Глава VI

ХИМИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА

ПОВЕРХНОСТИ

1. Химическое и электрохимическое обезжиривание

Обезжириванием называется процесс удале­ния жировых загрязнений с поверхности деталей.

Практически все детали, поступающие в гальванический цех, покрыты в той или иной степени жировыми загрязнениями в резуль­тате механической обработки, смазки, прикосновения рук и т. п. Жировая пленка препятствует прочному сцеплению покрытия с основ­ным металлом и поэтому она должна быть полностью удалена.

Жировые загрязнения можно разделить на две группы:

1. жиры животного и растительного происхождения;

2. минеральные, а также нефтяные смазочные масла.

Жиры и масла обеих групп не растворимы в воде, но растворимы во многих органических веществах, например, керосине, бензине, дихлорэтане, трихлорэтилене и т. п.

Обезжиривание в органических растворителях сводится практи­чески к растворению жировых загрязнений. Предварительное снятие жиров и масел производится протиркой деталей паклей, ветошью, сухими или смоченными в органических растворителях.

Обезжиривание керосином или бензином осуществляется про­тиркой при помощи волосяных щеток или тряпок, а также промывкой деталей в двух-трех последовательно установленных баках, напол­ненных растворителем. Последняя промывка должна быть произве­дена в наиболее чистом растворителе.

После промывки в бензине или керосине детали протирают тряп­ками или промывают горячей водой.

Бензин и керосин дешевы, но представляют опасность в пожар­ном отношении.

Лучшими растворителями жиров являются -трихлорэтилен С₂НС1₃, дихлорэтан С₂Н₄С1₂, четыреххлористый углерод СС1₄ и др. Они не горючи, поэтому обезжиривание ими можно производить по одному из перечисленных ниже способов:

1. обработкой в парах кипящего растворителя;

2. окунанием в растворитель с последующей сушкой;

3. окунанием в горячий растворитель с последующей обработкой в его парах;

4. душевой промывкой с последующей обработкой в парах растворителя.

Комбинированное обезжиривание более эффективно, чем очистка только погружением в жидкий растворитель.

Для обезжиривания низкокипящими негорючими растворителями имеются специальные аппараты, в которых обезжиривание осуще­ствляется в три приема: 1) погружение в бак с нагретым растворите­лем; 2) /йогружение в бак с холодным растворителем; 3) обезжири­вание в парах растворителя. Пары конденсируются на холодной поверхности детали и смывают с нее остатки загрязнений.

Отработанные органические растворители могут быть очищены от загрязнения — регенерированы. В простейшем случае очистка осуществляется фильтрацией через войлочные фильтры. Более совершенным методом является дистилляция растворов при температуре их кипения в специальных установках, обычно имею­щихся в аппаратах для обезжиривания.

Недостатком перечисленных растворителей является их токсич­ность и высокая стоимость.

После обезжиривания в органических растворителях на поверх­ности деталей все же остается очень тонкая пленка жиров, которая, тем не менее, препятствует прочному сцеплению покрытия с основным металлом. Поэтому после очистки в органических растворителях, как правило, проводят химическое или электрохими­ческое обезжиривание. Во многих случаях, особенно при отсутствии на поверхности деталей нефтяных масел, ограничи­ваются обезжириванием в щелочных растворителях.

Жиры животного и растительного происхо­ждения являются омыляемыми, так как вступают во вза­имодействие со щелочными растворами (особенно горячими), обра­зуя при этом.растворимые в воде мыла. Нефтяные и сма­зочные (минеральные) масла не омыляются под действием щелочи, поэтому они называются неомыляемыми.

Минеральные масла могут при воздействии щелочи образовывать э м у л ь с и ю, т. е. мельчайшие капли масла, распре­деленные по всему объему раствора. Для образования эмульсии необходимо уменьшить силы сцепления молекул масла с поверхностью деталей. С целью облегчения процесса отрыва капелек масла от поверхности металла и образования эмульсии в щелочной раствор добавляют поверхностноактивные вещества, так называемые эмуль­гаторы. В качестве эмульгаторов применяют мыло, контакт Петрова, жидкое стекло, декстрин, ОП-7, ОП-Ю и др. Послед­ние два эмульгатора, представляющие собой полиэтиленгликоле- вые эфиры, являются особенно эффективными: они значительно сокращают продолжительность обезжиривания и улучшают качество очистки. Применение эмульгаторов ОП-7 и ОП-10 позволяет во многих случаях отказаться от предварительного обезжиривания в органи­ческих растворителях.

При химическом обезжиривании следует применять разбавлен­ные растворы щелочи, так как концентрированные щелочные рас­творы обладают способностью образовывать окисные пленки на поверхности деталей, изготовленных из стали, меди и медных сплавов. Кроме того, образовавшиеся при обезжиривании мыла в концентрированных растворах щелочи не растворяются, что также отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытий. Кроме едкого натра, растворы для обезжиривания обычно содержат легко гидролизующиеся соли щелочных металлов, например, углекислый натрий, тринатрийфосфат и др.

Концентрация едкого натра в растворах для обезжиривания стальных деталей обычно не превышает 100—150 Г/л, в растворах для обезжиривания меди и ее сплавов она не выше 50 Г/л. Для обез­жиривания деталей из металлов и сплавов, растворяющихся в щелочи (алюминий, цинк, олово, свинец и их сплавы), применяют углекис­лый натрий или калий, тринатрийфосфат и т. п.

Химическое обезжиривание производят при температуре 70— 90°, при которой омыление и процесс эмульгирования протекают более интенсивно. Продолжительность обезжиривания зависит от сте­пени загрязнения деталей и составляет примерно 10—60 мин.

Для ускорения процесса обезжиривания и улучшения его каче­ства применяют покачивание деталей, перемешивание растворов или струйную подачу щелочного раствора в специальных камерах и машинах.

Составы, применяемые для химического обезжиривания, при­ведены в табл. 19.

Корректирование щелочного раствора в процессе работы осуще­ствляется добавкой химикатов согласно данным анализа. Периоди­чески в зависимости от размеров обезжиривающей ванны и количе­ства обрабатываемых деталей щелочной раствор заменяется свежим.

Электрохимическое обезжириваниев щелоч­ных растворах производится при помощи постоянного, а иногда и переменного тока. В случае применения постоянного тока обезжи­ривание осуществляется как на катоде, так и на аноде. В процессе электролиза на поверхности деталей происходит интенсивное выде­ление пузырьков газа, облегчающих отрыв капелек масла от поверх­ности деталей, чем значительно ускоряется обезжиривание.

При электрохимическом обезжиривании с увеличением поляри­зации уменьшается прочность сцепления масла с поверхностью электрода. Параллельно с усилением поляризации увеличивается смачиваемость металла водой. По представлению Б. Н. Кабанова, мелкие пузырьки газа под воздействием силы поверхностного натя-

СЗ

гг

3

а

I I

ю

М О

« ч

О) С

Ч у

ю

о 00 00

I I

о ю г-

I

о

О М

Он О

СО '

та сГ

та

о

«ч

*

•е-

ЭК

о

*

КС

* «ч Ш >а

жения, отделяясь от электрода около капли масла, задержива­ются ею. По мере увеличения размеров пузырька за счет при­соединения соседних мелких пузырьков капля масла будет вытягиваться и в некоторый мо­мент она оторвется от поверх­ности металла (фиг. 47).

Наиболее часто применяют обезжиривание на катоде. В ряде случаев применяется комбини­рованное обезжиривание: сна­чала на катоде, затем на аноде. В качестве вторых электродов рекомендуется применять сталь­ные никелированные или нике­левые пластины.

Скорость обезжиривания де­талей на аноде меньше, чем на катоде. Это объясняется тем, что в прианодном про­странстве не проис­ходит за. щелачивания электролита, вследствие чего процесс омыления расти­тельных и животных жиров у анода происходит медленнее. Кроме того, количество выде­ляющегося при электролизе кислорода меньше, чем пузырь­ков водорода, а сами пузырьки кислорода больше пузырьков водорода и меньше задержива­ют на поверхности капелек масла, а поэтому и удаление масла с поверхности происхо­дит менее интенсивно. Однако процесс катодного обезжирива­ния связан с крупным недостат­ком: наводороживани- ем стальных деталей, вследствие чего при продолжи­тельном обезжиривании на ка­тоде закаленные или тонкостен­ные стальные детали, пружины ю

I

СО

мм

М М I 1

I I

ю

ООО о

ю ЬО тр СМ

МММ

ООО ю СО •—<

ю

I I

I I I

о

ю о о —« ю —

мм

о о ю

^/’^МЛ^\АЛ/ЖАЛД»'\АА/1Щ/ 8

мм 42

М М I 1 42

I I 42

г Г 427

X

<м

о

и

(Я

та

г

^/’^МЛ^\АЛ/ЖАЛД»'\АА/1Щ/ 8

мм 42

М М I 1 42

I I 42

г Г 427

с

о

и т. п. могут становиться хрупкими. Поэтому катодное обез­жиривание подобных деталей не допускается.

Скорость электрохимического обезжиривания значительно выше, чем скорость химического. Качество обезжиривания также лучше. При электрохимическом обезжиривании применяют в основном те же химикаты, что и при химическом, только в меньшей концентрации.

Недостатком электрохимического обезжиривания является низ­кая рассеивающая способность применяемых растворов, вследствие чего очистка сложнопрофилированных деталей затруднительна.

Фиг. 47. Схема обезжиривания пузырьками во­дорода.

Электрохимическое обезжиривание деталей, изготовленных из меди, цинка, алюминия и их сплавов, осуществляется только на катоде.

Составы электролитов и режимы работы при элек­трохимическом обезжиривании некоторых металлов приведены в табл. 20.

В процессе электрохимического обезжиривания необходимо удалять накопляющуюся на поверхно­сти электролита пену, так как в ней могут задер­живаться выделяющиеся пузырьки водорода и кис­лорода, образующие гремучий газ. Из этих сообра­жений следует избегать добавления в ванну элек­трохимического обезжиривания большого количества эмульгаторов.

Корректировку обезжиривающих растворов производят периоди­чески согласно данным анализа. При накоплении большого коли­чества загрязнений раствор заменяют свежеприготовленным. Одно­временно следует произвести чистку ванны.

Качество обезжиривания не может быть проведено визуально, так как тонкие пленки жира невидимы. Однако существует простой способ убедиться в отсутствии жировых загрязнений. Для этого достаточно ополоснуть деталь в воде и посмотреть, как стекает вода: чистая поверхность металла хорошо смачивается и пленка влаги будет сплошной. Разрывы пленки или образование на поверхности капель служат признаком недостаточного обезжиривания.

В последнее время на некоторых установках для очистки стальной полосы при обезжиривании применяют переменный' ток. Для этой цели рекомендуется электролит состава:

Едкий натр №ОН 10 Г!л

^/’^МЛ^\АЛ/ЖАЛД»'\АА/1Щ/ 8

мм 42

М М I 1 42

I I 42

г Г 427

Режим работы: температура 70—80°, плотность тока 5—10 а!дм², продолжительность обезжиривания 0,5—2 мин.

На ванну подается ток промышленной частоты, трансформиро­ванный до 6—12 в.

Таблица 20

Составы электролитов и режимы работы при электрохимическом обезжиривании

	Содержание в Г/л в растворах
Наименование компонентов и режимы работы	для стальных деталей				для деталей из меди и ее сплавов		для цинка и его спла­вов	для деталей из алюминия и сплавов цинка
	№ 1		№ 2	№ 3	№. 1	№ 2	№ 1	№ 1	№ 2
Едкий натр ЫаОН	30-	-60	30—40			30—40
Углекислый натрий N а2С03	40-	-60	20—30	20—30	5—10	20—30	—	40—50	5—10
Тринатрийфосфат Ыа3Р04-12Н20	5-	-10	50—60	30-50	—	50—60	40—50	30—40	20—30
Жидкое стекло Ыаа5Ю	3-	-5	8—10	2—3	—	8—10	—	3-5	—
Углекислый калий к2со3					20 30
Цианистый натрий ЫаСЫ					2 3
Мыло									1 3
		Режим работы
Плотность тока в а/дм*	3-	-8	3—8	3-8	3—8	3-8	3—5	3-5	3-8
Напряжение в в	6-	-10	6—10	6—10	6—10	6—10	6—10	6—10	6—10
Температура в °С	00	80	60—80	60—80	60-80	60—80	60—80	60—80	60—80
11родолжительность	5-	-10	5—10	5—10	5—10	5—10	1-3	0,5	5—10
1) мин.

Использование переменного тока для- обезжиривания дает сле­дующие преимущества:

а) экономию электроэнергии вследствие использования штанг обоих полюсов;

б) взрывобезопасность;

в) экономию химикатов в связи с использованием разбавленных растворов;

г) отсутствие наводороживания.

Некоторое распространение получил способ электрохимического обезжиривания стальных деталей с одновременным омеднением дета­лей. Этот способ позволяет судить о качестве и полноте обезжири­вания (так как медь осаждается только на освобожденной от жира поверхности), а также и получать на стальных деталях подслой меди, необходимый в случае последующего никелирования или меднения в кислом электролите.

Применяемые для электрохимического обезжиривания с одно­временным меднением электролиты отличаются от обычных ванн для цианистого меднения тем, что содержат сравнительно большое количество цианистых солей .и малое количество меди.

Ниже приводятся некоторые составы и режимы электрохими­ческого обезжиривания с одновременным меднением: