WorldodTech

3.4 Обоснование режимов процесса нанесения цинкового покрытия

При электрохимическом осаждении цинка на катоде протекает следующий процесс:

Zn(OH)42- + 2e ® Zn + 4 OH- . (3.5)

Побочным процессом на катоде является разряд ионов водорода:

2 H2О + 2e ® H2­ + 2 OH- . (3.6)

Выделяющийся водород в атомарном состоянии проникает в кристаллическую решётку покрываемого металла, тем самым, повышая его хрупкость. Этот процесс носит название наводораживание. Для того чтобы снизить наводораживание необходимо поддерживать высокий выход по току цинка.

Температура ведения процесса покрытия детали составляет 20-30 °С. Оптимальной температурой является температура, равная цеховой (при условии, что она попадает в этот интервал), так как в этом случае отпадает необходимость подогревать ванну покрытия. При повышении температуры будет снижаться перенапряжение выделения водорода на катоде, это приведёт к большему его выделению, а, следовательно, к уменьшению выхода по току цинка и наводораживанию детали. При понижении температуры будет падать электропроводность раствора электролита, что повлечёт за собой увеличение напряжения на ванне и перерасходу электроэнергии идущей на процесс покрытия.

Для деталей сложной формы и во вращательных установках применяется катодная плотность тока в интервале от 0,5 до 1,5 А/дм3. Оптимальной будет являться катодная плотность тока, равная 1 А/дм3, так как при данной плотности тока скорость осаждения цинка будет в пределах 0,1–0,3 мкм/мин. При снижении данной плотности тока будет происходить снижение производительности и как следствие этого, повышение себестоимости детали. Кроме того, будет снижаться выход по току цинка, а это повлечёт наводораживание детали. При увеличении катодной плотности тока будет происходить рост концентрации окиси цинка (влияние см. ниже); может быть достигнут предельный ток, и будет происходить дендритообразование; будет происходить разогрев раствора электролита, а, следовательно, снижение выхода по току цинка и наводораживание детали.

Оптимальная концентрация окиси цинка в электролите составляет 10 – 17 г/дм3. При понижении содержания окиси цинка будет происходить уменьшение катодной плотности тока и снижение производительности. При повышении содержания окиси цинка будет снижаться содержание щёлочи в электролите, благодаря этому снижению будет падать выход по току цинка.

Оптимальное содержание щёлочи в электролите составляет 90 – 120 г/дм3. Если содержание щёлочи будет выше, то будет происходить снижение рассеивающей способности электролита, это приведёт к ухудшению качества покрытия. Если содержание щёлочи будет заниженным, то снизится выход по току, а это повлечёт за собой наводораживание детали и снижение производительности процесса.

Оптимальное содержание блескообразующих добавок НБЦ-0 и НБЦ-К составляет 4-6 г/дм3. Повышение содержания не имеет экономического смысла, а снижение приведёт к ухудшению качества покрытия.

На основании вышеизложенного и руководствуясь информационными данными ГОСТ 9.305-84, выбираем состав цинкатного электролита для нанесения цинкового покрытия и режимы технологического процесса:

Окись цинка……………………………………………… 10-17 г/дм3

Едкий натр технический марка ТР………… .……….90-120 г/дм3

Блескообразующие добавки:

НБЦ-0………………………………………………… 4-6 г/дм3

НБЦ-К………………………………………… ………4-6 г/дм3

рН……………………………………………………………… 4,5-5,8

Температура………………………………………………… 20-30 °С

Катодная плотность тока……………….………………0,5-1,5 А/дм3

Анодная плотность тока…………………………………….1-2 А/дм3

3.5 Подготовительные операции

3.5.1 Обезжиривание

Химическое обезжиривание заключается в том, что жиры, представляющие собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот, при воздействии щёлочи омыляются и переходят в растворимые соли, а минеральные масла при воздействии щёлочи могут образовывать эмульсию.

При химическом обезжиривании применяют разбавленные растворы щёлочи, так как концентрированные щелочные растворы обладают способностью образовывать оксидные плёнки на поверхности детали, изготовленной из стали. Кроме того, образовавшиеся при обезжиривании мыла в концентрированных растворах щёлочи не растворяются, что отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытий. Кроме едкого натра, растворы для обезжиривания содержат легко гидролизующиеся соли щелочных металлов (углекислый натрий, тринатрийфосфат и др.). Концентрация едкого натра в растворах для обезжиривания стальных деталей обычно не превышает 100 г/л.

С целью облегчения процесса отрыва капелек масла от поверхности металла и образования эмульсии в щелочной раствор добавляют поверхностноактивные вещества, так называемые эмульгаторы.

Химическое обезжиривание производят при температуре 70–90 °С, при которой омыление и процесс эмульгирования протекают более интенсивно. Продолжительность обезжиривания зависит от степени загрязнения деталей и составляет примерно от 5 до 60 мин.