Вопрос № 50 Оборудование для нанесения электрохимических покрытий.
Электрохимическими называются покрытия, наносимые электрохимическими методами на поверхность детали в результате осаждения компонентов в виде ионов из электролита при пропускании электрического тока. Толщина электрохимических покрытий в зависимости от предъявляемых к ним требований может изменяться в широких пределах (от долей микрона до десятых долей миллиметра). Толщина химических покрытий обычно не превышает 10 мкм.
Преимуществами указанных методов являются возможность получения покрытия без нагрева до высоких температур, из одного и того же метала с различной структурой и свойствами, возможность создания покрытий из сплавов металлов путем их совместного осаждения Электрохимические металлические покрытия по механизму защиты подразделяются на катодные и анодные. Катодными металлическими покрытиями называются такие покрытия, металл которых имеет более положительный электродный потенциал, чем защищаемый материал. Например, для деталей из углеродистой, низко- и среднелегированной стали в атмосферных условиях это - золото, серебро, медь, никель, хром, свинец. Катодные покрытия защищают металл детали, изолируя его от окружающей среды. Основное требование к катодным покрытиям — беспористость. Анодными металлическими покрытиями называются такие покрытия, металл которых в атмосферных условиях имеет более отрицательный электродный потенциал, чем защищаемый материал (например, цинк, кадмий, титан, алюминий и другие для углеродистой и среднелегированной стали). Анодные покрытия защищают металл не только изолируя его от воздействия с внешней средой, но и электрохимически, за счет протекторного1 действия покрытия.
Общую схему нанесения электрохимических покрытий обычно рассматривают на примере цинкования. Цинковое покрытие является анодным. В кислый электролит 1 (раствор сернокислого цинка ZnSO4 погружают анодные пластинки из цинка, которые подключаются к положительному полюсу генератора 2 (рис. 9). Обрабатываемая деталь К (катод) погружается в электролит между анодными пластинами (А) и подключается к отрицательному полюсу электрической цепи.
С
ернокислый
цинк в электролите диссоциирует: ZnSO4 ↔
Zn+ + SO4−.
При этом катионы цинка начинают перемещаться к катоду, разряжаются (принимая на себя два избыточных электрона с катода) и цинк осаждается на поверхности детали. Анионы SО4− перемещаются к аноду (цинковым пластинам). Поэтому концентрация анионов SО4− и катионов Zn+ в растворе электролита поддерживается практически постоянной и процесс осаждения цинка на детали-катоде продолжается.
В процессе электролиза в электролите частично происходит диссоциация воды (Н2О ↔ Н+ + ОН−) и может иметь место нежелательное наводораживание покрываемого материала. Для устранения этого в электролит добавляют специальные вещества (Na2SO4, NaCl и др.).
Процессы цинкования осуществляются при температурах 15…40°С. Время процесса, в зависимости от толщины покрытия, составляет от одной минуты до двух и более часов.
Нанесение электрохимических покрытий на основе других металлов отличается от цинкования составом электролита, выбором металла анода и другими параметрами процесса. Общая схема аналогична цинкованию.
Нанесение электрохимических покрытий осуществляется в ваннах, которые делятся на стационарные, колокольные и барабанные. Стационарные ванны представляют собой прямоугольные ил и круглые резервуары, сваренные из листовой стали толщиной 4 — 5 мм. Для защиты стенок ванн от действия электролита и предотвращения загрязнения электролита продуктами растворения стенок внутренние поверхности ванн футеруют.
Колокольные ванны применяют для нанесения покрытий на мелких деталях. Характеристики колокольных ванн приведены в табл. 10.11. Эти ванны изготовляют из изолирующих материалов: эбонита, винипласта или гуммированной стали (в форме усеченного конуса) и устанавливают на двух чугунных стойках. К одной из них прикрепляют кронштейн, поддерживающий электродвигатель с червячным редуктором, который связан с колоколом посредством зубчатых колес. Ток подводят к деталям (катоду) металлическими щетками, трущимися о медное кольцо, укрепленное в дне колокола. Отсюда ток передается к покрываемым деталям через медные болты, проходящие через дно колокола и соединяющиеся с внутренними контактными пластинами. Часто практикуется также подача тока к деталям сверху при помощи гибкого провода с грузом, контактирующим с деталями. Анод представляет собой горизонтально или наклонно расположенную пластину, опускаемую в колокол на вертикальном стержне. Для придания колоколу необходимого наклона и для удобства разгрузки стационарных колокольных ванн имеется специальное приспособление из зубчатого сегмента с червячным зацеплением. Большие колокола при разгрузке наклоняют при помощи поворотного колеса или штурвала. При этом детали вместе с электролитом попадают на сетку; электролит стекает в специальную ванну, откуда снова поступает в колокол
Барабанные ванны изготовляют из винипласта, текстолита, органического стекла, целлулоида и других непроводящих материалов. Барабан погружают в ванну с электролитом и извлекают из нее специальным подъемником. Во время работы барабан вращается вокруг горизонтальной оси от электродвигателя через редуктор, установленный на кронштейне с наружной стороны ванны. Анодные пластины подвешивают на штанги, расположенные в ванне снаружи барабана. Барабан можно разделить на две-три секции и одновременно осуществлять покрытие различных деталей. Барабаны больших размеров опускают и поднимают при помощи тельфера.