Электрохимическое обезжиривание

Проводится под током, может быть и катодным, и анодным. Т.к. обезжиривание здесь происходит не только за счет хим.реакций, но и за счет выделяющегося газа, эффект обезжиривания достигается наилучший. Благодаря этому хорошо очищаются участки с труднодоступными местами, сварными швами и с достаточно большим количеством жировых загрязнений. Катодное обезжиривание происходит за счет выделяющегося H₂, реакция омыления тоже идет. Среда щелочная, катод – деталь: К:

В случае анодного обезжиривания выделение O₂ из щелочи: А:

Т.к. при катодном обезжиривании газа выделяется в 2 раза больше, чем при анодном, то оно более эффективно и его можно проводить за меньшее время. Но в процессе выделяется H₂, который включается в кристаллическую решетку металлоосновы делая ее весьма напряженной, а после нанесения Ме-П выделяющийся H₂ может десорбироваться из решетки, и выходя сквозь покрытие разрушать и отслаивать его. Поэтому для металооснов и покрытий, склонных к наводораживанию, катодное обезжиривание следует применять осторожно, анодное в этом плане неопасно, хотя идет менее эффективно. В практике часто используется комбинированное катодное и анодное обезжиривание: сначала катодное, очищающее практически весь жировой слой. Затем ненадолго, за счет переполюсовки, ведут анодное, в ходе которого адсорбированный H₂ успевает удалиться из кристаллической решетки. Температурный режим почти как при хим.обезжиривании: 40-60◦С. Концентрация компонентов такие же как в хим. обезжиривании можно снизить в 1,5-2 раза. Время обезжиривания редко превышает 5 минут. Электрохим. обезжиривание способствует диспергированию неомыляемых жиров (масел) и это связано с тем, что под действием тока Ɛ меняется и поверхностное натяжение на границе Ме-электролит.

Угол α – угол смачивания, , cos α=.

Капля будет уходить с поверхности, когда угол α будет минимален, значит cos α должен быть большим. Под действием Ɛ меняется : если уменьшается, то cos α увеличивается, а угол α снижается, и капля легче отходит от поверхности. А под действием выделяющихся газов будет еще быстрее отрываться от поверхности. Но такая положительная тенденция по уменьшению будет наблюдаться, когда Ɛ обезжиривания находится вдали от точки нулевого заряда. Если приблизиться к этой точке, то адсорбционная способность у точки нулевого заряда становится большой и тяжело оторвать каплю. Для каждого Ме существует своя точка нулевого заряда, а соответственно и рабочий диапазон плотностей тока, который будут определять рабочий Ɛ поверхности и смачивающие свойства. Например, для стали рабочая плотность тока обезжиривания находится в широком пределе, т.к. далеко от точки нулевого заряда: 1-8 А/дм², чаще всего используют 4-6 А/дм². Для других Ме плотность тока может быть другой. Стараются не работать на максимально высоких плотностях тока обезжиривания, т.к. за счет большого газовыделения у электрода появляется газовая подушка, в результате повышается напряжение на ванне и увеличиваются энергозатраты. При наличии ПАВ – смачивателей возникает большой слой пены и требуется вводить спец.вещества - пеногасители, что не всегда удобно. В качестве противоэлектродов используют листы из обычной углеродистой стали; сталь, покрытую Ni, т.к. Fe и Ni устойчивы в щелочной среде, в том числе и при анодной нагрузке.

Лекция 8: 28.10.2015

Химическое травление

Необходимая операция для всех технологий электроосаждения Ме. Цель – удаление с поверхности активных загрязнений и продуктов коррозии. Одновременно на стадии травления выявляется поверхностная структура металлоосновы и обеспечивается наилучшее качество сцепления. В большинстве случаев в качестве металлоосновы используют стали, на поверхности которых присутствуют оксидные загрязнения: FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄. Толстые слои оксидов, особенно окалинных, лучше убирать на стадиях механической обработки – пескоструйной, а другие на стадии травления, и для Fe, а также сталей в основном используют растворы кислот, т.к. они избирательно действуют на сам Ме основы и оксидную пленку. Например, в ГОСТе рекомендуют применять H₂SO₄ (180-200 г/л)+HCl (80-100 г/л). HCl прежде всего убирает оксидные пленки: FeO+2HCl→FeCl₂+H₂O. Затрагивается Ме, но скорость его травления невелика и на Ме основы действует, прежде всего, H₂SO₄: . Здесь выявляется кристаллическая решетка, а выделяющийся H₂ дополнительно разрыхляет верхний слой оставшейся оксидной пленки, а рыхлую оксидную пленку - HCl. Несмотря на то, что травление ведут при 18-25◦С, летучесть HCl велика и она быстро попадает в атмосферу цеха и вентиляцию. Поэтому рекомендуют замену HCl на NaCl, травильные свойства не меняются, а летучесть меньше. При травлении деталей, особенно толстых оксидных слоев, существует опасность их перетравливания с изменением заданных линейных размеров. Во избежание этого, растворы травления содержат добавки ингибиторов. Процесс травления можно рассматривать как коррозионный по электрохим. механизму. Диаграмма:

Ингибиторы могут действовать на анодную и на катодную стадии. Катодные ингибиторы увеличивают и снижают скорость травления, анодные преимущественно действуют на стадию растворения, увеличивая η, в результате поверхность при травлении меньше наводораживается, но не перетравливается. Ингибиторы начинают действовать, когда поверхность Ме очищена от оксидов, т.е. на стадии их удаления ингибиторы не действуют, а как поверхность очистилась, ингибиторы быстро адсорбируются и предотвращают избыточное перетравление самого Ме. В качестве ингибиторов применяют в основном органические вещества: уротропин и его производные. Они идут под различными торговыми названиями: ПБ-5. При травлении высокоуглеродистых сталей, на поверхности травленных деталей может оставаться серый налет в виде продуктов травления, которые тяжело удаляются с поверхности. Эту пленку можно удалять механически, электрохимически – применяя анодное и катодное травление. При катодном травлении процесс ведут в области выделения H₂ в растворах 20%-ной H₂SO₄. За счет выделяющегося H_2, поверхностная пленка быстро удаляется с поверхности и лишь затем механически очищается, но при таком травлении склонность к наводораживанию, поэтому применяют анодное травление. Процесс в H₂SO₄, но в транспассивной области, где частично подрастворяется Ме и выделяется O₂, который разрыхляет пленку продуктов травления, более безопасный. Для цветных Ме универсального травильного раствора нет. Al травят в щелочи, Zn в 20%-ной H₂SO_4, Mg в HNO₃, Pd в смеси HF+HBF₄, Ti в HNO₃ или H₂SO_4. Для каждого цветного Ме используют растворы из литературы. Время травления не более 5-7 минут, обычно 3-5. Разновидностью процесса травления является операция декапирования или активации. Цель – удаление легких, быстро сформировавшихся оксидов непосредственно в технологической линии в процессе переноса детали из ванны в ванну. Процесс в разбавленной HCl (50-100 г/л) или в H₂SO₄ (~50-100 г/л). В этом случае тонкая оксидная пленка быстро удаляется, а кристаллическая структура выявляется перед Ме-П, длится 30-60 секунд.