Гальваническое покрытие сплавом никель-фосфор.

Гальваническое покрытие сплавами позволяет решить задачу получения новых конструкционных материалов с улучшенными характеристиками.

Сплавы, полученные при электроосаждении, имеют мелкокристаллическую структуру и слоистое строение, что отличает их от металлургических сплавов. Однако, после термической обработки, как правило, слоистость структуры исчезает, и они становятся похожи на обычный сплав.

Для придания поверхности деталей повышенной износостойкости и твердости обычно используют покрытие гальваническим хромом. Но повышенная токсичность и агрессивность хромовых растворов ограничивает его применение (см.«Покрытие хромом – это надежно и красиво!»).

Достаточно хорошими механическими свойствами – твердостью, прочностью, а также высокой коррозионной стойкостью обладают осадки, полученные при никелировании (см. «Никелирование»).

Но если никелевое покрытие содержит в своем составе некоторое количество фосфора, его защитные свойства и твердость значительно повышаются. Для получения покрытий сплавом никель-фосфор можно использовать химический (см. «Химическое осаждение никеля – за и против!») и электрохимический способы.

В производстве, как правило, покрытие сплавом никель-фосфор получают химическим осаждением из кислых и щелочных растворов. В основе метода лежит реакция взаимодействия ионов металла с растворенным восстановителем на поверхности металла. Наличие в никеле фосфора делает пленку близкой по твердости пленке хрома.

Интерес к этому методу обусловлен, главным образом, возможностью получения равномерных по толщине покрытий на изделиях сложного рельефа, а также тем, что получаемые покрытия, вследствие включения в них фосфора, обладают специфическими свойствами, отличающимися от свойств «чистого» никеля.

Основной недостаток  химического никелирования – достаточно высокая стоимость процесса из-за короткого срока службы растворов химического никелирования.

Применение гальванического метода покрытие сплавом никель-фосфор позволяет устранить этот недостаток.

Покрытие сплавом никель-фосфор.

Покрытие сплавом никель-фосфор.

Наибольшее распространение получил сульфатно-хлоридный электролит состава, г/л:

NiSO4 · 7H2O    150 – 200

H3PO4       50

NaH2PO2  · H2O   7,5 – 15

NiCl2  · H2O     30 – 50

CoSO4  · H2O    1 – 5

Сахарин   5

Режим электролиза: pH 1,2 – 1,8; плотность тока 10 – 30 А/дм2; температура 75 – 80ºС; выход по току 50 – 75%.

В ходе процесса на катоде гипофосфит натрия под действием атомарного водорода, выделяющегося на катоде при электролизе, восстанавливается до фосфина PH3, который в кислой среде присоединяет ион водорода, образуя катион фосфония PH4+.

Таким образом, на катоде совместно с ионом Ni+2 разряжается ион фосфония. При этом образуется фосфор, который, осаждаясь вместе с никелем, дает покрытие сплавом никель-фосфор. Содержание фосфора в покрытии изменяется в зависимости от концентрации гипофосфита и достигает 15%.

Износостойкость покрытия сплавом равна износостойкости легированных термически обработанных сталей, коррозионная стойкость в 5 – 7 раз выше, чем у чистых никелевых осадков, а коэффициент трения значительно ниже.

Электрохимическое покрытие сплавом никель-фосфор используется для улучшения физико-механических свойств алюминиевых поршней автомобильного двигателя, восстановление мерительного инструмента,  поскольку позволяет осуществлять толстослойное наращивание покрытия.

Осуществление непрерывного ведения процесса нанесения покрытий сплавом никель-фосфор в производственных условиях  встретило существенные трудности в связи с недостаточной стабильностью раствора в условиях его длительной корректировки.

Некоторыми фирмами были найдены частные решения этой проблемы в виде подобранных, в основном, эмпирическим путем и охраняемых патентным правом специальных добавок к электролиту.

Успешные разработки по стабилизации электролита покрытия сплавом никель-фосфор проведены на кафедре ТЭП РХТУ им. Менделеева, которые внедрены на заводах в г. Москве и Ульяновске, а также опубликованы в учебниках и учебных пособиях по прикладной электрохимии.

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | Комментарии к записи Гальваническое покрытие сплавом никель-фосфор. отключены

Процесс хроматирования.

Процесс хроматирования — это химическое пассивирование деталей с цинковым или кадмиевым покрытием (см. «Пассивация металлов»). Проводится для повышения коррозионной стойкости цинковых и кадмиевых покрытий, а также придания им декоративности (см. «Процесс цинкования», «Процесс кадмирования»).

Пассивирование проводят в растворах на основе хромовой кислоты или ее солей – бихромата натрия (калия) или хромового ангидрида с серной кислотой. Поэтому пассивирование называют процессом хроматирования. При взаимодействии хроматов с цинком или кадмием происходит частичное растворение металла и восстановление шестивалентных ионов хрома до трехвалентных.

В результате этих реакций на поверхности металла образуется пленка толщиной не более 0,5 мкм, содержащая хроматы цинка или кадмия, а также хрома, желтого или зеленоватого цвета, что придает ей радужный оттенок.

Такие пассивирующие пленки значительно повышают стойкость металлов против коррозии, но не допускают нагрева выше 60ºС, т.к. при этом ухудшается их защитная способность.

Перед процессом хроматирования цинковые и кадмиевые покрытия осветляют, используя растворы:

1) азотной кислоты 20 – 30 г/л;

2) хромовый ангидрид 150 – 200 г/л
азотная кислота 50 – 70 г/л
серная кислота 8 – 10 г/л

В зависимости от состава раствора в процессе хроматирования пленки могут быть различных оттенков и толщины.

Бесцветные хроматные пленки на цинке и кадмии получают двухступенчатой обработкой – сначала в растворе, содержащем, г/л:

хромовый ангидрид 150 – 200

натрий сернокислый 30 – 45

и в растворе состава, г/л:

натрий двухромовокислый 200 – 250

серная кислота 8 – 10

азотная кислота 80 – 100

натрий сернокислый 4 – 6

а, затем, после промывки в воде – в растворе, содержащем 60 – 70 г/л тринатрийфосфата. Продолжительность процесса хроматирования в обеих ваннах составляет от 5 до 40 сек, выдержка в растворе тринатрийфосфата 2 – 3 мин.

Толстые пленки желто-золотистого цвета можно получить в растворе, г/л:

натрий двухромовокислый 200

серная кислота 10

температура 20 – 30ºС, продолжительность 5 – 30 сек.

Толстые пленки золотисто-красного цвета получаются из раствора, г/л:

хромовый ангидрид 100

хлористый натрий 25

температура 20 – 30ºС, продолжительность процесса хроматирования 5 – 30 сек.

Недостаток этих ванн – большая концентрация солей хрома, затрудняющих нейтрализацию сточных вод. Кроме того, очень концентрированные растворы приводят к стравливанию 2 – 3 мкм цинкового или кадмиевого покрытия, что может привести к полному удалению покрытия в углубленных местах, например, в отверстиях, где толщина покрытия очень мала.

Для деталей, подвергаемых обезводораживанию при температуре 180 – 200ºС после процесса хроматирования в течение 2 часов рекомендуется следующий раствор:

Состав раствора, г/л:

натрий двухромовокислый 15 – 25

азотная кислота 14 – 28

натрий сернокислый 10 – 20

температура 20 – 30ºС, продолжительность 15 – 60 сек.

Цвет пленки при этом изменяется до темно-коричневого, защитные свойства несколько ухудшаются.

Цинковое покрытие с хроматированием.

Цинковое покрытие с хроматированием.

Учитывая проблему очистки промышленных стоков, можно для пассивирования использовать раствор, не содержащий хроматов.

Состав раствора, г/л:

Аммоний молибденовокислый 4 – 6

Аммоний хлористый 35 – 50

Борная кислота 6 – 10

Продолжительность обработки 60 – 70 сек.

Такой раствор используется на автоматических линиях.

Контроль качества пассивирующих пленок проводится капельным методом. Наличие пленки проверяют, нанося на поверхность детали, каплю раствора уксуснокислого свинца (50 г/л, pH 7,7). Отсутствие потемнения капли в течение 5 сек подтверждает наличие на металле защитной пленки.

Качество считается удовлетворительным, если потемнение капли раствора не происходит на пассивированном цинке в течение 60 сек, на пассивированном кадмии – в течение 10 сек.

За разработкой технологий пассивации и хроматирования обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | Комментарии к записи Процесс хроматирования. отключены

День Химика — 2014!

Уважаемые друзья и коллеги! 

Поздравляю с Днем Химика!

Наш профессиональный праздник существует уже более 40 лет!

Это день, объединяющий преподавателей и студентов, технологов и научных деятелей.

Тот, кто хоть раз столкнулся с волшебным миром химических превращений и не остановился перед трудностями, навсегда поверит в могущество этой великой науки — химии.

Дерзайте, творите, постигайте неизведанное!

Желаю всем весеннего настроения, благополучия и успехов!

Королева Галина Владимировна.День Химика 2014

Рубрика: Новости | Комментарии к записи День Химика — 2014! отключены

Очистка химических стоков.

Возможности гальваники привлекают своей кажущейся доступностью: путем электролиза нанести на поверхность детали тонкий слой металла, и тем самым придать ей необходимые качества: декоративный вид, паяемость, твердость – это ли не чудо?

При организации участка встают вопросы выбора покрытия, состава электролита, режимов нанесения, а иногда даже подготовки поверхности, но практически никого не волнует вопрос очистки химических стоков, которые образуются в процессе нанесения покрытий.

Не надо забывать, что гальваническое производство является крупнейшим источником жидких и твердых токсических отходов.

В условиях крупного гальванического производства вопрос очистки химических стоков решается путем создания очистных сооружений. Для малых предприятий — это крайне не рентабельно. Тем не менее, сливать отходы без обработки – значит загрязнять окружающую среду, что чревато штрафными санкциями, которые в разы превышают доход.

Проблему очистки химических стоков для небольших гальванических участков (см.«Как создать гальванический участок цинкования?») можно решить с помощью погружного электрохимического модуля (ПЭМ), который устанавливается в ванне улавливания после химической или электрохимической обработки деталей.

ПЭМ представляет собой устройство из катионитовой или анионитовой мембраны, которое на фланцевом соединении примыкает к передней стенке корпуса, выполненного из полипропилена. Параллельно мембране расположен внутренний электрод, на расстоянии 20 – 30 мм от него –  внешний электрод.

Погружной модуль очистки.

1 – корпус ПЭМ;

2 – внутренний электрод;

3 – ионообменная мембрана;

4 – внешний электрод;

При пропускании постоянного тока ионы проходят через мембрану в соответствии с ее типом и полярностью электродов. При этом на электродах идут электрохимические реакции (например, осаждения металла, находящегося в ванне улавливания).

Погружной модуль позволяет:

  • провести очистку химических стоков;
  • утилизировать отработанные растворы химического никелирования, электролиты хромирования, непригодные для дальнейшей эксплуатации путем извлечения токсических компонентов;
  • ликвидирует сброс растворов травления (см. «Травление поверхности. Часть1»), пассивирования, осветления и травильного шлама путем их регенерации непосредственно в рабочей ванне;
  • устраняет вынос тяжелых металлов в сточные воды после промывки и позволяет  вернуть ионы металлов в рабочие ванны, тем самым снизить расход воды на промывку.

Другая комбинация мембран и электродов используется для регенерации  хром-содержащих растворов, которые применяются  для  осветления и пассивирования цинка (см. «Процесс цинкования»), меди и кадмия. В процессе эксплуатации в них накапливаются ионы трехвалентного хрома и растворяющегося металла, уменьшается концентрация ионов хромата и  кислотность раствора в соответствии с уравнением реакции:

 3Zn + 2CrO42- + 16H+ → 3Zn2+ + 2Cr3+ + 8H2O

Если поместить в такой раствор ПЭМ с катионитовой мембраной, внутренним катодом и внешним нерастворимым анодом,  то в процессе электролиза ионы Zn2+ будут переходить в ПЭМ, а ионы Cr3+ будут окисляться на аноде с одновременным подкислением раствора:

Cr3+ + 4H2O → CrO42- + 8H+ + 3е

Регулируя силу тока, можно произвольно ускорять или замедлять реакцию, таким образом, поддерживать постоянный состав рабочего раствора, отвечающий  оптимальным значениям отношения Cr(VI)/Cr(III). При этом полностью ликвидируются сбросы отработанного раствора, решается проблема очистки  химических стоков, а корректировка сводится к минимуму.

Погружной электрохимический модуль разработан в РХТУ им. Д.И. Менделеева г. Москва. По вопросу приобретения и внедрения обращаться к проф. Кругликову Сергею Сергеевичу тел. 8 916 616 96 99, e-mail: skruglikov@mail.ru.

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Безопасная гальваника | Комментарии к записи Очистка химических стоков. отключены

Скоростное наращивание меди.

Необходимость скоростного наращивания меди связано с процессом изготовления сложных деталей, в основе которого лежит явление гальванопластического копирования, открытого в начале XIX века (см.«Что такое гальванопластика? Часть1»).

Для наращивания меди применялся сульфатный электролит, основой которого являлись медный купорос и серная кислота. Это – наиболее простой и исследованный процесс, который до сих пор используется умельцами в домашних условиях (см. «Как выбрать электролит меднения?»).

Недостаток сернокислого электролита в том, что он не позволяет нанести качественное покрытие непосредственно на стальные детали, вследствие выпадения контактной меди, образующей рыхлый осадок, плохо сцепленный с поверхностью, тогда как гальванопластика подразумевает возможность получать комбинированные детали из различных металлов и неметаллов (см. «Металлизация пластмасс. Часть1»).

Поэтому состав электролита дорабатывался с целью получения необходимой адгезии, качественного равномерного покрытия и при этом достаточно скоростного наращивания.

Изготовление декоративных изделий методом наращивания меди.

Изготовление декоративных изделий методом наращивания меди.

В конце XIX века был разработан электролит на основе цианистой соли меди. До сих пор этот электролит позволяет получать самые качественные равномерные медные покрытия. Но он является очень ядовитым и требует особые меры предосторожности.

Достойной заменой цианистым электролитам меднения стал пирофосфатный электролит, как наиболее экологически безопасный. Медь из прирофосфатного электролита можно осадить непосредственно на сталь, алюминий, молибден и прочие металлы, но для гальванопластического толстослойного наращивания он не подходит, т.к. скорость осаждения меди не превышает 3 – 4 мкм/час.

Решить вопрос скоростного наращивания меди позволила разработка  электролита, который, как и сернокислый, состоял только из двух компонентов, но серная кислота была заменена органической кислотой – сульфаматной.

Первоначально электролит для наращивания меди содержал: 240 – 260 г/л сульфамата меди и 50 – 60 г/л сульфаминовой кислоты. При оптимальной температуре 25 – 30ºС электролит позволял осуществлять наращивание меди до 2 мм без внутренних напряжений, что уже было очень большим достижением.

Конструктивные элементы, изготовленные медной гальванопластикой.

Конструктивные элементы, изготовленные медной гальванопластикой.

Однако, при высоких плотностях тока по контуру покрываемых деталей происходило образование дендритов. Для  устранения этого недостатка в электролит вводится добавка пирофосфата калия, анион которого, адсобируясь на поверхности катода, частично ее перекрывает, вследствие чего устраняется явление денритообразования.

В результате для наращивания меди толщиной до 8 мм оптимальным выбран электролит состава, г/л:

Сульфамат меди  240 – 260

Пирофосфат калия  2,5 – 5

Кислота серная  80 – 100

pH = 0,3 – 0,8;

температура 22 – 30ºС,

катодная плотность тока 2,0 – 4,0 А/дм2 (без перемешивания) или 4,0 – 8,0 А/дм2 (с перемешиванием).

При увеличении концентрации сульфамата меди скорость наращивания меди увеличивается. Изменение концентрации кислоты, а следовательно, pH раствора (в указанных пределах) практически не влияют на скорость наращивания меди, а повышение температуры, наоборот,  приводит к значительному увеличению скорости осаждения покрытия. Присутствие в электролите пирофосфата калия не позволяет рекомендовать проведение электролиза при температуре более 40ºС.

Методом гальванопластики путем наращивания меди можно изготавливать конструктивные элементы СВЧ и КВЧ устройств, декоративные изделия, копии с гипсовых отливок и скульптур.

По вопросам разработки техпроцесса гальванопластического наращивания меди обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Советы молодым специалистам | 4 комментария
Страница 4 из 24« Первая...23456...Последняя »