Выбор режима и особенности процессов

Процесс цинкования

Цинк на катоде обычно осаждается с водородом при этом протекает следующий процесс:

Zn(OH)₄^2– + 2e ® Zn + 4 OH^– .

Побочным процессом на катоде является разряд ионов водорода:

2 H₂О + 2e ® H₂­ + 2 OH^– .

Аммиакатно-уротропиновый электролит:

   Состав, г/л;

           окись цинка ………………………………50-60

           хлористый аммоний ……………………250-260

                     аммиак 25-процентный…………………100мл/л

                     уротропин…………………………………..60

                     клей столярный (экстра)…………………..3-4

  Режим осаждения ;

           температура, ºС…………………………..15-30

           катодная плотность тока, А/дм²……….....1-3

           выход по току……………………………96-99%.

           величина рН……………………………..8,2 – 8,3

Следует отметить, что электролиты на основе хлористого аммония содержат агрессивный ион хлора. Поэтому промывка деталей в воде после цинкования должна быть тщательной, особенно для деталей со сложным профилем, глухими отверстиями и щелевыми зазорами. Пренебрежительное отношение к операции промывки может привести к ускорению коррозии [2].

По пластичности осадки из щелочных электролитов к которым и относится аммиакатный уступают полученным из кислых.

Процесс хромирования

В процессе катодного восстановления хрома происходит несколько электрохимических реакций. Конечными продуктами электролиза хромовой кислоты являются соединение трёхвалентного хрома, водород и металлический хром. Таким образом на катоде одновременно проходят реакции;

Сr⁶⁺ + 3е ® Сr³⁺, 2H⁺ + 2e ® H₂;

Сr³⁺ + 3е ® Сr, Сr⁶⁺ + 6е ® Сr.

На свинцовом аноде протекают два процесса;

Н₂О – 2е ® 0,5 О₂ + 2Н⁺; Сr³⁺ – 3е ® Сr⁶⁺

Катодные пленки, образующиеся при осаждении блестящих хромовых покрытий, имеют компактную структуру и покрывают всю поверхность катода сплошным слоем. При этом потенциал разряда Н⁺ на хромовом электроде при средних и высоких i_к должен быть менее –0,75 В. Быстрое накопление газообразного водорода на микровыступах способствует микровыравниванию и возникновению блеска осадков.

Хромоцинковый электролит:

   Состав, г/л;

           хромовый ангидрид……………………140-160

           серная кислота…………………………… 4-5

           цинк (металлический)…………………..5,5-6,5

  Режим осаждения ;

           температура, ºС…………………………..40-50

           катодная плотность тока, А/дм²………...50-70

           выход по току……………………………20-25%.

Температура электролиза оказывает решающее влияние на выход по току и свойства получаемых покрытий. Плотность тока незначительно влияет на эти показатели процесса. В покрытии содержится 0,1-0,2 % Zn.

Особенностью процесса является чрезвычайно низкий катодный выход по току. В основном электрический ток, проходящий через электролит, расходуется на побочные процессы, главным образом на разложение воды на водород и кислород. При этом водород, выделяясь совместно с хромом на катоде, проникает в покрытие и создаёт так называемую “водородную хрупкость” – явление, с которым приходится бороться путём последующего прогревания деталей до 200 – 300 ˚С. На анодах происходит выделение кислорода. Оба газа способствуют образованию большого количества ядовитого тумана, так как увлекают с собой мельчайшие пузырьки хромового электролита, унося в бортовые отсосы не менее половины всего расходуемого хромового ангидрида.

В качестве эффективной меры борьбы с уносом электролита используем на поверхности зеркала электролита сплошной слой поплавков из полиэтилена или другого химически стойкого вещества. Пузырьки газов лопаются на поверхности поплавков, что существенно снижает унос электролита. Кроме того, применение поплавков снижает расход энергии на подогрев электролита, предохраняя зеркало испарения от остывания. Выделение тепла во время электролиза также помогает поддержанию рабочей температуры. Однако если сила тока чрезмерно велика по отношению к емкости ванны, то происходит слишком большое выделение тепла и электролит перегревается. В этом случае его необходимо охлаждать подачей холодной воды в пароводяную рубашку ванны.

Следующей особенностью процесса является применение высоких катодных плотностей тока, доходящих в отдельных случаях до 80 – 100 А/дм². Поэтому даже при сравнительно небольшой площади покрываемых деталей общая сила тока на ванну может доходить до нескольких тысяч ампер, при напряжении на клеммах ванн 12 – 18 В.

Ещё одной особенностью процесса является весьма низкая рассеивающая способность электролита. Вследствие этого хромирование профилированных деталей следует производить с применением фигурных анодов, повторяющих профиль покрываемых деталей и создающих более равномерное распределение тока на поверхности детали.

Также особенностью процесса является возможность получения хромовых покрытий с различными свойствами из одного и того же стандартного электролита за счет изменения температуры электролита. Так, при низких температурах, порядка до 30 ˚С, осаждаются серые хромовые покрытия с низкой твёрдостью. В интервале температур 30 – 40 ˚С хромовые осадки светлеют, становятся серебристо – матовыми и повышают свою твёрдость. При 45 – 60 ˚С хромовые покрытия приобретают зеркальный блеск и наивысшую твёрдость. Они имеют весьма слабо выраженную сетку трещин, которую можно увеличить специальными приёмами, что используется в промышленности для пористого хрома. И, наконец, при 65 – 80 ˚С происходит осаждение так называемого молочного хрома, эластичного и беспористого покрытия с более низкой твёрдостью, чем зеркальный хром.

Не маловажной особенностью процесса является подготовка деталей к осаждению хрома в самой ванне хромирования. Для получения высокой прочности сцепления следует сначала выдержать детали в ванне без тока, чтобы их поверхность имела температуру электролита, при которой будет происходить хромирование. Затем производят включение тока так, чтобы поверхность деталей сначала подверглась анодной обработке в течении 15-30 с, а затем производят хромирование, переключая детали на катод. При этом в начальные моменты осаждения следует дать так называемый “толчок” тока на 0,5 – 1 мин, т.е. повысить плотность тока в 1,2 – 2 раза по сравнению с рабочей, а затем плавно снизить ее до расчётной величины.

Наконец, последней особенностью процесса является применение нерастворимых свинцовых анодов. При покрытии наружных поверхностей хромом отношение площади анодов к площади покрываемых деталей следует придерживать равным 2:1 [2].

По мере работы хромовой ванны в электролите могут накапливаться железо, медь и некоторые другие металлы.

Железо по мере накопления в электролите (главным образом вследствие анодного декапирования стальных и чугунных деталей), подобно трехвалентному хрому, суживает интервал получения блестящих осадков. Допустимое содержание железа в электролите 8-10 г/л. На практике иногда содержание железа в электролите достигает 20-250 г/л, но при этом сильно снижается выход хрома по току. Удалить из хромового электролита чрезвычайно сложно. Поэтому электролит с большим содержанием железа обычно заменяют новым.

В настоящее время имеются указания на возможность осаждения железа желтой кровяной солью. Предполагается, что реакция между желтой кровяной солью и железом, находящимся в хромовом электролите в виде окисной сернокислой соли, протекает по следующему уравнению:

3K₄Fe (CN)₆ + 2Fe₂ (SO₄)₃ = Fe₄ [Fe (CN)₆]₃ + 6K₂SO₄

Безусловно вредное действие на процесс хромирования оказывает азотная кислота. Даже при малых количествах HNO₃ в электролите, около 0,1-0,2 г/л, осадки хрома получаются темные. Поэтому примесь азотной кислоты в электролите не допускается.