова- ния, полирования, крацевания и пескоструйной обработки.


 

Шлифование – процесс удаления с поверхности металла грубых не- ровностей путем снятия тонкого слоя металла острыми гранями мелких зе- рен абразивных материалов с целью получения ровной и сравнительно глад- кой поверхности. Шлифование осуществляют на специальных шлифовально- полировальных станках с помощью абразивных кругов. Применяются круги двух типов: твердые, состоящие из зерен абразивного материала на цементи- рующей связке, и эластичные, состоящие из эластичного материала (войлоч- ные, бязевые, фетровые, кожаные, брезентовые и др.), на периферийную по- верхность которых наклеиваются абразивные зерна клеем или жидким стек- лом. Абразивным материалом являются мелкие зерна (200-75 мкм и менее) корунда, наждака, кварца и др.

Шлифование в барабанах, а также вибрационная обработка произво- дятся с применением указанных выше абразивов или обкатанного боя абра- зивных кругов.

Полирование – процесс удаления с поверхности изделий малейших не- ровностей и сообщения ей блестящего, зеркального вида. Полирование осу- ществляют с помощью эластичных кругов, на рабочую поверхность которых наносится слой полировальной пасты. Для полирования кругами применяют абразивные материалы с более мелкими (50-5 мкм) зернами, чем при шлифо- вании (венская известь, оксид хрома, оксид алюминия, оксид железа и др.). Зерна этих абразивов связываются полутвердыми жирами (стеарин, воск, па- рафин и др.), образуя полировальные пасты, которые наносят на периферию круга во время его вращения. Линейная скорость вращения круга - от 20 до 35 м/с в зависимости от обрабатываемого материала. Для полирования угле- родистых и нержавеющих сталей применяют хромовую пасту следующего состава (%): оксид хрома-80, стеарин-15, олеиновая кислота-5. Для полиро- вания никеля, меди и ее сплавов используют пасту состава (%): оксид алю- миния-65, техническое сало-8, стеарин-10, церезин-14, скипидар-3. Шлифо- вание и полирование мелких деталей может производиться во вращающихся барабанах. Такая обработка называется галтовкой. Для полирования мелких деталей во вращающихся барабанах применяют стальные шарики диаметром 1-8 мм, обрезки кожи, фетра, войлока, древесные опилки и др.

Крацевание – обработка поверхности изделий металлическими диско- выми щетками на станках с целью матирования, очистки от заусенцев, оки- слов травильного шлама, а также для уплотнения некоторых гальванических покрытий (оловянного, серебряного). Такая обработка производится сталь- ными или латунными щетками с применением жидкости (воды, раствора мыла, поташа и др.) или без нее.

Пескоструйная обработка заключается в том, что поверхность изделий подвергается действию сильной струи сухого песка под давлением сжатого


 

воздуха. В последнее время применяют так называемую гидроабразивную очистку: поверхность изделия обрабатывают струей воды, содержащей во взвешенном состоянии зерна абразивного материала.

Поверхность металла, как правило, покрыта жировыми загрязнений и оксидной пленкой. Такая поверхность не смачивается электролитом и пре- пятствует осаждению металла. Поэтому все изделия перед нанесением галь- ванического покрытия подвергаются обезжириванию и травлению с целью удаления с поверхности жировых загрязнений и оксидных пленок.

Обезжиривание проводят в щелочных растворах или органических растворителях с целью удаления жиров животного и растительного проис- хождения (омыляемых жиров), а также минеральных масел. Под действием щелочи омыляемые жиры разлагаются, образуя растворимые в воде соли жирных кислот и глицерин.

Минеральные масла химически не разлагаются щелочами, но под дей- ствием сил поверхностного натяжения пленка масла разрушается и собира- ется в капельки. Для полного освобождения поверхности металла от масла необходимо присутствие в растворе поверхностно-активных веществ, обла- дающих моющими и эмульгирующими свойствами, а также движение жид- кости за счет нагревания или перемешивания раствора.

Для обезжиривания деталей из стали, меди и ее сплавов применяют растворы следующих составов (г/л):

- натрий едкий - 30-50, натрий углекислый - 20-30, тринатрийфосфат - 50-70, жидкое стекло - 10-15; температура - 60–80°С.

- тринатрийфосфат - 25……………-35, натрий углекислый - 25-35, по- лиэтиленгликолевый эфир - 20…-30; температура раствора - 70-90°С.

Обезжиривание в органических растворителях сводится к обычному процессу растворения жиров. Для этой цели применяют керосин, бензин, хлорированные углеводороды (трихлорэтилен, дихлорэтилен, дихлорэтан и др.). К недостаткам органических растворителей следует отнести то, что бен- зин и керосин легко воспламеняются, а хлорированные углеводороды ток- сичны.

Электрохимическое обезжиривание проводится на катоде или аноде в щелочных растворах примерно того же состава, что и при химическом обез- жиривании. Эффективность электрохимического обезжиривания выше хи- мического. Механизм процесса электрохимического обезжиривания сводит- ся к уменьшению смачиваемости маслом поляризованной поверхности. Кро- ме того, эмульгирование масел и жиров облегчается выделяющимися пу- зырьками газов водорода или кислорода. Обезжиривание проводят при тем- пературе раствора 60-80°С и плотности тока 300-1000 А/м2.


 

Недостатком катодного обезжиривания, особенно при обработке изде- лий из высокоуглеродистой стали, является снижение механической прочно- сти металла, появление хрупкости за счет наводороживания. В таких случаях применяют комбинированную обработку (сначала на катоде, а затем на ано- де) или анодную обработку.

Травление производят с целью удаления окалины и толстых оксидных пленок.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.