Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

ЗАПАДНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИСТЕТ

ИМ. М. УТЕМИСОВА

Естественно-географический факультет

Кафедра химии

Проект

на тему: Процессы лужения

Выполнил: студент 4-го курса по специальности 5В072000 ХТНВ

Мусаева А. Ж.

Проверил: д.хим наук,профессор Мендалиева Д. К.

Уральск-2015 год

Содержание

Введение

1. Назначение и способы лужения металла

1.1 Материалы, применяемые при лужении

1.2 Инструменты и посуда для лужения

1.3 Оборудование для лужения

1.4 Подготовка изделий к лужению

1.5 Горячее лужение растиранием и погружением

1.6 Гальваническое лужение в щелочных электролитах

1.7 Гальваническое лужение в кислых электролитах

Введение

Актуальность темы: Лужением называется операция покрытия поверхностей металлических изделий тонким слоем припоя, который представляет собой олово или сплав на оловянной основе. Образующийся на поверхности изделий тонкий слой олова или сплава на оловянной основе принято называть полудой.

Лужение широко применяется в производстве различных металлических изделий, используемых в радиотехнической, электротехнической, авиационной и других отраслях промышленности. Лужению подвергают изделия, идущие для приготовления и хранения пищи (кастрюли, ведра, тазы, молочные бидоны, консервные банки, пастеризационные аппараты, части сепараторов и т. п.). Операция лужения является подготовительной операцией перед заливкой подшипников баббитом, перед паянием изделий и изготовлением изделий с фальцевыми швами. лужение металл гальванический электролит

Основным условием лужения является покрытие поверхности изделий сплошным и непроницаемым слоем олова или сплава на оловянной основе. Олово является хорошим защитником металла от коррозии, пока не: поврежден слой олова, покрывающий поверхность изделий.

Луженые изделия хорошо выдерживают деформацию, изгибы и перегибы, не обнаруживая повреждений.

Цель: выбор оптимальных вариантов лужения

Для решения данной цели необходимо решение следующих задач:

1) провести анализ описанных в литературе методов

2) предложить наиболее оптимальный метод

1. Назначение и способы лужения металла

1.1 Материалы, применяемые при лужении металла

Олово и его сплавы. Чистое олово плотностью 7,3 г/см³ имеет серебристо-белый цвет с голубоватым оттенком. В природе олово встречается в виде окиси, соединенной одновременно с серой, сурьмой, мышьяком, медью, железом и другими примесями. Присутствие в олове примесей железа, мышьяка, висмута и сурьмы понижает его пластичность и увеличивает хрупкость; примеси меди и свинца делают олово более твердым и хрупким и также понижают его пластичность. Олово легко плавится. Температура плавления его 232° С. Чистое олово на воздухе не изменяется, при этом оно почти не теряет своего блеска и только по истечении значительного периода покрывается легкой пленкой окиси олова серого цвета. Олово характеризуется высокой стойкостью в отношении органических кислот, а также хорошо противостоит атмосферным осадкам и действию воздуха. Поэтому вся посуда для приготовления и хранения пищи обслуживается только чистым оловом. Олово хорошо растворяется в серной и концентрированной соляной кислотах и очень слабо в разбавленной соляной кислоте. Азотная кислота превращает олово в метаоловянную кислоту. Олово выпускается в виде чушек и прутков. По химическому составу и примерному назначению олово подразделяется на четыре марки: 01 (содержание олова 99,9%, примесей 0,1%), 02 (содержание олова 99,5,% примесей 0,5%), 03 (содержание олова 98,35%, примесей 1,65%) и 04 (содержание олова 96,25%, примесей 3,75%). Для лужения применяют олово двух марок -- 01 и 02. Олово марки 01 применяется для лужения изделий, изготовляемых из жести и других материалов, а марки 02 -- для лужения кухонной посуды и котлов для приготовления пищи. Для лужения посуды, служащей для приготовления и хранения пищи, иногда употребляют не только олово высокой чистоты, но и ряд других сплавов, не содержащих вредных для здоровья примесей, например сплавы, состоящие из олова и железа (олова 9 вес. ч. и железа 1 вес. ч.); олова (89 вес. ч.), железа (5) и никеля (6). Другие сплавы для лужения, за исключением сплавов, состоящих из олова, железа и никеля, являются ядовитыми; поэтому их применяют лишь для лужения изделий, не предназначенных для изготовления или хранения пищи.

Сплавами из олова, свинца и цинка (например, олова 45%, свинца 30% и цинка 25%) лудят металлические изделия, чтобы предохранить их от ржавчины. Такие сплавы дешевле чистого олова и хорошо защищают металл от ржавчины. Чтобы получить совершенно белую красивую и блестящую полуду, пользуются висмутовыми составами, т. е. сплавами из олова и висмута (например, сплав, содержащий 90 вес. ч. олова и 10 вес. ч. висмута). Оловянисто-висмутовые сплавы применяются в основном для лужения художественных изделий. Эти сплавы дороже оловянисто-цинковых.

Хлористый аммоний (также называют нашатырем) представляет собой твердое вещество белого цвета, волокнистого строения; он встречается также в виде мелких кристалликов. Хлористый аммоний легко растворяется в воде, а при нагревании испаряется, образуя беловатые густые ядовитые пары.

Хлористый аммоний при лужении и паянии применяют в качестве флюсующего вещества, так как он хорошо очищает поверхности деталей и изделий от окислов. Кроме того, его применяют для очистки поверхности деталей и изделий от жиров.

1.2 Инструменты и посуда для лужения металла

Изделия при лужении измеряют при помощи металлического складного метра, стальной масштабной линейки, штангенциркуля и др. Лудильные клещи применяют для поддержания изделий. Они весьма удобны для работы и благодаря изогнутым дугообразным щекам обеспечивают беспрепятственный доступ олова к поверхности обслуживаемых изделий. Шаберы применяют для очистки поверхности изделий от посторонних веществ соскабливанием. Плоские поверхности обрабатывают плоским шабером, снимая слои металла при движении вперед, а вогнутые поверхности -- изогнутым шабером (рис. 97,6), перемещая шабер вбок слева направо. Волосяные кисти применяют для смазки изделий кислотой и удаления с них посторонних веществ. Кисти оберегают от загрязнений и промывают в керосине, так как при пользовании загрязненной кистью нельзя получить чистую поверхность изделия. Паяльные лампы применяют для нагревания изделий и припоев. Наиболее распространенными паяльными лампами являются керосиновые. Они характеризуются емкостью резервуара, длиной пламени и давлением, которое создается в резервуаре при подготовке паяльной лампы к работе. Применяют керосиновые паяльные лампы емкостью 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4 л. Длина пламени ламп указанных емкостей соответственно 190, 270, 270, 440, 440, 560 мм. Керосиновые паяльные лампы работают с давлением до 3 ат. Основной частью паяльной лампы является горелка 4. Она состоит из трубки красной меди или латуни, согнутой кольцеобразно; один конец трубки имеет форсунку 5 с ниппелем, а другой -- соединительную гайку. Вся горелка закрыта металлическим кожухом с несколькими прорезами для прохода воздуха.

1.3 Оборудование для лужения металла

Верстак для лужения . На верстаке выполняют горячее лужение растиранием и все вспомогательные работы по лужению. Каркас верстака изготовляют, как правило, деревянным, а столешницу (крышку верстака) из деревянных досок толщиной 40--50 мм либо из листовой стали толщиной 3--5 мм. Столешницу, изготовленную из деревянных досок, покрывают сверху кровельным железом. В столешнице, изготовленной как из листовой стали, так и из деревянных досок, сверлят отверстия для стока жидкостей. Внизу под столешницей укрепляют металлическую ванну, в которую набирается стекающая сверху со столешницы жидкость. Металлическая ванна верстака соединена с трубопроводом для вывода жидкости. Высота верстака 800--900 мм, длина 1200-- 1500 мм, ширина 750--800 мм.

Ванны для обезжиривания. Для обезжиривания поверхности изделий, подвергаемых лужению, применяют ванны разных конструкций и размеров. Выбор ванн зависит от того, каким способом осуществляют лужение. Наиболее простыми ваннами для горячего лужения являются металлические ванны и котлы с крышками. Эти ванны и котлы предназначаются для обезжиривания поверхности изделий при использовании различных растворителей (керосина и др.). Ванны и котлы содержат в чистоте, для чего регулярно очищают от загрязнений. Поверхности изделий обезжиривают химическим и электрохимическим способами в металлических ваннах, снабженных змеевиками для нагрева находящихся в них растворов. Эти ванны имеют такую же конструкцию и размеры, как и ванны, применяемые для травления металлов.

Ванны для холодного и горячего промывания изделий. Промывание поверхности изделий в холодной и горячей воде осуществляют два раза: в начале и в конце лужения. Промывание поверхности изделий выполняют в металлических и деревянных ваннах. Во время работы ванн вода из водопроводной сети непрерывно подается в них для холодного и горячего промывания. Внутренние габаритные размеры ванн для холодного и горячего промывания: длина от 500 до 6000 мм, ширина от 400 до 1200 мм, высота от 500 до 1600 мм. Объем ванн от 80 до 7500 л.

Ванны для гальванического лужения в кислых и щелочных электролитах. Гальваническое лужение в кислых электролитах осуществляют в стационарных ваннах или во вращающихся ваннах-колоколах.

Стационарная ванна для лужения в кислых электролитах состоит из стального корпуса 1, футеровки 2, змеевика 3, штангодержателей 5 и 6, двух анодных штанг 4 и 8, катодной штанги 7. Корпус ванны изготовляют из листовой стали толщиной 4--7 мм. Ванны футеруют винипластом, полихлорвиниловым пластиком, резиной или другими кислотоупорными материалами. Изделия, подлежащие гальваническому лужению в кислых электролитах, подвешивают на катодную штангу, а на анодные штанги подвешивают оловянные аноды в форме пластин. Корпуса наиболее распространенных стационарных ванн для лужения в кислых электролитах имеют следующие размеры: длина А 600, 800, 1000, 1200, 1500, 1800, 2000 мм; ширина Б соответственно 500, 600, 700, 800, 800, 800, 800 мм; высота В соответственно 700, 700, 700, 800, 800, 800, 800 мм.

Небольшие изделия лудят гальваническим способом в кислых электролитах в ваннах колокольного типа. Ванны для гальванического лужения в щелочных электролитах по конструкции несколько отличаются от ванн, используемых для лужения в кислых электролитах. Эти ванны состоят из стального корпуса 1, вентиляционных бортовых кожухов 3 и 8, штангодержателей 2 и 7, анодных и катодных штанг 4, 5 и 6. Внутреннюю часть у этих ванн не облицовывают химически стойкими материалами. Корпуса таких ванн имеют следующие размеры (мм): длина от 600 до 6000, ширина от 500 до 1000, высота от 700 до 1600.

1.4 Подготовка изделий к лужению

Чем лучше будет подготовлена поверхность к лужению, тем плотнее и прочнее ляжет покрытие на поверхность изделия.

Порядок и характер подготовки изделий зависит от требований, предъявляемых к изделиям, и от метода нанесения полуды.

Изделия к покрытию оловом готовят обработкой щетками, шлифованием, обезжириванием и травлением. Щетками обычно обрабатывают изделия, поверхность которых покрыта окалиной или сильно загрязнена. Изделие перед подготовкой промывают чистой водой, а при обработке применяют для ускорения процесса мелкий песок, пемзу и известь.

Неровности, которые имеются на изделиях, удаляют шлифованием с помощью абразивных кругов и шкурок. Химическое обезжиривание поверхности изделий выполняют с помощью 5--10%-ного раствора едкого натра, 10--15%-ного раствора углекислого натрия, 10--15%-ного раствора фосфорнокислого натрия. Растворы обычно применяют подогретыми до температуры 50--80° С.

После обезжиривания изделия тщательно промывают в чистой воде, сменяемой несколько раз. Признаком удаления жировых веществ с изделия служит легкая смачиваемость его поверхности водой, которая не скатывается отдельными каплями, а растекается по поверхности изделия.

Жировые вещества удаляют также с помощью венской извести. Минеральные масла удаляют бензином, керосином и другими растворителями жиров. Однако применять бензин или керосин не рекомендуется, так как они являются огнеопасными веществами; кроме того, жиры ими растворяются не полностью. Медные, латунные и стальные изделия травят в течение 20--30 мин в 20--30%-ном водном растворе серной кислоты. Для ускорения травления стальных изделий кислотный состав подогревают.

После травления обработанные детали тщательно промывают в холодной воде, затем очищают их поверхность смоченным песком и промывают в горячей воде при температуре 80--100° С.

1.5 Горячее лужение металла растиранием и погружением

Для горячего лужения растиранием изделия, предварительно подготовленные и смазанные флюсом, нагревают настолько, чтобы наносимое на них олово плавилось и растекалось по поверхности, образуя предохранительное покрытие. Этим способом можно обслуживать изделия с обеих сторон. Флюсом служат хлористый цинк и нашатырь. Подготовленные поверхности изделия смазывают раствором хлористого цинка и нагревают паяльными лампами. Когда хлористый цинк на поверхности изделия закипит, вводят олово, которое, соприкасаясь с нагретой поверхностью, плавится. В этот момент изделие посыпают порошкообразным нашатырем. Затем жидкое олово, растирая паклей, распределяют по поверхности равномерным слоем. Если из-за плохой зачистки олово в каком-либо месте не пристало, это место снова зачищают напильником или шабером, снова подогревают, наносят олово и протирают паклей. Когда изделие остынет, его протирают смоченным песком, промывают водой и сушат. При горячем лужении погружением подготовленные изделия опускают в лудильную ванну или аппарат на определенное время до получения на их поверхности тонкого слоя оловянистого покрытия. Лужение выполняют в лудильных ваннах или в лудильных аппаратах. Олово в лудильных ваннах нагревают до 270--300° С, т. е. несколько выше температуры его плавления. Чрезмерно перегретое в ванне олово очень быстро окисляется. Лужение при низких температурах (230--240° С) невозможно. Продолжительность пребывания изделий в лудильных ваннах зависит от толщины материала изделия, его размеров и колеблется от 0,5 до 1 мин. Лужение начинают с подготовки. Изделия предварительно обезжиривают и тщательно протравливают до получения металлически чистой, т. е. блестящей, или матовой поверхности. Подготовленное к лужению изделие помещают в лудильную жидкость. Затем его вынимают и, не давая хлористому цинку полностью стечь, погружают в оловянную ванну. В ванне уровень расплавленного олова должен возвышаться над изделием не меньше чем на 35--40 мм. Продолжительность пребывания изделия а ванне зависит от толщины требуемого слоя олова.

1.6 Гальваническое лужение металла в щелочных электролитах

Лужение в щелочных, а также в кислых электролитах осуществляют при определенных плотности тока, температуре ванны в условиях особой чистоты ванн. Электролиты приготовляют из различных химикатов. Электролиты перед употреблением подвергают обработке до требуемой характеристики осадка. Плотность тока -- частное от деления силы тока в проводнике на его поперечное сечение. Часто применяется следующая терминология: катодная плотность тока, анодная плотность тока и др.

Катодная плотность тока представляет собой поданную на ванну силу тока, отнесенную к единице поверхности электрода, например к 1 дм². Если сила тока отнесена к поверхности анода, то она называется анодной плотностью тока; если сила тока отнесена к катодной поверхности, она называется катодной плотностью тока. Например, на оловянную кислую ванну подан ток 100 а, при этом поверхность изделий, подвергаемых лужению, равна 40 дм², а поверхность оловянных анодов 25 дм². В этом случае катодная плотность тока равняется 100:40 = 2,5 а на 1 дм², или, как это изображают иначе, 2,5 а/дм², тогда как анодная плотность тока составляет 100:25 = 4 а/дм².

Во время лужения в щелочном электролите на аноде происходит растворение олова, на катоде в это время оно осаждается. Соли олова, входящие в состав электролитов, являются основными, питающими щелочной электролит ионами * олова, которые осаждаются на катоде сначала в виде двухвалентного **, затем по мере накопления--в виде четырехвалентного олова. В щелочных электролитах олово растворяется в виде двухвалентного до тех пор, пока содержание закисного олова вблизи анода не достигнет определенного предела. В связи с повышением у анода концентрации двухвалентного олова образуется плохо растворяемая пленка закиси олова.

Эти два обстоятельства вызывают повышение анодного потенциала, достаточное для того, чтобы анод стал посылать в щелочной электролит наряду с ионами двухвалентного олова ионы четырехвалентного олова. Процесс выделения четырехвалентного олова происходит быстрее, чем двухвалентного, так как ионы четырехвалентного олова, как большинство высоковалентных ионов, более способны к комплексообразованию в щелочном электролите, чем двухвалентные. В щелочных ваннах у анода происходят побочные анодные и катодные процессы, способствующие выделению водорода и образованию гидрата закиси олова (слабое основание) и гидрата окиси олова (слабая кислота).

1.7 Гальваническое лужение металла в кислых электролитах

Гальваническое лужение в кислых электролитах применяют во многих отраслях промышленности. Это объясняется тем, что кислые электролиты имеют ряд преимуществ по сравнению со щелочными. Кислые электролиты состоят из сернокислого олова, серной кислоты (иногда сернокислого натрия), капиллярно-активных веществ (крезол, фенол и др.), а также коллоидальных веществ: клея, желатина, никотина, сульфата и др.

Сернокислое олово в таких электролитах содержится до 65 г/л, а серная кислота -- до 100 г/л. При повышенной кислотности (выше 100 г/л серной кислоты) на изделии образуются непрочные отложения. Сернокислый натрий вводится в электролит для увеличения проводимости ванны, что способствует образованию двойной соли с сернокислым оловом, так как при этом осадки олова лучше выделяются из двойных солей.

Размещено на Allbest.ru