ВВЕДЕНИЕ

4.2 Некоторые практические рекомендации по эксплуатации электролитов никелирования

В практической гальваностегии процесс никелирования применяется преимущественно для защитно-декоративной отделки деталей из различных металлов (стали, меди и ее сплавов, алюминия и др.) и при получении многослойных покрытий Cu-Ni-Cr или Ni-Cr. Наибольшее распространение для промышленного применения получил электролит Уоттса, содержащий 200-300 г/л никеля сернокислого, 40-60 г/л никеля хлористого и 25-45 г/л борной кислоты, в который при необходимости могут вводиться блескообразующие, выравнивающие, смачивающие или какие-либо другие добавки.

В зависимости от необходимости решения тех или иных конкретных практических задач состав электролита может существенно изменяться. Например, для повышения рассеивающей способности электролита снижают концентрацию сульфата никеля и добавляют электропроводные соли, такие как сульфат натрия или (что более желательно) магния; с целью интенсификации процесса электроосаждения никеля в электролит вводятся более эффективные, чем борная кислота (H₃ BO₃ ) буферирующие добавки, для получения пластичных толстых осадков вместо сульфата никеля может применяться уксуснокислый или сульфаминовокислый никель.

Однако основные неполадки и их причины, а также общие требования к ведению технологического процесса едины для всех электролитов никелирования.

В первую очередь необходимо отметить, что электролиты никелирования очень чувствительны к посторонним примесям, среди которых можно выделить 4 основные группы:

катионы (железо, медь, цинк, кадмий, свинец, хром, алюминий, аммоний);

анионы (NO₃ ^- , NO₂ ^- , ClO^- , ClO₃ ^- );

органические вещества;

механические примеси (пыль, шлам).

С другой стороны посторонние примеси можно разделить на систематические и случайные.

Систематические примеси накапливаются неизбежно. К таким примесям относятся продукты разложения органических добавок, катионы металлов, содержащихся в промывной воде (в основном – железо); катионы металлов, переходящие в электролит с поверхности обрабатываемых деталей в начальные моменты электролиза за счет химического взаимодействия; механические примеси (пыль из воздуха рабочей зоны, анодный шлам).

Рациональная организация технологического процесса при никелировании позволяет существенно снизить скорость накопления систематических примесей:

1. Необходимо избегать передозировки блескообразующих и других добавок. Для этого должен быть организован входной контроль количества добавок, регулярный контроль (анализ) электролита никелирования по основным компонентам и рН. Кроме того крайне важно соблюдать оптимальные условия электроосаждения, задаваемые технологическим регламентом.

2. При использовании для промывки деталей перед никелированием водопроводной воды возможно загрязнение электролита железом и органическими примесями. Поэтому промывка деталей непосредственно перед ванной никелирования должна осуществляться в дистиллированной или деонизованной воде. Если это требование невыполнимо в условиях производства, можно на линии подачи промывной воды установить промышленную фильтровальную установку, фильтрующую от взвесей железа и органики.

3. Загрузку деталей (подвески или барабан) в гальваническую ванну желательно производить при включенном источнике тока. При этом величина тока во время опускания деталей в ванну должна быть в 2-3 раза ниже рабочей и лишь когда все детали будут в электролите, ток увеличить до необходимого значения. Нерабочие части подвесных приспособлений должны быть изолированы токонепроводящими материалами; нельзя допускать контакта анодных держателей с электролитом.

4. Известно, что в процессе никелирования аноды растворяются неравномерно, что сопровождается образованием никелевого шлама. Поэтому, аноды необходимо помещать в чехлы из химически стойкой ткани (например, полипропиленовой или бязи); для снижения шламообразования использовать аноды никелевые непассивирующиеся (марка НПАН или НПАНЭ); крайне желательно осуществлять непрерывную фильтрацию электролита. В случае применения барботажа, перемешивания воздухом последний должен быть тщательно очищен от следов масел и других примесей. Качество очистки сжатого воздуха необходимо контролировать.

Случайные примеси попадают в электролит никелирования по ошибке обслуживающего персонала, в результате неверно организованного технологического процесса или при нарушении режимов эксплуатации электролита.

Для исключения появления случайных примесей все химикаты и расходные материалы на складах хранения и на гальваническом участке должны быть маркированы и проверены на соответствие маркировки; подсобные емкости и приспособления для приготовления и корректировки электролитов никелирования необходимо содержать в чистоте и не применять для других процессов. Особое внимание необходимо уделять анодному процессу, поскольку при превышении допустимой анодной плотности тока аноды будут пассивироваться, перестанут растворяться и на них возможно выделение газообразного хлора. Последний, растворяясь в электролите, реагирует с водой с образованием ClO^- и ClO₃ ^- анионов. Эти анионы активно окисляют органические добавки и препятствуют их блескообразующему и выравнивающему действию. Для избежания этого рекомендуется поддерживать соотношение катодной и анодной поверхностей как 1:2 (чтобы анодная плотность тока не превышала 2-2,5 А/дм² ). При этом надо учитывать, что при использовании листовых анодов при расчете их рабочей площади учитывается вся поверхность, обращенная к подвескам с покрываемыми изделиями и лишь 20-40% поверхности, обращенной к стенкам ванны (в зависимости от расстояния до стенок ванны).

При рассмотрении влияния случайных примесей необходимо особо отметить ионы аммония (NH₄ ⁺ ) и нитраты (NO₃ ^- ). Растворы аммиака или азотной кислоты могут быть ошибочно применены при корректировке рН электролита в щелочную или кислую области, соответственно. При этом наличие в электролите никелирования ионов аммония приводит к резкому повышению внутренних напряжений и охрупчиванию покрытия; присутствие же нитратов существенно снижает скорость осаждения никеля, причем при концентрации NO₃ ^- иона 1 г/л и более никель вовсе перестает выделяться на катоде. Избавиться же от этих примесей в электролите невозможно при помощи каких-либо доступных в условиях производства способов. Таким образом загрязнение ими электролита приводит к необходимости его полной замены.

Одним из важнейших параметров электролита никелирования является рН, соответственно вопрос о приемлемых веществах для регулирования кислотности имеет очень большое значение.

Чаще всего электролиты никелирования в процессе эксплуатации защелачиваются. Причиной этого является разряд на катоде ионов водорода (2H⁺ +2e→H₂ ), нарушение вследствие этого баланса H⁺ /OH^- в прикатодном слое в сторону увеличения концентраций OH^- . Накопление ионов OH^- приводит к повышению рН до такого значения, когда в прикатодном слое образуются гидроксиды никеля, которые приводят к ряду негативных явлений, в общем случае проявляющихся в ухудшении качества и свойств никелевых покрытий.

Для снижения рН электролита никелирования можно применять серную или соляную кислоты, при этом решение о применении той или другой кислоты принимается на основании данных химического анализа на хлориды, т.е., если хлоридов недостаток, используется соляная кислота, а при их избытке – серная.

При использовании серной кислоты ее необходимо разбавлять до концентрации 20-30%, особенно, если в электролите имеются блескообразующие добавки. Эта необходимость обусловлена двумя причинами: 1) резким нагревом раствора при контакте концентрированной серной кислоты с электролитом, приводящим иногда к вскипанию и выбросу кислого расмтвора из ванны; 2) способностью концентрированной серной кислоты к локальному осмолению органических добавок, приводящему к снижению их эффективности и появлению в электролите нежелательных побочных продуктов.

При использовании соляной кислоты ее также желательно разбавлять водой 1:1 для снижения летучести паров HCl.

Для повышения значения рН в крайнем случае можно использовать 5-10% раствор едкого натра, однако увеличение концентрации ионов натрия приводит к снижению буферной емкости электролита и более быстрому его защелачиванию, особенно в прикатодном слое, что может привести к охрупчиванию никелевого покрытия и к подгарам на выступающих частях деталей. Поэтому, для повышения рН рекомендуется применять основной карбонат никеля в виде водной суспензии. Он нейтрализует ионы водорода по следующей схеме: (NiOH)₂ CO₃ +4H⁺ →2Ni²⁺ +3H₂ O+CO₂ . При взаимодействии образуются ионы никеля и вода, углекислый газ улетучивается, а в электролит не поступает никаких посторонних ионов.

Таким образом при эксплуатации электролитов никелирования необходимо обеспечивать строгий контроль и поддержание оптимальных условий и режимов электролиза, концентрации основных компонентов, а также следить за накоплением вредных примесей.

Большинству предприятий недоступно дорогостоящее оборудование для количественного определения микроколичеств посторонних веществ (ионы металлов) и органических добавок. Наиболее простой выход из положения заключается в регулярном тестировании электролита при помощи гальванической ячейки с угловым катодом. Такая ячейка с углом катода 51° по отношению к аноду носит название «ячейки Хулла»* . На катодной пластине при средней плотности тока 2,5 А/дм² реализуются плотности тока от 0,1 А/дм² на дальнем от анода краю и до 7,5 А/дм² на ближнем, что охватывает весь диапазон возможных рабочих плотностей тока. По внешнему виду покрытия, т.е. характеру и расположению дефектов на катодной пластине, можно с достаточной долей вероятности судить о причинах брака. В некоторых, наиболее простых случаях причину брака можно установить по внешнему виду покрытия на деталях, полученного непосредственно в электролите никелирования.

Для удобства работы технологов приводим так называемую «карту неполадок», в которой указываются характерные дефекты и их возможные причины.

Таблица. Карта возможных дефектов покрытия и их причин

ЛИТЕРАТУРА

1. Гальванотехника благородных и редких металлов/П.М. Вячеславов, С.Я. Грилихес, Г.К. Буркат, Е.Г. Круглова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1970.

2. Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983.

3. Грилихес С.Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов. Л.: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1978.

4. Грилихес С.Я. Электрохимическое полирование. Л.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1976.

5. Дасоян М.А., Пальмская И.Я. Оборудование цехов электрохимических покрытий. Л.: Машиностроение, Ленинград, отдние, 1979.

6. Ильин В.А. Цинкование, кадмирование, оловянирование и свинцевание. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983.

7. Лобанов С.А. Практические советы гальванику. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983.

8. Ямпольский А.М. Гальванические покрытия. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978.

9. Ямпольский А.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981.

10. Ямпольский А. М. Электролитическое осаждение благородных и редких металлов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1977.

11. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х т./Под ред. М.А. Шлугера. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.(1)

12. Емелин М.И., Герасименко А.А. Защита машин от коррозии в условиях эксплуатации. М.: Машиностроение, 1980.

13. Инженерная гальванотехника в приборостроении. /Под ред. А.М. Гинберга. М.: Машиностроение, 1977. 512 с.

14. Котик Ф.И. Ускоренный контроль электролитов, растворов и расплавов. М.: Машиностроение, 1978.

15. Макарова Н.А., Лебедева М.А., Набокова В.Н. Металлопокрытия в автомобилестроении. М.: Машиностроение, 1977.

16. Михайлов А.А. Обработка деталей с гальваническими покрытиями. М.: Машиностроение, 1981.

17. Рябой А.Я., Брондз Л.Д. Повышение ресурса авиационных деталей из высокопрочных сталей. М.: Машиностроение, 1977.

18. Садаков Г.А. Гальванопластика. М.: Машиностроение, 1987. 283,[2] с.

19. Садаков Г.А., Семенчук О.В., Филимонов Ю.В. Технология гальванопластики: Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1979.

20. Серебряный Л.А. Безопасность труда при нанесении гальванических покрытий. М.: Машиностроение, 1980.

21. Шлугер М.А. Ускорение и усовершенствование хромирования деталей машин. М.: Машгиз, 1963.

22. Шмелева Н.М. Контролер работ по металлопокрытиям. М.: Машиностроение, 1980.

23. Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений/Пер. с польск. М.: Металлургия, 1974.

24. Вирбилис С. Гальванотехника для мастеров: Справочник. М.: Металлургия, 1990. 208 с.

25. Герасименко А.А., Микитюк В.И. Определение параметров электрохимических процессов осаждения покрытий. М.: Металлургия,

26. 1980.

27. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976.

28. Крузенштерн А. Гальванотехника драгоценных металлов. М.: Металлургия, 1974.

29. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. М.: Металлургия, 1974.

30. Розенфельд И.Л., Жигалова К.А. Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов. M.: Металлургия, 1966.

31. Смирнов Д.Н., Бенкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. М.: Металлургия, 1980.

32. Справочное руководство по гальванотехнике/Пер. с нем. М.: Металлургия, 1969.

33. Справочное руководство по гальванотехнике: Пер. с нем./Под ред. В.И. Лайнера. М.: Металлургия, 1972.

34. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Коррозия и коррозионностойкие сплавы. М.: Металлургия, 1973.

35. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1981.

содержание   ..  306  307  308   ..