2 Зерттеу нысандары мен әдістері

2.1 Зерттеу нысаны

Жұмыста зерттеу нысаны ретінде: артикулі АА010278 мақтақағаз мата, полихлорвинил және мыс пластинкасы қолданылды.

Мақтақағаз мата - маталардың ішіндегі қарапайымы және қолжетімдісі. Табиғи және экологиялық таза, кең қолданысқа ие. Негізгі артықшылықтары: ылғалды сіңіреді, ауа өткізеді, ұстағанға жағымды, жуу кезінде созылмайды.

Жұмыста қолданылған матаның құрылымдық сипаттамасы төмендегі 2.1-кестеде келтірілген:

Кесте 2.1 - Мақтақағаз матаның құрылымдық сипаттамасы

Артикул	АА010278
Матаның ені	80 см
Тығыздығы	60 г/кв.м
Құрамы	100% мақта

Полихлорвинил полимері- термопластикалы материал. 20С температурада қышқыл, сілті әсерлеріне төзімді, диэлектрлік қасиеті жақсы, механикалық беріктігі жоғары, жанбайды. Қыздырған кезде оңай ыдырап, хлорсутек бөледі. Техникалық жағдайда полихлорвинилдің молекулалық массасы 18000-30000 аралығында, 130-150°С-қа дейін қыздырғанда хлорсутек бөле айырыла бастайды. Іс жүзінде жанбайды. Поливинилхлорид негізінде екі пластмасса алынады: винипласт және пластикат. Винипластан химиялық төзімді түтіктер, аккумулятор қорабын, т.б. заттар, ал пластикаттан линолеум, жасанды тері, клеенка, су өткізбейтін бұйымдар, су астында қолданылатын кабельдер және оқшаулағыштар жасайды.

Мыс пластинкасы - элементтердің периодтық жүйесінің І-тобындағы химиялық элемент, атомдық нөмірі 29, атомдық массасы 63,546. Табиғатта тұрақты екі изотопы бар: ⁶³Cu және ⁶⁵Cu. Жер қыртысындағы массасы бойынша мөлшері 4,7.10–3%. Пластикалық қызыл түсті металл, кристалл торы қырлары центрленген кубтық, тығыздығы 8,94 г/см³, балқу t 1084,5°С, қайнау t 2540°С, тотығу дәрежесі +1, +2.

2.2 Зерттеу әдістері

2.2.1 Қаптама алу үрдісін жүргізу әдісі

Беткі қабатты дайындау. Беткі қабатты дайындау мен металдандыру әдістері бұйымның тағайындалуымен қатар материал түріне, өлшемі мен формасына да байланысты. Металдандыру үшін мүмкіндігінше монолитті және таза материалдарды қолданады. Кеуекті материалдарды кеуек толтырушы заттармен жабады немесе тоқ өткізуші эмальдармен металдайды. Химиялық-гальваникалық металдандыруға ұшырайтын бұйымның формасына оның толық ауданы бойында тоқ көзінің еркін таралуына мүмкіндік беретін және тұндырылушы қаптамалар қалыңдығын біркелкі болуын қамтамасыз ететін талаптар қойылады. Түйісулердің орындары бұйымдарды құрастырғанда қарастырылады [104].

Алдын-ала өңдеу. Механикалық дайындау. Беткі қабатты тазалау мен бөгде заттарды алу үшін металл емес заттарды кейде механикалық қырнауға – күңгірттеуге ұшыратады (жону, киізден жасалған немесе кенеп матамен өңдеу, крацерлеу, құрғақ немесе ылғалды жұмырлау, ағынды-абразивті өңдеу). Ол үшін гальванотехникадағы қарапайым заттарды қолданады [105].

Металл емес төсеменің бүдірлену деңгейі металданған бұйымның сапасына әсер етеді.

Майсыздандыру. Матаны майсыздандыру - оларды күйдіргіш сілтілермен химиялық өңдеуге ұшырату, кейіннен сумен шаю арқылы жүзеге асады, осы орайда майлы және тасты заттарды жою мен оларды ерімтал күйге келтіру мақсатындағы операция бірнеше мәрте қайталанады. Алайда, алдын-ала крахмалды бөлшектерді жоюшы ашыту үрдісін бастау үшін матаны тәулік бойын ылғалдандырады. Егер мата қатты желімделсе, онда ылғалдандыру қайталанады, кейіннен оны сумен шаяды және өңделуші затқа қатысты салыстырмалы массасы 5% әгі бар әк сүтінің ваннасынан өткізеді. Мұнда артық заттар толық шайылуы үшін матаны ісіндіру қазандықтарынан өткізеді. Ісіндіру кең, герметикалық тығыны бар қазандықтарда немесе көлемді ыдыстарда 2-3 атмосфералық қысымда жүргізіледі. Кейде бұл үрдіс ашық қазандықтарда жүргізіледі, бірақ осы орайда мата толықтай ерітіндіге батырылып тұруы қажет, себебі ауа қол жетімді болғанда күйдіргіш әк матаның құрылымын жойып жібереді. Ісіндіру 6-8 сағ жүргізіледі, кейіннен қоспа заттарды қазандықтан алынады, ал матаны әктен тазарту үшін арнайы машиналарда шаяды. Матадағы қоспа заттарды толықтай жою үшін матаны тұз қышқылының әлсіз ерітіндісінен өткізеді. Қышқыл ваннадан соң матаны жаңадан шайырлы суда қайта ісіндіреді. Шайырлы су 5-6 кг кальцийленген сода және матаның әрбір 100 кг үшін 1½-2 кг шайырдан тұрады. Кейбір фабрикаларда аталған қоспа күйдіргіш натрмен алмастырылады. Қайнатуды аяқтағаннан кейін суды төгеді және үрдісті құрамында 1% кальцийленген содасы бар ерітіндімен жалғастырады. Осыдан соң майсыздандыру үрдісі аяқталды деп есептеледі. Беткі қабаттан матрицамен әлсіз байланысқан бөгде заттарды (лас заттар – органикалық полярлы және полярлы емес заттар, оксидтер, тұздар, адсорбцияланған газдар және иондар) жою үшін механикалық әсер ету мен ультрадыбысты қолдана отырып органикалық еріткіштер және сілтілі ерітінділермен шаяды [106].

Пластмассалардың беткі қабаттарындағы лас заттардың көпшілігі май, пресс-форма жақпалары, тер, апреттер, еріткіш булары, шаң-тозаң, абразивтер, микроағзалар секілді сыртқы фактор ғана емес, сонымен қатар мономерлер, пластификаторлар, тұрақтандырғыштар, бояушы заттар, деструкциялану өнімдері мен басқа да қоспа заттардан құралатын пластмасса негізіне де байланысты. Бұйымдарды жасағаннан кейінгі оларды 2 тәулік бойы ұстау кейбір дәрежеде аталмыш ластаушы заттардың жойылуына ықпал етеді.

Пластмассаларды майсыздандыру үшін олардың өздерін ерітіп жібермейтін және ісіндермейтін органикалық еріткіштерді қолданады. Кейбір жағдайларда елеусіз ісіну (шамамен 1 мг/см²) кейінгі өңдеуге қажетті шара болып табылады. Майсыздандыру үшін қолданылатын кең тараған еріткіштерді пайдалану бойынша ұсынылымдар [107]:

- этил спирті – полистирол мен оның сополимерлері, полиакрилметилакрилат үшін;

- метил спирті – поликарбонат, полистирол, поливинилхлорид, полиакрилат, эпоксидті шайырлар, аминопласттар, фенопласттар үшін;

- ацетон – полиолефиндер, поливинилхлорид, фторопласттар, полиэфирлер, полиформальдегидтер, фенопласттар үшін;

- трихлорэтилен – поликарбонат, полистирол мен оның сополимерлері, поливинилхлорид, полиамидтер мен фенопласттар үшін;

- ксилол – полиолефиндер, фторопласттар үшін;

- фреон 113 – көпшілік пластмассаларға арналған.

Пластмасса бұйымдарының беткі қабатынан прессформалардың бөлінуші жақпаларды (глицериннің спиртпен қоспасы, кастор майы немесе мырыш стеараты) жою үшін құрамыы келесідей болатын қоспаларды қолдануға болады, %: этанол - 50, этилацетат - 25, бутанол - 15, целлюлоза - 10.

Газ түріндегі фосфин - түссіз, сарымсақ иісті, улы зат; күшті тотықсыздандырғыш, ауада +150°С-та өзінен-өзі от алады. Құрылымы NH₃ сияқты, пирамида тәрізді РН₃-тің бөлінбеген қос электронды бұлты нашар гибридтанғандықтан оның электрон донорлық қасиеті NH₃ қарағанда әлсіздеу, сондықтан фосфин аммиак сияқты емес, қосып алу реакцияларына бейімділігі кем, фосфоний РН₄ тұздары кейбір қышқылдарда ғана (HСlO₄, HCl, HBr, HJ) болады, әрі өздері тұрақсыз. Фосфин суда ерігенмен қосылыс түзбейді. Фосфин да, фосфоний туындылары да - күшті тотықсыздандырғыш болып табылады [108].

Алынуы. Фосфин газын ақ фосфор мен ыстық сілтіні араластыру арқылы алуға болады:

8Р + 3Са(ОН)₂ + 6Н₂О = 2РН₃ ↑ + 3Са(Н₂РО₂)₂. (2.1)

және де оны фосфидке су немесе қышылмен әрекеттестіріп алуға болады:

Са₃Р₂ + 6Н₂О = 2РН₃ ↑ + 3Са(ОН)₂. (2.2)

Mg₃P₂ + 6HCl = 2РН₃ ↑ + 3MgCl₂. (2.3)

Фосфин газы суда нашар ериді және өте төмен температурада қатты клатрат түзіледі 8РН₃ 46Н₂О. Бензол және диэтил эфирінде еритін қасиеті бар. Фосфордың металдармен қосылысы фосфидтер деп аталады, олар суда жеңіл айырылып, сарымсақ иісті өте улы тұрақсыз газ фофин РН₃ түзеді:

Са₃ Р₂ + 6Н₂ О= 3Cа(ОН)₂ +2РН₃. (2.4)

Күкірт қышқылы. Күкірт қышқылы – күшті екі негіздік, күкірттің жоғары дәрежелік тотығуына (+6) жауап беретін қышқыл. Әдеттегі шартта шоғырлы күкірт қышқылы - түсі мен иісі жоқ ауыр майлы сұйықтық. Балқу температурасы - 10,38°C, қайнау температурасы 279,6°C. Балқудың жылу сиымдылығы 10,73 Дж/кг.

Су ертінділерінде күкірт қышқылы толығымен H⁺, HSO⁴⁻, және SO₄²⁻ диссоциацияланады. Күкірт қышқылы өте күшті тотықтырғыш, әсіресе қыздырғанда және шоғырлы кезінде. Бұл кезде күкірт қышқылы SO₂ дейін тотықсызданады, одан да күшті тотықсыздандырғыштар - S и H₂S дейін.

Техникада күкірт қышқылы ретінде күкірт үштотығының сумен кез-келген қоспасын түзіледі. Егер SO -тің 1 моліне судың 1 молінен көбірегі келетін болса, қоспалар күкірт қышқылының судағы ерітінділері болып саналады, ал егер судың 1 молінен кемі болса, онда бұл күкірт ангидридінің күкірт қышқылындағы ерітіндісі, оларды олеум немесе түтіндейтін күкірт қышқылы деп атайды. Күкірт қышқылы күшті қышқылдардың бірі, су ерітіндісінде ол Н және HSO´₄ иондарына диссоциацияланады; диссоциацияланудың бұл бірінші сатысы аяғына дейін толық өтеді.

Шоғырлы күкірт қышқылы жарым-жартылай сутегімен тотықсызданады, осының әсерінен оның кептіруіне қолдана алмайды. Сұйылтылған күкірт қышқылы сутегіден сол жақта кернеудің электрохимиялық қатарында орналасқан барлық металдармен сутегіні бөлу арқылы әрекеттеседі. Сұйылтылған күкірт қышқылының тотығу қасиеті тәнілмеген. Күкірт қышқылы тұздың екі қатарын түзеді: орташа - сульфаттар және қышқыл - гидросульфаттар, сонымен қатар эфирлер.

Күкірт қышқылын көп деген салада қолданады: минералды тыңайтқыштар өндірісінде, қорғасын аккумуляторларында электролит ретінде, түрлі минералды қышқылдар мен тұздар алуда, мұнай өндірісінде және т.б.

Әлемде күкірт қышқылын жылына шамамен 160 млн тонна өндіреді. Күкірт қышқылының ірі тұтынушысы – минерал тыңайтқыштар өндірісі. Фосфор қышқылының бір тонна P₂O₅ мөлшеріне 2,2-3,4 тонна күкірт қышқылы, ал бір тонна (NH₄)₂SO₄ - 0,75 тонна күкірт қышқылы шығындалады. Сондықтан күкірт қышқылы зауыттарын минералды тыңайтқыштар өндіру зауыттарымен бірге құруға тырысады.

Мыс купоросы. Мыс сульфаты – күкірт қышқылының мыс тұзы, суда жақсы еритін ақ кристалдар. Бірақ та, сулы ертінділерден, сонымен қатар құрамында кішкене болсада ылғалдығы бар ауада көкшіл түсті пентагидрат кристалданады CuSO₄·5H₂O – мыс купоросы.

Өндірісте сұйылтылған күкірт қышқылында мысты және мыс қалдықтарын ерітіп ауаны үрлеу арқылы, күкірт қышқылында мыс тотығын еріту арқылы, мыс сульфидтерін сульфатизациялау куйдіру арқылы, мысты электролиттік тазарту кезінде қосымша өнім ретінде алады:

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄→ 2CuSO₄ + 2H₂O. (2.5)

Зертханада қыздыру кезінде шоғырланған күкірт қышқылын мыспен әрекеттестіру арқылы алады:

Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O. (2.6)

Процесс температурасы 60°C аспау керек, себебі ол кезде жанама өнім пайда болады:

5Cu + 4H₂SO₄ → 3CuSO₄ + Cu₂S + 2H₂O. (2.7)

Сонымен қатар зертханада мыс (ІІ) сульфатын мыс (ІІ) гидроксидін күкірт қышқылымен бейтараптандыру арқылы алуға болады:

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O. (2.8)

CuSO₄ – суда жақсы еритін тұз, сәйкесінше – күшті электролит. Диссоциация кезінде мыс (ІІ) сульфаты қайтарымсыз диссоциацияланады. Мыс сульфаты диссоциация кезінде Cu²⁺ металл катионына және қышқыл қалдығының SO₄^2- анионына бөлінеді:

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2- (2.9)

Алтын ерітіндісін дайындау. Ол үшін құм моншасында сыйымдылықта қыздырылған алтынның ұнтағына “Патша арағын” (1 көлем HNO₃, 3 көлем HCl) дайындап құйып ерітіп, алтын тұзын аламыз. Ерітіндіні дайындау реті және дайын болған ерітіндінің суреті 2.1 суретке сәйкес келтірілген. Содан соң, материалдарды дайындалған алтынның хлориді ерітіндісіне концентрациясы 100 г/л батырамыз. Материалдардың барлық жері толық алтынның тұзымен қаныққанша ұстаймыз. Төмен концентрацияда өте жұқа қабықша түзіледі. Мұндай қабықшаларды металл емес материалдарға қондырғанда электр тогын жартылай өткізетін және ары қарай металл қаптамасын қондыру мүкіндігі төмен қаптама алынады [109].

Сурет 2.1 - Алтын ұнтағынан алтынның тұзын дайындау және алынған ерітіндінің суреті

Алтын тұзына батырғаннан кейін фосфиндейміз.Фосфиндеу үшін фосфинді мына жолмен аламыз. Зерттеулер үшін фосфинқұрамды газды 2 г мырыш фосфидін 10% күкірт қышқылының ерітіндісімен әрекеттестіру нәтижесінде алдық. Сонда, мырыш фосфиді мен қышқыл әрекеттескенде келесі реакциялар жүреді:

Zn₃P₂ + 3H₂SO₄  2PH₃ + 3ZnSO₄. (2.10)

2AuCI₃ + PH₃ + 3H₂O → 2Au + H₃PO₃ + 6HCI. (2.11)

Осы реакция нәтижесінде диэлектрик материалының бетінде сары түсті алтын түзіледі. Реакция соңында үлгілерді қондырғыдан алып, жуамыз.

Өңделген беткі қабатты бағалау. Беткі қабатты өңдеу әдістерінің көпшілігі мен әрқилығына қарамастан металдандырудан алдын әрбір жағдайда ерітінді құрамы мен өңдеу режимін тәжірибе түрінде таңдауға тура келеді, себебі өңделген беткі қабаттың адгезиялық қасиеттері материалдың алдыңғы жағдайына байланысты болып келеді (шикізаттың, оны өңдеу әдістерінің түрлері, бұйымға айналуы және т.б.). Металл қаптамаларының орнығу беріктігі көпшілік жағдайда механикалық ұсталымға, яғни металдандыру кезінде түзілетін аралық қабаттың микроқұрылымына байланысты болғандықтан, жақсылап өңделген беткі қабат микробұдырлы болуы қажет. Алайда берік әрі тығыз орнығудың оңтайлы құрылымы эмпирикалық түрде есептелінетін металл қаптамасы мен төсеменің механикалық қасиеттерімен анықталады. Қасиеттерін бағалауды қаптаманың негізбенен орнығу беріктігі мен металданған бұйымның термошоктарға тұрақтылығын анықтау арқылы жүзеге асырады.

Орнығу беріктігін анықтау үшін қаптамаға жапсырылған білікті 0,1-0,2 см/мин жылдамдығын алу немесе ені біркелкі мөлшерінде тұрақты жылдамдықта (1-5 см/мин) уату кезінде күш салуды өзгертеді. Орнығу беріктігінің максималды өлшемі төсеме мен металдық қаптаманың механикалық беріктігімен шектеледі.

Термошоктарды металданған бұйымдарды қайта-қайта қыздыру және салқындату арқылы жүзеге асырады, соның салдарынан орнығу беріктігі жеткіліксіз болғанда немесе аралық қабаттың жарамсыз қалыбы кезінде қаптаманы бұзушы термиялық кернеулер пайда болады; қаптама уатылады, ол ісіну, кебіну және жібу арқылы білінеді. Термошоктарды жүргізу үшін көптеген режимдер ұсынылған.

Қаптаманың негізбенен орнығу беріктігін бағалаудың қатерсіз әдісі ретінде амплитуда өлшемі мен сигналдардың жиілігін тіркеуі бар акустикалық эмиссия әдісін қолданады.