Справочник по гальваностегии

Каданер Л.И.

Киев Техника, 1976 г.

2. Травление

После удаления загрязнений и жировых пленок должны быть удалены окисные пленки, налеты ржавчины и другие химические соединения, образующиеся на поверхности металла. Эти соединения при достаточно большой толщине и сплошности могут совершенно воспрепятствовать осаждению гальванических покрытий или сильно ослабить Оцепление покрытий с основным металлом. Для удаления окисных и других пленок детали подвергают травлению.

Состав травильных растворов и длительность травления выбираются в зависимости от природы металла и характера образовавшихся на металле пленок. Обычно эти пленки неравномерны по толщине. Поэтому в процессе травления отдельные участки поверхности металла могут уже обнажиться, в то время как на других участках еще сохраняется окисная пленка. На обнаженных участках далее происходит растворение металла, в результате чего поверхность может стать перетравленной — шероховатой, с изъязвлениями. Шероховатость и изъязвления тем больше, чем больше гетерогенность металла (например, стали, алюминиевые сплавы), чем больше разность потенциалов между структурными составляющими металла и меньше перенапряжение водорода на поверхности фазы, выполняющей роль катода.

Поэтому при разработке состава травильных растворов учитывают не только интенсивность растворения окисных пленок, но и интенсивность взаимодействия с металлом. В идеальном случае травильный раствор должен интенсивно растворять пленки, совершенно не взаимодействуя с самим металлом. Особенно это важно для деталей, размеры которых должны укладываться в рамки жестких допусков, или при предъявлении жестких требований к чистоте обработки поверхности.

Травление стали и чугуна. Окисные пленки на черных металлах, стали и чугуне, подлежащие удалению в травильных растворах, могут быть очень тонкими, неразличимыми глазом, могут быть толстыми, достигая десятых долей миллиметра.

Для травления черных металлов применяют растворы серной или соляной кислоты, иногда растворы их смесей. Действие этих кислот по своему характеру различно. Соляная кислота растворяет преимущественно окислы железа, а серная кислота — почти исключительно железо. При растворении окислов водород не выделяется, в то время как при растворении металла выделяется атомарный водород. Большая часть его, образуя молекулы, выделяется из раствора, часть же проникает в кристаллическую решетку стали и деформирует ее, вызывая изменение физико-механических свойств; уменьшается упругость стали, повышается ее хрупкость.

Наибольшие затруднения возникают при травлении окалины, которая состоит из смеси окислов FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Кроме взаимодействия с окислами, вследствие пористости окалины и неравномерности ее растворения происходит также взаимодействие кислоты с железом.

Окись железа Fe2O3 и особенно Fe3O4 растворяется в кислотах медленно. Водород, выделяющийся при растворении железа, восстанавливает Fe8O4 и Fe2O3 до FeO — закиси железа, которая легко растворяется в кислоте.

Растворение в кислоте металлического железа приводит к подтравливанию его под слоем окалины. В результате происходит механическое отслаивание окалины. Поскольку при травлении в серной кислоте (в отличие от соляной) большая часть окалины удаляется механически, расход ее оказывается заметно меньше.

Температуру травильного раствора, содержащего серную кислоту, при снятии окалины поддерживают в пределах 50...70° С. Соляную кислоту нагревают до температуры не выше 30...40° С, чтобы избежать выделения хлористого водорода. Концентрация серной кислоты в травильных растворах обычно составляет 100...200 г/л, Концентрация соляной кислоты — 100...200 г/л.

Шлифование бесконечными абразивными лентами. Шлифование бесконечными абразивными лентами является высокопроизводительным процессом обработки, обеспечивающим достаточно высокую чистоту поверхности £14]. К основным преимуществам способа следует отнести возможность шлифования фасонных поверхностей, хорошее облегание лентой контура обрабатываемой детали, благодаря чему увеличивается режущая поверхность и предотвращается перегрев металла

Абразивные ленты используются на шлифовальных станках самых различных типов. Класс чистоты поверхности и производительность процесса зависят от скорости движения ленты, силы давления на деталь, от натяжения ленты, эластичности контактного ролика (плиты), зернистости и режущей способности абразива. Шлифование цилиндрических деталей и деталей формы тел вращения из черных и цветных металлов производится при скорости ленты 35...40 м/с, плоских и несложно профилированных деталей из стали, алюминия, меди и их сплавов, цинковых сплавов — при 10...20 м/с.

При обработке деталей из черных металлов оптимальное удельное давление составляет 0,05...0,2 МПа при натяжении ленты 30...50 Н/см; при шлифовании деталей из цветных металлов и их сплавов — до 0,04 МПа при натяжении ленты 15...20 Н/см. Завышенное удельное давление приводит к появлению прижогов на поверхности, ухудшает чистоту и уменьшает стойкость ленты.

Абразивные материалы перед употреблением следует прокаливать при температуре 850...900° С для удаления с поверхности зерен окислов, что особенно необходимо при электростатическом методе нанесения абразива. После термообработки абразив промывают в растворе кремнекислого натрия для повышения капиллярности и улучшения адгезии с клеями.

Для лент прдменяется абразив специального рассева марок П и В по ГОСТ 3647—71 с минимальным процентом предельной фракции. Наиболее прочное удержание абразивного зерна на тканевой основе и необходимая эластичность лент достигаются применением высококачественных связующих типа ЛАРС или синтетической клеевой композиции на основе термореактивных фенолфурфурольных смол марок ФМ-3 и ФМ-4, малеинового ангидрида (отвердитель) и трихлорэтилфосфата (пластификатор).

Для склеивания концов лент используют клеи БФ2, БФ4 или специальные полимерные пленки, расплавляемые и высушиваемые токами высокой частоты.

Ленточное абразивное Шлифование осуществляется, как правило, в два-три перехода. Так, при исходной шероховатости поверхности стали 4...5-го класса, н заданной —8-го класса обработка нормальным электрокорундом марки Э4 производится за первый переход шлифовальными порошками № 10...№ 8, за второй переход — № 6, за третий переход — № 5...JV» 3.

На алюминии, меди и их сплавах повышение класса чистоты поверхности с 6-го до 8-го класса достигается обработкой электрокорундом Э4 в два перехода: за первый переход шлифовальным порошком

Для обеспечения 11... 12-го класса чистоты завершающую обработку ведут лентами с полировальными пастами на основе микропорошков белого электрокорунда.

К способу шлифования и полирования деталей насыпью незакрепленным абразивом относятся сухое галтование, подводное галтование, виброабразивная и анодно-абразивная обработка (36; 69].

Галтование и анодно-абразивная обработка производятся во вращающихся барабанах (колоколах), виброабразивная обработка — в специальных установках с вибрирующими бункерами (контейнерами

7. Хромирование

Для электроосаждения хрома применяют сульфатные, саморегулирующиеся, тетрахроматные и фторидные электролиты. Все они в качестве основного компонента содержат хромовый ангидрид СгО3.

Фторидные электролиты применяют для защитно-декоративного хромирования мелких деталей насыпью, тетрахроматные — для защитно-декоративного хромирования с обязательной последующей полировкой- Саморегулирующиеся электролиты используются для износостойкого хромирования [49; 50; 731.

Сульфатные электролиты. Наиболее широкое применение получили сульфатные электролиты, содержащие 150...400 г/л хромового ангидрида и 1,5...4,0 г/л серной кислоты. В зависимости от выбранных режимов осадки хрома покрытия получаются матовыми, серыми, молочными или блестящими.

На катоде в процессе электролиза происходит восстановление шестивалентного хрома до металлического, шестивалентного хрома до трехвалентного, разряд ионов водорода и его выделение. Основная часть тока расходуется на образование водорода, который выделяется в атмосферу, унося с собой некоторое количество электролита. На осаждение металлического хрома расходуется 9...16% тока.

При хромировании применяют нерастворимые; обычно свинцовые аноды. Растворимые хромовые аноды не применяются, так как хром переходит в раствор в виде, ионов Сг3+, Концентрация которых в электролите ограничивается 5...6 г/л.

На свинцовых анодах обычно образуется твердая малопроводящая корка хромовокислого свинца, повышающая напряжение на ванне. Местное образование такой корки может ухудшить равномерность распределения хрома на покрываемой поверхности. Поэтому аноды периодически очищают металлическими щетками после предварительного подтравливания в 5%-ном растворе соляной кислоты. При длительных перерывах алектролиза аноды выгружают из ванны и помещают в воду.

С целью уменьшения скорости образования корки были предложены аноды из сплавов свинца с сурьмой (6...8%) и свинца с оловом (10%). Наиболее успешно используются в промышленности трехкомпонентные аноды, содержащие 86...81% свинца, 4% сурьмы и 10... 15% олова. Пленка, образующаяся на поверхности таких анодов, хорошо проводит ток и не нарушает режима электролиза. Это исключает необходимость систематической чистки анодной поверхности [33].

Так как электролиз ведут с нерастворимыми анодами, то содержание хрома в электролите непрерывно уменьшается. Поэтому его часто корректируют, добавляя хромовый ангидрид. Последний предварительно растворяют в отдельном сосуде и удаляют серную кислоту, содержащуюся обычно в виде примеси в хромовом ангидриде, с помощью гидрата окиси бария или свежеосажденного углекислого бария. Раствор тщательно перемешивают и дают в течение суток отстояться, после чего декантируют и вводят в рабочую ванну.

Осаждение хрома ведут при сравнительно высоких плотностях тока — 80...60 А/дм8. -Несмотря на это, скорость осаждения хрома невелика из-за низких выходов по току и малой величины электрохимического эквивалента (так как осаждение происходит за счет разряда шестивалентного хрома).

Оптимальная Концентрация хромового ангидрида — 250 г/л. При этой концентрации отношение верхнего значения плотности тока, при которой получаются блестящие осадки, nbsp; к нижнему оказывается максимальным.

Наиболее широко применяются электролиты, содержащие 250 г/л СгО3, 1,6... 2,5 г/л H2SO4; * =-Ч5 . .. 55° С и /к = 20...60 А/дм2. Они применяются как для защитно-декоративного хромирования, так и для нанесения износоустойчивых покрытий.