Электрохимический процесс нанесения защитного цинкового покрытия на мелкие стальные детали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Аннотация

Введение

1. Характеристика покрытия

2. Обоснование способа нанесения покрытия, выбор вида толщины покрытия

3. Выбор и обоснование типа электролита для нанесения покрытия

4. Обоснование режимов процесса нанесения цинкового покрытия

4.1 Загрузочная ведомость деталей

5. Выбор и обоснование технологической схемы нанесения гальванопокрытий

5.1 Химическое обезжиривание

5.2 Электрохимическое обезжиривание

5.3 Травление

5.4 Цинкование

5.5 Пассивирование

5.6 Сушка

5.7 Промывка

6. Выбор и обоснование выбора основного оборудования

7. Конструктивный расчет основного оборудования

7.1 Определение фондов времени работы оборудования

7.2 Определение времени обработки деталей в ванне цинкования

7.3 Расчет габаритов барабанного автомата

7.4 Расчет производительности барабанного автомата

8. Материальные расчеты

8.1 Расчет расхода анодов

8.2 Расчет расхода химикатов

8.3 Расчет расхода воды

9. Энергетические расчеты

9.1 Расчет напряжения на ванне цинкования

9.2 Расчет Джоулева тепла гальванической анны

Список используемой литературы

Аннотация

В данной работе рассмотрен электрохимический процесс нанесения защитного цинкового покрытия на мелкие стальные детали. Выбран цинкатный электролит цинкования с блескообразующей добавкой Цинкамин -02 . Этот электролит позволяет получить высококачественные цинковые покрытия, является простым по составу и безвредным. В качестве основного оборудования выбран автомат жесткого цикла, как наиболее простой и подходящий для данной технологической схемы. Детали загружаются в ванну при помощи барабанов. Проведены основные технологические и материальные расчеты.

Введение

Коррозия металлов, то есть разрушение вследствие электрохимического или химического воздействия среды, причиняет народному хозяйству огромный вред. Ежегодно из-за коррозии выбывает из строя свыше 35% всего вырабатываемого металла.

Для снижения потерь металла и предохранения изделий от коррозии наряду с использованием химически стойких материалов широко применяются различные виды защитных покрытий.

Помимо покрытий, предназначенных для защиты основного металла от атмосферной коррозии, различают защитно-декоративные покрытия, которые не только должны защищать металл от коррозии, но и сообщать его поверхности красивый, часто блестящий вид на протяжении определённого периода эксплуатации в атмосферных условиях.

Гальванические покрытия по механическим свойствам, чистоте, коррозионной стойкости и экономичности одни из самых лучших. Возможность регулировать толщину слоя изменением продолжительности процесса и плотности тока, возможность уменьшать количество цветных металлов, расходуемых на покрытие поверхности, делают этот метод довольно привлекательным.

Гальванические процессы осуществляются в цехах защитных покрытий. Повышение технического уровня цехов защитных покрытий, внедрение современных технологических процессов и средств автоматизации способствует повышению эффективности труда и значительному увеличению производительности труда [4].

1. Характеристика покрытия

В качестве защитного покрытия для метизов наиболее часто применяют цинковое покрытие. Цинк - металл светло-серого цвета, отличающийся хрупкостью и сравнительно малой твёрдостью. Цинк обладает следующими физико-химическими свойствами: плотность 7,2 г/см3, атомный вес 65,38; валентность 2; стандартный потенциал по отношению к нормальному водородному электроду составляет минус 0,76 В; электрохимический эквивалент 1,22 г/А·ч; температура плавления 419 °С; при нагреве до 100 - 150 °С цинк становится пластичным и может подвергаться прокатке и ковке, при 200 °С и выше цинк снова теряет пластичность и делается настолько хрупким, что его легко можно превратить в порошок. В сухом воздухе цинк устойчив. Во влажном воздухе и пресной воде он покрывается белой плёнкой углекислых и окисных соединений, защищающих его от дальнейшего разрушения.

В морской воде цинк обладает умеренной устойчивостью. Скорость коррозии цинка в воде при различных температурах связана с изменением свойств продуктов его коррозии: при низких (20-40 °С) и высоких (выше 90 °С) температурах цинк покрывается плотными, прочно пристающими к нему продуктами коррозии, которые, однако, в определённом интервале температур (50-80 °С) становятся рыхлыми и легко отстают от поверхности.

Цинк быстро разрушается кислотами и щелочами, поэтому в таких средах цинковые покрытия неприменимы [5].

В кислотах цинк растворяется с выделением водорода. Примеси ртути и свинца с высоким значением перенапряжения водорода не оказывают существенного влияния на скорость растворения цинка, в то время как примеси меди, олова и других электроположительных металлов, на которых перенапряжение водорода незначительно, повышают скорость растворения цинка в кислых средах.

Основными областями применения цинковых покрытий являются: защита от коррозии деталей машин, крепежа, стальных листов, проволоки и деталей ширпотреба, работающих вне помещений, в различных климатических районах, а также в закрытых помещениях с умеренной влажностью и в помещениях, загрязнённых газами и продуктами сгорания; защита изделий из чёрных металлов от коррозии в атмосфере, загрязнённым сернистым газом, и от коррозионного воздействия бензина и масла; защита водопроводных труб, питательных резервуаров и предметов домашнего обихода из чёрных металлов, соприкасающихся с водой.

Широкое распространение цинковых покрытий в гальванической практике для защиты от коррозии изделий из чёрного металла объясняется их высокими защитными свойствами. Потенциал цинка отрицательнее потенциала чёрных металлов (стали, железа, чугуна), т. е. цинк для указанных выше металлов является анодным покрытием и защищает их от коррозии электрохимически.

Защитные свойства таких покрытий сохраняются даже при малой толщине слоя, а также при наличии в нём пор или обнажённых участков.

Важную роль играет также низкая стоимость цинка по сравнению со многими цветными металлами.

Скорость разрушения цинкового покрытия составляет примерно 1,0-1,5 мкм год для местности, характеризующейся наличием в атмосфере значительных количеств сернистого и углекислого газов.

Значительное уменьшение скорости разрушения цинковых покрытий достигается специальной обработкой их в растворах солей хромовой кислоты, а также за счёт фосфатных и оксидных плёнок, образующихся в результате применения химических и электрохимических видов обработки цинкового покрытия.

Цвет покрытия (по ГОСТ 9.301-86) серебристо-белый или серебристо-серый с голубоватым оттенком. Допускаются незначительные радужные оттенки, если нет особых требований к декоративным свойствам покрытия. Детали с цинковым покрытием не являются бракованными если: матовая поверхность после гидропескоструйной и металлпескоструйной очистки, галтования, травления;

потемнение или ослабление интенсивности цвета хроматного покрытия на деталях после термообработки; более тёмный или более светлый оттенок хроматного покрытия в отверстиях и пазах, на внутренних поверхностях и вогнутых участках деталей сложной конфигурации, острых кромках, углах;

матовые полосы вокруг отверстий;

единичные механические повреждения хроматного покрытия не более 2% общей площади;

изменение интенсивности цвета или потемнения после прогрева с целью обезводороживания и проверки прочности сцепления.

2. Обоснование способа нанесения покрытия, выбор вида толщины покрытия

Практическое применение находят следующие способы нанесения цинковых покрытий:

погружение изделий в расплавленный цинк (горячий способ);

метод термической диффузии;

металлизация распылением металлом из пульверизатора;

контактный метод осаждения цинка;

электролитический метод.

Горячий способ покрытия заключается в том, что изделия погружают в ванну с расплавленным металлом или же нагретую поверхность деталей натирают расплавленным металлом.

К недостаткам этого способа следует отнести неравномерность толщины слоя и большой расход металла. Этот способ непригоден для деталей со сложной формой и резьбой.

Диффузионный способ нанесения основан на диффузии в поверхностные слои деталей какого-либо металла при высокой температуре. Диффузионные покрытия наносят при нагреве деталей в твёрдой (порошкообразной), жидкой или газообразной фазе металла.

Способ металлизации распылением заключается в нанесении на поверхность деталей слоя металла распылением расплавленного металла.

Способ контактного осаждения осуществляется без применения внешнего источника тока, за счёт вытеснения менее благородными металлами более благородных из растворов их солей. Толщина таких покрытий, как правило, невелика и защитные свойства их невысоки.

Электролитический метод цинкования. Хотя цинк в ряду напряжений стоит левее водорода (Е°= -0,76 В), однако осаждение его не встречает затруднений, что объясняется высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке. Благодаря этому в обычных условиях электролиза водород на катоде выделяется в незначительных количествах, и ток в основном расходуется на осаждение цинка.

Основными преимуществами электролитического метода цинкования являются:

высокая степень чистоты электролитически осаждённого цинка, зависящая главным образом от чистоты анодов и химикатов, применяемых для составления ванн;

высокая химическая стойкость цинковых покрытий, полученных электролизом, обусловленная чистотой осадка;

малый расход цинка, обусловленный возможностью точного регулирования количества отлагаемого цинка и толщины покрытия;

хорошие механические свойства покрытия (эластичность покрытия и хорошая сцепляемость с основой).

Цинковые покрытия, полученные электролитическим способом, отличаются также достаточно высокой стойкостью против коррозии в условиях тропического климата.

Как видно, электролитический метод нанесения цинкового покрытия является наиболее удовлетворяющим требованиям, которые предъявляются к покрываемой детали.

Деталь болт M10X40 изготавливается из стального прутка на токарном станке путём удаления излишков металла при помощи различных резцов.

Термообработке деталь не подвергается. После изготовления детали защищаются от коррозии путём нанесения консервационного масла. В таком виде болты отправляются на склад, откуда далее подаются в гальванический цех на покрытие.

Болт предназначен для эксплуатации в климатическом районе (по ГОСТ 15150-69). В данную комбинацию входят следующие типы макроклиматов: очень холодный (кроме Антарктиды), холодный, холодный умеренный, тёплый умеренный, тёплый сухой, мягкий тёплый сухой. Рабочая температура воздуха при эксплуатации составляет от 40 до минус 60 °С.

Изделие изготавливается по третьей категории (по ГОСТ 15150-69): для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например, в металлических с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях

Так как на деталь необходимо нанести защитно-декоративное покрытие, то по ГОСТ 9.303-84 минимальная толщина покрытия должна составлять 9 мкм.

Шаг резьбы 0,9 мм (по ГОСТ 9.030-84)

В таком случае будет наноситься цинковое покрытие Цинк 9мкм с хроматной пассивацией со следующими свойствами (по ГОСТ 9.303-84):

Цинковое покрытие является анодным по отношению к стали ст3, и защищает её от коррозии до температуры 70 °С, при более высоких температурах - механически.

Покрытие предотвращает контактную коррозию стали ст3 при сопряжении с деталями из алюминия и его сплавов; обеспечивает свинчиваемость резьбовых деталей.

Для повышения коррозионной стойкости цинковое покрытие хроматируют. Хроматирование одновременно улучшает декоративный вид покрытия. Хроматная плёнка механически непрочная.

Цинковое хроматированное покрытие теряет свой декоративный вид при условии периодического механического воздействия (прикосновение инструмента, рук и т. д.)

Электрохимическое цинкование вызывает потерю пластичности стали в результате её наводораживания. Стали с пределом прочности более 1380 МПа (140 кгс/мм2) цинкованию не подлежат.

Покрытие обладает прочным сцеплением с основным металлом, низким сопротивлением механическому истиранию и повышенной хрупкостью при температуре выше 250 °С и ниже минус 70 °С. покрытие обладает низкой химической стойкостью к воздействию продуктов, выделяющихся при старении органических материалов.

Микротвёрдость покрытия в среднем составляет 490-1180 МПа (50-120 кгс/мм2); удельное сопротивление при 18 °С составляет 5,75·10-8 Ом·м.

покрытие цинкование электролит

3. Выбор и обоснование типа и состава электролита для нанесения покрытия

Для цинкования применяют три типа электролитов: кислые, щелочные цианистые и щелочные нецианистые (цинкатные).

Во всех этих электролитах цинк находится в виде двухвалентных ионов.

Аммиакатные электролиты.

Аммиакатные электролиты. В аммиакатных электролитах цинк находится в виде комплексных катионов типа Zn (NH₃)_n (H₂O)_м²⁺ при рН > 5, а при рН < 5 аммиачный комплекс распадается и цинк образует простые акваионы. Электролиты обладают хорошей рассеивающей способностью, просты по составу и удобны в эксплуатации, по этим причинам они получили большое распространение. Однако необходимо иметь в виду, что большое содержание в электролитах иона Сl^- обусловливает необходимость особо тщательной промывки деталей после цинкования» так как при плохой отмывке возможна интенсивная коррозия цинка при хранении деталей и в условиях эксплуатации. Применение аммиачных электролитов влечет за собой возможность загрязнения стоков от предприятий ионами тяжелых металлов (Cu²⁺, Ni²⁺), так как аммонийные соли, попав в нейтрализатор сточных вод, переводят эти катионы в растворимые аммиачные комплексы, и они не осаждаются в виде гидроокисных шламов. По этой причине применение аммиакатных электролитов следует согласовать со службами водоочистки. В таблице приведены составы аммиакатных электролитов и режим осаждения цинка.

Для приготовления электролитов к концентрированному раствору хлористого аммония, нагретого до температуры 50--75° С, следует добавить при непрерывном помешиваний оксид цинка До его растворения. К полученному раствору добавляют остальные компоненты и раствор фильтруют. Приготовленный, электролит прорабатывают током (0,5 А/дм²) до получения светлых осадков цинка.

Из кислых электролитов цинк выделяется в результате разряда на катоде двухвалентных ионов цинка:

ZnSO₄ = Zn²⁺ + SO₄^2-, 3.3(1)

Zn²⁺ + 2e = Zn.3.3(2)

На разряд ионов цинка расходуется почти весь ток, так как выделение водорода ничтожно мало. Убыль ионов цинка из растворов компенсируется растворением анодов. Последнее протекает без выделения кислорода.

Протекание указанных электродных процессов на практике несколько нарушается из-за присутствия в электролите примесей, выделение которых наряду с выделением водорода несколько снижает катодный выход по току.

Кроме того, наряду с чисто электрохимическим растворением анодов происходит частичное химическое растворение цинка благодаря присутствию в растворе некоторого количества свободной кислоты.

Оба эти процесса - разряд посторонних катионов и химическое растворение анодов - изменяют коэффициенты использования тока на электродах и требуют периодической корректировки электролита.

Рассеивающая способность кислых электролитов весьма низкая.

Сульфатный электролит содержит (г/л):

ZnSO4·7H2O200-300

Al2(SO4)3·18H2O30

Na2SO4·10H2O50-100

Блескообразующая добавка декстрин1-5

Процесс ведётся при 18-25 °С и при рН=3,5-4,5. Плотность тока в перемешиваемых ваннах составляет от 2 до 10 А/дм2 и выше. Часто в состав сернокислых электролитов вводят различные органические добавки, которые повышая катодную поляризацию, несколько увеличивают рассеивающую способность, улучшают структуру и цвет осадка. В качестве добавки часто используют декстрин.[4]

Сульфатные ванны, несмотря на целый ряд преимуществ (устойчивость в работе, высокий выход металла по току, отсутствие в составе электролита ядовитых веществ), применяются главным образом для цинкования изделий простой конфигурации (листов, ленты, проволоки и т. п.), что обусловлено низкой рассеивающей способностью электролита.

Основным компонентом цианистых цинковых электролитов является комплексная соль Na₂[Zn(CN)₄].

Цинк в растворе находится в составе аниона Zn(CN)4^2-.

Разряд на катоде требует значительной энергии активации; этим объясняется высокая поляризация, сопровождающая осаждение цинка из цианистых электролитов, и мелкокристаллическая структура покрытий.

Осаждение цинка из растворов цианистого комплекса, содержащих избыток свободного цианида, протекает при потенциале минус 1,7 В. Поэтому, несмотря на высокое водородное перенапряжение на цинке, выход по току цинка небольшой.

Характерная особенность анодного процесса при цинковании в цианистых электролитах заключается в склонности цинковых анодов к пассивированию и, следовательно, к уменьшению концентрации цинковой соли в ванне, что проявляется особенно заметно при недостатке в электролите свободного цианида. Этим объясняется непостоянство состава цианистого электролита.

Другой причиной является то, что цинковые аноды подвержены химическому растворению в цианистом натрии и щёлочи. Это приводит к накапливанию цинка в электролите. Третья причина непостоянства состава электролита цианистых ванн - взаимодействие с углекислотой воздуха (по этой причине нельзя применять перемешивание).

Состав цианистого электролита имеет такой вид (г/л):

ZnO40-45

NaCN80-85

NaOH40-60

Электролиз ведут при 18-40 °С. Катодная плотность тока 1-4 А/дм2 и выход по току 70-80%. Осадки цинка получаются плотными, весьма тонкокристаллическими, а электролит обладает высокой рассеивающей способностью. Электролит обладает высокой очищающей способностью, что снижает требования по предварительной подготовке деталей.

Основной недостаток цианистых электролитов заключается в их токсичности (выделяющаяся синильная кислота - сильный яд), поэтому они применяются в редких случаях. Цинкатные электролиты очень просты по составу.

В основном они содержат цинк в виде цинката и едкую щёлочь.

Выход металла по току в цинкатных электролитах составляет 70% и мало меняется с изменением условий электролиза. Осадки, полученные из цинкатных электролитов, имеют крупнокристаллическую структуру, отличаются неравномерной толщиной слоя, а в области плотностей тока выше 4 А/дм2 осадок порошкообразный. Это связано с малой катодной поляризацией.

Улучшение качества осадков, полученных из цинкатных ванн, достигается добавлением в электролит небольших количеств блескообразующих добавок, увеличивающих поляризацию и обеспечивающих получение мелкокристаллических блестящих покрытий в широком диапазоне плотностей тока. Рассеивающая способность цинкатных ванн в присутствии блескообразующих добавок достаточно высока и даже превосходит рассеивающую способность цианистых электролитов.

Процесс с блескообразующей добавкой Цинкамин - 02 (ТУ 2499-015-43003003-2003 ) предполагает использование в качестве основного блескообразователя Цинкамин - 02 и очиститель ДС - ЦО(ТУ 2499-012-43003003-2001 ).

Электролит с блескообразователем Цинкамин - 02 обладает высокой рассеивающей способностью. Соотношение толщин покрытий полученных при 8 А/дм2 и 0.5 А/дм2 составляет 1.4 - 1.6 по сравнению 3 - 3.5 у аналогов. Цинкамин - 02 обеспечивает получение блестящих покрытий по внешнему виду сопоставимых с покрытиями получаемыми из других электролитов и не темнеющих со временем.

Покрытия обладают повышенными адгезионными свойствами и устойчивы к образованию вздутий и “пузырей”. Использование очистителя ДС - ЦО позволяет получать качественные покрытия даже при условии загрязнения электролита примесями тяжелых металлов. Очиститель связывает примеси в нерастворимые соединения и тем самым выводит их из ванны.

Примерный состав цинкатного электролита (г/л):

ZnO8-15

NaOH90-120

Б/О добавка Цинкамин - 025-10

Очиститель ДС - ЦО 0.5-1

Процесс ведут при 20-50 °С. Катодная плотность тока 0,5-6 А/дм2. выход по току 65-75%.

Исходя из этого, а также учитывая низкую стоимость и отсутствие вредных веществ можно сделать вывод, что цинкатный электролит цинкования является самым пригодным для покрытия детали.

4. Обоснование режимов процесса нанесения цинкового покрытия

При электрохимическом осаждении цинка на катоде протекает следующий процесс:

Zn(OH)₄^2- + 2e = Zn + 4 OH- 3.4(1)

Побочным процессом на катоде является разряд ионов водорода:

2 H₂О + 2e = H₂+ 2 OH^- . 3.4(2)

Выделяющийся водород в атомарном состоянии проникает в кристаллическую решётку покрываемого металла, тем самым, повышая его хрупкость. Этот процесс носит название наводораживание.

Для того чтобы снизить наводораживание необходимо поддерживать высокий выход по току цинка.

Температура ведения процесса покрытия детали составляет 20-30 °С. Оптимальной температурой является температура, равная цеховой (при условии, что она попадает в этот интервал), так как в этом случае отпадает необходимость подогревать ванну покрытия.

При повышении температуры будет снижаться перенапряжение выделения водорода на катоде, это приведёт к большему его выделению, а, следовательно, к уменьшению выхода по току цинка и наводораживанию детали. При понижении температуры будет падать электропроводность раствора электролита, что повлечёт за собой увеличение напряжения на ванне и перерасходу электроэнергии идущей на процесс покрытия

Для деталей сложной формы и во вращательных установках применяется катодная плотность тока в интервале от 0,5 до 6 А/дм². Оптимальной будет являться катодная плотность тока, равная 1 А/дм², так как при данной плотности тока скорость осаждения цинка будет в пределах 0,1-0,3 мкм/мин. При снижении данной плотности тока будет происходить снижение производительности и как следствие этого, повышение себестоимости детали. Кроме того, могут наблюдаться непрокрытия в местах слипания деталей. При увеличении катодной плотности тока может быть достигнут предельный ток, что ведет к образованию грубого, шершавого осадка с пригарами; будет происходить разогрев раствора электролита, что часто приводит к образованию матового покрытия.

Оптимальная концентрация окиси цинка в электролите составляет 10 - 17 г/дм³. При понижении содержания окиси цинка будет происходить уменьшение катодной плотности тока и снижение производительности. При повышении содержания окиси цинка будет снижаться содержание щёлочи в электролите, благодаря этому снижению будет падать выход по току цинка. Оптимальное содержание щёлочи в электролите составляет 90 - 120 г/дм3. Если содержание щёлочи будет выше, то будет происходить снижение рассеивающей способности электролита, это приведёт к ухудшению качества покрытия. Если содержание щёлочи будет заниженным, то снизится выход по току, а это повлечёт за собой наводораживание детали и снижение производительности процесса. Оптимальное содержание блескообразующих добавок составляет 4-10 г/дм³. Повышение содержания не имеет экономического смысла, а снижение приведёт к ухудшению качества покрытия. Расход блескообразователя цинкамин - 02 составляет 6-8 г/м².

На основании вышеизложенного и руководствуясь информационными данными ГОСТ 9.305-84 и ТУ 2499-015-43003003-2003 , выбираем состав цинкатного электролита для нанесения цинкового покрытия и режимы технологического процесса:

Окись цинка10-15 г/дм³

Едкий натр технический марка ТР90-120 г/дм³

Блескообразующие добавки:

Цинкамин 024 -10 г/дм³

Очиститель ДС - ЦО 0.5-1г/дм³

Температура20-30 °С

Катодная плотность тока0,5-6 А/дм²

Анодная плотность тока5-8 А/дм²

Таблица 1

Наименование деталей	Характеристики деталей	Удельная поверхность деталей, дм/кг	Величина загрузки барабана
	Габариты, мм	Масса, кг	Покрываемая поверхность, дм		Дм2	Кг
Болт М10Х40	10X40	0.034	0.425	12.5	250	20

5. Выбор и обоснование технологической схемы нанесения гальванопокрытий

Выбор технологической схемы нанесения необходимого покрытия на детали определяется многими факторами: видом покрытия, природой металла детали, конфигурацией, качеством наружной отделки деталей, поступающих на покрытие, номенклатурой деталей, степенью загрязненности и окислености поверхности деталей и т.д. Нанесение гальванических покрытий является процессом многооперационным. Иногда он включает более 30 операций, которые должны проводиться в определённой последовательности. Проведение операций в выбранной последовательности должно обеспечить высокое качество получаемого покрытия при минимальных трудо-, материальных и энергетических затратах.

Процесс нанесения цинковых покрытий включает в себя следующие стадии:

- Химическое обезжиривание

- Горячая промывка

- Электрохимическое обезжиривание (катодное )

- Горячая промывка

- Холодная промывка

- Кислое травление

- Холодная промывка

- Цинкатное цинкование

- Улавливание

- Холодная промывка

- Пассивирование (Осветление)

- Холодная промывка

- Теплая помывка

- Сушка

5.1 Химическое обезжиривание

Поскольку болты поступают на цинкование в консервационных маслах необходимо проводить очистку поверхности деталей с помощью химического и электрохимического обезжиривания

Химическое обезжиривание заключается в том, что жиры, представляющие собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот, под действием щёлочи омыляются и переходят в растворимые соли, а минеральные масла при воздействии щёлочи могут образовывать эмульсию.

При химическом обезжиривании применяют разбавленные растворы щёлочи, так как концентрированные щелочные растворы обладают способностью образовывать оксидные плёнки на поверхности детали, изготовленной из стали. Кроме того, образовавшиеся при обезжиривании мыла в концентрированных растворах щёлочи не растворяются, что отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытий.

(C17H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH = 3C₁₇H₃₅C00Na + C₃H₅(OH)₃3.5.1(1)

Кроме едкого натра, растворы для обезжиривания содержат легко гидролизующиеся соли щелочных металлов (углекислый натрий, тринатрийфосфат и др.). Концентрация едкого натра в растворах для обезжиривания стальных деталей обычно не превышает 100 г/л.

С целью облегчения процесса отрыва капелек масла от поверхности металла и образования эмульсии в щелочной раствор добавляют поверхностноактивные вещества, так называемые эмульгаторы.

Химическое обезжиривание производят при температуре 70-90 °С, при которой омыление и процесс эмульгирования протекают более интенсивно. Продолжительность обезжиривания зависит от степени загрязнения деталей и составляет примерно от 5 до 60 мин. Корректирование щелочного раствора в процессе работы осуществляется добавкой химикатов согласно данным анализа. Периодически в зависимости от размеров обезжиривающей ванны и количества обрабатываемых деталей щелочной раствор заменяют свежим.

5.2 Электрохимическое обезжиривание

Электрохимическое обезжиривание в щелочных растворах производится при помощи постоянного, а иногда и переменного тока. При постоянном токе обезжиривание осуществляется на катоде и на аноде. В процессе электролиза на поверхности детали наблюдается интенсивное выделение пузырьков газа, облегчающих отрыв капелек масла от поверхности детали, чем значительно улучшается обезжиривание.

При электрохимическом обезжиривании с увеличением поляризации уменьшается прочность сцепления масла с поверхностью электрода. Параллельно с усилением поляризации увеличивается степень смачивания водой поверхности металла.

Скорость обезжиривания деталей на аноде меньше, чем на катоде. Это объясняется тем, что в прианодном пространстве не происходит защелачивания электролита, вследствие чего процесс омыления жиров у анода происходит медленнее. Кроме того, количество выделяющегося при электролизе кислорода меньше, чем количество водорода, а пузырьки кислорода больше пузырьков водорода и меньше задерживаются на поверхности капелек масла, а поэтому и удаление масла с поверхности происходит менее интенсивно. Однако процесс катодного обезжиривания сопровождается наводораживанием.

К: 2H₂O +2e = H₂ + 2OH^-, Вт = 100%,3.5.2(1)

А: 4OH^- -4e =O₂ + 2H₂O, Вт = 100%,3.5.2(2)

суммарная реакция

H₂O = H₂ + 1/2 O_{2 ,} Вт = 100%.3.5.2(3)

Скорость электрохимического обезжиривания значительно выше химического. Качество обезжиривание также лучше. При электрохимическом обезжиривании пользуются в основном теми же химикатами что и при химическом, только в меньших концентрациях.

Учитывая загрязненность покрываемых деталей маслами, а также высокие требования к качеству подготовки поверхности при использовании цинкатного электролита необходимо использовать в технологических операциях по подготовке поверхностидетали к покрытию химическое обезжиривание как предварительную очистку от масел и электрохимическое обезжиривание на катоде для лучшей очистки от масел.

Для покрываемого металла - сталь ст3, при обработке во вращающемся барабане выбираем следующие составы и характеристики процесса обезжиривания (г/л):

химическое

Натр едкий технический марка ТР20-40

Тринатрийфосфат5-15

Обезжириватель ДВ-3013-5

Силикат натрия растворимый10-30

Температура процесса составляет 50-70 °С, время обезжиривания 2-5 мин. Допускается заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия.

электрохимическое

Натр едкий технический марка ТР20-40

Тринатрийфосфат5-15

Обезжириватель ДВ-3011,4-1,9

Силикат натрия растворимый10-30

Температура процесса 50-70 °С, катодная плотность тока 2-8 А/дм3. Время обезжиривания на катоде составляет 0,5-5,0 мин. Аноды стальные. При образовании большого количества пены в раствор добавляют 0,03-0,05 г/дм3 эмульсии КЭ 10-21.

5.3 Травление

Поверхность поступающей на покрытие детали покрыта слоем оксидов, который образуется при её изготовлении. Для стравливания этих пленок применяются раствор соляной кислоты.

В соляной кислоте растворяются преимущественно окислы,

При концентрации кислоты примерно от 20 до 25 % наблюдается наибольшая скорость травления. Скорость травления в растворе соляной кислоты в большей степени зависит от концентрации кислоты.

Соляной кислота:

возможность выполнять работы при комнатной температуре;

меньше разъедается поверхность деталей;

возможность получать более светлую поверхность деталей;

малое поглощение водорода;

травильные соли легко смываются с поверхности.

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O

Fe +2HCl = FeCl₂ + H₂

Используя справочные данные ГОСТ 9.305-84, принимаем решение: в технологических операциях по подготовке поверхности детали к покрытию использовать для травления состав с соляной кислотой

Состав травильного раствора: Кислота соляная 50г/дм3

Температура процесса цеховая (15-30 °С), продолжительность травления составляет 2-5 мин.

5.4 Цинкатное цинкование

Как было сказано выше выбираем цинкатный электролит цинкования с блескообразующей добавкой Цинкамин - 02 следующего состава:

Окись цинка10-15 г/дм3

Едкий натр технический марка ТР90-120 г/дм3

Блескообразующие добавки:

Цинкамин 024 -10 г/дм3

Очиститель ДС - ЦО 0.5-1г/дм3

Режим процесса:

Температура20-30 °С

Катодная плотность тока0,5-8 А/дм3

Анодная плотность тока5-8 А/дм3

Основные реакции:

К:[ZnOH₄]^2- +2e = Zn + 4OH^-, Вт = 70%,3.5.4(1)

2H₂O +2e = H₂ + 2OH^-, Вт = 30%,3.5.4(2)

А: Zn + 4OH^- - 2e = [ZnOH₄]^2- ,Вт = 70%,3.5.4(3)

Zn + OH^- - 2e = ZnO + H₂ , Вт =2%3.5.4(4)

2OH^- -2e = 1/2O₂ + H₂O, Вт = 28%3.5.4(5)

суммарные реакции

[ZnOH₄]^2- [ZnOH₄]^2-, Вт_zn = 70%,3.5.4(6)

Zn + H₂O = ZnO + H₂ , Вт =2%,3.5.4(7)

H₂O = H₂ + 1/2 O_{2 ,} Вт = 28%3.5.4(8)

5.5 Пассивирование (Осветление)

Для усиления защитных свойств цинкового покрытия применяется операция пассивирования путём обработки цинковых покрытий в растворах хромовой кислоты и её солей. При этой обработке происходит частичное растворение цинка с образованием плёнки хроматов цинка и соединений трёхвалентного хрома, придающих плёнке характерные цвета побежалости радужных оттенков. Толщина плёнки составляет до 0,5 мкм. Хроматные плёнки не допускают нагрева их до температуры 62 °С, так как при этом происходит дегидратация, вследствие чего снижаются защитные и механические свойства плёнок.

Образующаяся хроматная плёнка улучшает антикоррозионные свойства цинковых покрытий. Операции пассивирования обычно предшествует операция осветления. В результате этой операции цинковое покрытие приобретает более светлый оттенок. Эти операции можно проводить в одной гальванической ванне, при условии применения специальных растворов.

Состав такого раствора, применяемого во вращательных установках на автоматических линиях, такой (г/л) :

Соль Ликонда 2570-75

Температура процесса цеховая (18-30 °С), продолжительность пассивации составляет 0,75-1,5 мин. рН=0,5-1,2.

Реакции:

Cr₂ O₇^2- + H₂O = 2CrO4^2- + 2H⁺3.5.5(1)

Cr₂ O₇^2- + 3Zn + 14H⁺ = 3Zn²⁺ + 2Cr³⁺ + 7 H₂O3.5.5(2)

Zn²⁺ + Cr O₄^2- = ZnCrO43.5.5(3)

5.6 Сушка

Перед тем как детали с нанесённым на них цинковым покрытием сойдут с линии их необходимо просушить. Эта операция проводится для того чтобы при дальнейшей эксплуатации не происходила коррозия вследствие большой влажности самих деталей. Кроме того, сушка способствует улучшению сцепления недавно образованной пассивной плёнки с цинковым покрытием. Характерной особенностью процесса высушивания деталей с цинковым покрытием является то, что процесс ведётся при температуре до 60°С. Это объясняется тем, что при более высоких температурах пассивная хроматная пленка разрушается, так как при таких высоких температурах происходит дегидратация, вследствие чего снижаются защитные и механические свойства плёнок.

Сушку деталей обрабатываемых в барабанах на линиях жесткого цикла производят либо в центрифугах либо в шнековых сушилках с циркуляцией нагретого воздуха. Разгрузка высушенных деталей в этом аппарате производится автоматически. Температура процесса не выше 60 °С, продолжительность составляет 10-15 мин.

5.7 Промывка

После каждой операции подготовки и нанесения гальванического покрытия детали следует тщательно промывать, причём особенное влияние уделять тому, чтобы в гальванические ванны не попадало следов обезжиривающих, травильных и активационных растворов. Загрязнения могут стать причиной ухудшения сцепления покрытия с основой, появления пятен и других нарушений нормальной работы электролита. Вода должна быть как можно меньшей жёсткости, её необходимо часто менять. В некоторых случаях применяется проточная вода, которая подаётся снизу и сливается из верхней части промывочного бака или ванны. Скорость смены проточной воды зависит от начальной и конечной концентрации растворов и уноса раствора деталей. Промывка проводится в течение 1-3 минут, особенно после травления, чтобы удалить из всех пор остатки кислоты и солей железа.

Качество промывки может быть улучшено перемешиванием воды сжатым воздухом, а также применением разбрызгивающих устройств и струйных установок. Весьма целесообразно применять обессоленную воду. В результате обработки воды ионообменным способом содержание солей в воде может быть доведено до 20-40 мг/л.

После обезжиривания детали промывают вначале горячей, затем в холодной воде. Хорошо обезжиренная поверхность должна равномерно покрываться водой. После активации перед загрузкой в ванну детали не следует промывать в горячей воде, так как при этом поверхность деталей быстро высыхает. В данном случае это нежелательно, так как тонкая плёнка влаги препятствует контакту металла с кислородом воздуха, предохраняя его от окисления.

Используются следующие виды ванн промывки:

а) погружная проточная ванна промывки;

б) двухступенчатая каскадная проточная ванна промывки; в) комбинированная ванна промывки;

г) струйная ванна промывки.

Детали с нанесённым покрытием промывают сначала в проточной холодной воде, затем в горячей, чем облегчается сушка. Промывные воды не должны содержать кислот или солей более 0,2%.

По температурному режиму промывки делятся на (ГОСТ 9.314-90): холодную (15-39 °С), тёплую (40-60 °С) и горячую (свыше 60 °С).

6. Выбор и обоснование выбора основного оборудования

Гальваническое покрытие деталей возможно на автоматических линиях двух видов: автооператорные линии и автоматы с жестким циклом.

При больших производственных программах в крупносерийном производстве наиболее часто применяются автоматы с жестким циклом. Они состоят из ряда ванн, расположенных по овалу в порядке выполнения операций технологического процесса. Производительность таких автоматов составляет от 15 до 80 м²/ч при темпе выхода подвесок или барабанов от 2.5 до 1.0мин.

По способу загрузки изделий в ванну автоматы разделяются на две основные группы: подвесочные , в которых изделия загружаются в ванну на подвесках, и барабанные - в них покрытие изделий осуществляется в барабанах.

Подвески используются при нанесении покрытий на детали больших и средних размеров сложной конфигурации, в барабанах покрывают мелкие детали с простой формой поверхности, например метизы.

Таким образом с учетом формы и габаритов покрываемой детали выбираем в качестве основного оборудования для нанесения покрытия автомат жесткого цикла с темпом выхода 2.5 мин, для загрузки деталей в ванну используем барабаны.

7. Конструктивный расчет основного оборудования

7.1 Расчет фондов времени работы оборудования

Цех металлопокрытий работает в две смены.

Номинальный фонд времени работы оборудования в часах:

, (1)

Где 365 - число дней в году;

- число выходных дней в году t=105 дней;

- число праздничных дней в году, t=12;

- число предпраздничных дней в году, t=6;

- число часов, на которые сокращен рабочий день в предпраздничные дни;

t =18 часов. (2 смены)

ч

С учетом потерь времени при работе оборудования действительный фонд времени составит:

, (2)

Где Kп - коэффициент простоя оборудования, Кп =8%.

ч

Эффективное время работы автомата:

, (3)

Где tмаш - время прохождения барабана через весь автомат.

ч.

3.7.2 Определение времени обработки деталей в ванне цинкования

T=(б *d*60)K/(Jк * q * Вт), (4)

Где б - толщина покрытия;

(При вращении барабана, происходит истирание покрытия, поэтому время пребывания в ванне увеличивают на 10-15%, детали проходят осветление и хроматнуюпассивацию, то толщину покрытия в ваннах цинкования нужно принять на 2-3 мкм больше, (9+2=11мкм)) [1]

d - плотность металла покрытия;

K- коэффициент учитывающий истирание покрытия, К=1.15;

Jк - катодная плотность тока;

q - электрохимический эквивалент металла покрытия;

Вт - выход по току при Jк.

T=(11 * 7.14 * 60) * 1.15/1 * 1.22 * 70 = 60мин.

Определение темпа выхода барабанов.

В темп выхода входят следующие величины:

Tтех - время одноступенчатой операции;

Tпод - время на подъем;

Tперем - время на перемещение;

Tопуск - время на опускание.

Tв = Tтех + Tпод + Tперем + Tопуск (5)

Заданный Tв = 2.5 мин, Тоднопоз. = 2 мин.

Время переноса принимаем 30с, Tпод = 10с, Tпрем =10с, Tопуск = 10 с.

Рассчитываем количество рычагов, находящихся одновременно в одной ванне:

Y= Tтех/Tв

По количеству рычагов уточняем технологическое время

Tтех= Tв * Y - Tперенос

Расчет для ванны цинкования

Y = 60/2.5 = 24 рычага

Ттех = 2.5 * 24 - 0.5 = 59.5 мин

Расчет для ванны горячей промывки

Y = 2/ 2.5 = 0.8 = 1

Ттех = 2.5 * 1 - 0.5 = 2 мин

Таблица 1

№	Операция	Время процесса по технологии, мин	Кол-во рычагов, шт.	Уточненное технологическое время, мин
2	Химическое обезжиривание 2-5	1	2
3	Горячая промывка	1-3	1	2
4	Электрохимическое обезжиривание	0.5-5	1	2
5.1	Горячая промывка	1-3	1	2
5.2	Холодная промывка	1-3	1	2
6	Кислое травление	2-5	1	2
7	Холодная промывка	1-3	1	2
8		1-3	1	2
9	Цинкатное цинкование	60	24	59.5
10	Улавливание	2	1	2
11	Холодная промывка	1-3	1	2
12		1-3	1	2
13	Пассивирование (Осветление)	0.75-1.5	1	2
14	Теплая промывка	1-3	1	2
15		1-3	1	2
16	Сушка	15-20	1	17
17				104.5

Уточненное технологическое время каждой операции технологического процесса указано: Таблица 2 Технологическое время обработки деталей в барабанах по операциям

7.3 Расчет габаритов барабанного автомата

Зная силу тока "I" и среднюю катодную плотность тока jк.^ср., определяем загружаемую поверхность в барабан для всех видов деталей:

S_{дет покр} = I/j_к^ср. (6)

где Sдет.покр. - покрываемая поверхность деталей в барабане, дм²

I - сила тока на барабан, А

j_к.^ср.- средняя катодная плотность тока, А/дм²

S_{дет покр} = 250 / 1 =250 дм²

определяем массу загружаемых деталей в барабан:

P = S_дет._покр./S_уд (7)

Где S_уд - удельная поверхность загружаемых деталей дм² /кг

P= 250 / 12.5 = 20 кг

При расчете барабана принимаем,что Vнас = (3-10) * Vдет ,

где Vнас - насыпной объем деталей;

Vдет - объем металла деталей.

Vдет = Р/d , (8)

где d - удельная масса металла деталей, кг/дм³ .

Vдет = 20 / 7.86 = 2.8 дм³

Рис.1. Разрез барабана

Обычно для расчета габаритов барабана принимают

Vнас = 5 Vдет = 5 * 2.8 = 14 дм³

Принимаем длину барабана lб = 60см

Насыпной объем деталей составляет как правило 25 - 35 % от объема барабана, отсюда рассчитываем объем барабана V.

V = 14 * 100/30 = 48 дм³

Ширина грани барабана а

= 2,5 дм (9)

Выражаем длину стенки периметра барабана из уравнения

Д_нар =2 а + 2 * h_ст (hст - толщина стенки барабана7 мм) (10)

Д_нар=2*2,5+2*0,007=5,014дм

Д_вн = а * 3 = 1,73 а = 4,3 дм

Определение габаритных размеров ванны

Шаг барабанного автомата L равен:

L = l_б + 2 * l_ст + 2 * l₂ + l₃ (11)

где lб - внутренняя длина барабана; мм

lст - толщина торцевой стенки барабана с поддерживающим кронштейном; мм (100 мм)

l2 - расстояние от поддерживающего кронштейна до внутренней стенки ванны; мм (100 мм)

l3 - расстояние между внутренними стенками соседних ванн; мм.

Рис.2. Расположение барабанов в ваннах

L = 60 + 2 * 10 + 2 * 10 + 25 = 125 см

Длинна ванны с числом барабанов m.

L_вн = L (m-1) + l_б + 2 * l_ст + 2 * l₂. (12)

Lвн = 105 (24 - 1) + 60 + 2 * 10 + 2 *10 = 25.15 м

Ширина ванн барабанного автомата:

W_вн = Д_нар + 2 * W₁ + 2 * W₂ + 2d , (13)

где Днар - наружный диаметр барабана;

W1 - расстояние между анодом и ближайшим краем барабана

(W1 = 0,1-0,2 м);

W2 - расстояние между анодом и продольной стенкой ванны

(W2 = 50-100 мм);

d - толщина анода, мм.

Wвн = 5,014 + 2 * 15 + 2 * 7.5 + 2 * 5,5 = 91 см (14)

Глубина ванны :

H = h1 + h2 + h3 (15)

где h1 - глубина погружения барабана в электролит, принимают равной диаметру вписанной окружности, мм;

h2 - расстояние от нижнего края барабана до дна ванны (принимают примерно 200 мм);

h₃ - расстояние от зеркала электролита до верхнего края ванны (h₃=150мм).

H = 290 + 250 + 150 = 690мм = 90 см

Объем ванны цинкования

V = L * W * H = 25.15 * 0.91 * 0.90 = 16.9 м3

Объем электролита в ванне цинкования:

V = L * W * Hэ = 25.15 * 0.91 * 0.54 = 13.5м3

Площадь зеркала электролита

Sзер = 25.15 * 0.91 = 22.9м2

7.4 Расчет производительности автоматов с жестким циклом

Часовая производительность автомата

Р_ч = 60/_в барабанов/час (16)

Р_ч = 60/2.5 = 24 барабана/час

Годовая производительность автомата

Р_г = Р_ч * Т_эф подвесок/час или колоколов, барабанов/год. (17)

Pг = 24 * 3682 = 88368 барабанов/год

Покрываемая поверхность в год:

S = 888368 * 250 = 220920м2

8. Материальные расчеты

8.1 Расчет расхода анодов

В цинкатных электролитах цинкования катодный выход по току обычно лежит в интервале 70-80%. Применение в таких электролитах активных анодов недопустимо, т.к.приведет к нарушению стабильности растворов, повышению в них содержания металла, изменению рН. В таких электролитах поэтому применяют транспассивные аноды из осаждаемого металла, на которых наряду с растворением металла начинается процесс выделения кислорода и окисление некоторых компонентов электролита.

Для стабилизации состава электролита необходимо, чтобы анодный Вт для ионизации металла был близок или немного выше катодного Вт для осаждения металла. Анодный Вт является для транспассивных анодов функцией вида металла, вида и состава электролита, плотности тока, температуры процесса и некоторых других его параметров. Для ряда процессов имеются математические зависимости тока ионизации металла от общей плотности тока jа. Например, для транспассивных цинковых анодов с цианистым электролитом эта зависимость выражается формулой:

lg Bт^а = 1,36 - 0,46 * j_а, (18)

Найдем анодный Вт

(19)

Qzn - количество цинка осаждаемое в ванне цинкования

Qzn = Iв * Tэ * qzn * Вт = 6000 * 3682 * 1.22 * 0.7/1000 = 18866кг

- потери цинка с электролитом

, (20)

Где p -удельные потери электролита;

Sг - площадь покрываемой поверхности в год;

- концентрация ионов цинка

= 9.2 * 0.15 * 220920/1000=338кг

%

Масса [Zn²⁺]

ZnO 11,5 г/л количество ZnO = 11,5/(65,38+16)=0,141 моль

ZnO= Zn²⁺ = 0,141 моль m_Zn2+=0,141*65,38 = 9,2 г

lg 71.2 = 1,36 - 0,46 * j_а

lgja = 2.9

ja = 805 A/см2 = 8.05 A/дм2

Используем транспассивные аноды, сферической формы (шарики), находящиеся в титановых корзинах,

Найдем общую анодную площадь Sа

Sа = I/Jа = 6000 / 8.05 = 745.3дм2

I = 250 S=0,94*32шт=30,08 дм² j_a=250/30,08=8,05 А/дм²

Найдем массу анодов на загрузку

M = Vа/ p (21)

Где V - объем анодов;

p - плотность металла анодов

Ширина корзины 55 мм, найдем объем анода

Vа= 745.3 * 0.55 = 410дм3

m = 410 / 7.14 = 57.42 кг

Найдем анодную площадь на один барабан

Sа = I/Jа = 250/8.05 = 31дм2

Диаметр шарика 50 мм, найдем площадь шарика

S = 4*п * r² = 4*3,14*25²= 0.94дм2

Найдем число анодов

Nа = Sа/S = 32 шт

Берем 4 корзины на барабан по 8 шариков в каждой.

Высота корзины

H= 8*5см= 40 см

Расход анодов на работу.

При использовании кусковых (шаровых) анодов в корзинах годовой расход на работу анодного металла рассчитывается, исходя из закона Фарадея:

g_Me = I * T_э * q_Me * Вт^а * 0,001, кг (22)

где I - сила тока на ванну, А;

Тэ - эффективный годовой фонд времени, ч;

q_Me - электрохимический эквивалент металла, г/Ач;

Вт^а - анодный выход по току, доли.

q=6000 * 3682 * 1.22 * 0.712 * 0.001 = 18866 кг

8.2 Расчет расхода химикатов

Расход химикатов на приготовление электролитов рассчитывается по максимальной концентрации:

M1 = (c * V * n) / 1000 , кг (23)

где с - концентрация химиката, г/л;

V - объем ванны, л;

n - число однотипных ванн с одинаковыми растворами.

Годовой расход на работу рассчитывается, исходя из следующих данных:

M2 =( * S * c) / 1000 , кг/ (24)

где - удельная норма расхода электролита, л/м²;

S - годовая программа, м²;

с - средне принятая концентрация компонента, г/л.

Годовой расход добавок

M = (I*Tэф*Кз)*g/1000 [1]

I - сила тока на ванну, А

Тэф - эффективное время, ч

g - нормакорректировки, г

Кз - коэффициент использования ванны

Пример расчета для окиси цинка

M1 = (15 * 13500 * 1)/1000 = 182кг

M2 = (1.5 * 220920 * 13.5)/1000 = 4970кг

Пример расчета гидроксида натрия

М1 = (120*13500*1)/1000 = 1417.5 кг

М2 = (1.5*220920*105) /1000 = 39765.6 кг

Пример расчета Цинкамин 02

М = (6000*2682*1)*12/1000=193106 кг

Пример расчета ДС-ЦО

М = (6000*2682*1)*10/1000=160920 кг

Таблица 3 Расход химикатов при цинковании в щелочном электролите в барабанном автомате с жестким циклом.

	Химическая формула компонента	Концентрация, г/л	Удельный расход раствора, л/м2	Площадь поверхности обрабатываемых деталей в год, м2	Расход товарного продукта, кг
					На приготовление	На работу	Всего
Щелочное цинкование	ZnO	13.5	1.5	220920	182	-	182
	NaOH	105			1417.5	397656	399073.5
	Цинкамин -02	10			135	3313.8	3448.8
	Очиститель ДС-ЦO	0,75			13.5	331.3	344.8

8.3 Расчет расхода воды

Вода расходуется на приготовление растворов, на работу, на электролиз, испарение и промывки.

1)Расход воды на приготовление растворов:

gH₂O = (V * * n - g_хим) m * n , л (25)

где V - объем электролита в ванне, л;

- плотность раствора, кг/л;

_NaOH=2,13 г/см³

_ZnO=5,606 г/см³

Ц-02=1,1 г/см³

ДС-ЦО=1,117 г/см³

с NaOH=105 г/л

с ZnO=13,5 г/л

с Ц-02=10 г/л

с ДС-ЦО=1,117 г/л

V_NaOH=c_NaOH/ _NaOH=49,2 см³

VZnO=2,4 см³

V_Ц-02=9,09 см³

V_ДС-ЦО=0,67 см³

Суммарный V=61,38 см³

Vванны - суммарныйV-Vанодов-Vдет=16,9-0,61-4,1-0,028=12,162 м³

12,162 - 1 г/см³

16,9 - x г/см³

X=1,38 г/см³

n - число однотипных ванн с одинаковым объемом и концентрацией компонентов.

g_хим - суммарная масса всех компонентов , взятых на приготовление электролита.

m - годовое число смен электролита ванны.

g H20 = (13500 * 1.38 * 1- 1748) * 1 =13372 л (26)

2) Расход воды на испарение с зеркала электролита:

g'H₂O = [45,6(p₁ - p₂) c_в * S_э * Т_g * n] / P_б

где p₁ - давление насыщенного пара над электролитом при его температуре, мм. рт .ст, p₁ = 5,5 .

p₂ - парциальное давление водных паров при той же температуре с относительной влажностью Х, мм. рт .ст, p₂ = 3,85

(р₂=р₁*70%(влажность)/100%)

с_в - частный коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (для гальванических производств с_в = 0,71)

S_э - поверхность зеркала электролита, м²

Т_g - действительный годовой фонд работы ванны, ч.

n - число ванн с данным режимом

P_б - барометрическое давление, мм. рт. ст (762).

g'H₂O= 45.6(5.5 - 3,85) * 0.71 * 16.7 * 4125/762 = 15759 л

3)Расход воды на электролиз:

...