Полуавтоматические и автоматические установки для нанесения гальванических покрытий
Полуавтоматические линии состоят из ванн для подготовительных операций, ванн промывок и гальванических ванн, расположенных в соответствии с последовательностью технологических операций.
Рисунок 2.9 Расположение ванн для нанесения гальванических покрытий
Перемещение подвесок с деталями или барабанов от места загрузки до места выгрузки производится с помощью тельфера или других параметров гальванического процесса, включая и время процесса, осуществляется непосредственной рабочим. Достоинство полуавтоматов является непрерывность процесса и постоянство времени выдержки деталей в ванне.
Прямолинейный полуавтомат обслуживается с двух сторон: с одной стороны производится загрузка деталей, с другой – их выгрузка. Скорость движения транспортной ленты регулируется редуктором.
Овальный полуавтомат обслуживается с одной стороны. Загрузка и выгрузка деталей производится на одном рабочем месте. Над гальванической ванной укреплена катодная штанга в виде вытянутого замкнутого кольца. Над штангой находится бесконечная цепь, которая также представляет собой вытянутое замкнутое кольцо. Штанга с деталями приводится в движение цепью с помощью толкающих приспособлений. Аноды подвешивают на анодных штангах, расположенных у продольных стенок и посередине ванны. Скорость движения цепи подбирается таким образом, чтобы за один цикл получить покрытие требуемой толщины и составляет в зависимости от продолжительности процесса 0,2 – 1 м/мин.
Кольцевой полуавтомат имеет круглую ванну, в которой катодная штанга изогнута в кольцо и непрерывно вращается. Катодная и внутренняя анодная штанги движутся в противоположных направлениях, а наружное анодной кольцо неподвижно. Кольцевой полуавтомат применяют в тех случаях, когда продолжительность процесса сравнительно невелика (примерно равна времени, за которое катодное кольцо делает один оборот).
Для нанесения гальванических покрытий широко применяют автоматические гальванические линии. Применением автоматизации достигают повышение производительности труда, улучшение условий руда рабочих.
Рисунок 2.10 Автоматическая гальваническая линия
В цехах с крупносерийным производством применяют автоматические линии с «жестким» единичным циклом. В таких линиях подвески с деталями совершают поступательное прерывистое перемещение в одном направлении. Шаг перемещения и единичный цикл, т.е. движение и время последующей паузы «жестко» заданы ритмом автомата.
Длина однопозиционных ванн равна шагу перемещения транспортирующего устройства; В многопозиционных ваннах (меднения, никелирования, цинкования и т.д.) длина ванны равна шагу, умноженному на количество позиций.
В условиях мелкосерийного производства при относительно малой производительности по отдельным видам покрытия более эффективны автооператорные многопроцессные линии с программным управлением.
Технологический процесс нанесения покрытий
Любой гальванический процесс представляет собой целый комплекс операций. Основные операции технологического цикла: подготовка поверхности основного металла; нанесение гальванического покрытия; обработка гальванических покрытий.
Подготовка поверхности основного металла к покрытию является наиболее трудоемкой операцией, от которой зависит качество полученных покрытий. При наличии на поверхности деталей даже тонкой жировой или окисной пленки покрытие будет плохо соединяться с поверхностью основного металла, т.е. могут образоваться пузыри и вздутия. Некачественная подготовка поверхности особенно заметна при нанесении защитно-декоративных покрытий. Даже небольшие загрязнения могут служить причиной дефекта. Особенно вредны органические загрязнения, способные включаться в поверхность деталей. Эти загрязнения являются причиной различных дефектов покрытий (пузыри, отслоения и др.). Прочность сцепления покрытий значительно зависит от шероховатости поверхности. Чем ниже шероховатость поверхности основного металла, тем качественнее покрытия (меньше пористость и выше защитные свойства).
В зависимости от назначения покрытий подготовку поверхности основного металла проводят по-разному. Например, перед нанесением защитных гальванических покрытий (цинковых, кадмиевых) подготовка поверхности сводится в основном к обезжириванию и травлению. Перед нанесением защитно-декоративных покрытий (никелевых, хромовых) недостаточно только удаления жиров и окислов, а необходима тщательная механическая обработка для получения гладкой поверхности, так как в процессе нанесения защитно-декоративных покрытий дефекты поверхности не только не исчезают, но часто становятся более рельефными, поскольку плотность тока и толщина на выступах больше, чем в углублениях.
Нанесение гальванического покрытия – осаждение слоя металла на поверхность деталей, а также нанесение оксидной или фосфатной пленки. При нанесении гальванических покрытий детали завешивают на катодную штангу гальванической ванны, а на анодную – пластины из того металла, которым покрывают детали. В некоторых случаях применяют нерастворимые аноды (графит, нержавеющую сталь, платинированный титан) или раздельные аноды при покрытии сплавом (например, меди и цинк при латунировании).
Качество покрытий и его структура зависит от многих факторов. Одним из основных факторов, влияющих на структуру металлического покрытия, является состав электролита. Например, осадки цинка, олова и других металлов, полученные из электролитов, состоящих из простых солей металлов, получаются крупнокристаллическими; осадки этих же металлов, полученные из электролитов, содержащих комплексные соединения (щелочные, цианистые), получаются мелкокристаллическими. Для получения гладких, плотных и мелкокристаллических осадков в электролиты, содержащие простые соли, вводят различные органические соединения.
Электролиты для получения блестящих покрытий содержат особые добавки, которые называют блескообразователями.
Рисунок 2.11 Процесс холодной гальванической оцинковки
На структуру металлического покрытия в большой степени влияет режим электроосаждения. Повышение плотности тока способствует образованию мелкокристаллических осадков. Однако повышать плотность тока, можно только для определенного предела, не более предельно допустимых значений, после которых осадок получается рыхлым, губчатым или дентритообразным, плохо сцепленным с поверхностью основного металла.
Повышение температуры электролита увеличивает электропроводность, уменьшает солевую пассивацию анодов, позволяет работать с большей плотностью тока. Однако повышение температуры электролита ведет к образованию крупнокристаллических осадков. На практике используют взаимную компенсацию действий температуры и плотности тока: для повышения интенсивности процесса электроосаждения применяют высокую плотность тока при повышенных температурах.
Для ускорения процесса нанесения гальванических покрытий электролит перемешивают, что позволяет работать с большей плотностью тока.
Периодическое изменение направления тока (реверсирование) улучшает структуру осадка. Покрытие, получаемое таким, методом, имеет мелкокристаллическую структуру вследствие периодического анодного растворения микровыступов катодного покрытия.
К операциям обработки гальванических покрытий относят: осветление, пассивирование, промасливание, нанесение лакокрасочных покрытий, обезводороживание, обработку серебряных покрытий от потускнения.
Рисунок 2.12 Процесс нанесения гальванического покрытия
При обработке цинковых и кадмиевых покрытий для повышения коррозионной стойкости и улучшения внешнего вида применяют осветление и пассивирование этих покрытий. Пассивирование заключается в погружении деталей в пассивирующий раствор с образованием пассивной пленки толщиной 0,5 – 1 мкм.
Повышение защитных свойств окисных покрытий на сталях, меди и ее сплавах осуществляют дополнительной пропиткой их маслами.
Для окисных, цинковых, кадмиевых покрытий на стали, с целью повышения коррозионной стойкости, в некоторых случаях целесообразно нанесение на эти покрытия лакокрасочных материалов.
Обезводороживание применяется для пружин и деталей, которые после нанесения покрытия подвергаются механическим деформациям. Обезводороживание заключается в термической обработке при температуре (190±10)˚С в течение 2 ч.
Кроме основных операций в технологический процесс нанесения гальванических покрытий входят и вспомогательные операции, например промывка и сушка.
Промывку осуществляют между отдельными подготовительными операциями (обезжирование, травление, активирование) для предотвращения переноса компонентов раствора из одной ванны в другую на деталях и подвеска. Детали промывают после нанесения покрытия для удаления с них и подвесок остатков электролита, а также после операций осветления и пассивирования.
После нанесения покрытий и окончательной промывки теплой водой детали сушат. Быстрая и качественная сушка препятствует возникновению на поверхности покрытия пятен и полос. Особенно это важно при сушке пассивированных цинковых и кадмиевых покрытий. При сушке из щелей и углублений удаляется влага, которая может быть причиной последующей коррозии. Сушка проводится с помощью сильного потока сухого и подогретого (до температуры 50 - 60˚С) воздуха или инфракрасного излучения.