Гальванічне осадження покриттів

Мета роботи: Отримання покриття з функціональним призначенням на поверхні виробу гальванічними способами.

ТЕОРЕТИЧНІ відомості

Гальванічні покриття

Норму часу при нанесенні гальванічних покриттів визначають по формулі

, (3.1)

де T₀ - – тривалість осадження покриття, год;

T_i – час на завантаження і вивантаження деталей з ванни, приймають рівним 0,1 - 0,2 год;

k _пз– коефіцієнт, що враховує додаткове і подготовительно- завершальний час, при однозмінній роботі приймають рівним 1,1 - 1,2; при двозмінній – 1,03 - 1,05;

n _д - число деталей, що одночасно нарощуються у ванні, шт.;

η _в– коефіцієнт використання ванни (= 0,8 - 0,95).

Тривалість осадження покриття визначають по формулі

, (3.2)

де h - – товщина нарощуваного шару на сторону, мм;

γ – щільність металу, що облягає (для хромування – 6.9, залізнення –7.8 г/ см³)

ε – електрохімічний еквівалент металу, що облягає (для хрому = 0,324 г/А·ч; для заліза – = 1,042 г/А·ч);

S - – площа хромування, дм³;

I – сила струму, А;

η – вихід металу по струму. При хромиро­вании =12–15%; при залізненні = 80–92%.

Покриття отримують електроосадженням на металі виробу, котрий виконує роль провідника. Метал, на який наноситися покриття, виконує роль катода, занурюється в електропровідний розчин, котрий вміщує солі цього металу. Анод – стрижень або аркуш із металу, що створює покриття. При проходженні постійного струму на катоді (виробі) осаджуються іони металу, а анод поступово розчиняється і таким чином підтримує концентрацію металу в розчині. Використовуються також і аноди із інертного матеріалу, але в цьому випадку концентрація іонів металу підтримується відповідним додаванням солей по мірі проходження процесу. На рис. 3.1 наведено технологічну схему нанесення електролітичних покриттів.

1 – випрямляч; 2 – реостат; 3 – анодна шина; 4 – катодна шина; 5 – ємність для осадження; 6 – підвіска; 7 – виріб; 8 – електроліт; 9 – анод

Рис. 3.1. Технологічна схема нанесення електролітичних покриттів

Осадження розпочинається із утворення центрів кристалізації, зазвичай на дефектах кристалічної гратки із наступним зростанням кристалів. Це забезпечує атомні зв’язки основи і покриття і повну адгезію без утворення проміжних шарів сплавів між покриттям і основою. Як правило, між металами основи і покриття при температурі процесу, наступному зберіганні або експлуатації відсутня дифузія.

У отриманому покритті можуть бути чисті метали, суміші металів, сплави, суміші металу із неметалевими частинками. Чистій метав отримується при використанні електроліту, що вміщує сіль цього металу. Для отримання покриттів із сумішей металів або сплаву необхідні електроліти, що вміщують солі складових металів, котрі осаджуються або окремо, або безпосередньо у вигляді сплаву. При використанні розчинів, в яких неметалеві частинки присутні у вигляді суспензії і у процесі формування кулі частинки захоплюються і закріплюються металевою складовою кулі.

Міднення. Мідні гальванічні покриття в термічних підрозділах використовують як захист поверхонь виробів від цементації, в інших випадках – як компоненти багатошарових систем із метою підвищення їх захисної здатності, для збільшення електропровідності поверхневого кулі виробів, для поліпшення процесу паяння.

Електроліті для міднення поділяють на дві групи: а) прості, в основному кислотні, в котрих атоми міді знаходяться у вигляді акваіона; б) комплексні, переважно лужні, де мідь вході до доладного катіона або аніона. Нижче наведене склади декотрих електролітів (г/л) та режими електролізу:

1. 150 - 250 CuSO₄?5H₂O, 50 - 70 H₂SO₄, tp =18 - 40°C

ік=0,5 - 2 А/дм² (густина струму);

2. 500 - 600 Cu(NO₃) ₂?3H₂O, 0,4CuCl₂?2H₂O, рН 1 - 2

tp=18 - 25°C і=5 - 20 А/дм2;

3. 80 - 100 Cu(NO₃)₂ ? 3H₂O, 170 - 280 3, 85 - 100 Al(NO₃)₃

0,5 - 2,5 гліцина, tp=18 - 25°C і=1,5 - 2 А/дм²;

При електроосадженні міді спостерігається наводнення основи, тому після цього необхідна термічна обробка для зневоднення (t=120 – 150 °С, t=1 - 3 рік).

Інтенсифікації процесу міднення сприяє перемішування електроліта. Вікорістання для цього повітря небажано, тому що наводити до розкладання солей та накопичення в розчині карбонатів. Позітівній результат дає погойдування катодних штанг із частотою 20 - 30 за хвилину та амплітудою 30 - 40 мм. Іншим напрямком є реверсування постійного струму із тривалістю 10 - 20 з катодний період, 1 - 3 з –анодний період.

Хромування. Хромові покриття за їх функціональними можливостями найбільш універсальні. За їх допомогою підвищують твердість та зносостійкість поверхонь деталей та інструментів, корозійну стійкість, відновлюють зношенні вироби. Хром характеризується високою стійкістю проти корозії в атмосферних умовах та багатьох хімічних середовищах, що обумовлено наявністю на поверхні покриття щільної плівки оксидної природи, котра при пошкодженні швидко відновлюється. Захисна дія цієї плівки зберігається до підвищених температур, тому хромування використовують для захисту виробів, що експлуатуються до 700 - 800°С.

Проміслові електроліти для хромування розділяють по концентрації CrO₃ на три групи: розбавлені (100 - 170 г/л CrO₃) середні або універсальні (200 - 250 г/л CrO₃), концентровані (340 - 500 г/л CrO₃).

Розбавлені електроліти дозволяють отримати покриття із високою мікротвердістю, забезпечують найбільшу розсіювальну здатність.

Проте покриття характеризуються відносно низькою стійкістю проти корозії, основний метав значно наводнюється. Склад (г/л) та режими хромування: 150 CrO₃, 170(NH4)₂?Cr₂O₇, 1,5H₂SO₄, tp=65°C ік=40 А/дм².

У універсальному електроліті (230 - 250 CrO₃, 18 - 20 K₂SiF, 8 - 10 CaF₂, tp = 50 - 70°C ік = 40 - 80 А/дм²) при достатній його стабільності, в широкому діапазоні режимів електролізу можна отримати як блискучі, так і тверді, зносостійкі покриття. Хромові покриття, отримані в таких розчинах, використовують для декоративного оздоблення виробів, поліпшення механічних властивостей поверхні, відновлення зношених виробів.

Концентровані розчини більше ніж інші стійкі за складом в процесі експлуатації (450 - 500 CrO₃, 3,5 - 4,0 H₂SO₄, співвідношення CrO₃:H₂SO₄ = 110 - 120, вміст Cr+3 не вище 2 г/л, tp = 34 - 36°C Ік = 3 - 6 А/дм2). Отримані покриття мають невисоку твердість їх доцільно використовувати для декоративного хромування.

Нікелювання. Нікель в більшій ступені ніж кобальт та залізо, що входять до групи заліза, схильні до пасивації. Це обумовлюєйого стійкість в атмосфері підвищеної вологості, в розчинах лугів, органічних кислот. Для нікелювання використовують сульфатні, фторборатні, сульфаматні, фосфатні, ацетатні, цитатні електроліти.

Електроліт складу (г/л) 240 - 340 NiSO₄?7H₂O, 30 - 60 NiCl₂?2H₂O, 30 - 40 H₃BO₃, запропонований близько 90 років тому є основою більшості сучасних сульфатних електролітів. Поява згодом низькі сульфатних розчинів привели до поліпшення технологічних властивостей електролітів та експлуатаційних показників покриття (табл. 3.1):

Табліця 3.1 – Склад розчинів та умови нікелювання

На основі нікелю електролітично отримують стопи із залізом, кобальтом, цинком, хромом, оловом та ін. Стопи із залізом та кобальтом представляють особливий інтерес завдяки своїм електромагнітним властивостям. Відомо, що стоп 80%Ni + 20%Fe характеризується високою магнітною проникністю, а стопи системи Ni-Co – великими значеннями коерцитивної сили. Тому такі покриття знайшли використання при виготовленні напівфабрикатів в електронній та радіотехнічній промисловості.

Поиск по сайту: