Материал: Процесс анодного оксидирования алюминия годовой производительностью 65000 м2/год

Процесс анодного оксидирования алюминия годовой производительностью 65000 м2/год

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Ангарский государственный технический университет»

Кафедра «Технология электрохимических производств»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему: «Процесс анодного оксидирования алюминия годовой производительностью 65000 м2/год»

Выполнил: студент гр. ХТз-13-1

Семаева Анастасия Юрьевна

Проверил: к.т.н., доцент

Сосновская Нина Геннадьевна

Ангарск, 2017

Содержание

Введение

. Технология нанесения никелевых покрытий

.1 Способы нанесения покрытий

.2 Физико-химические свойства никеля

.3 Применение и назначение никелевых покрытий

.4 Выбор толщины покрытия

.5 Типы электролитов никелирования

.6 Выбор электролита никелирования

.7 Технологические особенности процесса никелирования

.8 Приготовление и корректировка электролитов

.9 Основные неполадки процесса никелирования

.10 Технологическая схема процесса и ее описание

.11 Требования к покрытиям и контроль качества металлических покрытий

. Технологические расчеты

.1 Расчет фонда рабочего времени оборудования

.2 Установление производственной программы

.3 Определение продолжительности обработки деталей

.4 Расчет количества и производительности основных ванн

.5 Расчет размеров ванн никелирования на подвесках

.6 Расчет количества автооператоров

. Материальные расчеты

.1 Расчет расхода материалов на первоначальный пуск

.2 Расчет расхода материалов на выполнение заданной программы

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Гальванические покрытия находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Потребность в значительном росте производства продукции машиностроения, товаров широкого потребления, повышении качества продукции, сокращении материально-энергетических и трудовых ресурсов при изготовлении промышленных изделий диктует необходимость в соответствующем увеличении объемов тех производств, которые обеспечивают надежную защиту изделий от коррозии, повышают твердость, износоустойчивость, жаропрочность, снижение их металлоемкости. Одновременно повышаются и требования к качеству покрытий и долговечности изделий.

Никелирование представляет собой один из наиболее важных и широко применяемых процессов электроосаждения металлов. Большая часть из всего производимого никеля используется именно в виде покрытий. Никелирование применяется для защитно-декоративной обработки деталей машин, различных приборов, изделий домашнего обихода. Никелем покрывают изделия из стали и цветных металлов (медь и ее сплавы) для защиты их от коррозии, повышения сопротивления механическому износу и для специальных целей. Никелевые покрытия имеют высокую антикоррозионную стойкость в атмосфере, в растворах щелочей и в некоторых органических кислотах, что в значительной степени, обусловлено сильно выраженной способностью никеля к пассивированию в этих средах

Чтобы расширить возможности использования электрохимических покрытий, кроме чистых металлов применяют сплавы из двух и более компонентов. Сплавы наносят на детали с целью защиты их от коррозии в специфических условиях эксплуатации, высокой электропроводности, особыми магнитными характеристиками, хорошими антифрикционными свойствами, большой твердостью и износостойкостью, светопоглощающей или отражательной способностью и другими свойствами.

1. Технология нанесения никелевых покрытий

никель электролит покрытие деталь

При электрохимическом осаждении никеля на катоде протекают два основных процесса:

+ + 2e- → Ni

Н+ + 2е- → Н2

В результате разряда ионов водорода концентрация их в прикатодном слое снижается, т. е. электролит защелачивается. При этом могут образовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру и механические свойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг - явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки, и осадок теряет декоративный вид.

В борьбе с питтингом применяют вещества, которые снижают поверхностное натяжение на границе металл - раствор.

При анодном растворении никель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшается концентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, что приводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Для предупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводят активаторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят в электролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.

Перед процессом никелирования изделие должно быть подготовлено. Его обрабатывают наждачной бумагой для удаления оксидной пленки, протирают щеткой, промывают водой, обезжиривают в горячем содовом растворе и промывают еще раз. Никелевые покрытия способны с течением времени терять свой первичный блеск, поэтому зачастую покрывают слой никеля более устойчивым слоем хрома.

Никель, который нанесен непосредственно на сталь, является катодным покрытием и защищает материал исключительно механическим путем. Несплошность защитного покрытия способствует возникновению коррозионных пар, в которых растворимым электродом выступает именно сталь. В результате этого под покрытием образуется коррозия, разрушающая стальную подложку и провоцирующая отслаивание никелевого покрытия. Для предупреждения этого металл всегда нужно покрывать толстым слоем никеля.

Никелевые покрытия можно наносить на железо, медь, их сплавы, а также на вольфрам, титан и прочие металлы. Нельзя покрывать с помощью химического никелирования такие металлы, как свинец, кадмий, олово, свинец, сурьму и висмут. При никелировании стальных изделий принято наносить подслой меди.

Покрытия никелем используют в разных отраслях промышленности для специальных, защитно-декоративных целей, а также в качестве подслоя. Технологию никелирования используют для восстановления изношенных автозапчастей и деталей машин, покрытия химической аппаратуры, медицинского инструмента, измерительных инструментов, предметов домашнего обихода, деталей, что эксплуатируются с небольшими нагрузками в условии сухого трения или воздействия крепких щелочей.

1.1    Способы нанесения покрытий

Известен способ никелирования деталей, при котором никелированию электролитическим способом подвергаются изделия из стали и сплавов на основе меди, цинка и алюминия в сернокислых электролитах с добавкой специальных блескообразователей, причем для защиты от коррозии наносят многослойное покрытие.

Недостатками данного способа являются трудоемкость, малотехнологичность, невозможность получения равномерного покрытия из никеля на рельефной поверхности деталей и никелирования узких и глубоких отверстий, полостей, щелей, резьбовых соединений.

Известен способ никелирования деталей из стали, меди и медных сплавов, включающий осаждение на катоде, в качестве которого служит изделие положительно заряженных ионов металлов из водных растворов и их соединений при пропускании через раствор постоянного тока, причем процесс никелирования производят с нерастворимыми анодами из металла или сплава, устойчивого в данном электролите, в ванну наливают электролит, нагревают его до 45  и прорабатывают электролит при плотности тока 0,1-0,2 А/дм2, расстояние между анодом и катодом устанавливают от 10 до 100 мм, загрузку деталей производят при силе тока 0,1-0,2 А/дм2 и по мере заполнения ванны деталями силу тока повышают до требуемого уровня, скорость наращивания никеля при выходе по току, равном 90 %, составляет от 20 до 40 мкм/ч при плотности тока 2-4 А/дм2, по окончании процесса никелирования детали выгружают из ванны, промывают в проточной холодной воде, а затем в горячей непроточной воде с последующей сушкой.

Известный способ также трудоемок, нетехнологичен, не позволяет получать равномерное никелевое покрытие на деталях сложной конфигурации и рельефа, качество электролитических никелевых покрытий зависят от тщательности подготовки поверхности и наличия пор, дефектов и трещин на поверхности деталей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и потому принятым за прототип является способ, при котором сначала приготавливают электролит никелирования, затем осуществляют химическую очистку электролита доведением рН до 5,0 20 %-ным раствором серной кислоты и нагреванием электролита до температуры 65-70 , после чего осуществляют введение в электролит сначала 0,3-0,5 г/л перманганата калия и перемешивание в течение 2-3 ч и затем 3 г/л активированного угля и перемешивание в течение 5-7 ч, а при электрохимической очистке проработку электролита начинают при катодной плотности тока 0,05-0,1 А/дм2 и температуре 50 , а затем скачкообразно повышают ее до 0,6 А/дм2, а после нанесения никелевых покрытий детали промывают холодной и горячей водой и сушат.

Недостатком этого способа является то, что сложная технология очистки и введение добавок в электролит никелирования по указанному способу, высокая трудоемкость и энергозатраты для проведения перемешивания и фильтрации электролита никелирования приводят к возрастанию конечной стоимости никелированных деталей.

1.2    Физико-химические свойства никеля

Никель - металл серебристо-белого цвета. Его плотность 8,9 г/см3, а температура плавления 1452 . Микротвердость гальванически осажденных никелевых покрытий зависит от состава электролита и может колебаться от 200-300 до 700-800 кгс/мм2 за счет введения добавки фосфора в состав покрытия. После термообработки никелевых покрытий, содержащих фосфор, микротвердость не возрастает до 900-100 кгс/м2 и выше, приближаясь к твердости блестящего хромового покрытия. Никель, как и сталь, обладает магнитными свойствами. Никелевые покрытия имеют пониженную пластичность, но после отжига при 900  пластические свойства значительно улучшаются.

Никелевые покрытия хорошо полируются до зеркального блеска и приобретают красивую декоративную внешность, стойкую во времени благодаря образованию тончайшей поверхностной пассивной пленки. В зависимости от температуры и продолжительности нагрева поверхность никелевых покрытий при высоких температурах покрывается твердой и эластичной пленкой окиси никеля с изменением оттенков от желтого и фиолетового до темно зеленого. Вследствие своей пассивности никель обладает коррозионной стойкостью в растворах ряда органических кислот и минеральных солей. Он устойчив в растворах щелочей при всех концентрациях и температурах.

Никель с атомной массой 58,69 обладает переменной валентностью 2,3, имеет электрохимический эквивалент равный 1, 095 г/(А·ч); его стандартный потенциал равен - 0,25 В. В гальванической паре никель - железо он как более электроположительный металл, в атмосферных условиях и некоторых агрессивных средах является катодом по отношению к железу и, следовательно, электрохимически не может защищать железо от коррозии. Являясь главным образом защитно-декоративным покрытием, никель способен надежно защищать железо от коррозии лишь при условии полной беспористости покрытия.

Поэтому никелирование как защитно-декоративное покрытие применяют обычно с подслоем меди.

Наименьшая толщина никелевых и многослойных покрытий предусмотрена ГОСТ 3002-58 и приведена в таблице 1.

Таблица 1. Толщина никелевых и многослойных (медь-никель-хром) покрытий по стали