Серебро широко применяется в гальванотехнике. Серебро - ковкий, пластичный металл белого цвета с атомной массой 107,9, плотностью 10,5 г/см³, температурой плавления 961°С. Легко поддается механической обработке всех видов, хорошо паяется, обладает высокой отражательной способностью; твердость металлургического серебра 240 - 340 МПа, электроосажденного 590 - 1370 МПа. Серебро обладает самой высокой электро- и теплопроводностью, одновалентно. Стандартный потенциал +0,8В.

Серебро отличается высокой химической устойчивостью, растворяется только в концентрированной азотной кислоте и горячей серной (85 % -ной). По коррозионной стойкости серебро практически относится к благородным, т.е. не окисляющимся на воздухе, металлам. При нормальном давлении в условиях комнатной и повышенной температур кислород не действует на серебро и только при давлении 1,5 МПа и температуре 300°С происходит оксидирование этого металла. В присутствии кислорода и влаги серебро взаимодействует с сероводородом, следы которого всегда имеются в воздухе, образуя коричневые и черно-серые пленки сульфида серебра (сухой сероводород на серебро не действует). Заметное изменение цвета серебра происходит при толщине пленки сульфида серебра 40 нм, максимальная толщина пленки не превышает 0,3 мкм. Пленки сульфида серебра достаточно термостойки и разлагаются только при 885°С; они не растворяются в кислотах, аммиаке. Почти единственным способом удаления таких пленок, является обработка в 5-10 % -ном растворе цианидов калия или натрия. Сульфидные пленки могут возникать на серебряных деталях, если они находятся в замкнутом объеме с материалами органического происхождения, содержащим сернистые соединения (резины, пластмассы и др.).

Сульфидные пленки серебра наряду с ионной проводимостью, подтверждающейся выделением металлического серебра при пропускании постоянного электрического тока, обладают ярко выраженной фотоэлектрической проводимостью; с увеличением яркости освещения сопротивление слоя сульфида серебра значительно уменьшается. Такое непостоянство электрической проводимости сульфидных пленок в зависимости от внешних условий может привести к непостоянству переходного сопротивления серебряных контактов, а в отдельных случаях (малая контактная нагрузка, малый рабочий ток) - к нарушению проводимости контакта. Потускнение серебра под действием сероводорода - серьезный недостаток серебра, который следует учитывать при использовании серебряных покрытий для деталей электрических контактов. Другим недостатком серебра, как контактного материала, являются низкая твердость и износостойкость, свариваемость при коммутации уже небольших и особенно больших токов, приводящая к переносу металла с одного участка поверхности на другой, образованию наплывов и тем самым нарушению контакта.

Для улучшения механических и коррозионных свойств серебра используют легирование его другими металлами (Sb, Pb, Cd и др.), нанесение пассивирующих пленок химическим и электрохимическим методами, нанесение тонких слоев более благородных металлов.

Серебро - хороший антифрикционный материал в атмосфере, вакууме, инертных и некоторых агрессивных средах.

Перечисленные выше свойства серебра определяют области применения серебряных покрытий. Для повышения поверхностной электрической проводимости и максимального снижения переходного сопротивления серебрению подвергают токонесущие детали радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры, в том числе приборов СВЧ. Благодаря высокой отражательной способности серебряные покрытия широко используют в производстве автомобильных фар и прожекторов, а благодаря красивому внешнему виду - для декоративных целей в часовой, ювелирной и легкой промышленности.

Высокая химическая устойчивость серебра к щелочам и органическим кислотам обусловила применение серебряных покрытий для защиты химических аппаратов и приборов.

Как антифрикционный материал серебро используется для покрытия трущихся поверхностей подшипников скольжения и качения.

Выбор толщины серебряных покрытий регламентируется государственными и отраслевыми стандартами в зависимости от назначения и материала детали, а также условий эксплуатации.

Как правило, серебрению подвергают детали из меди и ее сплавов. Толщина серебряного покрытия при защитно-декоративной отделке ювелирных изделий колеблется от 6 до 24 мкм, деталей часов - от 0,05 до 1,5 мкм. Для повышения поверхностной электрической проводимости деталей радиоэлектронной аппаратуры в зависимости от условий эксплуатации используют серебряные покрытия толщиной от 2 до 21 мкм.

При выборе серебряного покрытия для деталей электрических контактов учитывают следующее. Наряду с электрической проводимостью металлов при работе контактов большое значение имеет переходное сопротивление, которое складывается из двух величин: сопротивления, обусловленного наличием на контактах поверхностных пленок (оксидных, сульфидных и др.), и сопротивления, существующего между поверхностями контактов и обусловленного микрошероховатостями. Величины этих сопротивлений зависят от контактного давления и токовой нагрузки (уменьшаются с ростом контактного давления и токовой нагрузки). Серебряные покрытия обладают самым низким переходным сопротивлением, но не обеспечивают его постоянства при малых токах и малых контактных давлениях вследствие склонности серебра к потускнению. Переходное сопротивление точечных серебряных контактов (сила тока 0,5 А) до и после испытаний в течение трех суток над парами 5 % -ного раствора сульфида натрия:

Вследствие образований на серебре в атмосфере сероводорода сульфидной пленки переходное сопротивление серебра резко возрастает (в 5-7 раз) при малых контактных давлениях 49 - 98 кПа и только при контактном давлении 980 кПа изменяется незначительно - происходит продавливание сульфидной пленки. Переходное сопротивление электрических контактов зависит также от величины токовой нагрузки. Так, при уменьшении силы тока с 0,5 до 0,02 А переходное сопротивление точечных серебряных контактов при контактном давлении 49 кПа после испытаний в атмосфере сероводорода возрастает с 0,05 до 1,4 Ом (в 28 раз). В связи с вышесказанным не рекомендуется применять серебряные покрытия при малых токовых нагрузках (от 5 мкА до 100 мА) и малых контактных давлениях (10 - 100 кПа). Для деталей электрических контактов, подвергающихся периодическому трению при средних токовых нагрузках (0,15 - 1 А) и контактных давлениях (150 - 300 кПа), используют серебряные покрытия толщиной 6 - 9 мкм; для деталей контактов, подвергающихся постоянному трению при силе тока 0,15 - 1 А и контактном давлении 150 - 500 кПа, применяют серебряные покрытия толщиной 15 мкм и покрытия из сплава серебро-сурьма толщиной 12 мкм.

серебро гальванотехника серебрение электролит

Таблица 1 - Характеристика обрабатываемой детали.

Рисунок 1 - Эскиз детали

1.2 Теоретические основы проектируемых процессов

1.2.1 Теоретические основы процесса серебрения

Серебрение применяется для защитно-декоративных целей (ювелирные изделия, столовые приборы, музыкальные инструменты и т.п.); для уменьшения переходного сопротивления электрических контактов и повышения поверхностной электропроводности токонесущих деталей высокочастотной электроаппаратуры; для производства зеркал, фар и рефлекторов из-за высокого коэффициента отражения света; для защиты от коррозии химической посуды и приборов, работающих в щелочных средах.

Покрытия серебром являются катодными покрытиями по отношению к железу, никелю, алюминию и титану и не защищают их в условиях электрохимической коррозии. Для повышения качества защиты при серебрении алюминия и железа используют промежуточные прослойки никеля и меди перед серебрением. Наибольшей рассеивающей способностью обладают цианистые электролиты. Кроме того, из этих электролитов осаждаются мелкокристаллические беспористые покрытия.

Цианистые электролиты серебрения состоят из цианистых комплексов серебра, свободного цианида щелочного металла и карбоната последнего, образующегося постепенно в электролите при соприкосновении последнего с СО₂ воздуха. Цианид серебра AgCN, почти нерастворимый в воде, легко растворяется в избытке цианида щелочного металла NaCN с образованием комплекса:

AgCN + NaCN > NaAg (CN) ₂ (1)

Эта соль диссоциирует по схеме

NaAg (CN) ₂ - Na⁺ + [Ag (CN) ₂] - (2)

Таким образом, в электролите серебро будет находиться в комплексном анионе. По одной из существующих теорий комплексный анион, в свою очередь, диссоциирует по схеме

[Ag (CN) ₂] - - Ag⁺ + 2CN ^{- (}3)

Образующиеся ионы серебра разряжаются на катоде

Ag⁺ + з > Ag (4)

В электролите должно быть избыточное содержание цианистого натрия, который необходим для нормального растворения серебряного анода. Концентрация свободного цианида в электролите может колебаться в довольно широких пределах и зависит от содержания в нем серебра. Наиболее благоприятное соотношение серебра и свободного цианида равно 1: 1 или 1: 1,5. Цианид, являясь комплексообразователем, повышает катодную поляризацию и способствует образованию более мелкокристаллических покрытий. Но цианиды вызывают и нестабильность электролита, так как при определенных условиях может происходить взаимодействие цианида и углекислоты воздуха с образованием синильной кислоты

2NaCN + H₂O + CO₂ > Na₂CO₃ + 2HCN (5)

Наиболее распространен следующий состав и режим работы электролита цианистого серебрения (г/л):

Серебро (в виде цианистой комплексной соли) 32 - 36

Цианистый натрий 45 - 60

Углекислый натрий 30 - 50

Температура электролита,°С 18 - 20

Плотность тока, А/дм² 0,8 - 1,2

Электролиты, приготовленные на основе калиевых солей, позволяют использовать более высокие плотности тока без ухудшения качества покрытия, так как растворимость цианистого комплекса серебра, полученного на основе солей калия, значительно выше, чем на основе солей натрия. Кроме вышеперечисленных соединений в электролит серебрения рекомендуется вводить нитрат-ионы, присутствие которых обеспечивается приготовлением электролитов из азотнокислого серебра непосредственно, не переводя его в хлористое.

Вместо токсичного цианистого электролита разработан ряд менее токсичных электролитов: железистосинеродистый, пирофосфатный, роданистый, синеродистороданистый, йодистый, сульфосалицилатный и др. В настоящее время в промышленности наиболее широко применим синеродистороданистый электролит, в состав которого входит железистосинеродистый и роданистый калий. Удовлетворительные осадки серебра можно получить и в отсутствие роданистого калия, однако использование этого электролита затруднено из-за сильной пассивации

серебряных анодов. Введение роданистого калия облегчает растворение серебра на аноде.

Синеродистороданистый электролит имеет следующие состав (г/л) и режим работы:

Хлористое серебро 30 - 40

Железистосинеродистый калий 60 - 80

Кальцинированная сода 35

Роданистый калий 150

Температура,°С 18 - 60

Катодная плотность тока, А/дм² 0,5 - 1,0

Катодный и анодный выходы по току, % 100

Предполагается, что в синеродистороданистом электролите серебро присутствует в форме цианистого комплекса, который образуется в процессе приготовления электролита, но специально добавлять цианиды в раствор нет необходимости, что и является основным преимуществом этого электролита. Недостатком электролита является сложность его приготовления, приводящая к значительным потерям серебра.

Перспективным является сульфосалицилатный электролит следующего состава (г/л) и режима работы:

Серебро (в пересчете на металл) 20 - 30

Углекислый аммоний 20 - 30

Сернокислый аммоний 45 - 70

Сульфосалициловая кислота 70 - 90

рН 9

Температура,°С 20 - 25

Катодная плотность тока, А/дм² 1,5

Для уменьшения потерь серебра при полировке используют электролиты блестящего серебрения с применением различных органических и неорганических добавок. Так, например, в цианистые электролиты вводят сероуглерод и его производные, неорганические и органические соединения серы, соединения селена и теллура.

В качестве блескообразователя для аммиакатно-сульфосалицилатного электролита применяют пиперазин и его производные. Все электролиты серебрения требуют предварительного серебрения из сильно разбавленного электролита серебрения или амальгамирования деталей из меди и медных сплавов перед покрытием. Эти операции необходимы для предотвращения контактного осаждения серебра на деталях.

Для предварительного серебрения применяют следующий электролит (в г/л):

Серебро (в пересчете на металл) 1 - 2

Медь (в пересчете на металл) 5 - 6

Цианистый калий 50 - 60

Плотность тока, А/дм² 0,1 - 0,2

Время выдержки, мин 3 - 5

Аноды изготовлены из коррозионно-стойкой стали. Детали завешивают под током.

На воздухе серебряные покрытия довольно быстро темнеют, покрываясь окисными и сульфидными пленками. Сульфидные пленки обладают хорошей электропроводностью, но мешают пайке деталей. К методам защиты серебра от потемнения относятся следующие:

1) покрытие серебра другими благородными металлами (золото, родий, палладий);

2) покрытие серебра лаковыми пленками;

3) покрытие серебра окислами некоторых металлов;

4) обработка серебра в хроматных растворах (химическая и электрохимическая).

1.2.2 Теоретические основы процесса меднения

Медные покрытия обычно не применяются как самостоятельные электролитические покрытия ни для защиты стальных деталей от коррозии, ни для декоративной цели вследствие своих химических и электрохимических свойств. Медь в атмосферных условиях быстро окисляется, образуя на поверхности окислы и основные соли.

По электрохимическим свойствам медь по отношению к железу является катодным покрытием и потому не может защитить железо от коррозии. Вследствие этого медные покрытия рекомендуется использовать в качестве подслоя при никелировании и хромировании, что очень важно для экономии дорогого и дефицитного никеля.

Как самостоятельное покрытие медь применяется при углеродистой цементации железа, защищая отдельные участки деталей, не подлежащие цементации. Кроме того, медь широко используется в гальванопластическом производстве.

Электролиты меднения делятся на два основных типа: кислые и щелочные. К кислым электролитам относятся сернокислые, фторборатные, кремнефторидные и сульфаминовые. В кислых электролитах медь присутствует в растворе в форме ионов двухвалентной меди и процесс разряда их на катоде выглядит следующим образом:

Сu²⁺ + 2з > Сu (6)

Благодаря тому, что стандартный потенциал меди электроположительный (В), водород на катоде не выделяется и выход по току практически близок к 100 %. К щелочным электролитам относятся цианидные, пирофосфатные и железистосинеродистые.

Наиболее широкое использование из кислых электролитов в промышленности имеют сернокислые электролиты, которые дешевы, просты по составу, устойчивы при работе и допускают высокие плотности тока. Недостатками кислых электролитов являются их незначительная рассеивающая способность, невозможность непосредственного покрытия в них железа, цинка и их сплавов вследствие контактного выделения меди.

В момент погружения стальных деталей в электролит железо вытесняет медь из раствора по реакции

Fe + CuSO₄ > FeSO₄ + Cu (7)

Выделяющаяся на поверхности стали контактная медь непрочно связана с основой, поэтому при последующем электролизе образуется медное покрытие, легко отслаивающееся от основы.

Рассмотрим обычно применяемый сульфатный медный электролит следующего состава (г/л):

Медный купорос (кристаллогидрат) 200 - 250

Серная кислота 60 - 75

Блескообразующая добавка 0,1 - 1

Более высокое содержание меди в электролите не рекомендуется, так как при более высокой концентрации медного купороса он может выпадать в виде кристаллов в осадок, выделяясь в первую очередь на анодах, которые перестают растворяться. Серная кислота добавляется для повышения электропроводности электролита и способствует образованию более мелкокристаллических осадков.

В качестве блескообразующих добавок используются различные органические соединения. Процесс осуществляют при 20 - 50°С. Катодная плотность тока 2 - 5 А/дм² и выход по току 95 - 98 %. Плотность тока можно увеличить до 10 - 20 А/дм² при перемешивании электролита (воздушном или механическом).

Из примесей больше всего присутствует в электролите железо, накапливающееся за счет стальных деталей, упавших на дно ванны. Допустимая концентрация железа в электролите составляет не более 20 г/л. Присутствие в электролите никеля и цинка на ход процесса меднения и на качество покрытия вредного влияния не оказывает.

Аноды для меднения изготавливают из чистой рафинированной меди (99,9 %), которая содержит не более 0,1 % примесей. Промышленность выпускает холоднокатанные и горячекатанные аноды из меди марок М1 и АМФ в форме пластин толщиной соответственно 2-10 и 5-15 мм, шириной до 500 и длиной до 2000 мм.

При использовании блескообразующих добавок рекомендуют применять фосфорсодержащую медь марки АМФ, которая в виде кусков размером 25Ч25Ч10 мм загружается в титановые перфорированные корзины с чехлами из полипропиленовой ткани.

Для ускоренного меднения рекомендуется фторборатный электролит следующего состава (г/л) и режима работы:

Фторборат меди 220 - 230

Борная кислота 15 - 16

Борфтористоводородная кислота 2 - 3

рН 1,2 - 1,7

Температура,°С 60 - 70

Плотность тока, А/дм² 25 - 50

Выход по току, % 98 - 100

Основным недостатком этого электролита является невозможность непосредственного меднения стальных деталей. Фторборатные электролиты имеют высокую устойчивость раствора, большую растворимость соли и дают возможность проводить процесс при высоких плотностях тока (до 30 - 35 А/дм²). Широкого применения фторборатные электролиты не получили из-за их высокой стоимости.

При приготовлении фторборатного электролита сначала приготавливают свежеосажденный гидрат окиси меди приливанием разбавленного раствора каустической соды к расчетному количеству растворенного медного купороса, не допуская перегревания осадка и перехода его в черную окись меди. Полученный осадок декантируют, промывают для удаления избытка щелочи и растворяют в ранее приготовленной борфтористоводородной кислоте. Эта реакция идет по следующему уравнению:

Cu (ОН) ₂ + 2НВF₄ > Cu (ВF₄) ₂ + 2Н₂O (8)

Полученный раствор фторбората меди подкисляют раствором до требуемого значения рН и добавляют борную кислоту для предотвращения гидролиза. Полученный электролит доливают по расчету водой и не прорабатывают.

Аналогичны фторборатным электролитам по своим свойствам кремнефторидные электролиты со следующим составом (г/л) и режимом электролиза:

Кремнефторид меди 250 - 300

Кремнефтористоводородная кислота 10 - 15

Температура,°С 15 - 60

Катодная плотность тока, А/дм² 8 - 10

Катодная плотность тока может быть увеличена за счет перемешивания и увеличения температуры.

Несмотря на токсичность и недостаточную устойчивость цианидные электролиты довольно широко применяются в промышленности благодаря следующим преимуществам: мелкокристаллической структуре осадков, беспористости, прекрасному сцеплению со стальной основой, хорошей рассеивающей способности.

В цианидном электролите медь осаждается на катоде из одновалентных ионов, следовательно, при 100 % -ном выходе по току ее должно выделяться вдвое больше, чем в сульфатном электролите при прохождении одного и того же количества электричества. Однако выход по току в этом электролите не 100 % -ный и, наряду с медью, на катоде выделяется водород.

Таким образом, на катоде протекают две реакции:

Cu⁺ + з > Cu (9) 2H⁺ + 2з > H_{2 (}10)

Главной составной частью медных цианидных электролитов является комплексная медно-натриевая цианистая соль, получаемая растворением цианида меди в цианиде натрия по реакции

CuCN + 2NaCN > Na₂Cu (CN) _{3 (}11)

В соответствии с указанным уравнением следует, что на 1 г цианистой меди необходимо ввести 0,55 г цианида натрия, причем для обеспечения нормального электролиза в ванне должен быть небольшой избыток цианида натрия (большой избыток приводит к падению выхода по току). В электролите присутствует еще карбонат натрия, который накапливается при взаимодействии цианидов с углекислым газом воздуха. Именно поэтому не следует значительно повышать температуру и производить воздушное перемешивание в цианидном электролите меднения.

В медные цианидные электролиты рекомендуется вводить активаторы (сегнетову соль или роданид калия), обеспечивающие нормальное растворение анодов и позволяющие доводить до минимума концентрацию свободного цианида. В результате взаимодействия цианида натрия с углекислотой воздуха образуется ядовитая синильная кислота:

2NaCN + H₂O + CO₂ > Na₂CO₃ + 2HCN (12)

Синильная кислота очень неустойчива и разлагается при взаимодействии с водой с образованием муравьиной кислоты и аммиака:

НСN + 2Н₂О > НСООН + NН₃ (13)

Однако в присутствии значительного количества гидроксида натрия синильная кислота не образуется:

2NаСN + 2Н₂О + 2NаОН + O₂ > 2Nа₂СO₃ + 2NH_{3 (}14)

По этой причине следует поддерживать в ванне достаточно высокую концентрацию гидроксида натрия и периодически корректировать содержание цианида натрия. На ваннах, во избежание отравления, должна быть мощная бортовая вентиляция. Вместо цианида натрия можно использовать цианид калия.

Наиболее простой медный цианидный электролит имеет состав (г/л):

Цианид меди 50 - 90

Цианид натрия 10 - 20

Углекислый натрий 20 - 30

Процесс осуществляют на холоде при катодной плотности тока 2 - 3 А/дм², выход по току 70 - 85%. Аноды должны быть из чистой электролитной меди. Во всех цианидных электролитах рекомендуется поддерживать отношение площадей анодной поверхности к катодной, равное 2: 1 во избежание пассивирования, особенно при низкой температуре, высокой плотности тока и малом содержании свободного цианида.

Вместо цианидных электролитов меднения иногда используются пирофосфатные электролиты, обладающие высокой рассеивающей способностью.

При взаимодействии сернокислой меди с пирофосфатом натрия образуется сложная комплексная соль.

2CuSО₄ + Nа₄Р₂О₇ > Сu₂Р₂О₇ + 2Nа₂SО₄ (15)

Cu₂Р₂О₇ + 3Nа₄Р₂О₇ > 2Na₆ [Сu (Р₂О₇) ₂] (16)

Состав (г/л) и режим работы электролита:

Пирофосфорнокислый натрий (кристаллогидрат) 110

Фосфорнокислый натрий 95

Сернокислый магний 35

рН 8 - 9

Катодная плотность тока, А/дм2 0,5 - 0,6

Температура,°С 18 - 25

Выход по току, % 98

При перемешивании и нагреве электролита до 50 - 60°С можно повысить плотность тока до 1,5 - 2,0 А/дм².

Медные аноды в пирофосфатном электролите склонны к пассивированию и тем в большей степени, чем меньше свободного пирофосфата, ниже температура электролита и больше анодная плотность тока.

Пирофосфатные электролиты нетоксичны, но применение их ограничено благодаря высокой стоимости солей и контактному выделению меди на поверхности стальных деталей.

1.2.3 Теоретические основы процесса никелирования

Никель относится к электроотрицательным металлам, но в обычных атмосферных условиях из-за сильной склонности к пассивированию он длительное время сохраняет свой блеск. Никель защищает железо при отсутствии пор, так как в гальванической паре никель-железо он является катодным покрытием.

Для уменьшения пористости никелевого покрытия на стали осаждают сначала слой меди, а затем - уже никелевое покрытие, а также применяют трехслойное покрытие никель-медь-никель. Уменьшение пористости в таких случаях объясняется тем, что поры одного слоя не совпадают с порами другого слоя. Никелированные детали лучше противостоят истиранию, чем покрытые медью, так как электролитический никель в 2-3 раза тверже меди и латуни. Никелирование широко применяется в гальванотехнике не только для защитно-декоративной отделки изделий, но и для защиты химической аппаратуры от действия щелочных растворов, в полиграфическом производстве - для повышения поверхностной твердости и сопротивления износа гартовых стереотипов и клише, а также в гальванопластике. При электролизе на катоде происходит разряд ионов никеля и ионов водорода по реакциям:

Ni²⁺ + 2з > Ni 2H ^- + 2з > H₂ (17)

Таким образом, выход по току при электроосаждении никеля не 100 % -ный, так как часть тока тратится на выделение водорода. Основным компонентом никелевых электролитов является сернокислый или хлористый никель. Для повышения электропроводности в электролит иногда вводят сернокислый натрий или магний. Важным компонентом этого электролита является также борная кислота, которая выполняет функцию буферной добавки, поддерживающей постоянной кислотность электролита. Рабочий интервал кислотности лежит в пределах рН 3,5 - 5,5. При меньшем значении рН выход по току сильно падает и, наряду с никелем, интенсивно выделяется водород. При увеличении рН возможно выпадение из раствора гидроокиси никеля. Иногда в электролит вводят фториды, которые способствуют регулированию концентрации водородных ионов в электролите и предупреждают образование анодного шлама.

В качестве материала анода используется чистый никель. При растворении никелевого анода может происходить его пассивирование, в результате чего он перестает растворяться, а на аноде выделяется кислород. Вследствие этого происходит уменьшение концентрации ионов никеля в электролите и увеличение концентрации ионов водорода, что приводит к падению катодного выхода по току и ухудшению качества покрытия. Для предупреждения пассивирования анодов в никелевый электролит вводят активаторы - ионы хлора в виде солей NaCl, KCl, NiCl₂.

Для устранения неравномерного растворения никелевых анодов их легируют серой в пределах 0,0002 - 0,01 %. Депассивирующее действие серы сохраняется при наличии в никелевых анодах углерода или кислорода в концентрации, необходимой для получения плотного слитка (0,1 - 0,3%). Такие непассивирующиеся аноды изготавливаются путем литья или вальцовки.

Никелевые аноды изготовляются в виде полос овального и прямоугольного сечений. Размеры анодов овального сечения должны составлять: большая и малая оси овала - 80Ч35 мм, длина - 400 - 1200 мм. Аноды прямоугольного сечения имеют следующие размеры (мм): толщину - 4 - 12, ширину - 100 - 600, длину - 400 - 2000.

Во избежание загрязнения электролита анодным шламом никелевые аноды помещают в чехлы из ткани "хлорин" или "бельтинг", предварительно обработанные в 2-10% -ном растворе соляной кислоты. Все компоненты растворяют отдельно, фильтруют или декантируют и сливают в ванну никелирования. Затем ванну доливают водой до расчетного уровня, проверяют рН и электролит приготовлен. Наиболее применяемый электролит имеет следующие состав (г/л) и режим работы:

Сернокислый никель (кристаллогидрат) 250 - 300

Сернокислый магний 50 - 60

Борная кислота 25 - 30

Хлористый натрий 3 - 5

Фтористый натрий 2 - 3

Температура,°С 30 - 40

Плотность тока, А/дм² 2 - 4

рН 3 - 5

При использовании электролитов, содержащих фтористый натрий, непрерывное фильтрование затрудняется засорением фильтровальной ткани коллоидными сгустками фторидов. Для устранения этого явления необходимо поддерживать возможно более низкое значение рН или вводить фтористые соединения в виде борфтористоводородных солей. Указанный электролит устойчив в работе и при правильной эксплуатации и систематической очистке от вредных примесей может использоваться в течение нескольких лет без замены.

Никелевый сернокислый электролит очень чувствителен к примесям. Так, присутствие железа в электролите приводит к отслаиванию и растрескиванию покрытия. При наличии некоторых органических соединений никелевое покрытие становится хрупким. Примеси цинка и меди вызывают образование пятнистых темно-серых и черных осадков никеля. Допустимая концентрация металлов-примесей в электролите следующая: Fе²+ - 0,1г/л; Сu²+ - 0,02 г/л; Zn²+ - 0,01 г/л и Рb²+ - 0,007 г/л. Удаление примесей железа, меди и цинка осуществляется обычно подщелачиванием электролита карбонатом или гидроокисью никеля до рН 6,2 - 6,3 с последующим нагревом электролита до температуры кипения.

Для никелирования характерно явление, называемое питтингом. При определенных условиях электролиза пузырьки газообразного водорода задерживаются на катодной поверхности, прилипают к ней и в этих местах становится невозможным дальнейший разряд ионов никеля. На покрытии образуются ямки или "водородные макропоры", которые хорошо видны невооруженным глазом или через лупу. Осадок теряет декоративный вид, и уменьшается стойкость против коррозии.

Прилипанию пузырьков водорода к катоду способствуют все вещества, попадающие в электролит и увеличивающие поверхностное натяжение. Отрицательное влияние оказывают коллоидальная гидроокись железа, многие органические вещества. В целях борьбы с питтингом прибегают к веществам, понижающим поверхностное натяжение - антипиттинговым, или смачивающим добавкам, которые помогают отрываться пузырькам водорода от металла. К таким веществам относятся жидкость "Прогресс", лаурилсульфат натрия, сульфирол-8 в концентрации от 0,005 до 0,1 г/л. Применение более высоких концентраций этих добавок вызывает хрупкость осадков, увеличивает пенообразование.

Для уменьшения питтинга рекомендуются качание катодных штанг со встряхиванием (30-60 раз в минуту), барботаж сжатым воздухом, предварительно очищенным от масла.

В мировой гальванотехнике 80 % никелевых электролитических покрытий получают непосредственно из ванн блестящего никелирования.

Главными преимуществами при получении блестящих никелевых покрытий являются экономия никеля, устранение трудоемкой, ручной и вредной механической операции (полирования), снижение расхода электроэнергии и возможность ведения непрерывного технологического процесса при нанесении многослойных покрытий.

Наиболее усовершенствованным электролитом блестящего никелирования является электролит следующего состава (г/л) и режима работы:

Сернокислый никель (кристаллогидрат) 260 - 300

Хлористый никель (кристаллогидрат) 40 - 60

Борная кислота 30 - 40

1,4-Бутиндиол (100% -ный) 0,12 - 2,0

Сахарин 1,5 - 2,0

Фталимид 0,08 - 0,12

рН 3,5 - 5,0

Температура,°С 55 - 65

Катодная плотность тока, А/дм² 2 - 8

В электролит наряду со смачивающей и блескообразующей добавками вводят так называемые выравнивающие добавки. Положительное истинное выравнивание или сглаживание микропрофиля поверхности в процессе осаждения никеля происходит в тех случаях, когда в микроуглублениях стальной детали осаждается больше никеля, чем на микровыступах.

Заметное выравнивание наблюдается только при введении в никелевые электролиты добавок специальных веществ. Для предотвращения питтинга рекомендуется вводить сульфирол-8 (0,2 - 0,8 г/л) и лаурилсульфат натрия (0,1 - 0,5 г/л). Блескообразующей и выравнивающей добавкой является 1,4-бутиндиол, который совместно с сахарином придает интенсивный блеск осадкам и способствует получению осадков с высокой твердостью и пластичностью в широком диапазоне катодных плотностей тока.

Фталимид в сочетании с бутиндиолом увеличивает выравнивающую способность электролита и расширяет диапазон плотностей тока для получения качественных блестящих никелевых покрытий.

Никелевые электролиты чувствительны к понижению температуры и при снижении ее до +10°С непригодны для эксплуатации. Для повышения качества покрытий и ускорения процесса ванны оснащаются автоматическими устройствами для покачивания катодных штанг или для непрерывного перемешивания и фильтрования.

Систематически корректируется рН электролита. Корректирование осуществляют добавлением 3 % -ного раствора NaOH или Н₂SO4 при интенсивном перемешивании электролита в течение 30 - 40 мин после корректирования. Определение рН с высокой степенью точности производят потенциометрически со стеклянным электродом. Менее точный, но более быстрый метод определения рН существует с помощью индикаторных бумаг.

Высокопроизводительными никелевыми электролитами являются сульфаминовокислые растворы, при работе с которыми можно применять высокие рабочие плотности тока (до 40 А/дм²) благодаря высокой растворимости сульфамата никеля в воде. Сульфаминовокислые электролиты применяются для нанесения толстых осадков никеля, так как эти покрытия отличаются низкими внутренними напряжениями.

Наиболее применяемый сульфаминовокислый электролит имеет следующий состав (г/л) и режим работы:

Сульфаминовокислый никель 300 - 400

Хлористый никель 12 - 15

Борная кислота 25 - 40

Лаурилсульфат натрия 0,01 - 1,0

Катодная плотность тока, А/дм² 5 - 12

Температура,°С 18 - 50

1.3 Режим работы участка

В курсовом проекте предусмотрен двухсменный режим работы проектируемого отделения, рабочий день составляет 8 часов:

первая смена работает с 6: 30 до 15: 00;

вторая смена работает с 15: 00 до 23: 30.

Различают номинальный и эффективный фонд времени.

Номинальный фонд времени определяется режимом работы цеха (количеством смен, количеством рабочих дней в неделю). При двухсменной, пятидневной рабочей неделе:

Т_ном = (365 - 52 ·2 - 11) · 16 = 4000 ч (18)

Эффективный фонд времени для автоматического оборудования:

Т_эфф = (365 - 52·2 - 11) · 16 · (1 - 0,075) = 3700 ч, (19)

где 365 - количество дней в году;

52 - количество недель в году;

2 - количество выходных в неделю;

11 - количество праздников;

16 - двухсменный восьмичасовой рабочий день;

7,5% - проценты потерь автоматического оборудования.

Эффективный фонд времени для неавтоматического оборудования:

T_эфф = 4000 - 4000 · 0,03 = 3880 ч (20)

Эффективный фонд времени рабочих:

Т_эфф = [365 - 52·2 - 11 - (28 + 6)] · 8 = 1712 ч (21)

где 28 - число отпускных дней;

6 - число дополнительных отпускных дней за вредность;

8 - односменный восьмичасовой рабочий день.

Полезный фонд времени рабочих рассчитывается с учётом выходных, праздничных дней и отпуска.

Количество рабочих недель:

(22)

Исходя из норм труда, работник должен вырабатывать по 40 часов в неделю, тогда полезный фонд времени составляет 1820 часов.

1.4 Технологический процесс

1.4.1 Выбор и обоснование технологического процесса серебрения

Предварительная подготовка поверхности металла перед покрытием необходима для того, чтобы обеспечить прочное сцепление покрытия с основным металлом, создать условия для снижения пористости и улучшения его внешнего вида.

На деталях, поступающих в гальванический цех, всегда имеются различные загрязнения - жировые, оксидные (окалина, ржавчина) и другие. Эти загрязнения должны быть тщательно удалены, так как они препятствуют прочному сцеплению с основным металлом. Если детали плохо очищены, покрытие будет частично или полностью отслаиваться и со временем темнеть. Большинство дефектов покрытий связано с плохим качеством подготовки поверхности перед покрытием.

Для нанесения покрытий допускаются детали, на поверхности которых нет раковин, окалины, ржавчины, заусенцев и других дефектов. Шероховатость покрываемой поверхности деталей должна быть не ниже 4 класса точности (по ГОСТ 2789 - 73).

Для подготовки поверхности изделий перед покрытием применяют механические, химические и электрохимические способы обработки поверхности.

Химическое обезжиривание.

Щелочные водные растворы наиболее широко применяются в гальваническом производстве для удаления жировых загрязнений. Известно, что любые пленки жировые, оксидные и др., создавая "барьер" на чистой поверхности металла или другого материала, препятствуют прочному сцеплению покрытий.

Не меньшее влияние на адгезию и прочность сцепления покрытий с основным металлом оказывают профиль поверхности и физическое состояние кристаллов в поверхностных слоях. Если кристаллы поверхностного слоя очень деформированы, их следует удалить, в противном случае силы адгезии покрытий будут ослаблены.

Таким образом, подготовка поверхности складывается из двух этапов: создания необходимой структуры поверхности и обеспечения надлежащей ее чистоты.

Скорость омыления растительных и животных жиров незначительна и моющее действие щелочных растворов обусловлено не столько омылением жиров, сколько снижением межфазного натяжения на границе водной и масляной фаз.

Для ослабления силы сцепления масла с поверхностью металла в щелочные растворы добавляют небольшие количества поверхностно-активных веществ (ПАВ) - эмульгаторов, которые, адсорбируясь на поверхности двух фаз (масло - раствор), понижают поверхностное натяжение, облегчают отрыв масляной пленки от основного металла и образование эмульсии. Подогрев раствора при этом ускоряет процесс омыления жиров и гидролиз солей щелочи.

Синтетические ПАВ в настоящее время применяются наиболее широко, так как имеют ряд преимуществ по сравнению с жировым мылом: у них меньше критическая концентрация мицеллообразования (ККМ), т.е. концентрация ПАВ, при которой достигается максимум моющего действия. Поэтому удельный расход синтетических ПАВ меньше, они не образуют осадков с солями жидкости, оказывают моющее действие в кислой среде. Подсчитано, что при применении 1 т синтетических ПАВ экономится 2-2,5 т пищевого жира. Использование ПАВ позволяет снизить стоимость растворов на 40-60 %, сократить время обезжиривания деталей в 3-5 раз и значительно повысить качество подготовки поверхности деталей перед нанесением покрытий.

Едкий натр выпускается промышленностью в твердом и жидком виде. Содержание NaOH в твердом продукте 92-96 %; в жидком 42-50 %. При понижении концентрации едкого натра или полном его отсутствии в растворе возрастает роль карбоната натрия. В последние годы наметилась тенденция к сокращению или полному исключению едкого натра из состава обезжиривающих растворов. Это объясняется тем, что при большой концентрации щелочи возрастает гигроскопичность моющих препаратов. При сушке на поверхности обезжиренных деталей может образовываться налет карбонатов, а такие металлы, как цинк, алюминий и их сплавы, могут подвергаться травлению.

Карбонат натрия обеспечивает щелочность раствора и омыление жиров растительного и животного происхождения, однако значительное повышение его концентрации может уменьшить эффективность фосфорнокислых солей.

Фосфаты, будучи буфером, поддерживают концентрацию водородных ионов при изменении состава раствора. Кроме того, фосфаты, особенно полифосфаты, образуют комплексы с солями кальция и магния и благодаря этому смягчают воду. При этом растворимость карбонатов и кальциевых мыл повышается. Загрязнения в растворе удерживаются в мелкодисперсной фазе, предотвращающей их повторное осаждение на поверхность деталей. Этому способствуют суспензирующее и пептизирующее действие. Многие предприятия применяют триполифосфат натрия. Его содержание в обезжиривающем растворе может быть в 2-3 раза меньше, чем ортофосфата натрия.

Фосфаты обладают высокими диспергирующими свойствами, хорошей смываемостью. Если в растворе имеется достаточное количество фосфата, то другие компоненты обезжиривающего раствора, такие как едкий натр и карбонат натрия, лучше смываются, в то время как без этого они удаляются труднее.

Обработку проводят в ваннах (с перемешиванием раствора или движением деталей) или в моечных машинах. При образовании большого количества пены в раствор добавляют 0,1-0,3 г/л пеногасителя (эмульсия КЭ-10-21 или др.).

Раствор для обезжиривания алюминия, г/л:

натр едкий технический 8-12

тринатрийфосфат 20-50

стекло жидкое натриевое 25-30

Травление - процесс удаления продуктов коррозии и оксидных соединений с поверхности металла путем растворения их в кислотах или растворах щелочей. Обычно пленка оксидных соединений или других продуктов коррозии образуется на поверхности металла под действием окружающей среды. В зависимости от природы металла это могут быть соединения железа, меди, цинка, алюминия и др.

Естественные оксидные пленки с алюминия и его сплавов удаляют в растворах соляной, азотной и фтористоводородной кислот или в растворе едкого натра с добавкой сульфонола.

Особо важное значение операция травления имеет при нанесении гальванических покрытий на алюминий и его сплавы. В этом случае необходимо удалять даже самые незначительные тонкие пленки с поверхности деталей, в противном случае не будет обеспечено хорошее сцепление алюминия с покрытием.

Раствор для травления алюминиевой детали, г/л:

натрий едкий 80-120

Осветление - удаление тонкой пленки окислов, образующихся на уже подготовленной к покрытию поверхности металла. Это заключительная операция подготовки поверхности деталей перед осаждением гальванических покрытий. осветление необходимо проводить непосредственно перед осаждением на детали покрытий с промежуточной их промывкой в проточной воде. Промывка должна быть кратковременной, чтобы исключить образование окисных пленок на металле.

Раствор для осветления, г/л:

кислота азотная 300-400

Операции промывок предназначены для удаления с поверхностей обрабатываемых изделий загрязнений и остатков растворов после операций нанесения покрытий, обезжиривания, травления и других.

В зависимости от температуры воды подразделяют ванны: холодной и теплой (до 60 єС) и горячей (до 90°С) промывки.

Основными способами промывки изделий являются погружной и струйный. Струйные промывки более экономичны по сравнению с промывкой погружным способом. Воздействие струи имеет явно выраженную направленность.

Наиболее распространенным является погружной способ промывок.

Промывка в непроточной воде устанавливается для улавливания ценных или высокотоксичных компонентов (драгметаллов, соединений хрома и т.п.). В большинстве случаев (кроме нанесения драгметаллов) применяется одна ванна непроточной промывки. После ванны улавливания устанавливаются ванны проточной промывки.

Наиболее эффективными являются каскадные ванны промывки, причём с повышением количества ступеней промывки разница в расходах воды для разных типов промывных ванн постепенно снижается.

Многократное использование промывной воды на большинстве гальванических линий позволяет снизить расход воды в 1,5-2 раза.

Минимальная продолжительность операции промывки в соответствии с ГОСТ 9.305-84 составляет 20 с, что явно мало. При недостаточном времени промывки для обеспечения качественной промывки потребуется большая интенсивность подачи воды, возникнет перерасход промывной воды.

Футеровка, т.е. облицовка внутренних поверхностей металлических корпусов гальванических ванн химически стойкими материалами, выполняет двоякую роль: защищает стенки ванн от разрушения при воздействии растворов и предохраняет раствор от загрязнений продуктами растворения материала стенок. Кроме того, футеровка металлической ванны, предназначенной для проведения электрохимических процессов, препятствует прохождению тока по корпусу ванны. В отсутствии футеровки электрическое поле искажается. Часть тока протекает по стенкам ванны в силу значительно большей электропроводности металла по сравнению с электролитом. На боковых стенках будет происходить осаждение металла анода, дно под деталью будет растворяться, а покрытие на детали будет отличаться значительной неравномерностью по толщине.

В каждом конкретном случае материал для футеровки выбирается в зависимости от агрессивности раствора, его температуры, размеров ванны и других эксплуатационных условий. Для футеровки применяют пластмассовые, металлические материалы, резину или керамические плитки

Наиболее распространенный в России футеровочный материал - листовой винипласт (ГОСТ 9639-71). Винипласт стоек практически во всех растворах электролитов, применяемых в гальванотехнике, однако нестоек к действию ароматических и хлорированных углеводородов, кетонов, сложных эфиров и концентрированной азотной кислоты. Недостатками винипласта являются его невысокая теплостойкость и низкая ударопрочность. Винипласт хрупок.

Менее распространен, но зато на 10°С более термостоек полихлорвиниловый пластикат. Пластикат устойчив во всех обычных гальванических электролитах, при температурах до 70°С. Кроме несколько большей термостойкости и химической стойкости пластиката его существенным преимуществом по сравнению с винипластом является гибкость, пластичность и хорошая стойкость к истиранию.

Таблица 2 - Карта технологического процесса

Наименование операции	Состав раствора	Режим процесса	Особые требования
	Наименование компонента	Химическая формула	ГОСТ, ОСТ или ТУ	Концен-трация, г/л	Темпера-тура, °С	Плотность тока, А/дм2	Продолжи-тельность, мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. Загрузка
2. Обезжиривание химическое	Тринатрий фосфат Натрий едкий технический марка ТР Стекло натриевое жидкое	Na3PO4 •7H2O NaOH Na2SiO3	ГОСТ 201-76 ГОСТ 2263-79 ГОСТ 13078-88	20 - 50 8 - 12 25 - 30	50 - 70		3 - 5	Непрерывная очистка зеркала электролита
3. Промывка в теплой воде	Вода проточная	H2O			50 - 60		0,5 - 1
4. Травление	Натрий едкий технический марка ТР	NaOH	ГОСТ 2263-79	80 - 120	70 - 80		0,50 - 1
5. Промывка в теплой воде	Вода проточная	H2O			50-60		0,25 - 1
6. Промывка в холодной воде	Вода проточная	H2O			цеховая		0,5 - 1	Перемешивание сжатым воздухом
7. Осветление	Кислота азотная	HNO3	ОСТ 113-03-270-76	300 - 400	цеховая		0,20 - 0,30
8. Промывка в холодной воде	Вода проточная	H2O			цеховая		0,5 - 1	Перемешивание сжатым воздухом
9. Промывка в холодной воде	Вода проточная	H2O			цеховая		0,5 - 1	Перемешивание сжатым воздухом
10. Никелирование электрохимии-ческое	Никель сернокислый 7-водный Натрий хлористый Кислота борная Калий надсернокислый Натрий сернокислый Натрий фтористый	NiSO4 • 7H2O NaCl H3BO3 K2S2O8 Na2SO4 NaF	ГОСТ 4465-74 ГОСТ 4233-77 ГОСТ 18704-78 ТУ 6-09-2869-78 ГОСТ 6318-77 ГОСТ 4463-76	180 - 220 1,5 - 2,5 25 - 40 1 - 3 40 - 60 1,5 - 2,5	30 - 45	1,8 - 2,2	54	Обработку проводят при перемешивании электролита очищенным сжатым. Фильтрация электролита периодическая. Sa:Sk=2:1
11. Промывка-улавливание	Вода непроточная	H2O			цеховая		0,5 - 1	Перемешивание сжатым воздухом
12. Промывка-улавливание	Вода непроточная	H2O			цеховая		0,5 - 1	Перемешивание сжатым воздухом
13. Промывка-улавливание	Вода непроточная	H2O			цеховая		0,5 - 1	Перемешивание сжатым воздухом
14. Меднение	Медь (II) серно-кислая 5-водная Кислота серная

Страница:

•  1 
•  2 

дипломная работа "Серебрение алюминиевых деталей" скачать

Подобные документы

• Проектирование гальванического участка

  Обоснование вида покрытия и его толщины. Выбор электролита, механизм процесса покрытия. Основные неполадки при работе, причины и их устранение. Расчет поверхности загрузки и тока для электрохимических процессов. Планировка гальванического участка.
  
  курсовая работа [123,5 K], добавлен 24.02.2011
  

• Процесс анодного оксидирования алюминия годовой производительностью 65000 м2/год

  Физико-химические свойства никеля. Технологические особенности процесса никелирования. Выбор толщины покрытия. Приготовление и корректировка электролитов. Определение продолжительности обработки деталей. Расход химикатов на выполнение годовой программы.
  
  курсовая работа [467,8 K], добавлен 13.10.2017
  

• План участка механической обработки деталей

  Обоснование строительства участка. Описание технологического процесса механической обработки деталей. Разработка технологического процесса механической обработки деталей в маршрутной схеме и маршрутных картах. Нормирование трудозатрат по операциям.
  
  курсовая работа [44,6 K], добавлен 10.12.2013
  

• Проект участка термической обработки дисковых фрез

  Анализ нагружения и структура деталей, основные требования к ним. Выбор марки стали, разработка и обоснование выбора технологического процесса, описание его операций. Маршрутная технология изготовления деталей. Механизация и автоматизация производства.
  
  дипломная работа [369,9 K], добавлен 02.09.2010
  

• Разработка технологического процесса термической обработки стальной детали. Болт шатунный

  Расшифровка марки стали. Характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек. Выбор и обоснование последовательности операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Режим термообработки деталей.
  
  контрольная работа [73,7 K], добавлен 05.12.2008
  

• Разработка технологического процесса термической обработки стальной детали. Вал коробки передач

  Расшифровка марки стали. Характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек. Выбор и обоснование последовательности операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Режим термообработки деталей.
  
  контрольная работа [71,3 K], добавлен 05.12.2008
  

• Разработка и проектирование гибкой производственной системы по обработке деталей определенного класса

  Подбор и назначение номенклатуры обрабатываемых деталей в гибких производственных системах (ГПС). Расчет и подбор состава основного технологического оборудования. Расчет, обоснование и выбор транспортно-складской системы ГПС. Разработка планировки цеха.
  
  курсовая работа [121,8 K], добавлен 02.12.2013
  

• Разработка рационального технологического процесса изготовления женского демисезонного пальто

  Обоснование выбора моделей изделия и описание их внешнего вида, спецификация деталей кроя. Выбор методов обработки и оборудования для изготовления заданного вида изделия. Разработка структуры технологического процесса, составление справочника операций.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 01.04.2015
  

• Гальванический цех с линиями анодирования деталей из алюминиевого сплава и цинкования стали производительностью 35 тыс, м2 в год

  Изучение процессов анодирования алюминия и нанесения цинкового покрытий на стальные детали. Составы электролитов и способы электролиза. Выбор вида покрытия, толщины и технологии цинкования. Определение времени обработки изделия. Расчет прибыли и издержек.
  
  дипломная работа [736,7 K], добавлен 28.12.2020
  

• Разработка технологического процесса производства женских туфель с открытой носочной частью клеевого метода крепления

  Обоснование и характеристика выбора модели изделия. Проектирование технологического процесса сборки заготовок обуви. Способ обработки видимых краев деталей верха, сборки деталей в заготовку. Проектирование технологического процесса сборки и отделки обуви.
  
  курсовая работа [487,0 K], добавлен 27.01.2010
  

Другие документы, подобные "Серебрение алюминиевых деталей"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам