Задание.

Выбрать покрытие в зависимости от назначения и условий эксплуатации готового изделия и обосновать свой выбор. А также выбрать толщину покрытия, технологию получения покрытия (режим, состав электролита, предварительная подготовка поверхности основного материала (назначение каждой операции и состав электролитов и растворов), дополнительная обработка полученного покрытия (назначение операции и состав раствора или тип масла), назначение каждого компонента всех используемых электролитов и растворов. Контроль качества полученного покрытия.

Деталь из никеля. Покрытие должно обладать защитой от потускнения зеркальных поверхностей и повышения коэффициента отражения.

Условие эксплуатации Казань.

Материал детали.

Никель - это пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Входит в семейство триад железа, поэтому его химические свойства очень схожие с железом.

 Никель обладает ценными химическими и высокими механическими свойствами. Благодаря хорошей пластичности из никеля можно получать разнообразные изделия методом деформации в горячем и холодном состоянии. Основным объектом применения никеля являются металлические сплавы и покрытия. В этих сплавах никель является или основой, или одним из важных легирующих элементов, придающих сплавам те или иные необходимые свойства. Не случайно, что в течение многих лет в общем потреблении никеля расход его качестве сплавов или легирующего элемента составляет более 80%. Остальная часть никеля применяется в чистом виде (8%) и для никелевых защитных покрытий (около10%).

  В качестве сплавов никель нашел широкое применение в виде жаропрочных, кислотостойких, магнитных материалов, сплавов с особыми физическими свойствами. Особенно большое значение имеет применение никеля в качестве легирующего элемента в специальных сталях и сплавах.

Назначение покрытия.

Данный вид покрытия относится к защитно-декоративным. Ряд металлических покрытий издавна используют в качестве защитно-декоративных. К ним относятся в первую очередь нике-левые и хромовые покрытия и различные многослойные покрытия на их основе, покрытия драгоценными металлами — золотом, серебром и их сплавами.

В последние годы появилось много новых сплавов для элек-трохимического покрытия, соединяющих в себе специальные и декоративные свойства, а также текстурированные покрытия.

Блестящие зеркальные покрытия используются в частности в приборостроении, автомобильной промышленности и для создания декоративных конструкционных деталей.

Электролиты для формирования защитно-декоративных покрытий.

Никелевые и хромовые покрытия являются наиболее распространенными декоративно-защитными покрытиями. Блеск, шероховатость и рельеф этих покрытий могут изменяться в широких пределах в зависимости от способа подготовки основного металла и условий нанесения покрытий.

Выявление кристаллической текстуры для никелевых покрытий не характерно. Возможно, получение цветовой слоистой текстуры сочетанием полос металлического и черного никеля или хрома.

Из хромовых покрытий известно текстурное покрытие хром-агат, но оно пока еще не нашло промышленного применения, хотя отличается высокими декоративными свойствами.

Цвет никелевого покрытия светло-серый с теплым желтоватым оттенком, хромового — светло-серый с холодным синеватым оттенком.

При определенных условиях осаждения можно получить чер-ные никелевые и хромовые покрытия, функциональные свойства которых, такие, как износостойкость и коррозийная устойчивость, значительно отличаются от свойств обычных никелевых и хромо-вых покрытий. Но именно цвет этих покрытий обусловливает широкое их использование в приборостроении. Никелевые покрытия можно тонировать, получая при этом довольно широкую цветовую гамму.

Однослойные декоративные никелевые покрытия. Зеркальные и блестящие однослойные никелевые покрытия находят широкое применение в приборостроении. Коррозийная стойкость таких покрытий без подслоя меди недостаточна, и поэтому они могут быть рекомендованы для отделки изделий, эксплуатируемых в лег-ких условиях.

Разработан электролит, обладающий высокой степенью выравнивания и дающий зеркальные осадки никеля. Эти покрытия по коррозийной стойкости, физико-механическим и декоративным свойствам не уступают аналогичным покрытиям, используемым за рубежом. В настоящее время этот электролит широко исполь-зуют в различных отраслях промышленности..

Состав электролита, г/л	рН раствора.	Температура раствора, оС	Катодная плотность тока, А/дм2	Анодная плотность тока, А/дм2
Сернокислый никель NiS04 ˖7H2О – 260 300 Хлористый никель NiCI2 ˖ 6Н2О – 40-60 Борная кислота Н3ВО3 – 30-40 Сахарин С6Н4SO2NНСО – 1,5-2 1,4 бутиндиол (в пересчете на 100%) СН2OH – С ≡ С - СН2OH – 0,12–0,2 Фталимид C6H4(CO)2NH – 0,08–0,1	4.3 – 5.1	50 – 60	2 - 8	2.5

Скорость осаждения 1мкм никеля при j_k=2А/дм² равна 3мин, а при j_k=8А/дм² – 0.66 мин.

В последние годы широкое применение находит процесс бле-стящего никелирования в сульфаминовом электролите, что объ-ясняется высоким качеством осадков никеля (незначительными внутренними напряжениями, регулируемой твердостью, пластич-ностью), а также большой скоростью осаждения.

Состав электролита, г/л	рН раствора	Температура оС	Катодная плотность тока, А/дм2	Анодная плотность тока, А/дм2
Сульфамат никеля Ni(SO3NH2)˖4H2O – 350-600 Хлористый никель NiCl2˖6H2O – 5-15 Борная кислота H3BO3 – 10-25 Пропаргиловый спирт СН≡ССН2ОН – 0.05-0.15 Бензосульфамид – Насыщенный раствор	3.5-5	40-60	2-20*	0.5-0.2

*- при непрерывном перемешивании и фильтрации электролита

Покрытия, полученные из указанных электролитов, в наибольшей степени соответствуют специфическому требованию, предъявляемому к покрытиям, осаждаемым на матированную поверхность основного металла, обеспечивают равномерность блеска по всей покрываемой поверхности.

Многослойные никель-хромовые покрытия. По-лучение многослойных ни-келевых покрытий являет-ся одним из самых совре-менных и эффективных способов получения кор-розийно-стойких зеркаль-но-блестящих покрытий. Установлено, что медный подслой имеет большое значение для повышения коррозийной стойкости всей многослойной си-стемы.

Двухслойное блестящее никелирование с подслоем меди обла-дает высокой коррозийной стойкостью и может быть рекомендо-вано для эксплуатации в жестких условиях. Покрытие состоит из подслоя меди, двух слоев никеля и в случае необходимости докровного слоя хрома.

1. Для получения медного покрытия используют различные электролиты — сернокислые, борфтористоводородные, цианистые, аммиакатные и др. Оптимальные составы и режимы блестящего меднения приведены ниже в таблице.

Зеркально-блестящие медные покрытия из сернокислого электролита с добавкой «Новостар» также широко используют в промышленности.

2. Первый слой никеля — полублестящий, практически не со-держащий включений серы, составляет не менее 1/2 — 2/3 общей толщины покрытия.

Состав электролита, г/л	рН раствора	Температура оС	Катодная плотность тока, А/дм2	Анодная плотность тока, А/дм2
Сернокислый никель NiS04 ˖7H2О – 260-280 Хлористый никель NiCI2 ˖ 6Н2О – 40-60 Борная кислота Н3ВО3 – 30-40 1,4 бутиндиол(100%-ый) – 0.05-0.1 Формалин(40%-ый)HСОН - 0.25-0.7мл/л Сульфосалициловая к-а С7Н6О6S˖2Н2О – 0.1-1.0	4.3-5	50-60	2-7	Не более 2.5

Процесс производится при непрерывной фильтрации и селек-тивной очистке электролита; интенсивность перемешивания воз-духом 20 л/мин на 1 дм длины катодной штанги.

3. Второй блестящий слой никеля осаждают на первый без про-межуточной промывки из приведенного выше электролита для получения блестящего никелевого покрытия. Толщина покровного слоя, осаждаемого на второй слой никеля после промывки из уни-версального электролита хромирования, составляет 0,25 мкм.

Трехслойное никелирование отличается самой высокой корро-зийной стойкостью из описанных систем. Процесс осуществляется в три приема. Сначала наносится слой полублестящего никеля из того же электролита, что служит для осаждения первого слоя при двухслойном никелировании.

Толщина слоя составляет примерно 1/2 — 2/3 всей толщины по-крытия. Затем без промежуточных промывок осаждается средний слой из электролита, в составе которого имеется специальная серосодержащая добавка, обеспечивающая включение в промежуточ-ный слой никеля от 0,14 до 0,20% серы. Толщина среднего слоя никеля незначительна (1 — 2 мкм), но именно он обеспечивает вы-сокую коррозийную стойкость системы.

Состав электролита, г/л	рН раствора	Температура оС	Катодная плотность тока, А/дм2	Анодная плотность тока, А/дм2
Сернокислый никель NiS04 ˖7H2О – 260-280 Хлористый никель NiCI2 ˖ 6Н2О – 40-60 Борная кислота Н3ВО3 – 30-40 n-Аминобензолсульфамид С6H4SO2(NH2)2 – 0.18-0.25 Формалин(40%-ый)HСОН - 0.6-1.0мл/л	4.3-5	50-60	2-7	Не более 2.5

Процесс производится при непрерывных фильтрациях, селек-тивной очистке электролита и интенсивном воздушном перемешивании.

Третий верхний слой никеля осаждается из электролита для получения блестящих покрытий.

Выбор покрытия.

По условию задания покрытие должно обладать зеркальными и блестящими свойствами. Конфигурация детали по условию задания не обговорены, поэтому условно конфигурацию детали возьмем простой формы. Область использования деталей – приборостроение.

Условия эксплуатации детали – Казань. Толщина покрытия 9 мкм.

Из всех приведенных покрытий, свой выбор сделаю на однослойном никелевом покрытии в сернокислом электролите для блестящего никелирования. Свой выбор я обосновываю тем, что процесс однослойного никелирования «менее затратный» чем процесс двух и трехслойного никелирования. Под «менее затратным» имеется ввиду: время, количество электроэнергии и процедур. Хотя двух и трехслойный никель более стоек перед коррозией, это не является нашей главной целью. Выбор сернокислого электролита обосновываю тем что он дает ровные зеркальные поверхности, что является моей одной из основных целей.

По условию задания, покрытие должно обладать защитой от потускнения. Это можно достичь осаждением на поверхность декоративного хрома, также это покрытие обладает антикоррозийной защитой.

Технологический процесс. Предварительная подготовка.

Никель и никельсодержащие материалы требуют перед гальванической обработкой иной подготовки, чем стали, медные сплавы или детали из цинкового литья. Покрытия на этих материалах, за исключением нейзиль-бера, идущего на изготовление столовых приборов и дру-гих столовых предметов, используются для техничес-ких и, в меньше мере, для декоративных целей. Эти по-крытия должны или изменить вид и характер наружной поверхности, или служить подготовкой к дальнейшим рабочим процессам, или выполнять специальную зада-чу: например, покрытия наносят на никелевые сплавы или на толстые слои никеля для экономии золотых сплавов.

Никелевые или никельсодержащие сплавы, а также высоколегированные стали, склонны к пассивированию. На них образуются очень тонкие окисные пленки, кото-рые хотя и допускают наложение на них гальваничес-ких покрытий, но часто действуют как разделительный слой, ослабляя прочность сцепления покрытия.

Удаление окалины и цветов побежалости.

Толстая окалина и окисная пленка, происхождение которых относится к промежуточному отжигу или термообработке при изготовлении полуфабрикатов, удаляются механическим способом (струйной очисткой сталь-ной дробью или песком). Легкие налеты и более тонкие окисные пленки удаляют травлением в кислоте или в смесях кислот. Растворы наилучшего действия опреде-ляют в каждом случае предварительными испытаниями. Часто достаточным оказывается погружение в разбавленную азотную кислоту при комнатной температуре. Более прочно сцепленные слои могут быть под конец разрыхлены или удалены щетками с применением пем-зовой муки.

Если поверхность детали должна иметь декоратив-ный вид, то ее чаще всего приходится шлифовать и по-лировать. Для этого не требуется применения каких-либо специальных приемов.

Обезжиривание и очистка

Для обезжиривания и очистки никелевых материа-лов применяют те же методы и растворы, что и для прочих металлов, т. е. обезжиривание в растворителях, щелочную очистку, эмульсионную очистку, электролити-ческое обезжиривание и т. д. Поверхность после такой обработки освобождается от жира и грязи, но еще не пригодна для нанесения прочно сцепленного гальвани-ческого покрытия. Она подлежит после обезжиривания активированию.