Расчет ділянки осадження подвійного покриття медь-никель

1. ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕССА.

1.1. ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОПЕРАЦИЙ.

1.2 СХЕМА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕССА.

2. РОЗРАХУНОК ДІЛЯНКИ ОСАДЖЕННЯ ПОДВІЙНОГО ПОКРИТТЯ МЕДЬ-НИКЕЛЬ.

2.1. ВИЗНАЧЕННЯ ФОНДІВ РОБОЧОГО ВРЕМЕНИ.

2.2 РОЗРАХУНОК ВИРОБНИЧОЇ ПРОГРАММЫ.

2.3 РОЗРАХУНОК ЧАСУ ОБРОБКИ ПОВЕРХНІ ДЕТАЛЕЙ.

2.4 РОЗРАХУНОК НЕОБХІДНОЇ ПРОДУКТИВНОСТІ УЧАСТКА.

2.5 РОЗРАХУНОК КОНСТРУКЦІЇ БАРАБАНА.

2.6 РОЗРАХУНОК ГАБАРИТІВ ВАННЫ.

2.7 ЕНЕРГЕТИКА ЦЕХА.

2.7.1 ПОВЕРХНЮ ЗАВАНТАЖЕННЯ І СИЛИ ТОКА.

2.7.2 БАЛАНС НАПРУГИ ВАННЫ.

2.7 ВИТРАТА ВОДЫ.

2.7 РОЗРАХУНОК ВИТРАТИ МАТЕРИАЛОВ.

2.7.1 РОЗРАХУНОК ВИТРАТИ ХИМИКАТОВ.

2.7.2 РОЗРАХУНОК ВИТРАТИ АНОДОВ.

2.7.3. ЗВЕДЕНА ВІДОМІСТЬ ВИТРАТИ МАТЕРИАЛОВ.

2.8 ТЕПЛОВІ РАСЧЕТЫ.

2.8.1 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ВАННИ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ.

2.8.2 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ВАННИ МЕДНЕНИЯ.

2.8.2 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ВАННИ НИКЕЛИРОВАНИЯ.

4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

.

Гальваническое покриття мідь нікель широко застосовується захисту від корозії сталевих деталей.

Т.к. мідь має як позитивний потенціал, ніж залізо, стосовно до залозу та її сплавів є катодным покриттям. Тобто. може захищати лише за відсутності пір. Пористі мідні покриття, навпаки, призводять до прискоренню корозії заліза та її сплавів. Нікель також має як позитивний потенціал, ніж залізо, тобто. захищає лише механічно. Нікелеві покриття мали бути зацікавленими беспористыми. Тому нікелеві покриття багатошарові (у багатошарових покриттів пори кожного шару звичайно збігаються з порами сусідніх верств). Для отримання багатошарових покриттів нікель в облогу беруть з кількох електролітів чи інший метал (наприклад, мідь). Багатошаровість таких покриттів дозволяє також знизити витрата нікелю у результаті застосування дешевшою меди.

Широке застосування мідних покриттів як проміжних верств значною мірою зумовлено хорошим зчепленням міді з різними металами. При электролитическом осадженні міді на сталь не утворюється диффузионного шару. Вирішальну роль задля забезпечення міцного зчеплення грає ретельна підготовка поверхні основного металу (знежирення, травлення). Причому, при застосуванні хімічного чи електрохімічного видалення деформованого шару, часто спостерігається продовження структури основного металу у покритті.

При защитно-декоративном никелировании роль мідного шару — максимальна економія стратегічного нікелю через перекриття пір, і навіть зниження трудомісткості операцій механічної підготовки поверхні деталей.

ЕЛЕКТРОЛІТИ МЕДНЕНИЯ.

Для міднення застосовують як кислі (прості), і лужні (комплексні) електроліти. З кислих електролітів неможливо отримати опади з міцним зчепленням на сталевих і цинкових виробах. Це контактним витісненням залізом і цинком міді, і навіть роботою коротко замкнутих гальванічних елементів Fe — Cu і Zn — Cu. Т.к. у тих системах анодами є залізо і цинк, то незалежно від тривалості електролізу залізо і цинк, перебувають у контакту з міддю в кислому электролите, розчиняються, що зумовлює відшаровування покриття. Через це попередньо завдають тонкий шар міді з лужного електроліту, потім мідь нарощують до потрібної товщини в кислому электролите.

Прості (кислі) электролиты.

До простим электролитам належить низку кислих електролітів: сернокислые, борфтористоводородные, кремнийфтористоводородные, сульфамидные, нітратні і хлористі. Вони прості за складом і допускають роботу при високих плотностях струму, особливо за умов перемішування та механізмів підвищеної температурі. Осадження міді відбувається, переважно, при розряді двовалентних іонів міді. Прості електроліти відрізняються малої катодного поляризацією (вбирається у 50?60 мВ). Тому опади міді з цих електролітів мають грубозернисту, грубу, але з тим щільну структуру. Електроліти вирізняються вищою виходом міді по току (95?100%) і втрати значної швидкістю осадження. Ці електроліти стійкі і токсичні, і навіть мають хорошою выравнивающей здатністю. До вад кислих електролітів слід віднести їх не низьку рассеивающую здатність, і неспроможність безпосереднього нанесення на вироби з заліза і цинку. Але у запровадження у кислі електроліти деяких органічних добавок (столярного клею, сахаромицетов, тощо.), гальмують процес контактного обміну, можна отримати мідні опади, міцно зчеплені зі сталью.

Поїзди кислих электролитов:

Сульфатный электролит:

CuSO4*5H2O — 180? 220 г/л.

Н2SO4 — 40? 60 г/л.

NaCl — 0,03? 0,06 г/л.

Блескообразователи Б-7211 чи ЛТИ 3? 5 мг/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 18? 50? С, ік — 1? 5 А/дм2, iа — до 5 А/дм2. Працюючи з високими плотностями струму слід перемішувати електроліт стиснутим очищеним повітрям. Анод — мідь. Вихід міді по току близький до 100%. Швидкість осадження міді при щільності струму 4,5 А/дм2 становить 1 мкм/мин. Електроліт відрізняються щодо хорошою рассеивающей здатністю. Опади виходять з великим блиском (до 95% по срібному дзеркала), хорошою выравнивающей здатністю (до 85% при товщині шару 200 мкм), ні з щодо невисокими внутрішніми напругами (до 1100 мПа).

Борфтористоводородный электролит:

Cu (BF4)2 — 450 г/л.

НBF4 — 30 г/л.

Н3BO3 — 15? 20 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 20? 40? С, ік — до 40 А/дм2, iа — 5 ?20 А/дм2. Анод — мідь. Вихід міді по току 95? 100%. До переваг електроліту ставляться: висока стійкість розчину, нетоксичність, щільна мелкокристаллическая структура опадів при плотностях струму, значно переважаючих звичайні. Концентрационная поляризація і схильність до шламообразованию у борфтористоводородного електроліту менше, ніж в слабокислого, він дорожче, проте, цей електроліт має великий продуктивністю. Тому рекомендується його застосування нанесення міді на рухливу дріт, стрічку, і навіть на відновлення зношених деталей.

Кремнефтористый электролит:

CuSiF6 — 250? 300 г/л.

H2SiF6 — 10? 15 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 20? 60? С, ік — до 40 А/дм2, iа — 10 ?20 А/дм2. Анод — мідь. Електроліт готують, розчиняючи кремнефтористую мідь невеликими порціями в кремнефтористой кислоті, потім розчин фильтруют.

Хлоридный электролит:

CuCl2*2H2O — 20? 30 г/л.

НCl — 400? 550 г/л.

HCOOH — 5? 10 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 18? 25? С, ік — 1? 1,5 А/дм2. Анод — медь.

Нітратний электролит:

CuCl2*2H2O — 0,4 г/л.

Cu (NO3)2 *3H2O — 500? 600 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 18? 25? С, ік — 5? 20 А/дм2, рН — 1 ?2. Анод — медь.

Працюючи з кислими электролитами важливо використовувати спеціальні, які дають шламу мідні аноди, містять 0,03? 0,06% фосфору. Рекомендується також можуть використовувати анодные чохли з кислотостойкого матеріалу (наприклад, з полипропиленового волокна) і вестиме електроліз при безупинної фільтрації.

Комплексні (лужні) электролиты.

У комплексних електролітах розряджається комплексний іон міді (?Cu (CN3)?2-; ?CuNH2CH2CH2NH2?2+; ?Cu (C4H4O6)?2-; ?Cu (NH3)4?2+; ?Cu (P2O7) 2?6-; ?Cu (P3O10) 2?8-). Ступінь дисоціації цих іонів мала, тому потенціал стає электроотрицательнее (в цианидных електролітах на 0,9? 1,2 У). Через це немає контактного осадження міді. Лужні електроліти мають дуже високою катодного поляризацією. Тому опади виходять мелкозернистыми. З комплексних електролітів застосовують: ціанисті, пирофосфатные, аммиакатные, этилендиамидовые, полиэтиленполиаминовые, гексаметафосфатные, триполифосфатные тощо. Найширше використовуються цианидные і пирофосфатные электролиты.

Поїзди лужних электролитов:

Ціанідний электролит:

CuCN — 90 г/л.

NaCNсвоб. — 5? 7 г/л.

КCNS — 40 г/л.

Фурфуриловый спирт — 0,3? 0,6 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 60? 70? С, ік — 2? 4 А/дм2. Анод — мідь. Вихід міді по току 92%. Перемішування проводять хитанням штанг. Цианидные електроліти дають дрібнозернисті опади із гарним зчепленням зі сталлю і цинком, мають дуже гарною рассеивающей здатністю. Основні недоліки цианидных електролітів — це токсичність, великі видатки очищення стічні води, низький вихід по току, і навіть щодо низька стійкість складу електроліту при експлуатації. Перевагою цианидных електролітів є й те, що мідь відновлюється з одновалентных іонів, тобто. за 1 А*ч виділяється вулицю значно більше міді, ніж у простих електролітах.

Пирофосфатный электролит:

CuSO4*5H2O — 70? 90 г/л.

K4P2O7 — 350 г/л.

NH4OH (25% розчин) — 1? 2 г/л.

Кислота цитринова 20 г/л.

Na2SeO3 — 0,002 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 35? 40? С, ік — 0,8? 1,7 А/дм2, рН — 8,3 ?8,5. Анод — мідь. При заподіянні покриттів на сталь слід завантажувати деталі в електроліт під струмом. З іншого боку, на початку електролізу необхідна підвищена щільність струму (1,0? 1,5 А/дм2) протягом 20? 50 сек. Пирофосфатные електроліти не поступаються цианидным по рассеивающей здібності, проте, нестійкі і недостатня адгезія зі сталлю отриманих їх покриттів.

Этилендиаминовый электролит:

CuSO4*5H2O — 100? 125 г/л.

ZnSO4*7H2O — 15? 25 г/л.

(NH4)2SO4 — 45? 60 г/л.

Этилендиамин — 55? 60 г/л.

Na2SO4*10H2O — 45? 60 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 15? 25? С, ік — 0,5? 2 А/дм2, рН — 7,8? 8,3. Анод — мідь. Особливістю этилендиаминовых електролітів і те, що деталі завантажуються в ванну під струмом щільністю, в 3−5 разів перевищує робочу. Тривалість «поштовху струму» становить 30−60 сік. З этилендиаминовых електролітів глушаться щільні дрібнозернисті та блискучі опади міді. Заради покращання зчеплення опадів зі сталевої основою рекомендується виробляти осадження з цих двох ванн (перший шар осаджується з електроліту з дешевше концентрації міді).

Аммиакатный электролит:

CuSO4*5H2O — 90 г/л.

(NH4)2SO4 — 80 г/л.

NH4NO3 — 40 г/л.

NH4OH — 180 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 20? С, ік — 1,5? 8 А/дм2, рН — 9,0? 9,5. Анод — мідь. Одним із достоїнств електроліту є висока робоча щільність струму і велика продуктивність. Опади з аммиакатных електролітів мають міцним зчепленням зі сталевої основою. Проте задля них характерна низька стійкість складу внаслідок сильного випаровування, і навіть наявність потужної витяжний системи вентиляції. Аммиакатные електроліти мають трохи гіршій рассеивающей здатністю проти пирофосфатными электролитами.

ЕЛЕКТРОЛІТИ НИКЕЛИРОВАНИЯ.

Електроліти нікелювання дуже чутливі до органічним і неорганічним домішкам. Правильне приготування електроліту забезпечує надійну роботу у протягом багато часу. При відповідного очищення та коригуванні цей електроліт можна використовувати кілька років. У ролі буферного з'єднання перетворені на сульфатных електролітах зазвичай використовують борну кислоту. Можливе також використання солей оцтової кислоти.

Сернокислые электролиты.

NiSO4*7H2O — 240? 340 г/л.

NiCl2 *6H2O — 30? 40 г/л.

Н3ВО3 — 30? 40 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 45? 60? З, ік — 2,5? 10 А/дм2. Анод — нікель. Вихід нікелю по току 95%. Перемішування проводять стиснутим повітрям. рН електроліту 4,5? 5,2.

Для швидкісного осадження нікелю використовуються фторборатные чи кремнийфтористоводородные електроліти. Вони дають змогу здійснювати осадження при високих плотностях струму. Опади виходять світлі і элластичные.

Фторборатный электролит.

Ni (BF4)2 — 300? 400 г/л.

NiCl2 *6H2O — 10? 15 г/л.

Н3BO3 — 10? 15 г/л.

З іншого боку, електроліт містить певна кількість НBF4.

Електроліз ведеться за нормальної температури 45? 55? З, ік — 10? 20 А/дм2. Анод — нікель. Вихід нікелю по току до 100. рН електроліту 3? 3,5.

Мткротвердость опадів, отриманих з електроліту, сягає 3,5 гПа. Електроліт використовують як і стаціонарних ваннах, і у барабанах і колоколах.

Кремнийфтористоводородный электролит.

Ni (НBF6)2 — 400? 700 г/л.

NiCl2 *6H2O — 25? 50 г/л.

Н3BO3 — 30? 40 г/л.

З іншого боку, електроліт містить певна кількість H2SiF6.

Електроліз ведеться за нормальної температури 20? 50? З, ік — до 15 А/дм2. Анод — нікель. Вихід нікелю по току до 100. рН електроліту 0,5? 1.

Як буферних добавок для таких електролітів іноді використовують фториды.

Для отримання покриттів з мінімальними внутрішніми напругами використовуються сульфаминовые електроліти. Ці електроліти застосовуються для нанесення товстих верств нікелю, під час покриття неметаллов по проводящему прошарку чи металів по разделительному прошарку, і навіть для осадження спеціальних (наприклад, магнітних) покриттів. Сульфаминовые електроліти також дозволяють отримати пластичні опади з дуже великі ступенем зчеплення з основой.

Ni (Н2NSO3)2 — 280? 300 г/л.

NaCl — 12? 15 г/л.

Н3BO3 — 25? 30 г/л.

Миючий засіб «Прогрес» чи ОС-20 — 2? 3 мл/л.

Паратолуолсульфамид — 1,5? 2 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 50? 60? З, ік — 5? 12 А/дм2. Анод — нікель. Вихід нікелю по току до 100. рН електроліту 3,6? 4,2.

1. ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕССА.

1.1. ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОПЕРАЦИЙ.

1. Хімічне обезжиривание.

Хімічне знежирення поверхні деталей застосовується перед нанесенням гальванічних покриттів, зазвичай, передує электрохимическому обезжириванию. Застосовується за наявності на деталях товстих жирних пленок.

Хімічний спосіб видалення жирів полягає в взаємодії з органічними розчинниками і лугами. Це взаємодія призводить до розчинення жирів, їх омылению чи утворенню эмульсий.

Для знежирення використовується наступний состав:

NaOH — 30 мг/л;

Na3PO4 — 20 мг/л;

Na2SiO3 — 15 мг/л;

Синтанол ДС-10 — 10 мг/л;

Знежирення ведеться за нормальної температури 60 — 80? З протягом п’яти — 20 минут.

2. Електрохімічне обезжиривание.

Електрохімічне знежирення ефективніше, ніж хімічне, але вживається лише для тонких жирових плівок. Під час проведення електрохімічного знежирення на деталі утворюються бульбашки газу, що сприяють відриву загрязнений.

Електрохімічне знежирення буває катодным і анодним. Катод знежирення швидше, але виникає небезпека наводораживания поверхні. Анодное знежирення повільніше, немає наводораживания поверхні, але виникає небезпека подтравливания поверхні деталей.

У цьому роботі пропонується спочатку провести катод знежирення, потім поміняти полярність і короткий час проводити анодное знежирення у тому, щоб видалити водень з детали.

Склад электролита:

NaOH — 20 мг/л;

Na3PO4 — 30 мг/л;

Na2SiO3 — 30 мг/л;

Синтанол ДС-10 — 2 мг/л;

Знежирення ведеться за нормальної температури 60 — 70? З. Протягом 8 хвилин проводиться катод знежирення при ік — 2 — 10 А/дм2. Протягом 2 хвилин проводиться катод знежирення при iа — 2 — 10 А/дм2.

3. Активирование.

Операція варта видалення найтонших оксидних плівок із поверхні деталей. Її проводять між процесами знежирення і нанесення покрить. Краще, коли у процесі активації виключається проміжна промивання. Тоді, у ванну активації включаються ті елементи, перенесення що у гальванічну ванну не призводить до погіршення процесу.

Розчин для активації містить H2SO4 — 120 мл/л.

4. Промывка.

Мета промивання — як старанно видалити із поверхні виробів розчини і продукти від попереднього операцій, ні і за економному витратах води забезпечувати їхню мінімальне потрапляння до стічні воды.

Існує 2 зміни промивання деталей: одноступінчата (промивання лише у ванній із проточною водою) і багатоступінчаста (промивання у кількох послідовно встановлених ваннах із проточною водою). Багатоступінчаста промивання то, можливо прямоточной і противоточной (каскадної 2-х і 3-х ступенчатой).

Кожна з схем промивання то, можливо доповнена ванній уловлювання (ванна з непроточной водой).

У гальванічному виробництві розрізняють 3 виду промивань: холодну (температура не нормується), теплу (температура 40 — 50? З), гарячу (температура 70 — 90? С).

5. Осадження покрытия.

Для осадження подслоя міді на сталеві деталі використовується пирофосфатный электролит.

CuSO4*5H2O — 70? 90 г/л.

K4P2O7 — 350 г/л.

NH4OH (25% розчин) — 1? 2 г/л.

Кислота цитринова 20 г/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 35? 40? С, ік — 0,8? 1,7 А/дм2, рН — 8,3 ?8,5. Анод — мідь. При заподіянні покриттів на сталь слід завантажувати деталі в електроліт під струмом. З іншого боку, на початку електролізу необхідна підвищена щільність струму (1,0? 1,5 А/дм2) протягом 20? 50 сік.

Зі збільшенням концентрації вільних іонів P2O74- зменшується схильність анодів до пассивации. І поліпшується зчеплення мідних опадів із основой.

Для приготування електроліту спочатку до теплому (температура 30 — 40? З) розчину CuSO4 додають розчин K4P2O7 у кількості, необхідному для освіти Cu2P2O7 по реакции:

2CuSO4 + K4P2O7 = Cu2P2O7 + 2 K2SO4.

Отриманий осад фільтрують і промивають до видалення іонів SO42-, після чого надлишку додають K4P2O7. Через війну утворюються комплексні іони [Cu (P2O7)] 2- і [Cu (P2O7) 2] 6-, що є при рН 7,5 — 9,5.

Введення ЄІАС у електроліт лимонної кислоти, NH4OH та інших добавок покращує роботу анодів і сприяє підвищенню припустимою щільності струму при щодо високому виході міді по току (близький до 100%).

Для осадження нікелю використовується простий сірчанокислий електроліт.

NiSO4*7H2O — 250? 300 г/л.

NаCl — 10? 15 г/л.

Н3ВО3 — 30? 40 г/л.

1,4-бутиндиол — 1,0? 1,5 г/л.

Формальдегід — 0,01? 0,05 г/л.

Хлорамін Б — 2,0? 2,5 г/л.

ОС-20 — 2? 5 мл/л.

Електроліз ведеться за нормальної температури 45? 60? З, ік — 3? 5 А/дм2. Анод — нікель. рН електроліту 4,5? 5,5.

Электроосаждение нікелю проходить за підвищеної катодного і анодної поляризації. При пассивации анодів зменшується концентрація іонів нікелю в прикатодном просторі. Це спричиняє зниження виходу по току. Запровадження іонів Clзнижують анодний поляризацію, т.к. Clразряжаясь на аноді, розчиняють пасивну плівку поспішають і зменшують анодний поляризацію. Але, підвищений вміст іонів Clзбільшують розчинність анодів, що зумовлює нестабільності роботи ванни та підвищення рН катодного простору. Тому необхідно контролювати содержан хлорид-аниона в электролите.

При осадженні нікелю з кислих електролітів на катоді виділяється водень. Через це в прикатодном просторі підвищується рН, що зумовлює освіті тендітних і шорсткуватих опадів.

Збільшення кислотності також наводить, також, до їх зниження виходу по току (через витрати енергії на розряд М+). Виділення водню призводить до утворення пористого шорсткуватого осаду з питтингом. Тому нікелювання проводять при рН 4,0 — 5,5.

Для приготування електроліту потрібно протягом 2 — 4 годин промивати ванну 3 — 5% розчином кислоти при t — 50 — 60? С. потім злити розчин і промити ванну дистильованої водою. Залити ванну наполовину водою і підігріти до 70? С. Засипати ванну необхідну кількість борної кислоти, розчинити перемішуючи. Потім засипати NiSO4*7H2O і NaCl і розчинити. Долити воду до робочого рівня життя та засипати блескообразующие добавки. Відкоригувати рН, додаючи кислоту чи карбонат никеля.

6. Сушка.

Проводиться після остаточної промивання деталей (після осадження покриття). Становить собою обдувку теплим (t — 60 — 70? С) повітрям. Проводиться в сушильній шкафу.

1.2 СХЕМА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕССА.

4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

.

1. Бєлєнький М.А., Іванов А. Ф. Электроосаждение металевих покриттів. Справ. вид. М.: «Металургія», 1985.

2. Гальванічні покриття у машинобудуванні. Справочник/Под ред. Шлугера М. И. М.: «Машинобудування», 1985.

3. Зальцман Л. Г., Чорна С. М. Супутник гальваника. К.:1989.

4. Блискучі электролитические покрытия/Под ред. Матулиса Ю. Ю. Вільнюс.: «Минтис», 1969.

5. Каданер Л. И. Довідник по гальваностегии. До.: «Техніка», 1976.

6. Кудрявцев В. Т. Электролитические покриття металами. М.: «Хімія», 1979.

7. Лайнер В.І. Захисні покриття металів. М.: «Машинобудування», 1974.

8. Лайнер В.І. Сучасна гальванотехника. М.: «Металургія», 1967.

9. Пурин Б. А. Электроосаждение з пирофосфатных електролітів. Рига: Зинатне, 1975.

10. Ямпольський А. М. Меднение і нікелювання. Л.: «Машинобудування», 1977.

11. Ямпольський А. М. Ільїн В. А. Короткий довідник гальванотехника. Л.: «Машинобудування», 1981.