145827 (728817), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Электролитический метод цинкования. Хотя цинк в ряду напряжений стоит немного левее водорода (Е°= –0,76 В), однако осаждение его не встречает затруднений, что объясняется высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке. Благодаря этому в обычных условиях электролиза водород на катоде выделяется в незначительных количествах, и ток в основном расходуется на осаждение цинка.

Основными преимуществами электролитического метода цинкования являются:

1. высокая степень чистоты электролитически осаждённого цинка, зависящая главным образом от чистоты анодов и химикатов, применяемых для составления ванн;

2. высокая химическая стойкость цинковых покрытий, полученных электролизом, обусловленная чистотой осадка;

3. малый расход цинка, обусловленный возможностью точного регулирования количества отлагаемого цинка и толщины покрытия;

4. хорошие механические свойства покрытия (эластичность покрытия и хорошая сцепляемость с основой).

Цинковые покрытия, полученные электролитическим способом, отличаются также достаточно высокой стойкостью против коррозии в условиях тропического климата.

Как видно из вышенаписанного, электролитический метод нанесения цинкового покрытия является наиболее удовлетворяющим требованиям, которые предъявляются к покрываемой детали.

Так как на деталь необходимо нанести защитно-декоративное покрытие, то по ГОСТ 9.303-84 минимальная толщина покрытия должна составлять 6 мкм, а максимальная 9 мкм.

В таком случае будет наноситься цинковое покрытие Ц6.хр.бцв. со следующими свойствами (по ГОСТ 9.303-84):

1. Цинковое покрытие является анодным по отношению к стали ст3, и защищает её от коррозии до температуры 70 °С, при более высоких температурах – механически. Покрытие предотвращает контактную коррозию стали ст3 при сопряжении с деталями из алюминия и его сплавов; обеспечивает свинчиваемость резьбовых деталей.

2. Для повышения коррозионной стойкости цинковое покрытие хроматируют. Хроматирование одновременно улучшает декоративный вид покрытия. Хроматная плёнка механически непрочная.

3. Цинковое хроматированное покрытие теряет свой декоративный вид при условии периодического механического воздействия (прикосновение инструмента, рук и т. д.)

4. Электрохимическое цинкование вызывает потерю пластичности стали в результате её наводораживания. Стали с пределом прочности более 1380 МПа (140 кгс/мм²) цинкованию не подлежат.

5. Покрытие обладает прочным сцеплением с основным металлом, низким сопротивлением механическому истиранию и повышенной хрупкостью при температуре выше 250 °С и ниже минус 70 °С. покрытие обладает низкой химической стойкостью к воздействию продуктов, выделяющихся при старении органических материалов.

6. Микротвёрдость покрытия в среднем составляет 490–1180 МПа (50–120 кгс/мм²); удельное сопротивление при 18 °С составляет 5,75·10^-8 Ом·м.

3.3 Выбор и обоснование типа и состава электролита для нанесения покрытия

Для цинкования применяют три типа электролитов: кислые, щелочные цианистые и щелочные нецианистые (цинкатные).

Во всех этих электролитах цинк находится в виде двухвалентных ионов.

Из кислых электролитов цинк выделяется в результате разряда на катоде двухвалентных ионов цинка:

ZnSO₄ = Zn²⁺ + SO₄^2-, (3.1)

Zn²⁺ + 2e = Zn. (3.2)

На разряд ионов цинка расходуется почти весь ток, так как выделение водорода ничтожно мало. Убыль ионов цинка из растворов компенсируется растворением анодов. Последнее протекает без выделения кислорода.

Протекание указанных электродных процессов на практике несколько нарушается из-за присутствия в электролите примесей, выделение которых наряду с выделением водорода несколько снижает катодный выход по току.

Кроме того, наряду с чисто электрохимическим растворением анодов происходит частичное химическое растворение цинка благодаря присутствию в растворе некоторого количества свободной кислоты.

Оба эти процесса – разряд посторонних катионов и химическое растворение анодов – изменяют коэффициенты использования тока на электродах и требуют периодической корректировки электролита.

Рассеивающая способность кислых электролитов весьма низкая.

Сульфатный электролит содержит (г/л):

ZnSO₄·7H₂O……………………………..……………………..……..200-300

Al₂(SO₄)₃·18H₂O……………………………………………………..………30

Na₂SO₄·10H₂O………………………..……….…….…………………50-100

Блескообразующая добавка…………………….………………………1-5

Процесс ведётся при 18–25 °С и при рН=3,5–4,5. Плотность тока в перемешиваемых ваннах составляет от 2 до 10 А/дм² и выше.

Сульфатные ванны, несмотря на целый ряд преимуществ (устойчивость в работе, высокий выход металла по току, отсутствие в составе электролита ядовитых веществ), применяются главным образом для цинкования изделий простой конфигурации (листов, ленты, проволоки и т. п.)

Основным компонентом цианистых цинковых электролитов является комплексная соль Na₂[Zn(CN)₄]. Диссоциация этой соли происходит по уравнению

Na₂[Zn(CN)₄]  2Na⁺ + Zn(CN)₄^2-. (3.3)

Таким образом, цинк в растворе находится в составе аниона.

Разряд на катоде требует значительной энергии активации; этим объясняется высокая поляризация, сопровождающая осаждение цинка из цианистых электролитов, и мелкокристаллическая структура покрытий.

Осаждение цинка из растворов цианистого комплекса, содержащих избыток свободного цианида, протекает при потенциале минус 1,7 В. Поэтому, несмотря на высокое водородное перенапряжение на цинке, выход по току цинка небольшой.

Потенциал осаждения цинка может быть снижен до минус 1,4 В введением в раствор свободной щёлочи. Одновременно снижается концентрация ионов водорода. Вход по току достигает 95–99%.

Цианистое цинкование при плотностях тока до 5-6 А/дм². Осадки цинка получаются плотными, весьма тонкокристаллическими, а электролит обладает высокой рассеивающей способностью.

Характерная особенность анодного процесса при цинковании в цианистых электролитах заключается в склонности цинковых анодов к пассивированию и, следовательно, к уменьшению концентрации цинковой соли в ванне, что проявляется особенно заметно при недостатке в электролите свободного цианида. Этим объясняется непостоянство состава цианистого электролита.

Другой причиной является то, что цинковые аноды подвержены химическому растворению в цианистом калии и щёлочи. Это приводит к накапливанию цинка в электролите. Третья причина непостоянства состава электролита цианистых ванн – взаимодействие с углекислотой воздуха (по этой причине нельзя применять перемешивание).

Состав цианистого электролита имеет такой вид (г/л):

ZnO……………………………………………………………………..…40-45

NaCN…………………………………………………………..………….80-85

NaOH………………………...…………………………………………...40-60

Электролиз ведут при 18–40 °С. Катодная плотность тока 1–4 А/дм² и выход по току 70–80%.

Основной недостаток цианистых электролитов заключается в их токсичности (выделяющаяся синильная кислота – сильный яд), поэтому они применяются в редких случаях.

Цинкатные электролиты очень просты по составу. В основном они содержат цинк в виде цинката и едкую щёлочь.

Выход металла по току в цинкатных электролитах близок к 100% и мало меняется с изменением условий электролиза. Осадки, полученные из цинкатных электролитов, имеют крупнокристаллическую структуру и отличаются неравномерной толщиной слоя. Это связано с малой катодной поляризацией.

Улучшение качества осадков, полученных из цинкатных ванн, достигается добавлением в электролит небольших количеств солей олова, свинца и ртути (это способствует растворению цинка).

2 Zn + Sn⁴⁺  2 Zn²⁺ + Sn. (3.4)

Рассеивающая способность цинкатных ванн в присутствии солей указанных металлов и при низкой плотности тока достаточно высока.

Примерный состав цинкатного электролита (г/л):

ZnO……………………………………………………………….……..…5-50

NaOH……………………………………………………...…….……...65-220

Na₂SnO₃……………………………………………………….....…….0,2-0,5

Процесс ведут при 50–70 °С. Катодная плотность тока 0,5–4 А/дм². выход по току 96–98%.

Сравнение достоинств и недостатков для различных типов электролитов цинкования можно наглядно увидеть в таблице 3.1.

Исходя из общей суммарной оценки, можно сделать вывод, что цинкатный электролит цинкования является самым пригодным для покрытия детали шуруп А5·40.

Таблица 3.1 – Сравнительная характеристика электролитов цинкования.

3.4 Обоснование режимов процесса нанесения цинкового покрытия

При электрохимическом осаждении цинка на катоде протекает следующий процесс:

Zn(OH)₄^2- + 2e  Zn + 4 OH^- . (3.5)

Побочным процессом на катоде является разряд ионов водорода:

Характеристики

Список файлов реферата