Технология нанесения электрохимических покрытий

Плотность тока – отношение силы тока к единице поверхности (А/дм 2 ). Эта величина является основным параметром процесса и оказывает большое влияние на структуру и свойства осадков. Существует минимальная плотность тока для каждого процесса, ниже которой покрытие не осаждается. При увеличении плотности тока выше оптимальных значений происходит образование порошкообразных и губчатых осадков. Для повышения рабочей плотности тока и получения качественных осадков (покрытий) необходимо изменять условия осаждения: повышать температуру электролита, вводить 86 перемешивание, повышать концентрацию компонентов, входящих в электролит, изменять рН. Изменяя условия осаждения, можно повысить плотность тока в 2 – 3 раза и соответственно увеличить скорость осаждения.

Объемная плотность тока – отношение силы тока к объему электролита (А/л). Эта величина необходима для оценки работоспособности ванны (при определении максимальной поверхности ее загрузки) с заданной рабочей плотностью тока. В случае ее превышения происходит нагрев электролита и изменение его рабочих характеристик.

Выход по току – отношение фактически выделившегося на катоде вещества при прохождении электрического тока к количеству вещества, которое должно было бы выделиться по закону Фарадея. Выход по току зависит от состава электролита, его природы и условий осаждения. На катоде может происходить несколько реакций одновременно: осаждение металла, выделение водорода, промежуточное восстановление и др. Так, в стандартном электролите хромирования 85 – 90% всего пропускаемого электричества расходуется на выделение водорода и только 10 – 15% на выделение металла. Выход по току металла приближается к 100% в кислых электролитах. В комплексных электролитах он составляет 70 – 80%, что связано с затратой энергии на разложение комплекса.

Рассеивающая способность – свойство электролита давать равномерные по толщине осадки. Рассеивающая способность выражается в процентах. Практически толщина покрытия на различных участках поверхности различна. На краях и выступах она больше, в углублениях меньше. Это объясняется тем, что силовые линии электрического поля распределяются неравномерно по поверхности катода, концентрируясь на краях и выступах. Для получения более равномерных покрытий необходимо повышать катодную поляризацию (введением комплексообразователя) и электропроводность электролита. Повышение рассеивающей способности на практике достигается регулированием межэлектродного расстояния, применением специальных анодов и экранов, а также созданием специальной оснастки, обеспечивающей более равномерное распределение силовых линий по покрываемой детали.

рН электролита определяется как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода и характеризует кислотность раствора. рН электролита является одним из основных параметров, определяющих его работоспособность. Заданное значение рН поддерживается введением в электролит различных буферных добавок.

Процесс нанесения электрохимических покрытий включает практически те же технологические операции, что и процесс химического нанесения покрытий.

 Процесс нанесения металлических покрытий электрохимическим способом включает в себя следующие технологические операции:

1. Предварительная подготовка поверхности изделий;

2. Приготовление рабочих растворов электролитов;

3. Нанесение покрытий на изделие;

4. Термическая и механическая обработка поверхности.

Основные технологические операции были описаны выше. Основное отличие электрохимических процессов от химических на операции непосредственного нанесения покрытий. Аппараты, как технология нанесения электрохимических покрытий, имеют более сложную конфигурацию и устройство.

Для нанесения электрохимических покрытий применяются следующие виды оборудования:

1. Ванны;

2. Механизированные установки;

3. Автоматизированные конвейерные линии.

В указанных агрегатах в зависимости от их назначения могут применяться щелочные и кислые электролиты. Ванны и агрегаты для щелочных электролитов изготавливают из стали без футеровки. Ванны для щелочных цианистых электролитов рекомендуется футеровать внутри резиной или винипластом, так как это облегчает уход за ними. Ванны, в которых находятся кислые или слабокислые электролиты, снабжают кислотоупорной футеровкой либо изготавливают из кислотостойких материалов.

Все оборудование, входящее в состав линии электроосаждения, обычно подразделяют на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относят агрегат для подготовки поверхности, установку для окрашивания электроосаждением и сушильный агрегат, а к вспомогательному – установки для приготовления рабочих растворов лакокрасочных материалов, установки для ультрафильтрации и деминерализации воды, а также насоснофильтрующие установки.

Ванны для нанесения покрытий подразделяют на: стационарные, колокольные, барабанные и полуавтоматические.

Ванна представляет собой, как правило, сварную прямоугольную емкость из листовой стали, имеющую в верхней части отбортовку в виде уголка и при необходимости футерованную изнутри. Ванны небольших размеров изготовляют из различных синтетических материалов (полиэтилена, винипласта и др.) с помощью сварки или литья под давлением.

Основой ванны является корпус, который служит для установки различных приспособлений, обеспечивающих ее работоспособность. Отбортовка ванны придает ей жесткость и предназначена для крепления на ней различной оснастки (опор-ловителей, бортовых отсосов, штанг и др.). Ванны больших размеров имеют ребра жесткости, размещаемые на внешней стороне стенок.

В зависимости от назначения ванны могут быть без футеровки (для обезжиривания) и с футеровкой (для травления и нанесения металлов). Футеровка защищает корпус ванн от воздействия агрессивной среды. В качестве футеровочных используют такие материалы, как пластикат, полипропилен, винипласт и др. Кроме того, некоторые ванны для агрессивных растворов изготовляют из титана или коррозионно-стойких сталей марки 12Х18Н10Т. Их используют без футеровки.

Ванны для электрохимических процессов оснащают различным набором комплектующих узлов, таких, как электронагреватели, токопроводные шины, барботеры, датчики различного назначения и др. Ванны, работающие при повышенной температуре, теплоизолируют для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду.

Змеевики и ТЭНы применяют для нагревания растворов. Наиболее часто применяют змеевики, изготовленные из углеродистой стали (для щелочных растворов), титана, коррозионно-стойкой стали или фторопласта (для агрессивных растворов). Змеевики бывают двух типов: с расположением на дне ванны или по боковой стенке. Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки. Расположение змеевика на дне обеспечивает большую теплоотдачу, но затрудняет чистку ванны, а расположение вдоль стенки – значительно уменьшает теплоотдачу, но облегчает обслуживание ванны. Пароводяные рубашки медленнее набирают заданную температуру, но позволяют ее поддерживать с большей точностью; они не мешают обслуживанию ванны и в то же время греющая их система не подвергается воздействию агрессивных сред, так как изолирована от рабочей емкости.

ТЭНы используют в тех случаях, когда отсутствуют другие виды источников энергии и необходимо поднять температуру раствора выше 100 °С или поддерживать ее с высокой точностью.

Барботеры и механические мешалки применяют для перемешивания раствора электролита. В качестве рабочего газа в барботерах используют сжатый воздух.

Электродные штанги являются обязательной принадлежностью электрохимических ванн. Они предназначены для крепления подвесок или анодов. Изготовляют штанги из меди или латуни, их поперечное сечение может быть круглым или прямоугольным. Штанги длиной более 200 мм должны иметь ребра жесткости или дополнительное крепление к борту ванны.

Опоры-ловители предназначены для удерживания подвески в заданном положении и состоят из чугунного корпуса, медной шины,, текстолитового корпуса и токолроводящих пластин. При прохождении тока свыше 600 А применяют специальные опоры-ловители, имеющие более сложную конструкцию.

Основание подвесок, используемое для крепления самих подвесок, представляет собой сварную раму, состоящую из продольных труб и поперечины, обеспечивающей жесткость конструкции основания.

Коммуникации представляют собой систему магистральных и присоединительных трубопроводов с различной разводкой рабочей среды (пар, конденсата, воздуха, воды и так далее). Как правило, коммуникации размещают сбоку линии ванн.

Основное оборудование связано в линию единым конвейером. В зависимости от типа конвейера различают линии непрерывного и периодического действия. На линиях непрерывного действия погружение изделий в ванну электроосаждения осуществляется за счет перегиба пути конвейера, а в установках периодического действия – специальным механизмом вертикального перемещения (автооператором, опускной секцией монорельса и т. п.).

Линии непрерывного действия высокопроизводительны, полностью автоматизированы, надежны в работе и просты в техническом обслуживании, но при их использовании требуются ванны большого объема.

Линии периодического действия менее производительны и имеют сложные транспортирующие устройства. Объем ванн электроосаждения и площадь, занимаемая линией, как правило, меньше, чем у линий непрерывного действия.