Что такое кадмирование металла

Обновлено: 16.05.2024

Все операции, которым подвергаются детали до поступления в гальванический цех, оставляют следы на их поверхности в виде различных загрязнений.

Толщиной даже в тысячные доли микрометра они резко снижают прочность сцепления покрытия с основным металлом, а при увеличении их толщины прочность сцепления падает почти в геометрической прогрессии. От качества очистки поверхности в значительной мере зависит и качество гальванических покрытий.

Загрязнения на поверхности металла могут быть различными по своей природе и свойствам. Термическая окалина, продукты коррозии, сульфидные или оксидные пленки, возникающие в результате взаимодействия металла с окружающей средой и довольно прочно связанные с ним силами химического сродства, удаляются травлением, в процессе которого нарушается их химическая связь с металлом.

Загрязнения в виде жиров, консервационных смазок, остатков полировочных паст, абразивов, охлаждающих эмульсий, связанные с металлом адгезионными силами, удаляются в процессе обезжиривания, разрушающего эти связи.

Способ очистки деталей от жировых загрязнений определяется их природой. Жиры растительного или животного происхождения практически не растворяются в воде, но взаимодействует с растворами щелочей или солей щелочных металлов, образуя растворимые в воде мыла.

Жиры минерального происхождения, к которым относятся минеральные масла, консистентные смазки, полировочные пасты и др. в воде также не растворяются. Поэтому для их удаления используют водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) или специальные органические растворители.

1. Свойства, область применения и состав электролита

Кадмирование в отличие от цинкования нельзя осуществлять методом погружения в расплавленный металл, вследствие летучести кадмия при температуре 400° С с выделением вредных для здоровья паров. В промышленной атмосфере кадмий и кадмиевые покрытия корродируют со скоростью в 1,7—2 раза большей, чем скорость коррозии цинка и цинковых покрытий.

Несмотря на то, что кадмий значительно дороже цинка тонкие кадмиевые покрытия применяют для защиты от коррозии и для придания поверхности красивого внешнего вида различным стальным деталям в авиации, для защиты от морской коррозии и др. Кадмированию подвергаются узлы из различных металлических деталей, например стальных и латунных, из алюминия и нержавеющей стали и т. п. в целях предупреждения или снижения электродвижущей силы работающих гальванических элементов.

Электролитическое кадмирование из цианистых электролитов получило промышленное применение около 50 лет назад. В дальнейшем были предложены различные блескообразователи и методы последующей обработки кадмированных изделий в целях их осветления.

Наиболее распространены цианистые кадмиевые электролиты, состоящие из щелочно-цианистого комплекса кадмия, свободного цианида натрия или калия, свободной щелочи и органической или неорганической добавки. Точный состав комплекса не установлен, его пишут в виде NaCd(CN)3 или Na2Cd(CN)4.

Электролит можно готовить путем растворения в цианистом натрии окиси кадмия с таким расчетом, чтобы было достаточно свободного цианистого натрия, с добавлением необходимых добавок.

Ниже приведены примерные составы электролита (г/л) для стационарной (I) и барабанной (II) ванн:

Катодная плотность тока тем выше, чем больше концентрация кадмия в электролите. Оптимальную концентрацию соли выбирают в зависимости от емкости электролита, частоты загрузок и выгрузок, формы покрываемых изделий и связанного с ними количества уносимого электролита.

Большую роль играет свободный цианид, который повышает электропроводность электролита и обеспечивает нормальное растворение анодов. Часто концентрацию свободного цианида поддерживают в пределах 60— 75 г/л. Внешний вид покрытий в известной мере зависит от отношения общего содержания цианида к содержанию металлического кадмия в электролите, которое стараются поддерживать в пределах 3,71-3,79.

Концентрация щелочи обычно определяется вводимой в электролит окисью кадмия. Назначение ее сводится в основном к повышению электропроводности, что особенно существенно при покрытии изделий в барабанах. Следует избегать избытка щелочи, так как это приводит к сужению допустимых значений плотностей тока для получения блестящих покрытий.

В электролиты кадмирования вводят блескообразователи как на органической, так и неорганической основе. Из органических блескообразователей заслуживают внимания продукты конденсации высокомолекулярных азотсодержащих соединений, пиперонал алюминия и некоторые сульфоновые кислоты. Другие запатентованные блескообразователи дают эффект только в разбавленных по кадмию электролитах. По мере повышения концентрации кадмия и увеличения плотности тока становится труднее получать гладкие, блестящие покрытия — необходимо ввести в электролит небольшие количества неорганических солей. Для этой цели применяют соли никеля или кобальта, причем никель в некоторых количествах соосаждается с кадмием при небольшой концентрации кадмия и щелочи в электролите. Соли кобальта дают такой же эффект, как соли никеля, но кобальт не соосаждается с кадмием.

2. Режим электролиза

В зависимости от состава электролита, его температуры и интенсивности перемешивания можно применять плотность тока в интервалах 0,5-5 А/дм2. В среднем плотность тока поддерживают в пределах 1,5—2 А/дм2 при концентрации 20 г/л Cd и 3-4 А/дм2 при концентрации 40 г/л Cd. Анодная плотность тока, обеспечивающая постоянный состав электролита при обычно применяемом режиме, не должна превышать 2 А/дм2.

Температуру чаще поддерживают в пределах 20—35° С, но в случае необходимости можно ее повышать.

Выход по току меняется в пределах 85—98%; чаще его значения соответствуют 90—95%. Выход по току увеличивается по мере повышения концентрации кадмия в электролите, повышения температуры и интенсивности перемешивания. С увеличением содержания цианида и блескообразователя выход металла по току несколько снижается, а с увеличением содержания щелочи - незначительно повышается. Анодный выход по току практически равен 100%, за исключением случаев применения чрезмерно высоких плотностей тока (анодных) и чрезмерного снижения концентрации свободного цианида.

Рассеивающая и кроющая способность цианистых кадмиевых электролитов имеют большое значение. При высоком содержании кадмия в электролите и заданной плотности тока рассеивающая способность падает при повышении температуры, а при заданной температуре рассеивающая способность улучшается при повышении средней плотности тока.

Постоянство рассеивающей способности может быть достигнуто только при повышении плотности тока в соответствии с повышением температуры. Рассеивающая способность улучшается при высоком содержании свободного цианида в электролите и низком содержании металла. Удельное сопротивление цианистых кадмиевых электролитов невысокое, приблизительно 5,6 Ом*см.

Кадмиевые электролиты чувствительны к ряду примесей, которые обесцвечивают покрытие. Наиболее вредные примеси — таллий, свинец, мышьяк, сурьма, олово, серебро. Эти примеси могут быть удалены при обработке электролита свежеосажденной кадмиевой губкой или цинковой пылью с последующей фильтрацией. Можно также прибегнуть к электролизу при низкой плотности тока.

Катодные деполяризаторы (нитраты, хроматы) существенно снижают выход металла по току. В разбавленном электролите 1,6 г/л ΝΟ3 снижают его до 60% без видимого эффекта, а 40 г/л ΝΟ3 снижают выход по току до 30%, и блеск при этом несколько слабеет. Весьма незначительные количества CrО3 обусловливают отслаивание покрытия, а 0,5; 1,0 и 1,9 г/л CrO3 препятствуют равномерному покрытию поверхности, а выход по току с 95% соответственно снижается до 85, 22 и 1%.

Некачественные покрытия могут быть удалены путем погружения в раствор, содержащий 120 г/л ΝΗ4ΝΟ3; от стали покрытия могут быть удалены анодно в растворе, содержащем 90 г/л NaCN и 15 г/л NaOH при 25° С и напряжении около 6 В или в пирофосфатном растворе. Как и во всех цианистых электролитах, в кадмиевых накапливаются карбонаты, которые при небольших концентрациях безвредны, но по мере накопления их удаляют методом «вымораживания» или при обработке сульфатом кальция.

Аноды. Кадмирование в цианистых электролитах осуществляется с применением растворимых кадмиевых и нерастворимых стальных анодов. Литые кадмиевые аноды имеют следующий состав: Cd>99,9%; примесей % не более: 0,005 Ag+Pb+Sn; 0,0005 As+Sb+Tl.

Аноды, полученные из подшипникового скрапа, обычно содержат больше допустимого количества серебра и олова, а также никеля и свинца. Эти примеси при высоких плотностях тока обусловливают неравномерное течение катодного процесса, а при низких плотностях образуется шлам, который оседает на поверхности покрываемых изделий, в результате чего получается грубое, пятнистое покрытие.

Кривые анодной поляризации кадмия в цианистых электролитах напоминают кривые поляризации растворимых в цианистых растворах анодов других металлов. Вначале поляризация медленно повышается до 0,2— 0,3 В по мере повышения плотности тока; при этом аноды имеют нормальный серый цвет. В дальнейшем при весьма незначительном повышении плотности тока поляризация повышается до 2,6—3,2 В. При этом значении напряжения анод имеет черный порошкообразный или полированный блестящий вид; наблюдается слабое выделение кислорода.

При дальнейшем повышении плотности тока анод покрывается белой солью, слой которой постепенно утолщается и начинается обильное выделение кислорода. При таком состоянии анод становится кислородным электродом и при дальнейшем повышении плотности тока поляризация растет очень медленно. Так как мы заинтересованы в растворении кадмиевых анодов со 100%-ным выходом по току, то визуально можем регулировать процесс по анодной плотности тока

Анодный предельный ток в сильной степени зависит от содержания свободного цианида — избытка сверх того количества, которое связано с солью Na2Cd(CN)4. Увеличение содержания свободного цианида от 15 до 75 г/л в электролите с 19,5 г/л Cd и 14,3 г/л NaOH повышает предельный ток от 2 до 3 А/дм2. Повышение содержания карбоната от 0 до 150 г/л в электролите c 19,5 г/л Cd; 14,3 г/л NaOH и 60 г/л свободного NaCN снижает предельный ток от 3 до 2 А/дм2.

Сильные окислители — хроматы, нитраты и др.— также приводят к резкому повышению анодной поляризации даже при незначительном содержании их в электролите.

Перенапряжение кислорода на стали при плотности тока 0,0047 А/дм2 равно 0,49 В, а при 0,47 А/дм2 оно составляет 1,95 В против неполяризованного кадмиевого электрода в электролите, содержащем 19,5 г/л Cd и 15—75 г/л свободного NaCN; практически эти данные не зависят от содержания свободного цианида.

Так как перенапряжение кислорода при данной плотности тока значительно выше, чем потенциал растворимого кадмиевого анода, то одновременное применение растворимых и нерастворимых анодов должно быть обеспечено индивидуальным анодным напряжением, контролируемым изолированными реостатами. Так как перенапряжение кислорода на полностью поляризованном кадмиевом аноде выше, чем на стали (3 против 2 В), то кадмиевый анод не может стать инертным, если он включен параллельно со стальным анодом. Это обстоятельство позволяет применять кадмиевые аноды в виде шаров и загружать стальные детали в качестве анодов (наряду с кадмиевыми) в барабаны. Необходимо избегать попадания в электролит хлор-ионов, так как они разъедают стальные аноды, что исключает возможность использования их в качестве промежуточных проводников.

Когда через анодно-включенную сталь течет большой ток, поверхность окисляется и покрывается пленкой, напоминающей ржавчину. Эта пленка препятствует дальнейшему прохождению тока без повышения напряжения, поэтому ее необходимо периодически удалять с поверхности. Следует учесть то обстоятельство, что если использовать одни стальные аноды (без кадмиевых), то они окисляют цианид до карбоната.

3. Последующая обработка кадмированных изделий

Хромовокислый раствор характеризуется высокой степенью пассивности, сообщаемой кадмию. Азотнокислый раствор имеет тот недостаток, что обработанные в нем кадмированные изделия покрываются пятнами, особенно мелкие, хранящиеся в небольшой таре. Подкисленный раствор перекиси водорода имеет то преимущество, что в процессе промывки на поверхности изделий не остается никаких пятен или других дефектов, связанных с этой обработкой. При любом методе последующей обработки необходима тщательная промывка.

4. Кислые кадмиевые электролиты

Попытки внедрить в промышленность кислые электролиты для кадмирования не увенчались успехом. Покрытия из кислых электролитов имели крупную структуру, значительную пористость, плохо сцеплялись с основой, электролиты имели плохую рассеивающую способность. Поэтому для кадмирования единственными в промышленности стали цианистые электролиты.

Давно известно, что высокопрочные стали после кадмирования в цианистых электролитах охрупчиваются и для борьбы с этим явлением, по данным многочисленных исследований, применяли нагрев. Однако не для всех марок стали это давало положительные результаты. Так, при прочности стали 16 000 кгс/см2 достаточно было 24-ч нагрева при температуре 175° С, в то время как при прочности стали 19 000 кгс/см2 разохрупчить ее не уда-лось ни при какой продолжительности нагрева.

Высказано предположение, что в высокопрочных сталях водород, включающийся в процессе кадмирования в цианистых электролитах в покрытия и частично в основу, при температуре 175° С (при которой покрытие не пοвреждается) находится в необратимом состоянии.

При сравнительных испытаниях кадмирования в кислых сульфатных, перхлоратных, сульфаматпых и фторборатных электролитах наиболее обнадеживающие результаты были получены в фторборатных электролитах по крайней мере с промышленной точки зрения.

Суть и назначение процесса кадмирования металла

Кадмирование металла — гальванический процесс создания защитных и декоративных пленок золотистого цвета. Применение кадмия для защиты от коррозии и особенности технологии кадмирования и хроматирования. Коротко о составе ванны.

Для защиты поверхностей изделий из стали от атмосферной и водной коррозии их поверхность покрывают тонкой защитной пленкой из металлов, пассивных к углероду и устойчивых к окислению. Самые распространенные среди них — это цинк и кадмий. Цинкование и кадмирование металла обычно осуществляется гальваническим способом, с использованием различных солей этих химических элементов. Кадмий устойчивее цинка и лучше защищает стальные детали от коррозии в морской воде. Но он дороже цинка в десятки раз и очень токсичен в производстве, поэтому кадмиевые покрытия используют только там, где им нет альтернативы. Такой областью применения является защита от коррозии металлических деталей судовых приборов и аппаратуры портового оборудования.

Металл после кадмирования легко паяется, а само покрытие пластично и не разрушается при гибке, вальцовке и штамповке. Хроматированный кадмий имеет красивый золотистый цвет, поэтому кадмирование также используют при декоративной отделке металлических поверхностей. К недостаткам такого покрытия можно отнести нестойкость кадмия по отношению к маслам и нефтепродуктам, в состав которых входят сернистые соединения.

Определение и назначение кадмирования

Толщина гальванического слоя при кадмировании деталей из различных металлов и их сплавов регламентируется ГОСТ 9.303-84. В зависимости от условий эксплуатации для углеродистых сталей она составляет от 12 до 40 мкм. Первое значение этого диапазона используется для изделий, находящихся под периодическим воздействием влаги и морских туманов, а последнее — при эксплуатации в условиях испарений и брызг морской воды. Обозначение типа кадмиевого покрытия включает в себя буквы, обозначающие сам металл, а также вид дополнительной обработки и его толщину в микронах. К примеру, КДхр-12 — это защитно-декоративное хроматированное покрытие толщиной 12 микрон.

Основное назначение кадмирования — коррозионная защита изделий, работающих во влажных и насыщенных солями средах. Наибольшее распространение такая гальваническая обработка деталей получила в оборонной промышленности, аэрокосмической отрасли и судостроении. Из-за пластичности и способности к сохранению свойств при повышенных температурах кадмирование является основным видом коррозионной защиты пружин и других деталей, работающих на изгиб и сжатие при циклических нагрузках. Еще одно массовое направление в гальванике — это кадмирование крепежа. Здесь кадмий не только является защитным материалом, но и обеспечивает герметичность резьбового соединения за счет своей пластической деформации.

Кроме защитных свойств, кадмирование обладает рядом других качеств. Кадмием покрывают железные контакты и подобные им детали, т. к. он легко поддается пайке. В отличие от меди у него хорошая гальваническая совместимость с алюминием и магнием, поэтому при сопряжении в изделиях меди и сплавов этих металлов на медные детали наносят слой кадмия. Еще одно направление кадмирования — отделка различных декоративных деталей, в том числе мебельной фурнитуры. В этом случае гальваническая поверхность подвергается последующему хроматированию для придания ей золотистого оттенка.

Основным недостатком кадмирования, препятствующим его широкому применению, является высокая токсичность кадмия, которая особенно опасна тем, что он не выводится из организма и накапливается в нем до критической концентрации. Другой сдерживающий фактор — это дороговизна кадмирования (по сравнению с покрытием цинком и оловом).

По своим физико-химическим свойствам к кадмию ближе всего золото, которое к тому же безопасно для здоровья. Но это еще более дорогой металл.

Технология процесса

Процесс кадмирования помимо самой гальваники включает в себя несколько подготовительных технологических операций. Еще до попадания в гальванический цех детали очищают на абразивоструйных установках или в барабанных и вибрационных аппаратах. Следующим этапом очистки является химическое или электрохимическое травление в щелочном электролите, с помощью которого с поверхности удаляются ржавчина и другие окислы, а также производится обезжиривание. Далее при необходимости производится снятие окалины, для чего деталь сначала обрабатывается раствором соляной кислоты, а затем для удаления травильного шлама — раствором из смеси едкого натра, кальцинированной соды и ортофосфата натрия. Затем, после активирования в растворе соляной кислоты в течение нескольких минут, деталь промывается водой, сушится и отправляется на участок кадмирования.

Перед погружением в гальваническую ванну детали помещаются на специальную оснастку: крюки, рамки, корзины. Хотя при кадмировании скорость осаждения во многом зависит от типа используемого электролита, все же главным образом она определяется плотностью тока. После гальванической обработки деталь осветляют в растворе хромового ангидрида, а затем, если это предусмотрено техническими условиями, пассивируют (хроматируют), погружая на некоторое время в раствор солей хрома. Хроматирование усиливает защитные свойства поверхностного слоя, т. к. в хромовокислых растворах происходит частичное замещение кадмия более твердым хромом. При этом поверхность детали приобретает красивый цвет: от радужного до различных оттенков золотистого и коричневого. Оттенок и насыщенность цвета зависят от состава применяемого раствора и времени обработки.

Кадмирование деталей может использоваться в сочетании с другими видами гальванических покрытий для усиления их защитных возможностей или придания особых механических свойств. Кадмий применяют в качестве подслоя при гальваническом цинковании для повышения коррозионной стойкости поверхности деталей. С этой же целью кадмирование может выполняться поверх медных и никелевых гальванических покрытий.

Нанесение на кадмиевое покрытие олова улучшает его качества при пайке, а также повышает пластичность в резьбовых соединениях.

Состав ванны

Гальваническое оборудование, используемое при кадмировании, не имеет каких-либо особенностей и ничем не отличается от установок для других видов гальваники. Как правило, это прямоугольные пропиленовые сосуды, размеры которых зависят от габаритов деталей и производительности процесса. В состав активной ванны, кроме самой емкости, обычно входят:

устройства подачи и откачки электролита и промывочной воды с системой фильтрации;
электрооборудование для регулирования и подачи катодного тока;
нагревательные элементы для подогрева электролита, система охлаждения и температурные датчики;
ложементы и штанги для подвески деталей с устройством качания;
механизм перемешивания электролита;
трапы для обслуживания, ограждения и крышки.

Основные группы электролитов для кадмирования — это цианистые, пирофосфатные, аммиакатные и кислые (сульфатные и фторборатные). Первые более стабильны и в общих случаях обеспечивают лучшее качество покрытия, поэтому более распространены. В состав электролита помимо вещества, содержащего кадмий, входит до десятка разных компонентов. По этой причине внутри основных групп существует множество разновидностей, каждая из которых имеет собственную технологическую направленность и особенные характеристики.

Некоторые народные умельцы осуществляют кадмирование деталей в своих домашних мастерских. Это действительно опасное занятие или же оно не несет угроз здоровью при соблюдении предписанных мер предосторожности? А что вы думаете по этому поводу? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях к этой статье.

Механизм и технология гальванического кадмирования металла.

Кадмирование — процесс нанесения тонкого слоя металлического кадмия на изделие для придания ему необходимых свойств. Основное назначение покрытия - защита стали от коррозии в солевой среде (морской воде и тропиках).

Кадмий — серебристо-белый металл, по своим свойствам близок к цинку, но в десятки раз дороже его. Он легко куется, вальцуется в листы, полируется. Плотность металлургического кадмия - 8,6 г/см 3 , температура плавления составляет 321° С, удельное электрическое сопротивление кадмия составляет 0,076*10 -6 Ом*м.

Заметная пассивация кадмия наступает во влажной среде, а при 200° C пассивная пленка утолщается, приобретая соломенно-желтый цвет. Пассивная пленка на кадмии, по сравнению с цинком, более плотная. Кадмий легко диффундирует в основной металл и на границе "металл-покрытие" образуется сплав.

Кадмий растворим в минеральных кислотах, особенно в азотной. При этом реакционная способность кадмия ухудшается с ростом его чистоты. В отличие от цинка кадмий не растворим в щелочах и не проявляет амфотерных свойств. Гидроксид кадмия растворяется в аммиаке. С цианидами кадмий образует плохо растворимый цианид кадмия. Однако, в избытке цианистого калия этот осадок растворяется с образованием комплексной соли.

Пары и соединения кадмия крайне ядовиты. Первыми признаками отравления являются тошнота и головная боль. Кадмий ни в коем случае не должен соприкасаться с пищевыми продуктами.

Кадмиевые покрытия известны достаточно давно. Их изучением занимались Мюллер, Бархманн, Верник, Изгарышев Н.А., Орлова С.И., Кудрявцев Н.Т., Осипова Е.В., Планер и ряд других ученых. Основное применение таких покрытий - защита стали от коррозии. В этом вопросе не все так однозначно, как с цинком. Длительное время шли споры о том - положительнее кадмий железа или отрицательнее, т.к. потенциалы этих металлов оказались близки. Ответ на этот вопрос кроется в том, что потенциалы металлов в растворах зависят от целого ряда факторов:

состав среды;
состав покрытия и основы;
пористость покрытия;
предшествующая обработка основы и пр.

Оказалось, что кадмий может быть как анодом, так и катодом по отношению к стали.

Анодный характер защиты кадмия проявляется в хлорид-содержащих средах (в частности - в морской воде). При несплошности солевой среды (туман, брызги) анодный характер защиты сохраняется.

В условиях сухого атмосферного воздуха кадмий по отношению к стали - катод. В атмосфере промышленных серосодержащих газов кадмий разрушается в 1,5-2 раза быстрее цинка, т.к. образующийся на поверхности покрытия слой сульфида кадмия легко смывается дождями. Также кадмиевые покрытия не устойчивы в среде продуктов, выделяющихся при старении олифы, масляных лаков.

Как и цинк кадмий подвергается хроматированию для улучшения его защитных свойств. В зависимости от условий эксплуатации стальных изделий толщина кадмиевых покрытий устанавливается в следующих размерах:

Кадмирование

Кадмирование позволяет повысить устойчивость поверхностей к воздействию соли.

Кадмий намного пластичнее цинка, выдерживает большие линейные деформации, имеет прочное сцепление с основным металлом, высокую устойчивость к агрессивным химическим соединениям. Технология получения покрытий регламентируется положениями ГОСТ 9. 305-84. Кадмирование металла не рекомендуется проводить для деталей, работающих в прямом контакте с синтетическими топливными маслами, оно может использоваться для защиты поверхностей от негативного влияния солевых брызг и морской воды, в условиях постоянной повышенной влажности воздуха.

Процесс кадмирования – сложные электрохимические реакции, происходящие в специальных ваннах, толщина покрытия выбирается в зависимости от условий эксплуатации деталей.

Во время коррозии кадмия образуются ядовитые химические соединения, в связи с этим категорически запрещено использовать кадмий для защиты поверхностей деталей, имеющих контакт с пищевыми продуктами. Отливка анодов из кадмия должна выполняться при эффективной вентиляции и не допускать нагрева металла более +400°С.

Большая цена металла (в 50 раз дороже цинка) существенно ограничивает сферы использования кадмиевых покрытий. Их применяют для защиты поверхностей наиболее ответственных деталей, работающих в сложных условиях: портовых сооружений и деталей морских судов, высокопрочных пружин, ответственных электрических контактов и т. д. Высокая пластичность позволяет снизить усилия при затяжке крепежа, кадмирование используется для покрытия стали, меди, алюминия и их сплавов. Для повышения эксплуатационных и физических показателей кадмиевое покрытие может дополнительно хроматироваться.

Перед обработкой детали должны очищаться от жира и механических загрязнений. Очистка делается химическим или механическим способом. Конкретное решение принимается в зависимости от степени и характера загрязнителей.

Краткая характеристика используемых электролитов

Электролиты, используемые для кадмиевых покрытий, делятся на две большие группы:

Кислые простые. Широко применяются в промышленном производстве, кадмирование происходит в сульфатных, борфторидных и прочих растворах. Удовлетворительные результаты получаются, если в ванны для кадмирования добавляются ПАВ. За счет этих компонентов структура покрытия приближается к структуре, полученной в цианидных электролитах. Гальваника делается при выходе по току 100%, на катоде происходит только разряд ионов металла. Кислые электролиты используют преимущественно для обработки небольших деталей простой конфигурации из-за невысокой рассеивающей способности раствора. Иногда используются цианидные растворы, отличающиеся высокой рассеивающей способностью, сталь покрывается ровным слоем вне зависимости от конфигурации. Выход по току меньше, чем у кислых составов, что несколько уменьшает коэффициент полезного действия.
Сложные комплексные. Применяются для замены особо вредных цианидных электролитов, обладают высокой рассеивающей способностью, обеспечивают мелкозернистое покрытие стали. Широкое распространение сложных электролитов сдерживается проблемами с обезвреживанием технологических сточных вод.

Простые кислые электролиты

Сульфатные. Главный компонент – сульфат кадмия, концентрация 40–400 г/л. Для повышения электропроводности в раствор добавляется сульфат аммония или сульфат алюминия.
Борфторидные. В состав входит борфторид кадмия, что позволяет выполнять кадмирование крепежа при более высоких токах.

После добавки ПАВ значительно тормозятся катодные процессы, за счет чего увеличивается образование мелкозернистых покрытий. Как ПАВ применяются ОС-20 и ДЦУ, комбинирование нескольких ПАВ улучшает показатели кадмиевых покрытий. Аноды изготовлены из чистого кадмия.

Для приготовления простых кислых электролитов все компоненты растворяются отдельно в теплой воде, гальванические ванны наполняются водой до половины, в которую вначале осторожно вливается серная кислота, а потом добавляются растворы солей. После остывания раствора в него вливаются ПАВ, кислотность выдерживается в пределах 3–5. Недостаток кислых электролитов – возможность появления на поверхности металла темных пятен различной формы.
Цианидные электролиты Главный компонент – цианидная соль кадмия, в результате химических реакций в растворе образуется определенное количество щелочи. Кадмирование протекает с выделением водорода. За счет устойчивости комплексного аниона на поверхности стали образуется прочная мелкозернистая структура кадмия. Электролит характеризуется высокой рассеиваемостью, что позволяет обрабатывать глубокопрофиллированные поверхности, процесс отвечает требованиям государственных стандартов. Выход по току уменьшается до 90–95%. Значительное влияние на плотность тока оказывает фактическая концентрация, процесс имеет высший КПД.

Кривые катодной поляризации

При недостаточной концентрации цианида натрия на металле происходит пассивация анодов, поверхности покрываются пассивной пленкой, что может вызвать неполадки в технологии, качество кадмиевого покрытия ухудшается. С целью минимизации последствий негативного явления в раствор добавляется гидроксид натрия.

Зависимость выхода по току от температуры и плотности тока

Наиболее широко используемые в промышленности электролиты имеют следующий состав:

Для получения блестящей поверхности стали используются следующий состав электролита:

Сложные нецианидные электролиты Аммонийные

По показателям рассеивающей способности располагаются на промежуточном месте между цианидными и сульфатными, характеризуются высокой проводимостью тока и могут использоваться во вращательных устройствах. Растворимость составляющих выше, чем кислых составов.

Химический состав аммонийного электролита

В последнее время широкое распространение получают аммонийно-уротропиновые электролиты с повышенными показателями рассеивающей способности. Они обеспечивают мелкозернистое кадмирование, составы безвредны, могут применяться в установках вращающегося типа. Для осаждения необходимы высокие показатели катодной поляризации, образуются соединения кадмия с сульфатом и уротропином.

Химический состав аммонийно-уротропинового электролита

Известны случаи использования добавления в раствор хлора. Хлористо-аммонийное кадмирование используется для покрытия крепежа слоем с увеличенными показателями толщины.

Химический состав электролита с использованием хлора

На основе аминопроизводных Кадмий в электролите производит комплексные катионы, сообразователями бывают трилон и полиэтиленполиамин. Электролит образует на поверхности металла мелкозернистую структуру. Недостаток электролита – высокая токсичность и проблемы с отработанными техническими составами.

Состав аминопроизводного электролита

Состав пирофосфатного электролита

Выход по току уменьшается по мере роста поляризации, при добавлении трилона Б гальваника происходит при лучших показателях. Трилон Б перед добавкой растворяют в теплой воде и вводят в раствор, после приготовления показатели кислотности регулируются отдельно, кадмирование может выполняться в любых ваннах.
Финишная обработка покрытий С целью увеличения показателей устойчивости к коррозионным процессам поверхности стали покрывают слоем хрома. Перед пассивацией крепеж осветляется в растворе с содержанием серной кислоты. Для увеличения пластичности стали кадмирование может завершаться тепловой обработкой.

Оборудование для кадмирования

Промышленное оборудование для кадмирования состоит из специальных емкостей для ванны и дополнительных устройств. В зависимости от номенклатуры и количества деталей гальваника выполняется в ваннах различного типа.

Колокольная ванна. Используется для обработки стальных деталей средней величины. Процесс протекает под контролем электроизмерительной аппаратуры, возможна работа в автоматическом режиме. Может иметь погружной или наливной колокол. Наливной колокол на каждую партию крепежа наполняется электролитом, новое кадмирование требует замены электролита. Стальные детали выгружаются одновременно с раствором. Погружной колокол погружается в электролит, постоянно находящийся в ванне, процесс не требует постоянной замены электролита. Второй способ считается экономически выгодным.

Барабанная ванна. Перфорированный колокол заменяется вращающимся барабаном. Кадмиевое покрытие стали получается более однородным, стальные детали постоянно вращаются, что уменьшает зернистость и позволяет покрывать сложные поверхности.

Ванны для блестящих покрытий. Процесс блестящего покрытия стальных элементов требует постоянного движения электролита. Результат достигается по методу безвоздушного перемешивания или при постоянном покачивании. Блестящее кадмиевое покрытие требует непрерывной фильтрации электролита. Оборудование имеет специальные механизмы, выполняющие перемещение состава. Весь процесс контролируется электронными устройствами.

Если технология требует высоких температур, то поверхности гальванических ванн могут дополнительно футероваться особо стойкими марками листового поливинилхлорида. Линии для кадмирования могут включать в себя отдельные ванны по химической очистке стальных поверхностей и промывке деталей после завершения процесса.

Также мы производим

Воздуховоды хим стойкие

В разделе представлены цилиндрические и прямоугольные воздуховоды. Специалисты и менеджеры компании Пласт Продукт помогут подобрать и рассчитают цену любой интересующей вас продукции. Воздуховоды применяются на промышленных и бытовых объектах, устойчивы к химии и коррозии.

Вентиляторы промышленные коррозионностойкие и химстойкие

Промышленные химически стойкие вентиляторы Plast-Product – предназначенные для гальванических цехов и производственных помещений с агрессивными испарениями. Производятся из хим стойких пластиков Полипропилен ПНД, ПВХ и ПВДФ. Материал и характеристики подбираются в зависимости от задач заказчика.

Фильтры волокнистые гальванические (ФВГ, ФКГ)

Фильтры волокнистые гальванические предназначены для высокоэффективной очистки воздушных вентиляционных выбросов от жидких и растворимых в воде твердых аэрозольных частиц и паров в гальванических, травильных и химических производствах; из вытяжных шкафов, лабораторных помещений; моечных камер для струйной обработки поверхностей. Могут использоваться в пищевой промышленности.

Скруббер

Компания Plast-Product производит скрубберы абсорберы и центробежно-барботажные установки, аппараты которые используются для очистки воздуха от пыле-газо-воздушных смесей и токсичных испарений.

Технология кадмирования металла в домашних условиях

В статье вы узнаете, как происходит гальваника, поймете особенности этого процесса и сможете повторить кадмирование самостоятельно, в домашних условиях.

Определение процесса

Кадмирование или гальваника – это нанесение покрытия из кадмия на стальные изделия, используя метод электролитического осаждения.

Этот процесс необходим для того, чтобы защитить покрытие от процессов коррозии, либо для придания деталям более привлекательного вида – с помощью гальваники можно сделать в домашних условиях серебряное или золотое напыление на поверхность детали из металла.

Толщина слоя, создаваемого при кадмировании стали, варьируется обычно от 15 до 25 мкм.

Благодаря тому, что кадмиевое покрытие очень пластичное, его можно использовать для крепежа деталей, имеющих резьбовое соединение, обеспечивая при этом необходимую герметичность во время затяжки.

Чаще всего этот способ используют в сферах судостроения, машиностроения, авиастроения и других, где используется крупная техника. Однако в некоторых случаях этот процесс можно провести своими руками в домашних условиях.

Помимо крупных промышленных сфер, обработка стали необходима для того, чтобы снизить силу движения (крепежа) основных элементов, находящихся в работе.

Обязательному кадмированию металла подлежат все крупные самолетные и корабельные детали из стали, различные аккумуляторы, а также те виды изделия, которые используются в их погодных условиях.

Обработка деталей из стали ( кадмирование) осуществляется посредством электролитов, состоящих из солей кадмия и добавленных коллоидов (в домашних условиях ими выступают клей или желатин) – благодаря смешиванию этих двух компонентов, после процесса обработки вы получите качественное покрытие детали.

Чтобы провести обработку путем кадмирования пкдз и сложных профилей, используют комплексные растворы, в которые обычно входят цианистые соли.

Борфтористоводородные электролиты имеют большую рассеивающую способность, чем их кислые аналоги, поэтому благодаря их использованию, можно получить мелкокристаллическое покрытие с содержанием высокой плотности тока.

Благодаря использованию данных электролитов, вы сможете получить более плотные и устойчивые к деформации крепежа покрытия, в отличие от цианистых.

Такой способ лучше использовать при покрытии деталей, имеющих значительное внутреннее напряжение, к примеру, с помощью пружин, или пружинных шайб.

Также этот способ обработки крепежа деталей допускает использование привычных кислых электролитов, основными компонентами которых является сернокислый кадмий.

На заготовки кадмиевое покрытие наносится следующим образом: электролиты подвергаются электролитическому осаждению с большой плотностью тока.

Чтобы интенсифицировать процесс осаждения, нужно в одно время увеличивать воздействие температуры, а также плотность тока в то время, когда вы перемешиваете электролит.

Основной проблемой при кадмировании деталей из стали может стать образование деформированного, неровного-шероховатого или просто некачественного финального покрытия.

Это происходит из-за того, что электролиты в процессе крепежа защелкиваются в прикатодной зоне, и тем самым теряют свои свойства и, следовательно, качество финального изделия.

Процесс кадмирования

Нанесение кадмированного покрытия на поверхность деталей из стали осуществляется в специальной емкости, которую называют электролитической ванной.

Температура во время процесса должна быть 27 градусов, а плотность тока – 1.6 А/дм.кв.

Минус здесь в том, что такой способ нельзя использовать, если осуществляется локальное осаждение кадмия, т.к. могут возникнуть пригары, если плотность тока будет слишком высокой – все это повлияет на качество конечного слоя покрытия.

В домашних условиях проще осуществить другой подобный способ обработки кадмированием деталей из стали, когда электролит включает кадмий, концентрация которого 140-160 г/л, а также борфтористоводородную кислоту, с максимальной концентрацией 35-40 г/л.

Во время нанесения покрытия плотность тогда должна быть 3-8 А/дм.кв.

Недостаток данного способа в том, что интервала, проходящего между концентрацией главных компонентов и плотностью рабочего тока, недостаточно, чтобы наносить покрытие должного качества – из-за этого поверхность может иметь светлые оттенки или полирующиеся осадки.

Наиболее качественным вариантом нанесения покрытия из кадмия заключается в следующем: нужно отмерить в нужных частях борную кислоту, желатин, плюс окись кадмия.

Желатин готовится за день до того, как будет сделан электролит кадмирования.

Для создания нужно смеси нужно засыпать сухой желатин в литр дистиллированной воды, размешать смесь эбонитовым стержнем, оставить смесь на сутки, чтобы она разбухла.

Через сутки из бутылки нужно слить оставшуюся воду и влить литр горячей воды, ее температура должна быть около 70 градусов. Затем смесь нужно снова перемешать, чтобы вода стала прозрачной, и порошок полностью растворился.

В емкость, в которой готовится электролит, нужно влить фтористоводородную кислоту в нужном количестве, а следом за ней – борную кислоту, ее нужно добавлять маленькими порциями и сразу же перемешивать, чтобы не возникало никаких реакций.

Получившийся раствор нужно оставить на 1.5 часа, чтобы дать ему настояться, а также, чтобы химическая реакция полностью завершилась.

После того как жидкость отстоялась, в нее нужно засыпать нужное количество кадмиевой окиси (ее количество нужно просчитать заранее).

После этого раствор снова нужно оставить на некоторое время (будет достаточно получаса).

После того как время отстаивания закончилось, в емкость нужно влить желатиновый раствор и добавить дистиллированной воды, чтобы электролит кадмирования получил необходимый для работы объем жидкости, и тщательно перемешать получившуюся смесь с использованием сжатого воздуха.

Перемешивать нужно от 20 до 40 минут.

После этого нужно очистить электролит путем электрохимической очистки, чтобы удалить образовавшиеся в процессе реакции примеси: олово, медь, сурьма, никель и т.д.

Очистить кадмирование электролита можно с помощью тока до 25 А. Очистка проводится продолжительностью не менее трех часов.

Когда все процессы закончены, электролит нужно профильтровать, используя специальную фильтровальную установку.

Кадмирование электролита пкдз достаточно сложный и опасный процесс: пкдз нельзя проводить в закрытом помещении, т.к. соединения кадмия очень токсичны.

Кроме того, защитные качества покрытия деталей из стали после кадмирования пкдз будут значительно хуже, чем, например, после оцинковки. Чаще всего пкдз используют на производстве, где есть соответствующе защитные инструменты.

Для обработки металла в домашних условиях своими руками лучше выбрать другой способ, например, оцинковку.

Читайте также: