Ванна для обезжиривания металла

Обновлено: 21.09.2024

Обезжиривание деталей перед гальванической обработкой выполняется в ваннах с качающимися корзи¬нами (см. п. 7) и в галтовочных барабанах. Для элек¬трохимического обезжиривания применяют ванну, описанную в п. 7. Назначение обезжиривания состоит в удалении с поверхности деталей пленки органических жиров и мине¬ральных масел, а также различных твердых загрязне¬ний (мелкой металлической - и минеральной мыли), удерживаемых на детали жировой (масляной) пленкой. Органические жиры попадают на детали, если при их полировании применялись листы со стеарином, олеином, техническим салом, и от соприкосновения с чело¬веческими руками, которые, как бы чисто они ни были вымыты, всегда покрыты выделяющимися из кожи жиром и потом. Минеральные масла (и близкие к ним вещества) — это смазочные и консервирующие материалы, специально наносимые на металл при его хранении или попадающие на него в процессе механической обработки. Твердые загрязнения могут быть весьма разнообразными, но к ним в данном случае не относят окислы.
В гальванотехнической литературе иногда указывается, что при обезжиривании в щелочных растворах происходит омыление органических жиров, т. е. превращение их в легко растворимое в воде мыло. Теорети¬чески это правильно, но практическая ошибка такого утверждения заключается в том, что оно не учитывает элемента времени. Процесс омыления очень длителен. Причина этого в том, что даже при интенсивном кипении водный раствор щелочи и растопленный жир образуют два несмешивающихся между собой слоя и химическая реакция между ними идет чрезвычайно медленно, в течение нескольких часов.
Следовательно, даже при химическом обезжиривании, продолжающемся 0,5—2 ч, вряд ли можно ожидать какого-либо существенного омыления жира, а тем более при электрохимическом обезжиривании, продолжающемся не более 5 мин. К тому же преобладающее загрязнение — минеральные масла — не омыляются ни при каких условиях. Обезжиривание, удаленнее деталей органических жиров и минеральных масел достигается благодаря наличию в обезжиривающем растворе специально добавляемых эмульгаторов — веществ, которые проникают между частицами загрязнений и металлом, отделяют их таким образом от поверхности детали и удерживают в виде устойчивой эмульсии — мелких капелек, не сливающихся в сплошной слой жира, который иначе мог бы снова прилипнуть к детали. В растворе для электрохимического обезжиривания к действию эмульгаторов добавляется очень эффективное и интенсивное удаление загрязняющих частиц с поверхности детали пузырьками выделяюще¬гося газа (водорода — при катодном процессе и кислорода при анодном).
Надежное обезжиривание без эмульгаторов, даже при интенсивном газовыделении в электрохимическом процессе, практически невозможно. Ни едкие, ни углекислые щелочи эмульгирующими свойствами не обладают, они только создают благоприятные условия для работы эмульгаторов.
32. Обезжиривающие растворы
Эмульгаторы. В состав обезжиривающих растворов издавна вводились компоненты, обладающие более или менее заметным эмульгирующим действием. Так, например, небольшим эмульгирующим действием обла¬дает тринатрийфосфат. Более сильно эмульгирует жидкое стекло, но оно имеет существенный недостаток — в случае плохой промывки после обезжиривания при последующем активировании в слабокислом растворе неотмытое жидкое стекло под действием кислоты разлагается с образованием на детали нерастворимой пленки окиси кремния, нарушающей прочность сцепления покрытия. Хороший эмульгатор — обычное хозяйственное мыло, но при его концентрации свыше 3—5 г/л в концентрированном растворе щелочи оно высали¬вается и всплывает на поверхность раствора, образуя пленку, могущую прилипнуть к деталям при их извлечении из ванны. Кроме того, большинство сортов хозяйственного мыла содержит значительные количества канифоли в виде канифольного мыла, ко¬торое при гидролизе разлагается, образуя на детали канифольную пленку, препятствующую покрытию.
Хорошим эмульгирующим действием обладают синтетические эмульгаторы, выпускаемые ныие в очень широком ассортименте. К ним относятся ОП-7, ОП-10, синтанол ДС-10, сульфаиол НП-3 и др. Добавляют их в ванну обезжиривания в количестве 0,05—0,5 %, редко больше. Синтетические моющие средства. Промышленность выпускает синтетические моющие средства, специально предназначенные для обезжиривания металлических деталей в заводских условиях: ТМС-31. ТМС-70, МЛ-51, МЛ-52 и др. Для обезжиривания стальных деталей могут быть с успехом использованы жидкости, вы-пускаемые промышленностью для мытья столовой (бытовой) посуды, например «Жемчуг» (завода «Мое бытхим»), «Вильва» (завода «Ленбытхнм») и др. Во шый 0,5—1,0 %-ный раствор этих жидкостей при 40—50 °С и интенсивном перемешивании удаляет полироваль-ную пасту за 10—15 мин. При протирании деталей волосяными щетками вручную, подобно тому, как это делается кое-где еще и сейчас при мытье в бензине, керосине или иных горючих растворителях, обезжиривание достигается быстрее, чем в горючих растворите¬лях и совершенно безопасно как н пожарном, так и в гигиеническом отношении. Можно использовать и бытовые стиральные порошки, разводя их в концентрации, рекомендованной для применения в стиральной машине, но поскольку они предназначены не для стали, а для материи, надо предварительно проверить действие порошка данной марки на стальном образце, ибо некоторые вызывают заметную коррозию стали.
Завершающие и контрольные операции
Щелочные растворы плохо смываются с металлических деталей, поэтому промывку после химического и электрохимического обезжиривания нужно вести в горячей (70—90 °С) воде, но, поскольку после электрохимического обезжиривания обычно следует активиро-вание, куда деталь должна обязательно поступать холодной, во избежание ее обсыхания и окисления, то после электрохимического обезжиривания должна следовать сначала промывка в горячей воде, а затем — в холодной.
Невооруженным глазом можно увидеть на обезжиренной детали только значительные загрязнения и не удаленные при предшествующем травлении достаточно толстые пленки окислов.
Немного более чувствительный метод — протирание влажной поверхности деталей чистой белой тряпкой или фильтровальной бумагой при сильном нажиме. Это позволяет, например, заметить, благодаря жирному пятну на тряпке, остатки на детали плохо удаленной консервирующей смазки.
Широко распространен способ окунания испытываемой детали в воду, основанный на том, что вода не смачивает загрязненную поверхность металла, оставляя на извлеченной из воды детали в загрязненных местах хорошо видимые глазом разрывы водяной пленки. Однако в некоторых условиях, в частности, при малых количествах жировых загрязнений, при наличии следов мыла, облегчающих смачивание, небольших количеств ржавчины и мелкораздробленного металлического порошка (опилок), способ может не показать присутствия загрязнений и, наоборот, в некоторых случаях создать впечатление присутствия несуществующих загрязнений. Чтобы по возможности избежать грубых ошибок, нужно проводить испытание в следующей последовательности: после операции обезжиривания промыть деталь как обычно; затем промытую деталь опустить в чистую, холодную воду, дать стечь избытку воды в течение примерно 30 с, но не дольше, чтобы не успела испариться водяная пленка; осмотреть деталь; окунуть ее в 1—2 %-ную серную кислоту для разрушения следов мыла (не применять соляную кислоту!); затем опять окунуть в чистую холодную воду и вновь осмотреть деталь.
При чрезмерно толстом слое воды (при недостаточной выдержке для стекания) вода может удержаться и на грязной поверхности, а при излишне большой выдержке деталь обсохнет и создаст ложное представление о плохой смачиваемости.

Обезжиривание поверхности металлических изделий

Обезжиривание — операция химической или электрохимической очистки поверхности металлических изделий от жировых пленок, окислов и других загрязнений, препятствующих растворению окислов металла. Эта операция применяется не только перед травлением, но и перед такими распространенными операциями, как лужение и паяние.

Обезжиривание поверхности металлических изделий осуществляют различными способами: в органических растворителях, в растворах щелочей, электрохимическое.

Обезжиривание в органических растворителях. Обезжиривание поверхностей металлических изделий от минеральных и растительных масел и минеральных смазок (технологического вазелина, солидола и др.), а также от других загрязнений обычно осуществляют промывкой в органических горючих растворителях— керосине и бензине, и в негорючих веществах — дихлорэтане, трихлорэтилене, являющемся прекрасным растворителем жиров, и др. Эти вещества являются вредными для здоровья и поэтому обезжиривание ими поверхности металлических изделий выполняют в металлических ваннах и специальных герметически закрытых аппаратах, оборудованных мощной вытяжной вентиляцией.

Трихлорэтилен в ванне подогревают до 75—80° С (точка кипения 88°С), и металлические изделия либо погружают в него, либо подвергают кратковременному действию его паров. Трихлорэтилен является сильно ядовитым веществом, Это вещество нестойкое, способное вблизи открытого пламени разлагаться и образовывать хлорводород и фосген. Особенно велика опасность отравления трихлорэтиленом во время очистки ванн при удалении шлама.

Поверхности металлических изделий после обработки органическими растворителями дополнительно обезжиривают в керосине или бензине последовательно в нескольких ваннах (рис. 95), причем в последней из них должен находиться чистый растворитель (бензин, трихлорэтилен или др.). После окончания обезжиривания тканью или древесными опилками несмолистых пород тщательно протирают поверхности металлических изделий, удаляя остающуюся на них тонкую пленку жировых веществ.

Рис. 95. Расположение ванн на участке обезжиривания

Для предохранения рук работающего от вредного воздействия органических растворителей и других веществ применяют различные пасты, получившие название «биологические перчатки».

Для этой цели применяют пасты ХИОТ-6, ПМ-1, ИЭР-1 и др. Паста ХИОТ-6 состоит из желатина, крэхмала, глицерина, жидкости Бурова и воды. Перед работой в руки втирают 5—8 г данной пасты. Эта паста не раздражает кожу, ее смывают с рук вначале холодной, а затем теплой водой с мылом. Очень эффективна и паста ПМ-1. Она состоит из следующих веществ: желатина, крахмала, белой глины, талька, глицерина, вазелинового масла, салициловой кислоты, этилового спирта и воды. Смывают эту пасту так же, как пасту ХИОТ-6. Пасту ИЭР-1 изготовляют из доступных составных частей: к воде прибавляют нейтральное мыло, глицерин и белую глину. Паста ИЭР-1, несмотря на простой состав, является надежным средством предохранения рук работающего от вредного воздействия органических растворителей.

Обезжиривание в растворах щелочей. Для обезжиривания применяют различные щелочные растворы. При обезжиривании в растворах щелочей растительные и животные масла омыляются, т. е. образуют растворимые мыла. Мыло, образовавшееся в результате воздействия щелочи, легко смывается с поверхности металлических изделий горячей водой, в чем и состоит обезжиривание.

Минеральные масла в отличие от растительных и животных масел, щелочами не омыляются. При воздействии щелочей на минеральные масла образуются эмульсии, в которых частички жира отделяются от поверхности металлических изделий и остаются в растворе в виде мелких частиц.

Обезжиривание в растворах щелочей происходит значительно быстрее при введении в них особых веществ, называемых эмульгаторами. При обезжиривании применяют эмульгаторы ОП-7, ОП-10 и др. Эти эмульгаторы при температуре выше 60°С соединяются с жирами, образуя эмульсию. При понижении температуры эмульсии распадаются и жир всплывает на поверхность обезжиривающего раствора, который затем удаляют.

Для обезжиривания поверхности изделий, изготовляемых из низкоуглеродистых сталей и других металлов, на которые щелочи не действуют, пользуются щелочными растворами № 1—4 (табл. 17), а изготовляемых из меди, латуни и некоторых других металлов, на которые щелочи действуют, пользуются щелочными растворами № 5—7 (см. табл. 17).

Таблица 17. Составы щелочных растворов

№ раствора	Составляющие вещества	Концентрация на 1 л воды, г	Температура ванны, °С
1	Едкий натр или едкое кали Мыло или жидкое стекло	50—100 2—0	60—80
2	Кальцинированная сода или поташ Мыло или жидкое стекло	100—150 2—3	60—80
3	Кальцинированная сода Едкий натр Мыло или жидкое стекло	100 20 2—3	60—80
4	Фосфорнокислый натрий Едкое кали Мыло или жидкое стекло	100 20 2—3	60—80
5	Фосфорнокислый натрий	100	60—80
6	Едкое кали Мыло	5—10 20—50	60—80
7	Едкое кали Известь Мыло или жидкое стекло	5—10 30—50 2—3	60—80

При выполнении обезжиривания следят, чтобы поверхности металлических изделий соприкасались с раствором щелочи и в углубленных местах не оставались пузырьки воздуха, так как они препятствуют доступу раствора к обрабатываемой поверхности.

После обезжиривания металлические изделия тщательно промывают сначала в горячей (80—100°С), а затем в холодной проточной воде. С обезжиренной поверхности металлического изделия вода должна не скатываться, а растекаться по ней.

Оборудование для обезжиривания и травления металла

Ванны для травления. Для травления изделий пользуются металлическими и деревянными ваннами.

Металлическая ванна (рис. 91) состоит из сварного стального корпуса 1, парового змеевика 3, вентиляционных бортовых кожухов 4 и 10, штангодержателей 6 и 7, анодных и катодных штанг 5, 8, 9. Эти ванны изготовляются разных размеров (табл. 15). Металлические ванны облицованы внутри кислотоупорной футеровкой 2. В сернокислых ваннах футеровка изготовляется из битума, а в солянокислых ваннах — из битума и винипласта. Посредством парового змеевика, расположенного внутри ванны, осуществляется нагрев травильного раствора. Давление пара у вентилей парового змеевика 3 ат.

Рис. 91. Металлическая ванна для травления

Вентиляционные бортовые кожухи предназначены для удаления вредных газов, выделяемых при травлении. Количество вентиляционных кожухов для каждой ванны указано в табл. 15.

Таблица 15. Основные параметры ванн для химического и электрохимического травления

Для химического травления изделий применяют деревянные ванны, покрытые внутри резиной толщиной от 4 до 5 мм, а также ванны, выложенные внутри плитками из кислотоупорного бетона.

Травление поверхностей изделий из цветных металлов и их сплавов осуществляют в алюминиевых или керамиковых ваннах. Ванны регулярно очищают от загрязнений. Спуск отработанного травильного раствора в сточные канализационные трубопроводы без предварительной нейтрализации не допускается. Нейтрализацию остатков растворов осуществляют непосредственно в ванне добавлением гашеной извести, после отстоя жидкость спускают в канализацию, а остатки (шлам) выгребают лопатой и складывают в ящики.

Установки для травления. На предприятиях серийного и крупносерийного производства применяют травильные установки карусельного типа. На рис. 92 показана схема установки для травления поверхности изделий из цветных металлов. Установка имеет ванну 1, противовес 2, рычаги поворота 3, захват 4, корзину 5 и эстакаду 6. Устройство этой установки позволяет при помощи рычагов периодически встряхивать изделия в корзинах во время травления и приводить в движение травильный раствор, что способствует более энергичному протеканию процесса травления. Наибольший вес изделий, помещаемых в одну корзину, 60 кг. Производительность установки 680—700 кг/ч.

Рис. 92. Установка для травления карусельного типа

Ванны для холодного и горячего промывания изделий. Ванны для промывания изделий в проточной холодной воде (рис. 93) отличаются от ванн для травления тем, что не имеют внутренней футеровки и не снабжаются вентиляционными бортовыми кожухами, а для проточной холодной воды — паровыми змеевиками. Объем ванн от 80 до 6300 л. В табл. 16 приведены данные о габаритных размерах ванн, часовом расходе проточной холодной и горячей воды, числе сменяемости воды в ваннах по отношению к метражу ванн при загрузке их до 90%.

Таблица 16 Габаритные размеры и часовой расход воды ванн

Внутренние габаритные размеры ванн, в мм			Объем ванн, л	Ванны для проточной холодной воды		Ванны для проточной горячей воды
длина	ширина	высота	Объем ванн, л	расход воды, л/ч	сменяемость воды в ванне	расход воды, л/ч	сменяемость воды в ванне
500	400	500	80	160	2 раза в 1 ч	80	1 раз в 1 ч
600	500	700	180	380	2 раза в 1 ч	120	1 раз в 1,5 ч
800	600	700	300	300	1 раз в 1 ч	150	1 раз в 2 ч
1000	700	700	420	420	1 раз в 1 ч	215	1 раз в 2 ч
1200	800	800	620	620	1 раз в 1 ч	310	1 раз в 2 ч
1500	800	800	780	780	1 раз в 1 ч	390	1 раз в 2 ч
1800	800	800	930	465	1 раз в 2 ч	310	1 раз в 3 ч
2000	800	800	1050	525	1 раз в 2 ч	350	1 раз в 3 ч
2000	800	1000	1350	675	1 раз в 2 ч	450	1 раз в 3 ч
1500	800	1400	1500	750	1 раз в 2 ч	375	1 раз в 4 ч
2500	900	1200	2350	785	1 раз в 3 ч	590	1 раз в 4 ч
3000	900	1200	2850	950	1 раз в 3 ч	715	1 раз в 4 ч
4500	1000	1600	6300	1580	1 раз в 4 ч	1260	1 раз в 5 ч
6000	1000	1200	6300	1580	1 раз в 5 ч	1260	1 раз в 5 ч

Корзины и лотки. Для травления мелких деталей применяют сетчатые корзины или лотки (рис. 94) из алюминия, латуни, низкоуглеродистой и нержавеющей стали и других материалов.

Рис. 94. Корзины и лотки для травления

Механизм и методы обезжиривания поверхности металла. Травление стали, меди, алюминия.

Известно, что на поверхности изделий, поступающих в гальванику после изготовления и механической обработки всегда присутствуют загрязнения. Ими могут быть остатки полировальных паст, масложировые пятна, СОЖ, окалина, старая краска или покрытие, а также обычная грязь. Перед нанесением качественного гальванического покрытия все загрязнения требуется удалить. Очистка происходит с помощью обезжиривания и травления. Далее рассмотрим процесс обезжиривания металлических поверхностей подробнее.

Виды загрязнений, удаляемых обезжириванием, могут быть разного происхождения:

Минерального. К ним относятся минеральные масла, полировальные пасты, СОЖ. Особенность в том, что они не растворяются в воде, поэтому для их удаления целесообразно использовать органические растворители;
Растительного и животного. Растворяются только в водных обезжиривающих растворах. Остановимся на них подробнее.

Часто загрязнения носят комбинированный характер, а к жидкой фазе добавляются частички твердой - пыль, асфальты, карбены, оксиды и пр.

Полный цикл обезжиривания обычно включает в себя следующие стадии:

Обработка растворителями;
Химическое;
Электрохимическое обезжиривание.

Чистая обезжиренная поверхность стали выглядит следующим образом:

2. Обезжиривание в органических растворителях.

Органические растворители имеют незначительное поверхностное натяжение (20-30 MH/M), хорошо смачивают обрабатываемую поверхность и легко проникают в труднодоступные участки.

Обработку проводят различными способами — погружением, струйной под давлением 0,03 до 0.1 МПа, обработкой, в паровой фазе и комбинированным методом.

Спирты: метиловый спирт, циклогексанол, этиленгликоль;
Эфиры: этилцеллозоль, этилацетат, бутилацетат;
Кетоны: ацетон, циклогексанон;
Ароматические углеводороды: безнол, толуол, ксилол, сольвент;
Нефтяные растворители: бензин, керосин, уайт -спирит, петролейный эфир;
Хлорированные углеводороды: метиленхлорид, четыреххлористый углерод, дихлорэтан, трихлорэтилен, трихлорэтан, тетрахлорэтилен;
Фторсодержащие растворители: 1,2,2-трифтортрихлорэтан - хладон 113, тетрафтордиброметан - хладон 114 BB.

Эффективность удаления жировых загрязнений наиболее популярными растворителями уменьшается в следующем порядке:

Исходя из таблицы все более широкое применение находят фтор- и хлорсодержащие углеводороды и прежде всего: хладон 113 и трихлорэтилен. Еще одним преимуществом хладона 113 и трихлорэтилена является пожаровзрывобезопасность. Пожароопасность растворителей характеризуется температурой вспышки, температурой самовоспламенения паровоздушной смеси и температурными пределами воспламенения.

Хлорированные углеводороды не огнеопасны, относительно устойчивы и стабильны, но токсичны и требуют строгого соблюдения правил техники безопасности. Эти вещества обладают высокой растворяющей способностью по отношению к маслам и смазкам растительного, животного и минерального происхождения.

2.1 Обезжиривание в растворяюще - эмульгирующих средствах.

Если очистку по каким-либо причинам необходимо производить при невысокой температуре (до 50°С) или загрязнения труднорастворимы, используются РЭС (растворяюще - эмульгирующие средства).

РЭС находят все более широкое применение в промышленности. Обезжиривание производят предварительно только в РЭС или в смеси ЭС c другими растворителями; далее обработанные детали погружают в воду или водный раствор СМС. Растворитель и оставшиеся загрязнения эмульгируются и переходят в раствор, обеспечивая очистку поверхности изделий.

Серийно выпускаются промышленностью средства AM-15 и «Ритм». Применять эти средства нужно в герметизированных установках - машинах погружного типа, соблюдая специальные инструкции и правила безопасности.

Растворы РЭС в сравнении с СМС при идентичных условиях обработки в 5 - 15 раз эффективнее и в 3 - 6 раз расходуют меньше тепловой энергии.

3. Химическое обезжиривание.

Удаление загрязнений с поверхности происходит обычно 2-мя путями: эмульгированием (для жидкой фазы) и диспергированием (для тверой фазы). Во всех случаях загрязнения переводятся в моющий раствор. Количество загрязнений, которое может "вместить" в себя раствор называется емкостью.

Химическое обезжиривание состоит из 4-х этапов:

1) Смачивание поверхности деталей, проникновение в трещины и поры пленки загрязнений. Смачивание (как явление) - растекание капли моющего раствора по обрабатываемой поверхности. Определяется краевым углом смачивания (Θ) - углом, образуемым касательной к поверхности растекающейся капли с твердой поверхностью. Если Θ

2) Уменьшение связи частиц загрязнения между собой и с поверхностью.В дальнейшем частицы отрываются и переходят в раствор. Одновременно может идти омыление жиров и масел.

3) Обволакивание частиц загрязнений в растворе молекулами моющего средства. препятствующее укрупнению частиц и оседанию их на отмываемой поверхности.

4) Стабилизация в растворе частиц загрязнений во взвешенном состоянии. Предотвращение их повторного осаждения на детали. Стабилизация повышается при образовании в растворе пены, т.е. системы, в которой средой выступает жидкость, а дисперсной фазой - газ.

Пенообразующая способность синтетических моющих средств:

Пенообразование по Россу-Майлсу,мм,на 200 мл раствора при темп.,°С

Устойчивость пены,мм при 80оС и продолжительности, мин

Слишком активное образование пены может создавать трудности при эксплуатации моющих растворов в механизированных и автоматизированных установках. Введение в pacтворы синетических моющих средств или пеногасителей (ПМС-200, КЭ-10-12 и др.) снижает пенообразование, но при этом уменьшается и их моющая способность.

Свойствами раствора химического обезжиривания являются:

Поверхностное натяжение;
Поверхностная активность;
Емкость по загрязнениям.

В состав раствора химического обезжиривания чаще всего входят:

Щелочной агент;
Фосфаты;
Силикаты;
Поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Существуют также кислые растворы обезжиривания, но они применяются реже.

Свойства неорганических компонентов растворов обезжиривания:

Плотность, кг\м 3

Температура плавления, °С

Показатель щелочности 1%-ного раствора

Содержание активного N а2О

Натр едкий (каустик)

Рассмотрим действие каждого компонента щелочного раствора подробнее.

3.1 Роль щелочного агента при химическом обезжиривании.

Обычно в этой роли выступает гидроксид натрия, реже - карбонат натрия (для более "мягких" составов).

Щелочность раствора обезжиривания влияет на:

его способность омылять жиры;
нейтрализовывать кислотные компоненты загрязнений;
снижать контактное напряжение;
уменьшать жесткость воды.

Щелочность бывает общей и активной. Моющее действие зависит от последней (рН раствора).

Воздействие раствора на определенные загрязнения зависит от рН:

С другой стороны, важно, чтобы обезжиривающий раствор не был агрессивен к обрабатываемым деталям. С этой целью рН нужно поддерживать:

С целью уменьшения агрессивности раствора в него могут добавляться ингибиторы коррозии.

Реакция омыления (щелочного гидролиза) жиров - одна из основных реакций обезжиривания, протекающая с участием щелочных агентов. Схема ее представлена ниже:

Промежуточным продуктом реакции являются жирные кислоты, которые потом и образуют соли.

Нагревание усиливает действие щелочного агента.

3.2 Роль фосфатов при химическом обезжиривании.

Действие фосфатов сводится к следующему:

Стабилизация рН по мере изработки раствора. О важности рН было сказано выше.
Связывание солей жесткости (Ca, Mg) в комплексы и умягчение воды. При этом растворимость карбонатов и кальциевых мыл повышается. Особенно сильным эффектом обладают полифосфаты.
Стабилизация загрязнений в растворе. Этому способствует суспензирующее и пептизирующее действие. Триполифосфаты в три раза более эффективны, чем фосфаты.
Улучшение смываемости раствора. Фосфаты не только хорошо смываются сами, но и улучшают смываемость щелочных агентов.

Избыток карбонатов может ингибировать действие фосфатов.

Количество триполифосфата требуемое для умягчения воды:

Массовая доля триполифосфата натрия, %(при t ° С)

Массовая доля триполифосфата натрия,% (при t оС)

3.3 Роль силикатов при химическом обезжиривании.

Силикат натрия (метасиликат натрия, жидкое стекло) - вещество переменного состава mNaO*nSiO2 с различным отношением (модулем) m:n. Это отношение составляет обычно от 1:2 до 1:4.

рН раствора силиката натрия равен:

Введение силиката натрия в моющий раствор приводит к следующим последствиям:

Снижение агрессивности раствора
Повышение его эмульгирующего действия
Формирование на обрабатываемой поверхности тонкой пленки, защищающей деталь от коррозии при межоперационном перемещении или хранении. Однако, эта пленка ухудшает адгезию наносимых далее покрытий.

3.4 Роль поверхностно-активных веществ (ПАВ) при химическом обезжиривании.

Что такое ПАВ? Для ответа на этот вопрос нужно начать с рассмотрения поверхностного натяжения и поверхностной активности.

Рассмотрим несколько слоев молекул жидкости, внешний из которых граничит с воздухом. Указанные явления возникают тогда, когда силы притяжения молекул внешнего слоя молекулами нижних слоев не уравновешиваются притяжением молекул воздуха.

Поэтому молекулы внешнего слоя стремятся втянуться внутрь жидкости, вследствие чего поверхность жидкости стремится к уменьшению.

Силы поверхностного натяжения - силы, стремящиеся сократить поверхность. Они измеряются работой, которую необходимо затратить для увеличения поверхности жидкости на 1 см 2 .
Свободная поверхностная энергия - произведение поверхностного натяжения на площадь поверхности.
Поверхностная активность - способность веществ понижать свободную поверхностную энергию.

ПАВ - вещества, понижающие поверхностное натяжение раствора. В моющем растворе они обеспечивают смачивание загрязненных поверхностей.

ПАВ разделяют на:

Катионные;
Анионные;
Неионогенные.

У синтетических ПАВ меньше критическая концентрация мицеллообразования, т.е. концентрация ПАВ, при которой достигается максимум моющего действия.

• К катионным ПАВ относят соли первичных, вторичных и третичных аминов, четвертичные аммониевые основания и другие соединения. Катионные ПАВ редко применяются, т.к. их эффективность при обезжиривании низка.

• К анионным ПАВ относятся мыла карбоновых кислот, алкилсульфокислоты, алкилсульфаты, алкиларилсульфонаты, например, сульфонол НП-1, сульфонол НП-З, ДС-. Анионные ПАВ диссоциируют в водной среде с образованием отрицательно заряженных органических ионов.

• Неионогенные ПАВ (в отличие от анионных) не имеют гидрофильной солеобразующей группы и не диссоциируют в водных растворах. Они устойчивы в щелочной, кислой и нейтральных средах. Примеры: полиэтиленгликолевый эфир (ОП-7, ОП-10, ОП-20, ОП-ЗО), синтанол (ДС-Ю, ДТ-7).

Особое внимание должно быть обращено на необходимость применения биологически мягких ПАВ, т.е. безвредных для бактериальной флоры. Биологически жесткие ПАВ приводят к загрязнению естественных водоемов. К ним относятся HП-l, ОП-7, ОП-10, контакт Петрова, альфапол 8, альфапол 9, алкилсульфонат, хлорный сульфонол.

4. В чем заключается электрохимическое обезжиривание?

После химического обезжиривания следует стадия электрохимического обезжиривания.

Во время э/х обезжиривания деталь загружается в раствор, аналогичный по составу раствору химического обезжиривания. При этом она может выступать как катодом, так и анодом. При подаче на нее тока на ней начинается выделение либо водорода, либо кислорода, в зависимости от полярности. На каждый ампер водорода всегда выделяется в 2 раза больше, чем кислорода. Кроме этого, пузырьки водорода мельче.

Э/х обезжиривание обладает следующими тремя действиями на загрязнения:

Удаление загрязнений химически по аналогии с раствором химического обезжиривания;
Снижение поверхностного натяжения жировой пленки за счет поляризации очищаемой поверхности;
Механическое удаление загрязнений активно выделяющимся с очищаемой поверхности водородом (на катоде) или кислородом (на аноде).

5. Что такое травление металлов?

После обезжиривания почти всегда выполняется операция травления. И если обезжиривание разнородных металлов происходит по схожему механизму, то травление всегда идет в разных растворах.

При травлении стали с ее поверхности удаляются видимая ржавчина и окалина. Разновидностью травления является активация - удаление невидимых оксидных пленок. Травлению может быть подвержена и стальная основа. Процессы, происходящие при травлении в соляной кислоте, выражаются следующими реакциями:

Аналогично с оксидами железа и железом реагирует и серная кислота. При этом серная кислота лучше растворяет оксиды одного состава, а соляная кислота - другого.

Медь почти не растворяется в соляной и серной кислоте, поэтому для травления меди применяют азотную кислоту или ее смесь с серной. При этом идут реакции:

Диоксид азота может частично реагировать с водой и вновь превращается в азотную кислоту.

Травление и активация алюминия имеет более сложный механизм, о нем подробнее написано в статье.

Виды гальванических ванн

Условное разделение гальванических ванн по разновидностям:

Основным оборудованием гальванических участков являются гальванические ванны . В ваннах выполняются операции химической и электрохимической обработки поверхности деталей, которые можно условно разделить на следующие виды:

Ванны подготовительных операций - ванна обезжиривания, ванна травления, ванна активации и так далее;

Ванны основных операций, процесcные гальванические ванны - ванна цинкования, никелирование, хромирование, меднение, анодирование и так далее.

Заключительные операции - ванна пассивация, фосфатирования, промывки, сушки и так далее.

Фото 1. Гальваническая линия с ваннами из полипропилена

Общий ряд требований предъявляемый к гальваническим ваннам

Каждая гальваническая ванна имеет ряд технических требований, особенностей изготовления и дополнительной комплектации. Требования регламентируются разновидностью гальванической ванны и особенностями применения того или иного химического раствора, температурного режима и так далее. Несмотря на индивидуальные особенности изготовления ванн различных видов, можно предъявить следующий базовый/общий ряд требований:

Химическая инертность материала ванны к раствору;

Возможность создания и поддержания заданного теплового режима;

Герметичность;

Безопасность обслуживания.

На различных интернет ресурсах многие разделяют гальванические ванны на следующие разновидности: крупно-, средне- и малогабаритные ванны.

Крупногабаритные ванны - ванны больших размеров, разработаны для габаритных деталей или для покрытия большого объема изделий.

Среднегабаритные ванны - наиболее востребованный и распространенный вид оборудования. Подходит для промышленных объектов, занимающихся обработкой средних и малых размеров изделий.

Малогабаритные ванны - ванны с объемом меньше тридцати кубических метров. Применяются для обработки мелких изделий.

Фото 2. Гальванические ванны из полипропилена

Однако, исходя из такого разделения разновидность ванн ограничивается всего лишь габаритными размерами и больше применимо к обычному емкостному оборудованию, нежели к гальваническим ваннам. Учитывая многолетний опыт и специфику производства гальванического оборудования, мы считаем разделение на такие группы является некорректными. Размеры гальванических ванн напрямую зависят от габаритов изделий и необходимой производительности ванны, а также допустимых габаритных размеров гальванического участка.

Предлагаем вместе детально изучить вопрос “виды гальванических ванн”.

Для начала поговорим немного о ваннах, материалах изготовления, конструкции.

Современные материалы для изготовления гальванических ванн

Известно, что на сегодняшний день наиболее распространенным материалом изготовления ванн для нанесения гальванических покрытий, некоторых предварительных и заключительных операций являются полимерные материалы, поговорим о них подробнее.

Рассмотрим виды полимерных материалов для изготовления ванн.

Эксплуатационные показатели полимерных материалов весьма достойные. Высокие физико-химические свойства, широкий температурный диапазон от минус 30 до плюс 160°C. Оборудование из полимеров не подвергается коррозии, на поверхности не скапливаются бактерии, грязь, известковые отложения. Небольшой вес полимерных материалов позволяет изготавливать емкости больших объемов. Также немаловажным пунктом является нейтральное влияние полимерного материала на электропроводность растворов, в отличии от металлических ванн, что значительно сказывается на качестве покрытий в положительную сторону.

Полиэтилен (PE) - износостойкий полимер, отличается высокой эластичностью и ударопрочностью. Температурный диапазон от минус 20 до плюс 80°C. Материал устойчив к воздействию агрессивных средах. Свойства полиэтилена схожи (РЕ) с полипропиленом (РР).

Полипропилен (РР) один из самых перспективных полимеров в соотношении цена-качество. Имеет широкую область применения благодаря своим химических и физическим свойствам. Полипропилен выдерживает широкий диапазон температур от минус 0 до плюс 100°C, устойчив к воздействию кислот, щелочей и их солей даже при высоких концентрациях и температуре (выше 60 °С).

Химическая стойкость, термо- и износостойкость, механическая прочность, низкое водопоглощение, высокие диэлектрические свойства позволяют изготавливать ванны цинкования, никелирования, меднения, анодирования, травления, обезжиривания, промывки и другие.

Однако, разрушение полипропилена даже при комнатной температуре может наблюдаться при его взаимодействии с серной, хлорсульфоновой и концентрированной азотной кислотах. Также РР чувствителен к УФ-излучению с длиной волны 290-400 нм в окружающей среде, особенно при повышенной температуре. Эти факторы делают его хрупким и приводят к разрушению поверхности, ухудшению физико-механических свойств.

Фото 3. Пример гальванических ванн из полипропилена

Поливинилхлорид ПВХ (PVC) - химически стойкий полимер с высокой жесткостью и прочностью. Считается трудновоспламеняемым полимером, не поддерживает горение. В отличии от Полипропилена устойчив к УФ-излучению, обладает высокой износостойкостью, термостойкостью, хорошим сопротивлением и ударным нагрузкам. Устойчив к окислительных средах, стойкость возрастает в водных солевых растворах, разбавленных неорганических кислотах и щелочах до средних концентраций. Имеет более высокую стоимость, чем Полипропилен, зачет улучшенных физико химических характеристик. Применяется для изготовления емкостей большого объема, ванн травления и других.

Фото 4. Гальваническая ванна из поливинилхлорида

Поливинилиденфторид (PVDF) - полимер с самыми высокими химическими и физическими характеристиками. Выдерживает температурный диапазон от минус 30 °C до плюс 140 °C. PVDF устойчив в минеральных и органических кислотах, спиртах. Из-за высокой стоимости используется в качестве футеровочного материала, только ванны небольшого объема полностью выполняют из поливинилиденфторида. Применяется для изготовления ванн хромирования, никелирования, полирования, анодирования, травления и других.

Фото 5. Ванна гальваническая из полипропилена с футеровкой поливинилиденфторидом (PVDF)

Гальванические ванны из металла:

Ванны из титана устойчивы во многих агрессивных средах, не подвергаются коррозии, имеют высокие физические и химические характеристики, которые делают его универсальным материалом для изготовления гальванических ванн. Срок службы материала в 5-7 раз больше, чем у ванн из стали.

Наиболее применяемые сплавы титана в производстве электрохимических ванн: ВТ0, ОТ4–0, ОТ4, ВТ1, ВТ1–0 (ГОСТ 19807–74).

В настоящее время стоимость емкостей из титана относительно высокая, поэтому предпочтительно используют ванны из полипропилена с футеровкой PVDF или и поливинилхлорида.

Ванны из коррозионностойкой (нержавеющей) стали изготавливают с различными добавками, для повышения стойкости в агрессивных средах (12Х18Н10Т, Х18Н9Т, Х18Н12Т, Х25Т и так далее). Например, сталь с добавлением хрома и никеля устойчива в средах сильных окислителей. Однако, данная сталь неустойчива в плавиковой и соляной кислотах.

Нержавеющую сталь применяют для изготовления ванн фосфатирования, промывки, сушки и других.

Фото 6. Ванна сушки из стали

Таким образом для изготовления гальванических ванн используются все вышеуказанные материалы. Но у каждого технологического процесса есть ряд требований - состав раствора, температурный режим, тип назначения покрытия и так далее, которых придерживаются при выборе материала изготовления ванны.

Конструкция и тип корпуса гальванических ванн

Конструкция ванны и тип корпуса напрямую зависят от их назначения, технологических параметров процесса, дополнительной комплектации и оборудования.

Читайте также: