Технологический процесс нанесения цинкового покрытия

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначения, программа и режимы работы цеха

Назначением гальванического цеха является размещение специального оборудования в виде гальванических линий и нормализованных ванн, а также разработка технологических процессов и их строгое выполнение. Основными исходными данными для проектирования являются: годовая производственная программа; действительный фонд времени работы оборудования; материал детали; ее масса и габаритные размеры; вид и толщина покрытия и т.п.

Годовую производственную программу в гальванических цехах выражают в единицах площади. При установлении производственной программы необходимо учитывать и работы связанные с исправление некоторых видов дефектов обработки. Процент исправимого брака в свою очередь зависит от процесса обработки и режима работы цеха. Он колеблется в пределах 0,5 - 3% от программы для каждого вида покрытия. Для однослойных покрытий процент исправимого брака принимается от 0,5 до 1%, для многослойных от 1 до 3%.

Данным курсовым проектом предлагается наносить однослойное покрытие, поэтому процент исправимого брака будет равен 1%. С учетом процента исправимого брака годовая производственная программа участка или цеха Ргод может быть рассчитана по формуле:

(1)

где Р_зад - заданная годовая программа цеха или участка;

а - процент исправимого брака.

Р^/ _год.= 7325000+1*7325000/100= 7398250 шт.

Р _год.= Р_год.* S_дет (2)

где S_дет - площадь обрабатываемой детали, м²

Р_год= 7398250*0,0022=16276,2 м²

Так как заданием данного курсового проекта предусмотрена годовая программа 7325000 штук, в единицах площади это составит 16276,2 м².

Действительный годовой фонд времени, определяемый в зависимости от режима работы цеха и вида оборудования, представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Действительный годовой фонд времени работы оборудования гальванических цехов

Режим раб. цеха	Оборудование автоматизированное
	Номинальный фонд, Фн	Потери времени от номинального фонда, %	Действительный годовой фонд, Фв, ч
Две смены	4140	3	4015

2. Характеристика детали, выбор вида и толщины покрытия

Данным курсовым проектом предлагается обрабатывать деталь «Кронштейн», изготовленную путём штамповки из углеродистой стали 20. Эта сталь удовлетворяет производственным требованиям. Сталь 20 обладает хорошими физико-химическими свойствами, является пластичным и гибким материалом, удобным при нанесении покрытия и дальнейшей обработке. Деталь «Кронштейн» применяется при сборке передвижных электростанций, монтируется с внешней стороны агрегата и является деталью сложнопрофилированной формы. На детали имеются отверстия различного диаметра.

Деталь «Кронштейн» имеет следующие параметры:

1) масса детали, г - 30;

2) длина детали, мм - 60;

3) ширина детали, мм - 28;

4) высота детали, мм - 20;

5) площадь детали, м² - 0,0022.

При выборе покрытий следует учитывать: условия эксплуатации изделий, материал и назначение детали, способ нанесения, допустимость сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность.

Коррозионное воздействие среды, определяемое условиями эксплуатации приборов, является одним из важнейших факторов, обуславливающих выбор покрытия.

По ГОСТ 14007-68 условия эксплуатации в зависимости от коррозионной агрессивной среды классифицируют по группам: легкая - Л, средняя - С, жесткая - Ж, очень жесткая - ОЖ.

Условия эксплуатации - определяются согласно ГОСТ 15150-69 в зависимости от климатического исполнения и категории размещения детали с учетом типа атмосферы. Передвижные электростанции, в состав которых входит деталь «Кронштейн» используются во всех макроклиматических районах и эксплуатируются под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, например в палатках, кузовах, прицепах, металлических помещениях без теплоизоляции, а также в оболочке комплексного изделия категории 1 (отсутствие прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков).

Таблица 2 - Условия эксплуатации покрытия

Группа условий эксплуатации	Климатическое исполнение деталей	Категория размещения деталей
Жесткие условия (Ж)	Все климатические исполнения, кроме очень холодного (В)	Неотапливаемые помещения, отсутствие атмосферных осадков. Температура воздуха от -600С до +600С. Относительная влажность 95+3% при температуре +300С

Исходя из функционального назначения и условий эксплуатации детали «Кронштейн» предлагается покрывать деталь цинком.

Цинк - весьма распространенный металл светло - серого цвета с голубоватым оттенком со следующими основными физическими свойствами: плотность , температура плавления , микротвердость электролитического цинка 500-600 мПа, удельное электрическое сопротивление , удельная теплоемкость. В холодном состоянии хрупок, а при температуре весьма пластичен, хорошо гнется и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной до сотых долей миллиметров. При температуре свыше вновь становится хрупким и легко превращается в порошок. Цинк можно паять, используя активные флюсы, например хлорид цинка. Цинк химический элемент второй группы (двухвалентный) периодической системы Менделеева, его атомный номер 30, атомная масса 65,38. Нормальный потенциал цинка -0,763 Вольт, что характеризует его как активный металл и сильный восстановитель. Будучи более электроотрицательным, чем железо, в контакте с ним цинк создает гальванопару, в которой он является анодом, поэтому в результате коррозии цинк растворяется, защищая этим железо от коррозионного разрушения. Электрохимическая защита стали от коррозии с помощью цинка используется в технике как протекторная защита различных подводных сооружений и в виде защитного покрытия на стальных деталях различного назначения. Цинковые покрытия являются самыми распространенными из металлических покрытий. Цинковые покрытия не только хорошо защищают стальные детали от коррозии, но, будучи эластичными, хорошо выдерживают развальцовку, изгибы, вытяжку. Цинкованию подвергаются листы кровельного железа, трубы, каркасные детали, шасси радиоприемников, детали автомобилей, приборов, станков сельскохозяйственных машин, крепежные детали, проволока и другие изделия массового производства. В результате воздействия влажного воздуха, содержащего углекислый газ, сернистые соединения, хлориды, сульфаты и некоторые другие вещества, на поверхности цинка образуются светло-серые продукты коррозии в виде основных солей цинка типа ZnC0₃-Zn(OH)₂, а также солей более сложного состава. Характерно, что продукты коррозии цинка, заполняя поры в покрытии, тормозят коррозионный процесс и этим улучшают защитные свойства покрытия. Защитное действие цинкового покрытия значительно ослабляется в атмосфере, содержащей продукты органического происхождения: синтетические смолы, олифу, хлорированные углеводороды и другие вещества.

Анодный характер цинка по отношению к стали обусловливает возможность защиты оголенных участков поверхности, отстоящих на расстоянии нескольких миллиметров от кромки покрытия. Забоины и царапины в покрытии существенно не влияют на коррозию изделий.

Установив группу условий эксплуатации и вид покрытия, в соответствии с ГОСТ 9.303-84 определяется толщина покрытия. Его условное обозначение регламентирует ГОСТ 9.306-85 «Минимальная толщина основного покрытия в зависимости от условий эксплуатации детали». Исходя из ГОСТа, предлагается наносить покрытие толщиной 15 мкм, что является оптимальной толщиной покрытия поверхности детали, которая определена ГОСТ 9. 301 - 86 «Покрытия неорганические, металлические и неметаллические. Общие требования».

Детали, поступившие в цех для нанесения гальванических покрытий, должны быть предварительно очищены. Поверхность любого металла, даже кажущаяся невооруженному глазу совершенно гладкой и блестящей, в действительности шероховата, т.е. имеет множество мелких неровностей - следов обработки. Объективная и точная оценка шероховатости поверхности играет важную роль в технике. Шероховатость покрываемой поверхности влияет на наводораживание металла, что обуславливается зависимостью диффузии атомарного водорода от величины гребешков на поверхности детали. Существует взаимосвязь между защитными свойствами осадка и шероховатостью покрываемой поверхности: чем выше класс чистоты обработки поверхности, тем выше коррозионная стойкость изделий. Это используют для повышения коррозионной стойкости детали, особенно в тех случаях, когда повышение толщины защитных покрытий невозможно. Согласно ГОСТ 2789-85 установлены 14 классов чистоты поверхности.

Шероховатость поверхности для защитных покрытий должна быть не ниже R_z = 40 мкм. Требования к поверхности детали перед нанесением покрытия определены ГОСТ 9.301-86. Для цинковых покрытий чистота, требуемая под покрытие составляет 7-8.

Покрытия обозначают в зависимости от способа их получения, материала покрытия, признаков, характеризующих их физико-механические и декоративные свойства, а также дополнительной обработки. Обозначения покрытий устанавливаются соответствующими стандартами Единой системы защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Термины и определения в области металлических и неметаллических неорганических покрытий установлены

ГОСТ 9.008-82 «ЕСЗКС. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Термины и определения», классификация и обозначения - ГОСТ 9.306-85 «УСЗКС. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначение».

Все данные по выбору толщины покрытия, класса чистоты поверхности и условному обозначению покрытия отражены в таблице 3.

Таблица 3 - Покрытия деталей из углеродистой стали

Наименование детали (область применения)	Условия эксплуатации	Покрытие	Общая толщина покрытия, мкм	Класс чистоты поверхности до покрытия (ГОСТ 2789-85)	Условное обозначение покрытия (ГОСТ 9.306.85)
Деталь «Кронштейн» В передвижных электростанциях	Ж	цинк	15	7-8	Ц.15.хр

Поверхность деталей, подлежащих покрытию, не должна иметь дефектов, влияющих на защитную способность и окончательную отделку покрытий. Поры, раковины, трещины, должны быть устранены.

3. Выбор технологического процесса и его описание

Любой гальванический процесс представляет собой целый комплекс операций. Основные операции технологического цикла: подготовка поверхности основного металла; нанесение гальванического покрытия; обработка гальванических покрытий.

Технологический процесс нанесения покрытий содержит три группы операций:

· подготовительные - обезжиривание, промывка, травление, активация;

· основные - нанесение основного покрытия;

· заключительные - промывка, осветление, хроматирование, сушка

Данным курсовым проектом предлагается следующий технологический процесс желтого цинкования:

1. монтаж деталей;

2. электрохимическое обезжиривание;

3. промывка в проточной теплой воде;

4. промывка в проточной холодной воде;

5. травление;

6. промывка в проточной холодной воде;

7. активация;

8. промывка в проточной холодной воде;

9. цинкование;

10. промывка в непроточной холодной воде;

11. промывка в проточной холодной воде;

12. осветление - хроматирование (пассивирование);

13. промывка в проточной теплой воде;

14. промывка в проточной холодной воде;

15. сушка - обезводороживание;

16. демонтаж.

- Монтаж деталей осуществляется на специальное приспособление - рамку для завешивания (подвеска рамочного типа), которая крепится на загрузочно-разгрузочной стойке. Затем подвеска с деталями переносится на операцию электрохимического обезжиривания.

- Электрохимическое обезжиривание - удаление жировых и других видов загрязнений с поверхности металла, которые остаются после изготовления и механической обработки деталей. При электрохимическом обезжиривании детали завешиваются в ванну со щелочным электролитом на катодную штангу, где под влиянием пропускаемого тока подвергаются воздействию пузырьков водорода, бурно выделяющегося на поверхности детали и механически срывающего с неё жировую плёнку. При электрохимическом обезжиривании одновременно с этим происходят также процессы омыления и эмульгирования жиров.

Водород также оказывает и вредное влияние, проникая частично внутрь металла и увеличивая его хрупкость.

Электрохимическое обезжиривание более эффективно, чем химическое, благодаря тому, что газы (водород и кислород), выделяющиеся на электродах, ослабляют связь жировых капель с поверхностью металла и тем самым ускоряют их удаление.

Данным курсовым проектом предлагается электрохимическое обезжиривание с реверсированием тока, так как такое обезжиривание позволяет увеличить коэффициент использования электроэнергии почти в три раза, лучше используется объем ванны, устраняется выделение водорода и кислорода, исчезает опасность наводороживания. И это обезжиривание обладает рядом преимуществ, таких как улучшение качества обезжиривания,

экономия времени, по сравнению с химическим обезжириванием.

Основными компонентами обезжиривающих растворов являются едкий натр, углекислый натрий, тринатрийфосфат, силикат натрия. Эти вещества образуют с водой гидроксильные ионы (ОН^-), придающие раствору щелочной характер.

Фосфаты, являясь буфером, поддерживают концентрацию водородных ионов при изменении состава раствора. Кроме того, фосфаты образуют комплексы с солями кальция и магния, смягчая воду.

Фосфаты обладают хорошей смываемостью. Если в растворе имеется достаточное количество фосфата, то другие компоненты обезжиривающего раствора, такие, как едкий натр и углекислый натрий, лучше смываются, в то время как без этого они удаляются сложнее.

Силикаты также содействуют отделению и коагуляции мелких механических загрязнений. Силикаты могут образовывать на поверхности металла тонкие пленки, несколько повышающие стойкость металлов против коррозии в обезжиривающем растворе.

Данным курсовым проектом для обезжиривания деталей предлагается использовать щелочной раствор следующего состава (г/л) и режима работы:

Натр едкий 15-20

Углекислый натрий 20-30

Тринатрий фосфат 40-60

Метасиликат натрия 3-5

время катодного периода, с 20

время анодного периода, с 10-15

Аноды стальные или стальные никелированные с толщиной никеля 0,04-0,05 мм. Сменяемость анода- 2 раза в год.

После электрохимического обезжиривания данным технологическим процессом предлагается провести промывку.

- Промывка в воде производится для удаления с деталей растворов, оставшихся на их поверхности после процесса химической или электрохимической обработки.

Унос растворов поверхностью деталей составляет от 50 до 250 мл раствора на мІ поверхности и зависит от конфигурации и конструктивных особенностей деталей, способа завешивания деталей, а также от концентрации раствора и его температуры.

Для промывки деталей в зависимости от характера предыдущей и последующей операций, применяется водопроводная вода холодная, теплая (50-60єС) или горячая (80-90єС).

Данным курсовым проектом предлагается провести промывку в теплой проточной воде:

Температура, ⁰С 40-60

Время, мин 0,25

После промывки в теплой воде, детали промываются в проточной холодной воде:

Температура, ⁰С 15-25

Время, мин 1-3

После промывки следует операция травления

- Травление - химическое или электрохимическое растворение поверхности металлов с целью удаления окалины и оксидов в растворах кислот или щелочей.

Характер обработки поверхности с целью удаления оксидных пленок (травление) сильно зависит от материала основы - в большей степени, чем процесс обезжиривания. Тем не менее, можно отметить, что все эти растворы содержат в качестве важнейших компонентов либо смеси кислот, либо щелочь. Предпочтительны кислые растворы, однако щелочные можно применять для предварительной обработки сильно окисленных поверхностей. Травление проводят погружением деталей в травильный раствор.

Данным курсовым проектом предлагается проводить травление в растворе следующего состава (г/л) и режима работы:

Соляная кислота 120-200

Ингибитор БА-6 40-50

t, ⁰C 30-40

ф, мин 15

Для интенсификации процесса травления предлагается проводить перемешивание.

- После операции травления проводится промывка в проточной холодной воде.

Температура, ⁰С 15-25

Время, мин 1-3

Затем детали поступают в ванну активирования.

- Активированием называется процесс удаления с поверхности металлических деталей тончайшего слоя оксидов, которые могли образоваться в промежутках между операциями. При активировании одновременно происходит легкое протравливание верхнего слоя металла и выявление кристаллической структуры металла, что благоприятствует прочному сцеплению покрытия с основой. Предлагается проводить активацию в растворе следующего состава (г/л) и режима работы:

Соляная кислота 50-100

Катапин БПВ 3-5

t, ⁰C 18-25

ф, мин 2-3

- После активации детали промываются в холодной проточной воде

Температура, ⁰С 15-25

Время, мин 1-3

После промывки следует основная операция - нанесение цинкового покрытия.

- Цинкование производят в простых и сложных электролитах. К первым относят сульфатные, хлоридные, борфторидные и другие; ко вторым - цианидные, цинкатные, аммонийные, аминокомплексные с различными добавками.

Характер разряда ионов цинка на катоде и катодная поляризация зависят от типа электролита и условий электролиза. В простых электролитах разряд ионов цинка протекает при низкой катодной поляризации, а в сложных поляризация достигает значительной величины. Поэтому осадки, полученные из кислых электролитов, имеют крупнокристаллическую структуру. Введение различных добавок позволяет улучшить структуру и получать осадки, сопоставимые по своим свойствам с осадками, полученными из сложных электролитов. В сложных электролитах осадки цинка имеют плотное, мелкозернистое строение.

Низкая рассеивающая способность простых электролитов не позволяет получать равномерные покрытия на деталях сложной конфигурации, поэтому их используют для изделий простой конфигурации. Осаждение цинка из сложных электролитов протекает при высокой рассеивающей способности, поэтому эти электролиты, особенно цианидные с высоким содержанием свободного цианида, дают не только мелкозернистые, но и равномерные покрытия на деталях, как простой, так и сложной формы.

Перенапряжение водорода на цинке достигает значительной величины: при катодной плотности тока 1 А/дм² оно равно 0,75 В, а при 3 А/дм² - приближается к 1 В. В связи с этим катодный выход по току цинка в простых электролитах достигает 96-98%; следовательно, на катоде происходит преимущественный разряд ионов цинка.

При нанесении покрытий в сложных электролитах происходит совместное выделение цинка и водорода. Скорость выделения водорода увеличивается по мере возрастания плотности тока, так как при этом возрастает потенциал выделения цинка.

Выделение водорода приводит к значительному наводораживанию изделий, что ухудшает их механические свойства - уменьшается пластичность и увеличивается склонность стали к хрупкому разрушению. Поэтому в электролитах с низким выходом по току не допускается нанесение цинка на детали с пределом прочности 1400 МПа и более.

Следует учитывать, что цианидные электролиты токсичны и при определенных условиях возможно выделение сильнейшего яда, каким является цианистый водород.

Кислые электролиты цинкования неядовиты, стабильны в работе и высокопроизводительны. Они наиболее удобны для цинкования мелких деталей в стационарных ваннах и в конвейерных установках. Достоинством кислых электролитов является также малое наводораживание стальных деталей.

Введение органических добавок приводит к получению более гладких, а нередко и блестящих цинковых покрытий с повышенной твердостью и внутренним напряжением сжатия.

Для слабокислых электролитов, наряду с традиционным декстрином и натриевой солью нафталиндисульфокислоты, рекомендованы добавки, содержащие смеси ароматических и гетероциклических альдегидов, фурфурол, этаноламин, тиомочевину, конденсаты на основе окиси этилена и нонилфенола пиридиновые соединении (например, пиридинхлорид), производные имидазола.

Данным курсовым проектом для процесса цинкования предлагается использовать аммиакатный электролит. С целью замены токсичных цианистых электролитов и снижения затрат на обезвреживание сточных вод, содержащих цианиды, в промышленности получили большое распространение аммиакатные электролиты, в которых цинк находится в виде комплексного катиона типа Zn (NH₃)_n(Н₂0)²⁺_m.

Аммиакатные соединения цинка получаются при взаимодействии оксида цинка с аммонийными солями по реакции

ZnO + 2NH₄Cl = Zn (NH₃)₂C1₂ + H₂0.

При рН>5 в растворе образуются комплексные катионы Zn (NH₃)₂^{2 +}, Zn(NH₃)²⁺. При рН>8 образуются катионы Zn (NH₃)₄ ²⁺. При рН<5 образуются простые акваионы цинка, а комплексный аммиачный катион практически отсутствует.

Константа нестойкости аммиачного комплекса при n=4 равна 3,5*10^-10, поэтому процесс осаждения цинка протекает с большой катодной поляризацией, возрастающей по мере увеличения рН электролита.

Хорошая рассеивающая способность электролита, близкая к рассеивающей способности цианистых электролитов, обусловливается также их высокой электропроводностью. Удельная электропроводность аммиакатных электролитов на 30-40% выше, чем у цианистых. Аммиакатные электролиты практически безвредны для рабочих, обслуживающих ванны, стабильны в работе и легко корректируются. Компоненты электролита - недефицитные и дешевые материалы.

Аммиакатные электролиты имеют и ряд технических преимуществ перед цианистыми и, в частности, с их помощью легче покрываются чугуны, а тонкостенные и термообработанные детали не подвергаются наводороживанию вследствие высокого выхода по току (94-98%).

В состав электролитов вводят буферные соединения для стабилизации величины рН в катодной зоне; в качестве буферных соединений используют борную кислоту или уксуснокислые соли. Практика цинкования подтвердила эффективность введения в состав электролита уротропина, который образует комплексный аммиачно-уротропиновый катион Zn [(C₆H₁₂N₄)₄(NH3)₂ ]²⁺. Наличие в электролите указанного комплексного катиона обусловливает значительную катодную поляризацию и соответственно улучшение рассеивающей способности.

Величина рН электролитов также оказывает большое влияние на рассеивающую способность и структуру покрытий; по мере увеличения рН рассеивающая способность улучшается. Для поддержания рН в пределах 8,0-8,5 в состав электролитов вводят раствор аммиака, однако это вызывает ряд осложнений при эксплуатации подобных электролитов, так как в щелочной среде аммиак улетучивается и требуется частая корректировка электролита водным раствором аммиака или пропусканием газообразного аммиака. В отличие от цианистых аммиакатные электролиты менее чувствительны к попаданию в них органических примесей, а так как они слабощелочные или почти нейтральные, то не разрушают изоляционные материалы, наносимые на подвески или на поверхность покрываемых деталей.

Данным курсовым проектом предлагается следующий состав (г/л) и режим работы электролита:

Оксид цинка 35 - 40

Хлористый аммоний 200-220

Уротропин 20-25

Препарат ОС-20 4-5

Диспергатор НФ, мл/л 6-8

t, єС 15-25

i _к, А/дмІ 2-3

рН 7,8-8,2

Выход по току, % 94-98

Для приготовления электролита надо растворить отдельно хлористый аммоний в горячей воде и уротропин в холодной; растворы соединить, подогреть до 70-80 °С, добавить 25%-ный аммиак из расчета 100 мл/л и при интенсивном помешивании всыпать оксид цинка. Прочие компоненты вводятся в электролит в последнюю очередь. Приготовленный электролит необходимо проработать при катодной плотности 0,5-1,0 А/дм² до получения светлых осадков цинка, пропуская электрический ток в количестве 7000 - 10 000 Кл/л. Электролит следует корректировать не реже двух раз в месяц по данным химического анализа на содержание оксида цинка, хлористого аммония, уротропина. Величина рН корректируется добавками гидроксида аммония при необходимости повышения рН и добавлением уксусной кислоты при необходимости снижения рН. Раствор охлаждают и фильтруют в рабочую ванну.

Неполадки, встречающиеся в работе при цинковании в аммиакатных электролитах, представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Основные неполадки при цинковании в аммиакатных электролитах

Характеристика неполадок	Причины
Покрытие темно-серое, иногда губчатое. Раствор прозрачный	Наличие в электролите примесей меди (>0,2 г/л) и других электроположительных металлов (Sb, Sn и др.). Низкое содержание клея или других поверхностно-активных веществ
Повышенная хрупкость покрытия	Накопление железа в количестве более 3 г/л
Питтинг	Недостаток смачивателей в электролите Слабое перемешивание Загрязнение органическими примесями
Дендритообразование на краях и углах деталей	Завышенная плотность тока. Пониженная температура электролита
Шероховатость покрытия	Наличие в электролите взвешенных примесей
Появление на анодах осадка белого цвета	Кристаллизация избыточных солей цинка
Цинк не осаждается на деталях	Ванна загрязнена соединениями шестивалентпого хрома
Газовыделение на катоде. Выпадение на дно ванны осадков солей цинка	Снижение величины рН Снижение концентрации цинка
Пятнистое, дымчатое покрытие	Понизилась температура электролита (<15 °С)

К заключительным операциям относится промывка-улавливание и промывка в проточной холодной воде, осветление - хроматирование, двухступенчатая промывка в холодной и теплой воде и сушка деталей, которая производится горячим воздухом.

- Промывка-улавливание проводится с целью снижения потерь реактивов, связанных с уносом раствором. Ее проводят сразу после нанесения покрытия. Для промывки-улавливания используют чистую непроточную воду, которую затем используют для пополнения электролита рабочей ванны. Данным курсовым проектом предлагается проводить промывку-улавливание для снижения потерь реактивов и уменьшения количества химикатов, которые непрерывно попадают в сточные воды. Длительность промывки 2-3 минуты.

Температура, ⁰С 15-25

Время, мин 2-3

- Затем следует операция промывки в проточной холодной воде.

Температура, ⁰С 15-25

Время, мин 1-3

Для усиления защитных свойств цинкового покрытия детали, непосредственно после нанесения покрытия, подвергают химической обработке в растворах хромовой кислоты или ее солей в кислой среде. Подобная операция называется хроматированием или пассивированием.

- Осветление - хроматирование

Сущность процесса заключается в том, что при контакте цинка с хромовокислым раствором происходит частичное растворение цинка и восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного по реакции.

Na₂Cr₂0₇+3Zn + 7H₂S0₄ = 3ZnS0₄ + Cr₂(S0₄)₃ + Na₂S0₄ + 7H₂0

Одновременно с этим происходит выделение водорода:

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺+ H₂

и гидролиз Cr₂(SO₄)₃ с образованием гидроксида хрома, а также основных хроматов, которые создают на поверхности цинка тонкую пленку нерастворимых соединений с общей формулой-Сг₂О_з*nН₂О. Кроме этих продуктов в составе пленки обнаруживается в малых количествах Zn²⁺ и SO₄^2-.

Защитные свойства хроматной пленки зависят главным образом от общего содержания хрома в пленке, и при содержании хрома более 2,0 мг/дм² достигается максимальная коррозионная стойкость.

Хроматы цинка и хрома придают пленке характерные цвета побежалости радужных оттенков. Скорость образования пленки зависит от кислотности хромовокислых растворов и продолжительности обработки, причем более интенсивен рост пленки в первые секунды. Толщина пленки, как правило, не превышает 1 мкм.

Операции пассивирования обычно предшествует операция осветления, которая выполняется в одном из следующих растворов (г/л): азотная кислота - 10-30; ангидрид хромовый - 100-150 или серная кислота 8-10.

Температура растворов 15-25 °С, время выдержки в первом растворе 2-10 с, во втором - 2-5 с.

Данным курсовым проектом предлагается раствор для одновременного хроматирования и осветления цинкового покрытия, поэтому операция осветления не проводится. Состав (г/л) и режим работы раствора для осветления - хроматирования следующий:

Бихромат натрия 25-35

Азотная кислота 4-7

Сернокислый натрий 9-15

Температура, ⁰С 15-25

Время, с 30-60

- После обработки детали тщательно промывают в теплой воде

Температура, ⁰С 40-60

Время, мин 1-3

А затем в холодной воде:

Температура, ⁰С 15-25

Время, мин 1-3

- Сушка - обезводороживание

Сушат детали при температуре не выше 60 °С в течении 5-10 минут. Нагрев до более высоких температур приводит к разрушению хроматной пленки вследствие ее дегидратации. После сушки детали рекомендуется выдержать при комнатной температуре 20-40 ч, при этом завершается процесс твердения пленки.

- Контроль качества

От качества металлических покрытий во многом зависит надёжность и длительность работы всего изделия, поэтому на производстве установлен строгий контроль соблюдения режима технологического процесса и соответствия покрытий техническим требованиям. Предусматривается проверка внешнего вида, толщины, пористости, прочности сцепления, защитной способности и некоторых специальных свойств.

Контроль качества покрытий производится в соответствии с технологическими требованиями, предъявляемыми к покрытиям.

При контроле внешнего вида покрытия выявляются дефекты поверхности путём визуального осмотра деталей в количестве 2% деталей от партии.

В зависимости от контролируемых свойств объекта различают следующие виды контроля:

1. Контроль размеров (размерный контроль) заключается в проверке соответствия линейных, угловых размеров и взаимного расположения поверхностей требованиям чертежей или технических условий.

2. Визуальный контроль осуществляют непосредственным внешним осмотром деталей или готовых изделий. При этом часто используют эталоны и образцы. Визуальный контроль позволяет выявить, все ли производственные операции на детали или изделии выполнены, есть ли необходимые клейма и сопроводительные документы, а также обнаружить поверхностные дефекты.

3. Специальный контроль предусматривает применение таких специальных методов контроля, как контроль на герметичность, светонепроницаемость и др.

4. Контроль физических свойств предусматривает проверку ряда физических свойств изделий.

5. Контроль механических свойств состоит в проведении испытаний образцов материала на растяжение, сжатие, вязкость и т.д.

6. Химический анализ состоит в проверке химического состава вещества, определении химической стойкости в различных средах и другое.

7. Металлографическое исследование представляет собой определение структуры металла контролируемого изделия.

8. Исследование (испытание) надежности и ресурса изделия состоит в выявлении соответствия реальной надежности и ресурса испытываемого образца требованиям нормативно-технической документации.

Методы контроля толщины покрытия с разрушением изделия делятся на химические, вызывающие разрушение только покрытия, и физические, нарушающие целостность не только покрытия, но и самого изделия. К неразрушающим методам относятся магнитный, электромагнитный, радиоактивный и метод вихревых токов. Сущность этих методов состоит в измерении какой-либо величины, зависящей от толщины покрытия. К разрушающим методам относится металлографический (микроскопический) метод, основанный на определении толщины слоя на поперечном шлифе при увеличении в 100-1000 раз.

Химическими методами определения толщины покрытия являются струйный, капельный методы и метод снятия.

Струйный метод основан на определении времени, затрачиваемого на растворение покрытия испытуемого образца соответствующим реагентом. Конец растворения покрытия определяют по появлению темного пятна основного металла или розового пятна контактно выделившейся меди, входящей в состав реагента.

Метод снятия заключается в растворении покрытия в растворе, не взаимодействующим с основным металлом; толщину покрытия рассчитывают по массе растворённого металла, которую определяют химическим анализом раствора или взвешиванием изделия до и после растворения покрытия.

Пористость покрытия определяют путём выявления пор в покрытии с помощью реактивов, взаимодействующих с основным металлом или подслоем с образованием окрашенных соединений. Применяют два способа определения пористости: нанесением на покрытие пасты и наложением фильтровальной бумаги, смоченной реактивом.

Состояние поверхности основного металла перед покрытием во многом определяет прочность сцепления.

Различают качественные и количественные методы измерения прочности сцепления.

Прочность сцепления покрытий с основным металлом определяют методами, основанными на различии физико-механических свойств металла покрытия и основного металла детали. Это - методы полирования, нагревания, навивки, нанесения сетки царапин и метод изгиба.

Метод полирования заключается в том, что поверхность покрытия полируют не менее 15 секунд. Скорость полирования 20-30 м/с. После полирования на контролируемой поверхности не должно наблюдаться вздутия или отслаивания покрытия.

Метод нанесения сетки царапин. На поверхность контролируемого покрытия стальным острием наносят 4-6 параллельных линий глубиной до основного металла, на расстоянии 2,0-3,0 мм, одна от другой, и 4-6 параллельных линий перпендикулярно первым.

На контролируемой поверхности покрытия не должно наблюдаться отслаивания.

Метод изгиба. Детали с покрытием подвергают изгибу под углом 90 градусов в обе стороны до излома. В месте излома покрытие не должно отслаиваться.

Твёрдость металлических покрытий измеряют с помощью микротвердомера МПТ-3 путем вдавливания алмазной пирамиды. под малыми нагрузками, в образец и измерение полученного отпечатка с помощью микроскопа.

Защитную способность и антикоррозийные свойства покрытий оценивают по результатам эксплуатации изделий, как в реальных условиях, так и в условиях ускоренных испытаний в коррозионных камерах, содержащих в разной концентрации коррозионные агенты, при варьировании температуры и влажности воздуха.

Технологический процесс желтого цинкования данного курсового проекта представлен в таблице 5.

4. Выбор и описание оборудования

В зависимости от годовой поверхности гальванические цеха классифицируются следующим образом:

1) мелкосерийное производство - поверхность покрытия до 50 000 м²/год; в этом случае рекомендуется применять ванны с ручным обслуживанием и механизированные линии;

2) серийное и крупносерийное производство - поверхность покрытия более 50000 м²/год; в цехах устанавливают автоматы различных типов, механизированные линии, частично - оборудование малой механизации;

3) массовое производство - поверхность покрытия 300 000 м²/год; в цехах для нанесения покрытий рекомендуется применять автоматы жесткого цикла, автооператорные автоматы и незначительное число нормализованных ванн.

Исходя из того, что поверхность покрытия детали «Кронштейн» составляет 16276.2 мІ/год, выбирается мелкосерийное производство с использованием многопроцессных автоматических линий и механизированных гальванических линий.

Автоматические установки выполняют все операции: подготовку поверхности к покрытию, нанесение покрытия и отделку поверхности после покрытия.

По схеме расположения ванн линии могут быть прямолинейные с загрузкой и выгрузкой на одном или на разных концах; однорядные или многорядные; овальные или кольцевые.

По принципу загрузки различают: линии для покрытия деталей на подвесках, в колоколах или барабанах, шнековые и линии для покрытия ленты и проволок.

Данным курсовым проектом для выпуска детали «Кронштейн» предлагается использовать прямолинейную автоматизированную гальваническую линию с обработкой деталей на подвесках.

Наиболее распространенный вид оборудования для химического и электрохимического обезжиривания в щелочных растворах - так называемая стационарная ванна. В связи с тем, что электрохимическое обезжиривание часто производят сначала с подключением деталей к катодной штанге, а затем к анодной, целесообразно применять автоматическое переключение полюсов, то есть реверсирование электрического тока.

Данным курсовым проектом предлагается использовать ванны для электрохимического обезжиривания следующей конструкции: ванны электрохимического обезжиривания на катоде и аноде стальные, со сливным карманом, с устройством для удаления пены и грязи с поверхности электролита. Ванны оборудованы двумя бортовыми гуммированными вентиляционными отсосами и одним автоматическим регулятором. Для нагрева электролита вдоль одного из бортов ванны установлен змеевик из нержавеющей стали. Для слива раствора служит сливной патрубок с запорным вентилем. У каждой ванны имеется одно посадочное место, к которому подведен постоянный ток. По внутреннему периметру ванны на расстоянии 50-70 мм от бортов на специальных кронштейнах, изолированных пластмассой, расположена медная анодная (или катодная) рама сечением 60*10 мм. На эту раму вешают катоды или аноды и к ней же присоединены болтами из нержавеющей стали шинные разводки постоянного тока от соответствующего полюса выпрямителя. Ванны снаружи покрыты теплоизоляцией.

Стационарные ванны для химического травления изготовляют из листовой несортовой стали толщиной 4-5 мм. Изнутри ванны футеруют кислотостойким материалом (винипласт, резина, пластикат, асбовинил и т.п.). Ванны большой вместимости имеют сложную конструкцию: они составляются из нескольких секций и футеруются кислотостойкими керамическими материалами с подслоем из эластичных органических материалов. В крупных травильных установках отработанные растворы регенерируются.

В технологическом процессе нанесения электрохимических покрытий предусматривается промывка деталей после каждой операции. На нужды гальванических цехов заводов расходуется от 25 до 50% общего потребления воды.

Промывку деталей можно проводить способом погружения и струйным способом. Способ погружения используется в ваннах с непроточной водой и в ваннах с проточной водой. Наиболее эффективно процесс промывки происходит при перемешивании воды в промывных ваннах. Перемешивание может осуществляться: вручную, подачей большого количества воды, механизмами и насосами, перемешивающими воду; движением подвески с изделиями в ванне промывки, ультразвуком, барботированием. Наиболее простым и экономичным способом является барботирование. Сжатый воздух, очищенный от масла, подается в нижнюю часть ванны по распределительной системе труб. Перед этой ванной можно установить инжектор, через который будет всасываться воздух, таким образом будет осуществляться перемешивание воды.

Для изделий сложной формы необходимо применять совмещенный способ промывки: погружением и струйный. Изделия сначала поступают в ванну промывки с проточной водой, а затем при извлечении из ванны промываются направленными струями воды.

Ванны для холодной промывки изготовляют из стали, винипласта. Они снабжены верхним штуцером для непрерывного слива загрязнений и нижним - для полного слива воды. Ванны для промывки больших размеров рекомендуется оборудовать барботерами. Ванны для горячей промывки изготовляют из листовой стали толщиной 4-5 мм и оборудуют верхним и нижним сливными штуцерами, а также змеевиком для нагрева воды. Ванны промывки холодной водой стальные, сварные с гуммированной внутренней поверхностью и ребрами жесткости. Они имеют одно посадочное место.

Промывная вода выливается на пол фундаментной плиты автомата через сливной карман с трубой. На дне ванны расположен барботер из винипластовой трубы для перемешивания воды сжатым воздухом. На продольных бортах ванны по обе стороны установлены душевые устройства, представляющие собой горизонтально расположенную винипластовую трубку с пятью щелевидными распылителями, факел которых наклонен под углом 45⁰ к горизонту.

Ванны промывки в горячей воде отличаются от ванн промывки холодной водой тем, что они имеют вертикально расположенный вдоль одной из стенок паровой змеевик из нержавеющей стали и снабжены гуммированным бортовым вентиляционным отсосом. Душевое устройство на ваннах промывки в горячей воде отсутствует.

Для снижения потерь реактивов, связанных с уносом раствором, следует первую промывку после покрытия производить в ванне для улавливания раствора с чистой непроточной водой, которая затем используется для пополнения электролитов рабочих ванн. Это позволяет уменьшать расход реактивов на 30-60%. Ванны для улавливания растворов устанавливаются рядом с производственными ваннами.

Ванны улавливания электролитов аналогичны по своим размерам и конструкции ваннам промывки в холодной проточной воде, только не имеют сливного кармана, непрерывной подачи воды и душевых устройств.

Для нанесения покрытия используют стационарные ванны. Эти ванны обычно представляют собой прямоугольные или круглые резервуары, сваренные из листовой несортовой стали толщиной 4-5 мм. Швы ванн - сплошные, нормальные, а у ванн больших размеров - усиленные. Ванны свариваются встык газовой сваркой или электросваркой. Ванны больших размеров имеют ребра жесткости или косынки для предотвращения деформаций. Сверху вдоль всех стенок ванн приваривают борта из угловой стали.

Стационарные ванны, применяемые для растворов, выделяющих вредные испарения, снабжены двусторонними секционными отсосами с дроссельными заслонками. Подобная конструкция бортовых отсосов обеспечивает достаточно хорошие санитарно-гигиенические условия труда.

Количество вытяжных секций принимают из расчета: одна секция на 0,7-0,8 м длины ванны. Иногда для улучшения эффективности отсоса воздуха применяют так называемые опрокинутые бортовые отсосы.

Ванны, потребляющие электрический ток, устанавливают на опорных изоляторах (ГОСТ 19797 - 74), а остальные - на подставках из железа. Ванны с паровым нагревом снабжены змеевиками или барботерами из труб. Последние располагают либо на дне ванны, либо у вертикальной стенки ее нерабочей стороны. Расположение змеевиков у стенки ванны предпочтительнее, так как оно упрощает очистку ванны. В кислых электролитах змеевик изготовляется из титана, свинца или свинцовой стальной трубы. В качестве барботеров применяются также змеевики из пластмассы.

Одним из главных средств повышения производительности гальванических ванн является применение повышенной плотности тока на катоде, что, в свою очередь, требует перемешивание электролита, особенно у катода. Практически это осуществляется одним из следующих способов.

1. Механически - с помощью мешалок.

2. Пневматически - пропусканием сжатого, предварительно очищенного воздуха через перфорированные трубки из винипласта, установленные на дне ванны под катодными штангами.

3. Непрерывной циркуляцией электролита - способ перемешивания интересен тем, что раствор, протекая через фильтр-пресс или аэрофильтр, очищается от пыли и других механических загрязнений.

Для сушки деталей в гальванических цехах применяют сушильные шкафы с паро- и электрообогревом, центрифуги, сжатый воздух, опилки, горячую воду и тому подобное.

Данным проектом предлагается использовать для сушки деталей сушильный шкаф с паровым подогревом следующей конструкции:

к стальному, сварному каркасу прикреплены стальные листы, между которыми расположена теплоизоляционная прокладка. Прокладку предлагается изготавливать из такого материала, как асбест. Этот материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Сушильный шкаф имеет два посадочных места. Через одну жалюзийную стенку горячий воздух подается, через вторую - отсасывается. В конструкции сушильного шкафа предусмотрен монтаж центробежного вентилятора и пластинчатого калорифера.

Центробежный вентилятор состоит из кожуха, прикрепленного к станине, и лопастного рабочего колеса, насаженного с помощью втулки на вал. Вал установлен в подшипниках и снабжен шкивом, вращающимся при помощи ременной передачи от шкива электродвигателя. При вращении колеса воздух, поступающий через входное отверстие, под действием центробежной силы отбрасывается от центра к периферии колеса, собирается спиральным кожухом и нагнетается вентилятором.

Центробежный вентилятор имеет производительность 6000 м³/ч для подогретого воздуха. Воздух подогревается с помощью парового пластинчатого калорифера. Теплопроизводительность 419000 кДж/ч. Часть воздуха, засасываемая вентилятором из ванны, может по специальному воздуховоду через дроссель проходить в вытяжную вентиляционную систему. Подача пара в калорифер регулируется автоматически терморегулятором.

Помимо ванн, в гальваническом цехе располагается дополнительное оборудование. К нему относятся калориферы, источники тока, вентиляция, фильтры и так далее.

Для большинства гальванических процессов применяют источники тока различной мощности с напряжением 6-24В. Только для некоторых процессов требуются источники постоянного трока с напряжением до 120 В. В качестве источников постоянного тока в основном используются выпрямители переменного тока, хотя в некоторых случаях еще используется низковольтные двигатель-генераторы.

В гальванических цехах рекомендуется применять кремниевые выпрямители ВАКГ, ВАК и ВАКР. Эти агрегаты имеют выпрямленное напряжение от 3 до 45 В и силу тока до 25000 А, охлаждение водяное или воздушное естественное или принудительное. Выпрямители типа ВАКГР и ВАКР применяются, когда требуется реверсирование тока.

Данным курсовым проектом предлагается использовать выпрямители типа ВАКР, так как обезжиривание ведется с реверсированием тока.

Ванны с вредными выделениями необходимо оборудовать бортовыми отсосами. Бортовые отсосы представляют собой щелевидные приемники-воздуховоды, расположенные вдоль одной или обеих сторон ванны. Они изготовляются из листовой стали толщиной 1-2 мм или из винипласта.

Бортовые отсосы называются простыми, если щелевые отверстия расположены в вертикальной плоскости, и опрокинутыми, когда щели расположены горизонтально - в плоскости, параллельно зеркалу электролита.

Данным курсовым проектом предлагается устанавливать бортовые отсосы на ванну электрохимического обезжиривания, травления, цинкования, хроматирования и горячей промывки, так как электролиты в этих ваннах имеют вредные испарения.

Нагрев воздуха в приточных вентиляционных установках осуществляется калориферами. Калориферы рассчитаны на рабочее давление до 58,86*10⁴ Па. Они представляют собой снабженные ребрами или пластинами пучки труб, концы которых введены в коробку с фланцевым патрубком.

В зависимости от требующейся температуры воздуха калориферы устанавливают параллельно или последовательно относительного направления движения воздуха. Для регулирования температуры воздуха предусматривается возможность частичного пропуска воздуха калорифера через обходной клапан.

В гальванических цехах образуются две группы сточных вод: отработанные концентрированные растворы, сбрасываемые периодически из основных ванн, и постоянно поступающие после промывки изделий сточные воды. Отработанные растворы сбрасываются в специальные емкости для обезвреживания и затем - в соответствующую сеть канализации гальванического цеха.

К вспомогательному оборудованию гальванических цехов следует отнести установки для фильтрации.

Материалы узлов и деталей установок, соприкасающихся с электролитом, изготовлены из резины, нержавеющей стали и полиэтилена низкого давления.

Передвижной фильтр-пресс обеспечивает поддержание электролитов в чистоте, что позволяет избежать некоторых видов брака и дефектов покрытий. На сварной раме тележки смонтированы: фильтр, редуктор, спаренный кислотощелочестойкий диафрагменный насос, приводимый в движение электродвигателем. Насос с фильтром объединены системой трубопроводов и вентилей. Агрегаты фильтр-пресса размещены на тележке, имеющей четыре колеса на шарикоподшипниках. Перемещение тележки производится вручную с помощью ручки, являющейся одновременно и ограждением.

Основным материалом для изготовления оборудования гальванических цехов является нелегированная сталь. Для того чтобы защитить корпуса ванн от агрессивных сред осуществляют футеровку. Керамические плитки и кислотоупорный кирпич отличаются высокой химической стойкостью почти во всех агрессивных средах, кроме плавиковой кислоты, применяют при футеровке ванн, предназначенных для кислых электролитов и растворов. Винипласт - материал, обладающий высокой химической стойкостью в различных агрессивных средах. Он отличается сравнительно высокими физико-механическими и электроизоляционными свойствами. Винипласт используется как конструкционный и футеровочный материал; он поддается различной механической обработке.

В гальванических цехах целесообразно выполнять некоторые элементы вентиляционной системы из винипласта. Также используются и другие материалы. Данным курсовым проектом предлагается использовать для футеровки ванн винипласт, как материал с наиболее лучшими характеристиками.

гальванический цинкование деталь электролит

Размещено на Allbest.ru

...