Автоматическая линия цинкования в барабанах
Электролитический метод цинкования. Хотя цинк в ряду напряжений стоит немного левее водорода (Е°= –0,76 В), однако осаждение его не встречает затруднений, что объясняется высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке. Благодаря этому в обычных условиях электролиза водород на катоде выделяется в незначительных количествах, и ток в основном расходуется на осаждение цинка.
Основными преимуществами электролитического метода цинкования являются:
1) высокая степень чистоты электролитически осаждённого цинка, зависящая главным образом от чистоты анодов и химикатов, применяемых для составления ванн;
2) высокая химическая стойкость цинковых покрытий, полученных электролизом, обусловленная чистотой осадка;
3) малый расход цинка, обусловленный возможностью точного регулирования количества отлагаемого цинка и толщины покрытия;
4) хорошие механические свойства покрытия (эластичность покрытия и хорошая сцепляемость с основой).
Цинковые покрытия, полученные электролитическим способом, отличаются также достаточно высокой стойкостью против коррозии в условиях тропического климата.
Как видно из вышенаписанного, электролитический метод нанесения цинкового покрытия является наиболее удовлетворяющим требованиям, которые предъявляются к покрываемой детали.
Так как на деталь необходимо нанести защитно-декоративное покрытие, то по ГОСТ 9.303-84 минимальная толщина покрытия должна составлять 6 мкм, а максимальная 9 мкм.
В таком случае будет наноситься цинковое покрытие Ц6.хр.бцв. со следующими свойствами (по ГОСТ 9.303-84):
1) Цинковое покрытие является анодным по отношению к стали ст3, и защищает её от коррозии до температуры 70 °С, при более высоких температурах – механически. Покрытие предотвращает контактную коррозию стали ст3 при сопряжении с деталями из алюминия и его сплавов; обеспечивает свинчиваемость резьбовых деталей.
2) Для повышения коррозионной стойкости цинковое покрытие хроматируют. Хроматирование одновременно улучшает декоративный вид покрытия. Хроматная плёнка механически непрочная.
3) Цинковое хроматированное покрытие теряет свой декоративный вид при условии периодического механического воздействия (прикосновение инструмента, рук и т. д.)
4) Электрохимическое цинкование вызывает потерю пластичности стали в результате её наводораживания. Стали с пределом прочности более 1380 МПа (140 кгс/мм2) цинкованию не подлежат.
5) Покрытие обладает прочным сцеплением с основным металлом, низким сопротивлением механическому истиранию и повышенной хрупкостью при температуре выше 250 °С и ниже минус 70 °С. покрытие обладает низкой химической стойкостью к воздействию продуктов, выделяющихся при старении органических материалов.
6) Микротвёрдость покрытия в среднем составляет 490–1180 МПа (50–120 кгс/мм2); удельное сопротивление при 18 °С составляет 5,75·10-8 Ом·м.
3.3 Выбор и обоснование типа и состава электролита для нанесения покрытия
Для цинкования применяют три типа электролитов: кислые, щелочные цианистые и щелочные нецианистые (цинкатные).
Во всех этих электролитах цинк находится в виде двухвалентных ионов.
Из кислых электролитов цинк выделяется в результате разряда на катоде двухвалентных ионов цинка:
ZnSO4 = Zn2+ + SO42-, (3.1)
Zn2+ + 2e = Zn. (3.2)
На разряд ионов цинка расходуется почти весь ток, так как выделение водорода ничтожно мало. Убыль ионов цинка из растворов компенсируется растворением анодов. Последнее протекает без выделения кислорода.
Протекание указанных электродных процессов на практике несколько нарушается из-за присутствия в электролите примесей, выделение которых наряду с выделением водорода несколько снижает катодный выход по току.
Кроме того, наряду с чисто электрохимическим растворением анодов происходит частичное химическое растворение цинка благодаря присутствию в растворе некоторого количества свободной кислоты.
Оба эти процесса – разряд посторонних катионов и химическое растворение анодов – изменяют коэффициенты использования тока на электродах и требуют периодической корректировки электролита.
Рассеивающая способность кислых электролитов весьма низкая.
Сульфатный электролит содержит (г/л):
ZnSO4·7H2O…………………………… …………………… …… 200-300
Al2(SO4)3·18H2O…………………………………………………… ………30
Na2SO4·10H2O……………………… ……….…….…………………50-100
Блескообразующая добавка…………………….………………………1-5
Процесс ведётся при 18–25 °С и при рН=3,5–4,5. Плотность тока в перемешиваемых ваннах составляет от 2 до 10 А/дм2 и выше.
Сульфатные ванны, несмотря на целый ряд преимуществ (устойчивость в работе, высокий выход металла по току, отсутствие в составе электролита ядовитых веществ), применяются главным образом для цинкования изделий простой конфигурации (листов, ленты, проволоки и т. п.)