П. к. ЛАВОРКО
ПОСОБИЕ МАСТЕРУ ЦЕХА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
Издание третье, дополненное и исправленное
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ» Москва 1969
УДК 621.357
Пособие мастеру цеха гальванических покрытий. Л а в о р к о П. К. М„ «Машиностроение», 1969, стр. 272.
В книге приведены основные сведения, необходимые мастеру цеха по ведению процесса гальванических покрытий и выполнению производственных расчетов; изложены механические, химические и электролитические методы подготовки и отделки поверхности металла и современная технология нанесения защитных и защитно-декоративных покрытий, основанная на опыте работы передовых предприятий; описано применяемое в гальванотехнике оборудование, в том числе полуавтоматическое и автоматическое, и даны практические указания по его эксплуатации.
Книга предназначена для квалифицированных рабочих и мастеров гальванических цехов машиностроительных заводов.
Илл. 59, табл. 32, библ. 12 назв.
Рецензент канд. техн, наук В. А. Жих
407—69
3—12—5
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние годы гальванотехника приобретает все большее практическое значение в машиностроении, приборостроении и производстве различных металлических изделий для нанесения защитных, декоративно-защитных и специального назначения покрытий. К ним относятся покрытия, наносимые с целью повышения твердости, износоустойчивости, жароустойчивости, коррозиоустой-чивости, улучшения прирабатываемости сопряженных частей в ремонтных целях, для придания изделиям красивого внешнего вида и пр.
Гальванотехника рассматривает вопросы, связанные с получением отложений металлов на поверхности металлических и неметаллических изделий, и подразделяется на два основных раздела? гальваностегию и гальванопластику.
Под гальваностегией понимается нанесение на поверхность металлов относительно тонких (порядка тысячных и сотых долей миллиметра) металлических покрытий с обеспечением максимально прочного сцепления осадка с основой. Целью гальванопластики является получение точных металлических копий, воспроизводящих во всех деталях рельеф оригинала. Гальванопластика, или электроформование, широко используется в области прикладного искусства для снятия копий со скульптурных произведений и художественных изделий. В последнее время этот метод начали успешно применять в приборостроительной и машиностроительной промышленности для изготовления тонкостенных полых деталей сложной формы и высокой механической прочности.
Хорошо оснащенные гальванические цехи имеются почти на всех машиностроительных и металлообрабатывающих заводах Советского Союза, и гальванотехника развивается в соответствии со все возрастающими запросами промышленности.
*
3
Перед мастером цеха гальванических покрытий стоят задачи наиболее правильного и полного использования техники гальваностегии, для чего требуется возможно более полное овладение технологией процесса электролитических покрытий, знание теоретических основ процесса и определенные организационные навыки в руководстве этим участком производства.
Внедрение в гальваническом производстве новой техники и технологии, интенсификация процессов электролиза, механизация и автоматизация процессов нанесения покрытий являются главной задачей работников гальванических цехов.
Для успешного решения этой задачи необходимо, чтобы мастера и рабочие-гальваностеги отлично овладели своей специальностью, изучили и освоили современную технологию нанесения покрытий, были знакомы с новыми типами автоматизированного оборудования.
Приведенные в книге в сжатом виде основные сведения по технологии нанесения защитных, защитно-декоративных и специальных покрытий, применяемому оборудованию и аппаратуре должны помочь работникам гальванических цехов активно участвовать на своих производственных участках в общей борьбе за технический прогресс промышленности.
В настоящем переработанном и дополненном издании учтены предложения читателей в части некоторого расширения раздела типовых расчетов, 'применяемых в гальванотехнике, систематизации и характеристики новых типов оборудования; приведены новые прогрессивные методы покрытий и химической обработки металлов.
Автор выражает надежду, что данная книга окажет мастерам и рабочим цехов гальванических покрытий практическую помощь в их повседневной работе.
ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
В гальванотехнике широко применяются водные растворы солей, кислот и щелочей. Количество вещества, содержащегося в определенном количестве воды или раствора, называется концентрацией его.
Наиболее часто в практике гальванотехники сталкиваются с объемной концентрацией — количеством граммов вещества в литре (Пл). Например, если концентрация сернокислого никеля составляет 210 Пл, то это значит, что в 1 л содержится 210 Г растворенной никелевой соли. Содержание вещества в р’астворе может быть выражено также в процентном отношении, показывающем, сколько граммов вещества растворено в 100 Г раствора. Например, если в 100 Г раствора растворено 15 Г едкого натра, то концентрация будет составлять 15%.
При каждой данной температуре в воде может содержаться в растворе лишь вполне определенное максимальное количество данного вещества. Раствор, содержащий такое количество вещества, называется насыщенным.
Растворимость вещества определяется таким количеством его в граммах, при котором образуется насыщенный раствор в 1000 Г воды при данной температуре. Например, растворимость сернокислого никеля при 20° С составляет 350 Г, а растворимость двойной никельаммо-ниевой соли — 60 Г. Этот пример показывает, что из двойной соли нельзя составить достаточно концентрированный раствор.
Раствор, содержащий в 1 л количество растворенного вещества, соответствующее его эквивалентному весу, называется нормальным раствором.
5
При растворении вещества выделяется или поглощается тепло, что необходимо иметь в виду при составлении растворов. Например, при растворении крепкой серной кислоты или едкого натра в воде выделяется большое количество тепла и резко повышается температура (раствор может вскипать и разбрызгиваться).
Молекулы солей, кислот и щелочей, растворяясь, распадаются на ионы, несущие положительные и отрицательные заряды электричества; этот процесс называется электролитической диссоциацией. Количество положительно и отрицательно заряженных ионов всегда равно между собой, так что раствор остается нейтральным.
Растворы, проводящие электрический ток, называются электролитами.
При погружении в электролит проводников, подклю-п ченных к источнику постоянного тока, в электролите возникает движение ионов и начинает идти ток. При этом ионы, имеющие положительный заряд (ионы металлов и водорода), под действием электрического потенциала перемещаются к отрицательному электроду — катоду и поэтому называются катионами. Ионы, имеющие отрицательный заряд (ионы металлоидов и кислотных остатков), движутся к положительному электроду — аноду и поэтому называются анионами.
Электрический заряд ионов обозначают у анионов знаком минус (—), у катионов знаком плюс (+). Ставя эти знаки в количестве, соответствующем валентности данного аниона или катиона, диссоциацию молекулы на ионы выражают электрохимическими уравнениями, например:
h2so4 2н+ + sor~;
CuSO4 Cu++ + sor~;
NaCl X Na+ + Cl“ и т. п.
В гальванотехнике катодами служат детали, на ко торые осаждается металл. Растворимыми анодами служа' пластины из того металла, который осаждается (никель медь, цинк). К нерастворимым анодам относятся свиней уголь, платина.
При прохождении через электролиты электрической тока происходит процесс, называемый электролизом, сс
6
провождающиися изменением состава электролита у электродов. При электролизе металлы (и водород) отлагаются на катоде/а все неметаллы и кислотные остатки — на аноде, где реагируют с материалом анода или растворителем.
Электролитической диссоциации в водных растворах подвергаются не все молекулы растворенного вещества. Степень диссоциации, т. е. отношение числа диссоциированных молекул к общему числу растворенных молекул, зависит от природы растворенного вещества и от концентрации раствора.
В концентрированных растворах находятся главным образом недиссоциированные молекулы.
В сильно разбавленных растворах почти все молекулы диссоциированы.
Электролиты, хорошо диссоциирующие на ионы, называются сильными электролитами; к ним относятся такие кислоты, как соляная, серная, азотная, а также почти все соли и щелочи.
К слабым электролитам относятся такие, которые в растворе образуют лишь небольшое число ионов (кислоты: уксусная, борная, угольная и некоторые другие).
Сильные электролиты хорошо проводят электрический ток, слабые — плохо.
Вода диссоциирована на ионы водорода и гидроксила в незначительной степени и является весьма слабым электролитом. Теория электролитической диссоциации полностью объясняет свойства электропроводности растворов.
С процессами, происходящими на катоде и аноде, ознакомимся на примере электролиза водного раствора хлористого цинка ZnCl2.
В результате электролитической диссоциации молекула этой соли распадается на положительно заряженные ионы цинка и отрицательно заряженные ионы хлора:
ZnCl2XZn++ + 2С1".
При включении тока ионы цинка и хлора, находящиеся в беспорядочном хаотическом движении, под влиянием воздействия электродов начинают двигаться в определенном порядке: ионы цинка, имеющие положительный заряд электричества, — к электроду, заряженному отрицательным значением электричества, а ионы
7
хлора — к электроду, подключенному к положительному полюсу источника тока.
Положительно заряженные ионы цинка, несущие два зар-яда, подойдя к катоду, будут забирать от него по два электрона и превращаться в нейтральные атомы, т. е. восстанавливаться и выделяться на катоде:
Zn++ + 2е —> Zn.
Ионы хлора, несущие отрицательные заряды электричества, контактируясь с нерастворимым анодом, будут отдавать ему электроны, т. е. окисляться и образовывать нейтральные атомы хлора:
С1- ->С1 + е.
Таким образом, на катоде будут происходить процессы восстановления, а на аноде — процессы окисления.
Если вместо нерастворимого электрода поместить анод из цинка, то благодаря тому, что атомы цинка теряют электроны легче, чем хлор, цинк переходит в раствор в виде положительно заряженных ионов, оставляя на аноде свободные электроны:
Zn —> Zn++ + 2е.
Следовательно, при электролизе цинк переносится с анода на катод.
Кроме этого, на электродах часто происходят дополнительные процессы. Так, например, при разряде аниона SO4 на аноде образуется группа SO4, которая взаимодействует с водой, образуя кислоту и выделяя кислород. Разряд аниона ОН- на аноде сопровождается также выделением кислорода с образованием воды.
При выделении кислорода на аноде нередко происходит окисление некоторых составных частей электролита (например, двуххлористого олова в четыреххлористое) или окисление самих электродов.
В других случаях (как это было указано на примере электролиза ZnCl2) разряд аниона на аноде вместо выделения на нем соответствующих продуктов сопровождается растворением анода и переходом в раствор ионов металла.
Выделение водорода на катоде совместно с металлом в большинстве случаев ухудшает качество осадка, придавая покрытию хрупкость, и всегда увеличивает продолжительность процесса электролиза.
8
При гальваническом осаждении металлов в качестве электролита применяют раствор соли, содержащий ионы металла, подлежащего выделению (в раствор вводят также некоторые компоненты, увеличивающие, например, электропроводность, способствующие улучшению структуры осадка, сообщающие ему блеск и пр.).
Катодом служат покрываемые детали или изделия, а анодом — пластины из осаждаемого металла. В ряде
случаев применяют аноды из такого металла или сплава, которые в данном электролите не растворяются (свинец), а также нерастворимые аноды из угля или графита. На таких анодах при электролизе обычно выделяется кислород.
Процесс электролиза сводится главным образом к тому, что на катоде разряжаются ионы металла, которые, переходя затем в молекулярное состояние, осаждаются в виде мельчайших кристалликов, образуя на поверхности изделия слой покрытия. Анод при этом растворяется,
К источнику
аЭ
Рис. 1. Схема процесса осаждения металла в гальванической ванне:
1 — аноды; 2 — покрываемые изделия (катоды); 3 — электролит; 4 ванна
образуя соли, которые, диссоциируя, поддерживают концентрацию ионов металла в процессе электролиза.
Схема процесса осаждения металлического покрытия в гальванической ванне приведена на рис. 1.
Например, при прохождении тока через водный раствор медного купороса в результате разряда на катоде выделяется металлическая медь в виде кристалликов, образующих слой покрытия, а на медном аноде кислотный остаток вновь образует серную кислоту и анод растворяется.
Таким образом, гальваническое покрытие представляет собой металлический осадок, полученный электрокристаллизацией. Это подтверждается тем, что электролитические осажденные металлы всегда имеют кристаллическое строение.
9
Количественно процесс электролиза подчиняется законам Фарадея:
1. Количество выделившегося при электролизе вещества прямо пропорционально силе тока и времени прохождения Шока. Например, если при прохождении тока силой в 1 а в течение 3 ч на катоде выделилось 32,8 Г никеля, то такое же количество никеля выделится при прохождении тока силой в 15 а в течение 2 ч или силой тока в 30 а в течение 1 ч и т. п.
2. При прохождении одного и того же количества постоянного тока через разные электролиты количество выделившегося при этом вещества пропорционально их эквивалентным весам.
Эквивалентный вес равен атомному весу, деленному на валентность, следовательно, эквивалентный вес серебра равен его атомному весу 107,88, так как серебро одновалентно (107,88 : 1 = 107,88). Эквивалентный вес двухвалентной меди равен 63,57 2 = 31,78. Если пропустить, например, 1 а-ч постоянного тока через раствор меди и серебра, количество выделившегося на катоде серебра будет во столько раз больше количества выделившейся меди, во сколько раз эквивалентный вес серебра больше эквивалентного веса меди. Отсюда следует, что если количество выделяющихся веществ выражать не в граммах, а в грамм-эквивалентах, то при одном и том же количестве ампер-часов получится одинаковое число грамм-эквивалентов для любого вещества.
Чтобы выделить 1 грамм-эквивалент, необходимо пропустить через электролит 26,8 а-ч. Если разделить эквивалентный вес любого металла на 26,8, то можно получить теоретически рассчитанное количество граммов данного металла, которое могло бы отложиться на катоде или раствориться на аноде при пропускании через электролит 1 а-ч. Это число называется электрохимическим эквивалентом данного металла, и оно, очевидно, будет тем больше, чем выше эквивалентный вес металла.
Например, электрохимический эквивалент никеля бу-58 69
дет —: 26,8 = 1,095 Па-ч, а электрохимический эквивалент шестивалентного хрома составит 52^01 : 26,8 = = 0,323 Па-ч. Для того чтобы подсчитать, какое количество продуктов теоретически должно получиться в ре
10
зультате электролиза, достаточно количество ампер-часов, пропущенных через электролит, умножить на электрохимический эквивалент данного металла. Так, если при электролизе раствора сернокислой меди пропущено 100 а-ч, то при этом на катоде выделится, а на аноде растворится 100 X 1,18 = 118 Г меди.
В табл. 1 приведены значения электрохимических эквивалентов некоторых металлов.
Таблица 1
Электрохимические эквиваленты металлов
Металлы	Характеристика электролита	Валентность	S ж < й	Эквивалентный вес	Электрохимический эквивалент
Медь	Кислый	2	63,37	31,78	1,186
»	Цианистый	1	63,37	63,37	2,272
Никель	Кислый	2	58,69	29,35	1,095
Хром	»	6	52,07	8,67	QJ23.,
Цинк	»	2	65,38	32,69	1,220
»	Цианистый	2	65,38	32,69	1,220
Кадмий	Кислый	2	112,41	56,20	2,097
»	Цианистый	2	112,41	56,20	2,097
Олово	Кислый	2	118,70	59,35	2,214
»	Щелочной	4	118,70	29,65	1,107
Серебро	Цианистый	1	107,88	107,88	4,025
Золото	»	1	197,20	197,20	7,357
Выход по току. Одной из наиболее существенных характеристик является коэффициент использования тока или так называемый выход по току.
Если взвесить катод до и после электролиза, то можно убедиться в том, что количество осажденного металла несколько меньше того количества, которое должно было осесть по указанному выше расчету. В одних случаях, как, например, при электролизе сернокислой меди, разница между вычисленным теоретически и фактически выделившимся количеством металла очень незначительна, в других, как, например, при осаждении меди из цианистого электролита, количество фактически осевшего металла значительно меньше теоретического.
Следует иметь в виду, что, помимо основного процесса — выделения металла на катоде, наблюдаются и
11
побочные процессы — выделение водорода, нагрев электролита, нагрев контактов и др. Отношение фактически полученного количества металла к тому количеству металла, которое следовало получить теоретически, т. е. исходя из пропущенного числа ампер-часов, называется выходом по току. Обычно это отношение умножается на 100 и выход по току выражается в процентах. Так, например, если при пропускании 100 а-ч постоянного тока вместо 118 Г меди было получено 116 Г, то выход по току, выраженный в процентах, составит
4Jf-100 = 98,3%.
Все обстоятельства, вследствие которых значения выхода по току получаются меньше 100%, можно подразделить на следующие три группы:
Разряд других ионов, кроме ионов осаждаемого металла. В этом случае на каждые 26,8 а-ч пропущенного через электролит постоянного тока на катоде, в соответствии с законом Фарадея, действительно выделяется грамм-эквивалент, только не одного, а различных веществ: осаждаемого металла, водорода и др. Так, например, если на катоде разряжаются ионы осаждаемого металла и водорода при выходе по току, равном 90%, то на катоде при прохождении 26,8 а-ч выделится 9/10 грамм-эквивалента металла и 1/10 грамм-эквивалента водорода.
Утечка тока. Потеря тока наблюдается при плохой изоляции ванны (в этом случае ток частично уходит в землю) или если отдельные участки катода непосредственно соприкасаются с анодом, например, вследствие неудачного расположения катодов, образования недоброкачественных иглообразных осадков на катоде и т. п. Естественно, что во всех этих случаях сила тока, проходящая через электролит, будет меньше общей силы тока, показываемой амперметром.
Обратное растворение осажденного металла. Это сравнительно редкий случай в гальванотехнике. Он может наблюдаться, например, при кислом цинковании в барабанах и в электролитах с повышенной кислотностью при частичном растворении осажденного цинка с тех изделий, которые в данный момент не находятся под током.
Из всех указанных причин, понижающих выход по току, наибольшее значение имеет выделение водорода
12
На катоде. В некоторых случаях, когда в осаждаемый на катоде металл включаются гидроокиси и другие твердые частицы, действительный вес осадка (обычно недоброкачественного) получается больше теоретического и выход по току составляет выше 100%.
Электродные потенциалы. Большинство металлов в большей или меньшей степени (в зависимости от их природы) стремится перейти в раствор с образованием соответствующих ионов. Такие металлы, как натрий, калий и некоторые другие, бурно растворяются в воде. Железо и цинк не растворяются в воде, но легко (правда, с различной интенсивностью) растворяются в кислотах.
Чем больше концентрация ионов металла в растворе, тем меньше стремление металла перейти в раствор. При погружении медной пластинки в раствор серной кислоты медь будет растворяться до определенного момента, пока в растворе не накопится определенное количество ионов меди. Если после этого повысить содержание ионов меди в растворе (добавить, например, медный купорос), то медь из раствора начнет выделяться на пластинке.
Указанное явление объясняется тем, что на границе металл—раствор создается определенное напряжение, которое вызывает переход металла в раствор или выделение ионов металла из раствора. Это напряжение называется электродным потенциалом и измеряется в вольтах. Поскольку величины электродного потенциала в зависимости от концентрации ионов металла в растворе могут быть различными, то для сравнения электродных потенциалов разных металлов условились определять их для растворов, в которых содержится один грамм-ион соответствующих ионов. Такие электродные потенциалы называются нормальными.
Непосредственно измерить величину электродного потенциала не удается. Но можно легко измерить разность потенциалов, которая получается между двумя электродами. Если при этом потенциал одного из них условно принять за нуль, то получаемая при измерении разность потенциалов будет характеризовать потенциал другого электрода. За нуль условились принимать потенциал нормального водородного электрода, который получается при погружении платиновой пластинки в серную кислоту, через которую пропускают струю водорода. Измеряемая таким образом разность потенциалов между нормальным
13
водородным электродом и каким-либо другим электродом представляет собой потенциал данного электрода.
Металлы, расположенные в порядке возрастания их нормальных потенциалов, образуют электрохимический ряд напряжений (табл. 2).
Таблица 2
^Электрохимический ряд напряжений
Металл	Химическое обозначение ионов	Нормальный потенциал в в	Металл	Химическое обозначение ионов	Нормальный потенциал в в
Калий	к-	—2,92	Свинец	РЬ"	—0,12
Натрий	Na	—2,71	Водород	Н-	0,00
Магний	Mg"	—2,38	Сурьма	Sb"	+0,25
Алюминий	АГ-	—1,66	Мышьяк	As"’	+0,30
Цинк	Zrr’	—0,76	Медь	Си”	+0,34
Хром	Ст"’	—0,71	Медь	Си'	+0,52
Железо	Fe"	—0,44	Серебро	Ag’	+0,80
Кадмий	Cd-’	—0,40	Ртуть	Hg"	+0,70
Никель	Ni"	—0,23	Золото	Au”	+0,42
Олово	Sn"	—0,14	Золото	Au‘	+ 1,50
Металлы, стоящие в ряду напряжений выше водорода, более электроотрицательны. Например, железо имеет электроотрицательный потенциал, а медь электроположительный, поэтому при погружении железной пластинки в раствор медного купороса железо переходит в раствор,? а медь выделяется из раствора, оса'ждаясь на железной’ пластинке. Это так называемое контактное выделение меди мешает процессу непосредственного меднения стальных изделий в кислом медном электролите.
Не надо, однако, забывать, что приведенные в табл. 2 нормальные потенциалы относятся к определенной концентрации ионов в растворе. Если же концентрация ионов в растворе понижается, то потенциал становится более электроотрицательным. Например, потенциал меди в цианистом электролите, в котором концентрация ионов меди ничтожна, составляет уже не +0,52, а — 0,61 в, т. е. потенциал меди является более электроотрицательным, чем нормальный потенциал железа. В связи с этим при погружении стальной пластинки в медный цианистый электролит контактного выделения меди не происходит.
Электродными потенциалами руководствуются при выборе вида покрытия. Если, например, покрывать стальные
14
изделия медью, то при наличии пор в покрытии коррозии будет подвергаться основной металл — железо, имеющее более электроотрицательный потенциал. Если же покрывать стальные изделия цинком, то даже при наличии пор в покрытии железо не ржавеет, так как коррозии в этом случае будет подвергаться цинк как более электроотрицательный металл.
Поляризация электродов и перенапряжение водорода. Приведенные выше величины электродных потенциалов могут значительно изменяться, если пропускать через электролит ток. Это объясняется прежде всего тем, что концентрация ионов металла около электродов при прохождении тока отличается от концентрации ионов металла во всем электролите (в особенности, если электролит не перемешивается). На катоде происходит разряд ионов металла и их выделение, следовательно, концентрация ионов металла у катода понижается, стремление ионов к выделению уменьшается и электродный потенциал становится более электроотрицательным. На аноде же происходит растворение металла с образованием его ионов, следовательно, концентрация ионов металла у анода повышается, стремление металла перейти в раствор уменьшается и электродный потенциал на аноде становится менее электроотрицательным.
Изменение величин электродных потенциалов при прохождении тока называется поляризацией электродов. Чем больший ток проходит через электроды, тем резче изменяются концентрации ионов у электродов и тем сильнее изменяются электродные потенциалы, т. е. тем больше поляризация электродов. Величина поляризации зависит также и от размеров электродов. Естественно, что при одной и той же силе тока изменение концентрации ионов будет меньше в случае применения электрода большей площади, который соприкасается с большим объемом электролита, чем в случае применения электрода меньшей площади. Поэтому в каждом конкретном случае важно знать не силу тока вообще, а силу тока, приходящуюся на определенную поверхность электродов. Сила тока, приходящаяся на единицу поверхности электродов, называется плотностью тока\
15
где I — сила тока в а;
F — поверхность в дм2.
Обычно плотность тока измеряется в амперах на квадратный дециметр (а/дм2). Плотность тока на катоде обозначается через DK, а на аноде — Da. Таким образом, чем больше плотность тока, тем больше поляризация электродов. Увеличение поляризации с повышением плотности тока различно в зависимости от состава электролита, электродов и ряда других условий. Например, с увеличением плотности тока потенциал выделения меди повышается незначительно в сернокислом электролите и резко возрастает в цианистом. Иначе говоря, медь из цианистого электролита выделяется при высокой, а из сернокислого электролита — при низкой катодной поляризации.
Все обстоятельства, препятствующие изменению около электродов (понижению около катода и повышению около анода) концентрации ионов, понижают поляризацию. Перемешивание электролита способствует понижению поляризации.
Точно так же повышение температуры, ускоряя движение ионов, способствует выравниванию концентрации ионов и понижению поляризации.
Большое значение для процессов гальванотехники имеет также явление перенапряжения водорода.
На практике металлы, стоящие в ряде напряжений выше водорода, выделяются на катоде в большей степени, чем водород. Это объясняется тем, что ионы водорода разряжаются также с определенной поляризацией, т. е. потенциал водорода становится более электроотрицательным. Перенапряжение водорода в значитель-' ной степени зависит от природы катода и особенно велико (около 0,7—0,8 в) при выделении на поверхности ртути, свинца, цинка и т. п. При выделении водорода на гладкой медной поверхности перенапряжение составляет около 0,4 в, на гладкой никелевой поверхности 0,3 в, на железной — около 0,2 в.
На шероховатой и губчатой поверхности перенапряжение водорода значительно изменяется, достигая наименьшей величины на губчатой поверхности. Перенапряжение возрастает с повышением плотности тока и уменьшается с увеличением температуры.
16
Следует отметить, что чем больше катодная поляризация, тем легче выделяется водород. Однако из этого нельзя делать вывод, что при затруднении выделения водорода следует максимально снижать поляризацию, так как последняя оказывает большое влияние на качество покрытия. Этот вопрос должен решаться по-разному, применительно к каждому металлу. Например, при никелировании или железнении необходимо максимально повысить перенапряжение водорода, в противном случае катодный выход по току стремительно падает и качество покрытий резко ухудшается.
Установлено, что перенапряжение водорода тем выше, чем меньше концентрация ионов водорода в растворе.
Концентрация ионов водорода. Из основ химии известно, что водородный ион Н+ является носителем кислотной реакции, а ион гидроксила ОН- —щелочной реакции. Кислотность электролита зависит от концентрации в нем водородных ионов: чем больше ионов водорода, тем больше кислотность раствора.
Если концентрация водородных ионов в растворе равна концентрации гидроксильных ионов, раствор будет нейтральным. Концентрация водородных и гидроксильных ионов в воде равна и составляет или 10~7 грамм-эквивалента в литре.
Для удобства расчетов концентрацию водородных ионов выражают показателем степени концентрации, взятым с обратным знаком, и обозначают через pH. Часто это значение называют водородным показателем.
В совершенно нейтральной дистиллированной воде концентрация ионов водорода pH = 7.
Для кислотных растворов значение pH меньше 7 (pH = 6, pH = 5, pH = 4, pH = 3 и т. д.), для щелочных — больше 6 (табл. 3). Чем меньше значение pH, тем выше кислотность раствора.
Если, например, концентрация ионов водорода в растворе составляет 0,0001 Г/л, то это можно записать в виде 10-4 Г/л. Обратный логарифм этого числа составляет +4 и водородный показатель pH = 4.
В нормальном растворе едкого натра (40 Г NaOH растворено в 1 л воды) при 25° С концентрация водородных ионов pH = 14. В растворе, составляющем 0,1 нормального (0,1 — N), pH = 13, а в растворе, составляющем 0,01 нормального (0,01N), pH = 12 и т. д.
17
Таблица 3
Обозначение реакции растворов по значениям pH
Реакция раствора	Концентрация ЙОНОВ водорода	Реакция растворов	Концентрация ионов водорода
Раствор сильно кислый Раствор слабо кислый Раствор нейтральный	рН=1 рН=2 рН=3 рН=4 рН=5 рН=6 рН=7	Раствор слабо щелочной Раствор сильно щелочной	рН=8 рН=9 pH—10 рН=11 рН=12 рН=13 рН=14
Показатель концентрации водородных ионов для (0,1 — N) децинормального раствора серной, соляной или азотной кислоты при температуре 18° С будет pH = 1.
При электролитическом осаждении металлов степень кислотности, т. е. величина pH, может значительно изменяться даже при незначительном прохождении тока.
В связи с изменением значения pH нередко изменяются свойства металлического осадка, возникают хрупкость и другие дефекты. Чтобы по возможности сохранить значение pH постоянным, в электролит добавляют так называемые буферные вещества, которые могут связывать вновь возникающие ионы водорода или в случае нехватки их вызывать образование новых.
В качестве буферного вещества, например в электролитах никелирования, обычно применяют борную кислоту.
Ниже приведены значения показателя pH в наиболее часто применяемых электролитах гальванических ванн.
Электролит для никелирования	5,2—5,6
» для ускоренного
блестящего никелирования	3,5—4,5
Электролит для кислого меднения ........................ 0,9—-1,5
Цианистый электролит для меднения....................10,0—11,0
Кислый электролит для цинкования ...................... 4,3—4,6
Цианистый электролит для цинкования..................13,3—13,5
18
Кислый электролит для лужения ........................ 0,9—1,5
Щелочной электролит для лужения ........................12,0—12,5
Электролит для серебрения	10,8—11,8
»	»	кадмирования	12,0—12,0
»	»	обезжиривания	13,5
Для измерения величины pH применяют два метода — электрометрический и колориметрический.
Принцип электрометрического метода заключается в точном измерении разности напряжений в измерительной цепи, состоящей из нормального и измерительного электрода. В качестве нормального электрода в большинстве случаев применяется каломельный электрод с известным неизменным потенциалом, а в качестве измерительного электрода — водородный, хингидронный, сульфитный, висмутовый или стеклянный электрод. Очень удобен портативный прибор-иономер ИМ-2М, предназначенный для определения значения pH в водных растворах.
Колориметрический метод определения величины pH основывается на применении индикаторов, в качестве которых используются органические красители, которые при соприкосновении с раствором в зависимости от степени его кислотности меняют цвет. Степень кислотности, вызывающая изменение окраски для разных индикаторов, различна и распределяется на всей шкале значений pH От 0 до 14. Для каждого интервала pH имеется соответствующий индикатор. Интервалы изменения окраски различных индикаторов приведены в табл. 4.
Таблица 4
Интервалы изменения окраски некоторых индикаторов
Индикатор	Пределы значений pH	Изменение цветов
Тимоловый синий 	 Бромфенол синий 	 Метиленовый красный •   Бромбензолпурпур 	 Бромтимол синий 	 Тимоловый синий ...... Фенолфталеин . 		 Тимолфталеин 	 Ламот фиолетовый	1,1—2,8 3,0—4,8 4,4—6,0 5,2—6,4 6,0—7,1 8,0—9,6 8,0—10,2 9,4—10,2 12,0—13,6	Красный—желтый Желтый—синий Красный—желтый Желтый—красный Желтый—синий Желтый—синий Бесцветный—красный Бесцветный—синий Фиолетовый—сине-зеленый
19
При определении кислотности или щелочности растворов пользуются набором индикаторных бумажек, изменяющих свой цвет в зависимости от реакции раствора.
Оттенок, получившийся при смачивании испытуемым раствором бумажки, сравнивают с цветной шкалой и находят значение pH. Колориметрический метод очень удобен для применения в производственных условиях.
Для испытания электролитов в гальванических цехах применяют наборы индикаторных бумажек для интервала pH от 1 до 10.
Для пояснения метода корректирования кислотности электролита приводим следующий пример.
Пример. Определить, какое количество серной кислоты необходимо добавить в электролит для никелирования, водородный показатель которого, по данным анализа, составляет pH = 6, чтобы концентрация ионов водорода стала pH = 4. Емкость ванны 740 л.
Рассуждаем так.
Молекулярный вес серной кислоты H2SO4 составляет 98 Г, в том числе на водород приходится 2 Г, следовательно, 1 Г водорода будет содержаться в 49 Г.
Поэтому	можем написать такие			соотношения;			
49	Пл	содержит	1	Г/л	н*		
4,9	»	»	0,1	»	н+	или	10'1; pH = 1
0,49	»	»	0,01	»	н+	»	IO’2; рн = 2
0,049	»	»	0,001	»	н+	»	IO"8; pH = 3
0,0049	»	»	0,0001	»	if	»	10-4; pH = 4
0,00049	»	»	0,00001	»	н+	»	10-Б; pH = 5
0,000049	»	»	0,000001	»	н+	»	10-в; pH = 6
Отсюда следует, что при pH = 6 в растворе содержится 0,000049 Г/л серной кислоты, а при pH — 4 будет содержаться 0,0049 Г/л серной кислоты; определив разность, найдем количество серной кислоты, которое нужно добавить на I л раствора для достижения требующегося значения pH:
0,0049 — 0,000049 = 0,004851 Г/л.
Для ванны емкостью 740 л потребуется
0,004851 X 740 = 3,58 Г серной кислоты (из расчета 100%-ной).
Обычно электролит корректируется 10%-ным раствором едкого натра.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ
Разрушение металлов под влиянием химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой называется коррозией.
20
Большинство металлов, несмотря на значительную механическую прочность, сравнительно легко разрушается под влиянием внешней среды — воздуха, воды, растворов кислот, щелочей, солей и т. д. Процессы коррозии очень разнообразны и широко распространены.
Коррозия приносит большой вред народному хозяйству. Подсчитано, что потери от коррозии составляют до 30% веса металла сооружений и изделий, ежегодно вводимых в эксплуатацию. Если даже считать, что часть металла возвращается для переплавки, то все же эти потери составляют для стали не менее 10—15% ежегодной выплавки.
По внешнему виду коррозионное разрушение металла бывает весьма разнообразным. Среди типов коррозионных разрушений различают: сплошную, местную (структурноизбирательную), пятнистую, язвенную, точечную, межкристаллитную, внутрикристаллитную и поверхностную.
По физико-химическому характеру коррозионные процессы можно разделить на химические иэлек-трохимические.
При химической коррозии процесс разрушения металла не сопровождается возникновением электрического тока. Примером химической коррозии является разрушение металлов в сухих газах при высоких температурах или в жидкостях, не проводящих электрический ток.
При электрохимической коррозии разрушение металлов сопровождается^ появлением электрического тока, возникающего в результате перехода электронов из одних участков металла к другим.
Поверхность технических металлов, будучи неоднородной физически и химически, приводит к образованию на отдельных участках разных электродных потенциалов. Участки, где растворяются металлы, будут анодными, а участки, где разряжаются положительно заряженные ионы, — катодными. Таким образом, возникают гальванические микроэлементы, дающие электрический ток и вызывающие разрушение металла в случае, если он станет анодом.
Коррозия металлов и сплавов рассматривается, согласно электрохимической теории, как процесс разрушения, вызванный действием огромного количества микроэлементов — гальванических пар.
К электрохимической коррозии относится разрушение металлов в средах, проводящих электрический ток, т. е.
21
главным образом в водных растворах кислот, щелочей и солей (электролитах). К этому виду коррозии относится также атмосферная коррозия, при которой происходит взаимодействие металла, практически всегда неоднородного по своей структуре, с агрессивными агентами окружающей среды. Такой средой является главным образом влага с растворенными в ней кислородом и другими газами (т. е. при образовании электролита). Коррозия возникает также в результате неравномерной аэрации, т. е. при неодинаковом доступе кислорода воздуха к отдельным участкам поверхности металла.
При одновременном воздействии на металлы переменных нагрузок и коррозионной среды интенсивность коррозии возрастает, что приводит к коррозионной усталости. Остаточные и упругие деформации и напряжения, возникающие в металлах при плавке, прокатке, штамповке, волочении при термических воздействиях, а также при холодной деформации (изгибе, клепке и т. п.), являются факторами, ускоряющими коррозию.
Следует отметить, что, кроме основной причины — неоднородности металла, предпосылками возникновения коррозии могут явиться разная освещенность поверхности изделия, при этом более освещенные участки будут анодами, а менее освещенные — катодами, а также неравномерный нагрев изделия (более нагретые участки станут анодами, менее нагретые — катодами).
Интенсивность работы гальванического микроэлемента, а следовательно, и скорость протекания коррозии зависят от влажности, температуры, агрессивности среды и др.
На скорость процессов коррозии также влияет состояние поверхности металла — грубообработанная поверхность металла подвергается более интенсивной коррозии, чем поверхность гладкая или полированная.
Под скоростью коррозии понимают скорость коррозионного процесса, определяемую как отношение коррозионных потерь с единицы поверхности к соответствующему промежутку времени, например потеря веса металла в Пм2-ч.
Для того чтобы судить о возможных последствиях коррозии, необходимо, кроме коррозионной стойкости данного материала, учитывать также условия работы данной детали, ее конструкцию и геометрию. Иногда коррозия наступает или ускоряется по причинам, связан-
22
HbiM с конструктивными особенностями отдельных узлов и деталей, конструкцией механизмов или аппаратов. Неудачные конструкции часто обусловливают возникновение механических и термических напряжений, застоя жидкости, местных перегревов и других явлений, способствующих коррозии.
Сварной шов, например, является участком, где чаще всего возникают очаги коррозии. Для устранения коррозии сварных швов применяют ряд предупредительных мер, важнейшими из которых являются: выбор электродов соответствующего состава, последующая термическая обработка, уравнивание толщины свариваемых деталей в месте шва и т. д. Покрытие сварных деталей и сборок в кислых электролитах, а также травление их в кислотах не рекомендуется.
Наряду с обычными углеродистыми сталями и техническим железом в различных отраслях промышленности в качестве конструкционных материалов применяются цветные металлы, легированные стали и специальные сплавы. Эти материалы также подвержены коррозии. Кроме потерь, обусловленных коррозией в результате безвозвратной потери металла, велики также убытки, связанные с порчей и выходом из строя всевозможных машин и механизмов, аппаратуры и металлических конструкций. В результате неравномерной коррозии могут быть аварии, например, в паросиловых установках, котлах высокого давления и т. д. Даже слабая коррозия может вывести из строя точные приборы и специальные механизмы.
В возникновении и скорости протекания электрохимической коррозии исключительно важную роль играют потенциалы соприкасающихся между собой металлов.
АНОДНЫЕ И КАТОДНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Как было указано выше, при защите железоуглеродистых сплавов от коррозии покрытием из других металлов следует руководствоваться положением этих металлов в ряду напряжений относительно железа, т. е. нужно учитывать, будет ли металл покрытия более электроотрицателен или более электроположителен, чем железо.
В зависимости от характера защиты покрытия разделяются на анодные и катодные. Анодными покрытиями
23
будут такие, у которых электродный потенциал в данных условиях более отрицателен, чем потенциал защищаемого металла. К катодным покрытиям относятся те металлы, у которых потенциал выше потенциала защищаемого металла.
При покрытии какого-либо металла более электроотрицательным металлом в случае коррозии, более электроотрицательный металл будет играть роль анода, переходить в раствор и разрушаться, а основной металл станет катодом и тем самым будет предохраняться от коррозии. Например, если покрыть сталь цинком, то в случае коррозии цинк как более электроотрицательный металл (нормальный потенциал 0,76 в) начнет постепенно разрушаться и сталь (нормальный потенциал 0,44 в) благодаря анодному растворению цинка не будет корродировать.
Процесс происходит примерно так. Если на покрытии из цинка имеются царапины или поры, доходящие до основного металла, то при наличии влаги и растворенных в ней солей или промышленных газов в порах покрытия может образоваться раствор электролита, в результате чего начнет работать гальванический микроэлемент, где катодом будет основной металл (сталь), а анодом — металл покрытия (цинк). Следовательно, обладая более электроотрицательным потенциалом по отношению к стали, цинк разрушается и тем самым электрохимически защищает основной металл.
Схема коррозии анодного покрытия показана на рис. 2.
К другого рода покрытиям относятся покрытия, где основной металл покрыт более электроположительным металлом. Например, в случае нанесения хромового покрытия на сталь в образовавшейся гальванической паре хром будет катодом, а сталь, которая является по отношению к хрому анодом, начнет разрушаться, что приведет к отслаиванию хрома. Продукты коррозии, занимая большой объем, способствуют при этом вспучиванию и отслаиванию покрытия.
При покрытии электроположительным металлом можно получить только механическую защиту, т. е. покрытие хорошо предохраняет железо только до тех пор, пока оно будет сплошным и не нарушится его слой.
По отношению к стали катодными покрытиями являются покрытия из никеля, хрома, олова, свинца, меди, серебра и др.
24
Схема коррозии катодного покрытия показана на
рис. 3.
Следует иметь в виду, что нормальный потенциал может измениться в зависимости от условий. Например, хром, нормальный потенциал которого составляет +0,71 в, при обычных атмосферных условиях покрывается пас-
сивной пленкой, вследствие чего его потенциал становится
Ржавчина
Рис. 2. Схема коррозии анодного Рис. 3. Схема коррозии катодного покрытия:	покрытия:
а — начало коррозии; б —- результат	а начало коррозии; б — результат
коррозии	коррозии
электроположительным. Цинковое покрытие, будучи в обычных условиях анодным, при нагревании выше 70° С меняет свой потенциал и становится катодным покрытием.
На практике более широко применяют катодные защитные покрытия, используя для этой цели высокую химическую стойкость и хорошие механические свойства некоторых металлов.
УСЛОВИЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
Структура электролитического осадка, толщина и равномерность его распределения на поверхности изделия характеризуют в основном качество металлического покрытия, получаемого гальваническим путем.
Гальваническое покрытие металлами рассматривается как явление кристаллизации, в результате которого под действием тока на поверхности металла зарождаются отдельные кристаллы. Продолжая расти, эти кристаллы образуют на поверхности детали или изделия сплошное покрытие. Под структурой этого покрытия понимается размер и форма кристаллов, а также расположение их
25
по отношению к поверхности покрываемого металла. Размер и форма кристаллов зависят в основном от скорости образования отдельных кристаллов и их роста.
Если в начальный момент электролиза выделяется большое число мелких медленно растущих кристаллов, покрытие имеет мелкозернистую структуру; если же первоначально образуется небольшое количество быстрорастущих кристаллов, покрытие будет иметь крупнозернистую структуру. Кроме того, если в первом случае образуется плотный осадок, то во втором случае он будет более пористым.
Размеры кристаллов металлического покрытия неодинаковы по толщине слоя. В нижних слоях покрытия выделяются мелкие кристаллы, одна часть которых по тем или иным причинам прекращает свой рост, а другая продолжает расти. В связи с этим обстоятельством по мере увеличения толщины покрытия кристаллы все более и более увеличиваются в размерах.
Одним из основных факторов, влияющих на структуру металлического покрытия, является состав электролита. Осадки меди, цинка, олова и других металлов, полученные в электролитах, состоящих из простых солей метал-лсФ, как, например, сернокислые и т. д., являются крупнокристаллическими; осадки этих же металлов, полученные в электролитах, состоящих из комплексных солей, как, например, цианистые и т. д., являются мелкокристаллическими. Это можно объяснить тем, что в первом случае простые соли диссоциируют в одну стадию с образованием простых ионов, во втором же случае диссоциация протекает в две стадии, в первой образуется сложный комплексный ион, который во второй стадии образует простой ион осаждаемого металла. Так как комплексный ион диссоциирует очень слабо, концентрация простых ионов очень невелика, в связи с чем кристаллы растут медленно и образуются новые центры кристаллизации. Все это приводит к образованию гладких, плотных и мелкозернистых осадков.
Для уменьшения размеров кристаллов в гальванотехнике практикуют введение в электролиты, содержащие простые соли таких органических соединений, как клей, желатин, фенол, дисульфонафталиновая кислота, сахарин и др.
Состав электролита влияет не только на размер, но и на ориентацию кристаллов по отношению к поверхности 26
покрываемой детали или изделия. В первом случае кри» сталлы растут перпендикулярно к поверхности детали, а во втором, из-за образования новых центров кристаллизации — беспорядочно, хаотически. При этом пористость осадка, полученного в электролитах, состоящих из комплексных солей, резко снижается по сравнению с осадками, получаемыми в электролитах, состоящих из простых солей.
На структуру осадка оказывают влияние гидраты некоторых металлов, образующихся в процессе электролиза в прикатодном слое. Эти гидраты окислов, осаждаясь совместно с металлом, образуют мелкозернистые плотные осадки. Явление осаждения гидратов окислов наблюдается обычно только в нейтральных или слабокислых электролитах. При повышении содержания гидратов окислов металлов качество металлического осадка ухудшается. Он становится темным, хрупким и шероховатым. В данном случае основную роль играет величина pH. С увеличением кислотности, т. е. уменьшением величины pH, можно резко снизить образование гидратов окиси металла и тем самым улучшить качество получаемых осадков.
На структуру отложения оказывает также влияние водород, который часто выделяется совместно с металлом.
Особенно заметное влияние концентрации водородных ионов на структуру и свойства металлических осадков наблюдается у таких металлов, как железо, никель и кобальт. Водород, выделяющийся совместно с металлом, может поглощаться осадком, способствуя образованию хрупкости, пористости и больших внутренних напряжений, которые часто являются причиной отслаивания осадка от основы.
Пористость гальванических покрытий является одним из самых серьезных недостатков, снижающих защитные, антикоррозионные свойства покрытий.
Различают два вида пор — макропоры и микропоры.
Причиной возникновения макропор чаще всего является неудовлетворительная очистка поверхности от различных загрязнений, что ведет к нарушению образования сплошного слоя покрытия. На таких участках преимущественно выделяется водород, пузырьки которого препятствуют осаждению металла, что ведет к наличию непокрытых мест.
27
Микропоры образуются главным образом вследствие прилипания водородных пузырьков к покрываемой поверхности; пузырьки экранируют участки поверхности, затрудняя кристаллизацию металлического покрытия, в результате чего появляются водородные поры, имеющие обычно форму кратера и часто пронизывающие всю толщину покрытия. Повышенные внутренние напряжения в покрытии нередко ведут к появлению точечной и каналь-чатой пористости, что наблюдается, например, при хромировании.
Загрязнения электролита анодным шламом, неметаллические включения и взвешенные частицы также способствуют образованию пористости.
Пористость зависит в основном от толщины слоя покрытия: чем толще слой, тем меньше пористость.
Только при продолжительном электролизе можно достичь минимальной пористости, например при осаждении никеля, когда толщина покрытия превысит 0,025 мм. Пористость можно снизить повышением температуры и введением окислителей, если поры образуются пузырьками водорода. Отделению пузырьков газа от покрываемой поверхности содействует также потряхивание катодных штанг и перемещение покрываемых деталей.
На структуру металлических покрытий, полученных гальваническим методом, в большой степени влияет режим электролиза. С повышением плотности тока величины кристаллов в осадке уменьшаются. Однако в некоторых случаях такая закономерность наблюдается только с достижением определенной плотности тона. Повышать плотность тока можно только до определенного предела, после которого в обычных условиях процесс нарушается. Вследствие большого обеднения прикатодного слоя ионами металла наблюдается отложение металла на некоторых выступающих участках катода, где образуются так называемые дендриты. При еще более высокой плотности тока катод покрывается губчатой порошкообразной массой, состоящей из мелких отдельных кристаллов или их сростков, непрочно связанных между собой и основой.
Влияние температуры электролита на структуру осадка характеризуется следующим: с повышением температуры осадки становятся более крупнокристаллическими. Такое явление связано прежде всего с увеличением скорости диффузии ионов металла к катоду. В практике гальвано
28
техники используется взаимно противоположное влияние температуры электролита и плотности тока на структуру металлического осадка; для интенсифицированного получения мелкокристаллического осадка применяются высокая плотность тока и повышенная температура электролита, способствующая его перемешиванию.
Перемешивание используется для ускорения осаждения металлических покрытий, поскольку оно дает возможность работать на больших плотностях тока, компенсируя убыль ионов металла в прикатодном слое подачей свежих порций электролита к катоду.
Для защитно-декоративной отделки изделий наиболее пригодными являются мелкокристаллические покрытия как обладающие наименьшей пористостью и уем самым лучше защищающие изделия от коррозии.
В последнее время в гальванотехнике нашел пр'именВ-ние метод отложения металлических оЬадковтоками переменной полярности. Периодическое .изменение направления тока при повышенных его плотностйх_Аозволяет получать мелкокристаллические гладкие усадки .“Объясняется это следующим: во-первых, при этом^тиквидируотся обеднение прикатодного слоя за счет растворения Закрытия во время переключения катбда на анод й соответственно снижается концентрационнай^поляризациЯ;. Во-вторых, те микровыступы (вершины кри’ётайлой, йотьрые’образуются на катоде вследствие болыйЬй’ ОйорбСтш pdcta йа‘ них кристаллов, при переключении $$ ЗЦкЙ? р'Дй’йрряЮтся в первую очередь, что обеспечивает образование более равномерных, гладких, в неко!орн1х сЛучаяхэ^лестрщих осадков.
Равномерность ра суп рте дф Л1е н£й я э л ктролитического о с й к а та рфвер^ности покрываемого изделия наряду стегст трлщйНб^ЬеЯвдяртся главным фактором, характеризующем начерно гад^ваниг ческого покрытия.
Расчеты, применяемые для определсниадторщины ног крытия и основанные на законе Фарадея;;-дают йф$ьк« среднее значение толщины покрытия. В действит^л^цоути^ вследствие неравномерного распределёашягдТж^щб/ поверит ности катода (даже в случае применения одинаковые по размерам и параллельно расположенных’ электродов), не удается получить совершенно равномерных покрьдай. Обычно плотность тока на краях бывает болншй. чум вс^ед-
<29
ней части катода (рис. 4). Эта неравномерность покрытия зависит от расстояний между анодом и различными участками катода и увеличивается в несколько раз при осаждении металла на деталях или изделиях, имеющих сложно профилированную поверхность. На ближнем к аноду участке детали или изделия (катода) толщина осадка будет больше, а на дальнем — меньше.
Необходимо отметить, что в ряде случаев толщина
Рис. 4: Кривые распределение тока При хромирование ню ^шпетдрической хпрвер5цгост^э(по J^^iTCKOMV): /^действительная плогнасгь WKa; 2—расчетная1 платность тока
С-	г.-Ал м
осадка металла на различных участках поверхности детали или изделия (катода) сложного профиля, одинаково удаленных от поверхности анода, не пропорциональна расстояниям. Так, например, если взять металлический шар ик диаметром -50 мм и поместить его в качестве катода в цианистый электролит для золочения на расстоянии 150 мм от плоского анода, то в процессе электролитического золочения он весь покроется золотом,причем толщина металлического осадка практически
будет вёз^е>’одинакова!' Способность» электролита давать равномерные по толщине отложения металла во всех местах рельефного зизделия называется рассеивающей с'ппо С'о‘'б>Й'о ctr bha электролита.
На расдеиВе.ющую способность электролита оказывают влияние^ Природа? электролита, температура и удельное электрическое сопротивление раствора, геометрические размеряй 'форма «ванны и электродов. Как правило, растворы простых "Солей без специальных добавок пригодны только для'НОкрытия нерельефных изделий, так как в большинстве случаев оим обладают низкой рассеивающей способностью и дйкгг неравномерные покрытия по толщине слоя. Растворы Комплексных, особенно цианистых солей метал-лобТчшеют более высокую рассеивающую способность, чтс позволяет применять их для покрытия рельефных изделий.
Рассеивающая способность и, следовательно, равномерность покрытия тем лучше, чём выше катодная поляризация и электропроводность раствора. Поэтому с повышением температуры и концентрации солей металла, при прочих постоянных условиях, рассеивающая способность в большинстве случаев падает, так как катодная поляризация при этом уменьшается. С другой стороны, повышение плотности тока увеличивает катодную поляризацию, что в некоторых случаях (например, в цианистых растворах) компенсирует снижение катодной поляризации, вызванное повышением температуры и концентрации металла. Следовательно, повышая плотность тока в цианистых растворах, можно получить в них достаточно равномерные покрытия, даже при наличии повышенной температуры и высокой концентрации соли металла в растворе.
Таким образом, при выборе электролита для интенсифицированного режима процесса нужно исходить не только из условий, которые позволяют увеличивать плотность тока (высокая концентрация металла, повышенная температура, перемешивание электролита), но также принимать во внимание форму покрываемых изделий и способность электролита давать на них более или менее равномерное покрытие.
При покрытии изделий несложной формы можно работать с растворами простых солей металлов достаточно большой концентрации, в которых допускаются высокие плотности тока, особенно при перемешивании сжатым воздухом. При покрытии изделий сложной конфигурации следует применять растворы комплексных солей металлов (иапример, цианистых).
В большинстве случаев для получения более равномерных металлических осадков необходимо применять плотность тока тем меньшую, чем сложнее форма покрываемых изделий.
К искусственным приемам уменьшения неравномерности гальванических отложений относятся:
1)	применение дополнительных и внутренних анодов, повторяющих форму покрываемых изделий так, чтобы расстояния между участками изделий и анода были примерно равными для получения на них одинаковой плотности тока (рис. 5);
2)	применение дополнительных катодов, забирающих на себя часть тока, что предохраняет выступающие участки
31
изделий от образования наростов («пригаров») и дендритов (рис. 6);
3)	использование неметаллических экранов, которые помещаются между выступающими участками изделия и анодами;
4)	увеличение расстояния между покрываемыми изделиями Зг~анодами, что уменьшает относительную разниц}
уменьшает относительную разниц} между выступающими и углублен, ными участками изделия и ано дами.
Этим приемы применяются осо бенно часто при размерном хроми ровании в связи с крайне низко! рассеивающей способностью хро мового электролита.
н
Рис. 5. Приспособление для хромирования штампов;
1—свинцовый анод; 2—зажимные вииты; 3—крепление анода; 4 — текстолитовая пластинка; 5 — изоляция целлулоидом; 6—хромируемая часть; 7—вкладыш в штампе; 8 — стальные винты; 9 — стальная пластина

Рис. 6. Проволочный экран для ограждения граней деталей при хромировании
ВЫБОР ТИПА И ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЙ
При выборе защитных, защитно-декоративных и специальных покрытий необходимо принимать во внимание назначение и способ нанесения покрытий, условия эксплуатации, материал изделия, возможность контактирования металлов, сплавов и покрытий в зависимости от их электродного потенциала, а также защитные свойства анодных и катодных покрытий.
Защитные свойства каждого металлического покрытия определяются следующими условиями:
1)	величиной электродного потенциала металла покрытия по отношению к электродному потенциалу защищаемого металла, т. е. тем, будет ли металл покрытия при образовании гальванической пары катодом или анодом.
32
Металлы, склонные покрываться пассивной пленкой (например, хром), хотя по величине электродного потенциала должны были бы относиться к анодным покрытиям, по отношению к железу становятся катодными покрытиями;
2)	химической стойкостью металлов покрытия против воздействия той среды, в которой находится изделие, потому что защитные свойства зависят от того, какое влияние на металл покрытия будут оказывать такие химические реагенты, как, например, влажный воздух, морская вода, кислоты, щелочи и пр.;
3)	конструктивными требованиями в зависимости от условий эксплуатации и изделия.
Таким образом, при выборе типа покрытия и толщины слоя следует руководствоваться соответствующим ГОСТом на покрытия, техническими условиями и требованиями конструкции, указанными в чертежах изделия.
Классификация металлических и неметаллических (неорганических) покрытий и обозначение в чертежах приведены в ГОСТе 9791—61; назначение, характеристика и толщины покрытий в зависимости от условий эксплуатации изделий приводятся в нормалях машиностроения МН 2165—63 «Покрытия металлические и неметаллические (неорганические)».
Покрытия в чертежах обозначаются буквенно-цифровыми индексами, указывающими способ нанесения, материал покрытия, толщину слоя, степень блеска и вид дополнительной обработки.
Способы нанесения покрытий обозначаются так: химический — Хим.; анадизационный — Ан.; горячий — Гор.; диффузионный — Диф.; металлизационный — Мет.; гальванический не обозначается.
Материалы покрытия обозначаются начальными буквами, например; цинк — Ц, никель — Н, медь — М, хром — X, олово — О и т. д. В обозначениях многослойных покрытий указываются все металлы, образующие покрытие в порядке нанесения слоев.
Степень блеска обозначается: матовое — м; блестящее — б; глянцевое — г; зеркальное — зк.
Виды дополнительной обработки, которой подвергаются цинковые, кадмиевые, серебряные и другие покрытия, например фосфатирование, хромирование, хроматирование, оксидирование, обозначаются соответственно «фос», «хр», «оке».
33
Толщина многослойных покрытий обозначается суммарная, величина до 1 мк в суммарную толщину не входит, при необходимости указывается отдельно толщина каждого слоя многослойного покрытия.
Толщина гальванических покрытий в зависимости от условий эксплуатации изделий назначается в соответствии с нормами машиностроения МН 2165—63 «Покрытия металлические и неметаллические (неорганические) — свойства, область применения».
Ниже приведены характеристики покрытий, наноси-, мых гальваническим способом, и условные обозначения покрытий:
цинковое, толщиной 18 мк, к которому не предъявляются определенные требования по степени блеска и дополнительной обработки,—Ц. 18;
цинковое толщиной 12 мк, матовое, хроматированное —
Ц. 12 м.хр.;	I-
никелевое, однослойное, толщиной 6 мк, блестящее — Н.6, б;
никелевое, многослойное, с подслоем меди, толщиной 36 мк, глянцевое — МН.36, г;
хромовое многослойное, с подслоем меди и никеля, толщиной 48 мк, зеркальное — МНХ.48,зк;
хромовое многослойное, с толщиной меди 6 мк, никеля 9 мк, хрома 3 мк, блестящее — М.6.Н.9,Х.З,б.
Покрытия хромовые однослойные могут быть пористыми, твердыми и т. д., при этом к обозначению добавляется соответствующее наименование, например Х.12 молочное, Х.36 твердое-.
Покрытия, наносимые химическим способом, обозначаются следующим образом:
покрытия химическое никелем толщиной 6 мк, блестящее — Хим.Н.6,б;
окисное по гальваническому медному покрытию, толщиной 6 мк — М.б.хим.окс.
Покрытия, наносимые анодизационным способом, обозначаются, например так: окисное блестящее, наполненное раствором хромпика, — Ан.Окс.б.хр.
Таким образом, принятые обозначения покрытий в чертежах и другой технической документации указывают все необходимые данные покрытия.
ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ГАЛЬВАНОТЕХНИКЕ
РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЯ
При выполнении работ по покрытиям деталей и изделий часто приходится при установлении режима подбирать плотность тока и требуемую силу тока на шинах ванны, для чего необходимо вычислять' площади поверхностей деталей, подлежащих покрытию. Это особенно относится к тем случаям, когда производится покрытие новых деталей и изделий, опытных образцов и пр. При вычислении поверхность детали разбивают на элементы плоских фигур и плоскостей, площади которых подсчитываются отдельно, а затем суммируются. Необходимо учитывать всю поверхность, подлежащую покрытию, —наружную и внутреннюю, лицевую и оборотную.
Площади поверхности вычисляются по формулам, приведенным в табл. 5.
Таблица 5 Вычисление площадей и поверхностей
Обозначения: F — площадь; Р — полупериметр; R— радиус описанного круга; г — радиус вписанного круга; М—боковая поверхность.
35
Продолжение табл. 5
Параллелограмм	k- b					F — ab
Треугольник		-—ь —Д				г-%; р- = “2" (а + ^ + с)
Трапеция						f.i±Ah
		—- b -J				
Круг						Г==ЯГ2=^ 4
Кольцо					\|	F = л (R2 — г3) = = -1 л (П2 — (?)
	f 1					
Эллипс			, { vz/zx-y * Л-			F ~ mb
Цилиндр						М — 2кг It = л dh
					л	
				ж		
36
Продолжение табл. 5
Цилиндр полый (труба)
М = внутренняя поверхность + внешняя поверхность = = 2лЛ (/>! + г)
Конус
Шар
F — 4№ = red2
М — яг1
На практике для определения поверхности изделий, если известны вес и толщина изделия, пользуются следующими формулами:
поверхность штампованных изделий из листового металла (с учетом торцовой поверхности)
о 23Р	2
S = ~HTCM"
поверхность изделий из проволоки
о 40Р	2
о = —;— елг;
поверхность изделий из ленты
о 20Р(п + й)
5 “----------СМ ’
здесь S — поверхность изделий в ел:2;
Р — вес изделий в Г;
Н — толщина изделия в мм;
Т — удельный вес металла, из которого изготовлено изделие;
d — диаметр проволоки в мм;
а — толщина ленты в мм;
b — ширина ленты в мм.
37
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ
Вес металла, подлежащего осаждению, определяется по следующей формуле:
G = lOStzy, где G — вес осажденного металла в Г;
S — поверхность, подлежащая покрытию, в дм2-, а — толщина слоя осаждаемого металла в мм-, у — удельный вес осажденного металла в Г!см'л.
Пример 1. Определить вес цинкового покрытия толщиной 1 мк на поверхности, равной 1 лт2; удельный вес цинка 7,13 Г 1см2. Вес покрытия будет 10-100-0,001-7,13 = 7,13 Г. Полезно запомнить, что при осаждении слоя толщиной 1 мк на поверхности 1 л? надо осадить столько граммов металла, сколько граммов составляет его удельный вес.
Пример 2. Определить толщину покрытия в мк при осаждении 1 Г металла на поверхности, равной 1 дм2. При толщине покрытия 1 мк вес покрытия на поверхности 1 м2 равен удельному весу, следовательно, при осаждении 1 Г металла на поверхности, равной 1 м2, 1 ГТ толщина покрытия составит а = Для определения толщины по-
крытия (в л«к) при осаждении 1 Г металла на поверхности 1 дм2 следует топ	'	-	100
100 разделить на удельный вес осажденного металла: а —	.
Часто гальванику дают задание нанести на изделие или деталь защитный слой металла определенной толщины, предусмотренный техническими условиями, и ему нужно рассчитать время, необходимое для получения заданной толщины осадка, или определить толщину слоя, полученную за определенное время электролиза.
Количество осаждающегося на катоде металла подсчитывается по формуле Р = СИ. Если же принять во внимание величину выхода тока, обозначенную через т), то формула для расчета будет
n_ Clt^ .
100 ’
здесь Р — вес отложившегося металла на катоде в Г', I — сила пропущенного тока в а;
t — время процесса электролиза в час;
Т) — выход по току в %.
Пример. Определить вес и толщину осадка серебра на изделиях при продолжительности процесса электролиза 1,5 ч и силе тока, под
38
веденного к ванне, 10 а; выход по току т] = 99%, электрохимический эквивалент серебра С = 4,025 Г/а.
Вес осадка
_	4,025-10-1,5-99 г
Р =-------105------59,7 Г.
Объем отложившегося металла найдем путем деления полученного веса осадка на удельный вес серебра (10,5 Г/см3):
V =	= 5,68 см3.
Если поверхность покрываемых изделий составляла, например 26 дм2 и, зная, что объем осадка металла равен произведению площади покрытия на толщину осадка, определим толщину слоя h:
h = ~~~ =	- 0,0021 см3, или 21 мк.
F 2600
Если известна плотность тока при электролизе, то получим вес металла, отложившегося на поверхности 1 дм.
Пример 3. Определить вес осажденного никеля на 1 дм2 поверхности покрытия при плотности тока 2 а/дм2 и продолжительность процесса электролита 45 мин (0,75 ч), выход по току 95%:
_	1,095-2-0,75-95	, __ г
-----loo-------= 1-55Л
Время, необходимое для осаждения определенного количества металла, может быть определено из основной формулы
С/т)
ч.
Пример 4. Определить, в течение какого времени был получен слой никеля толщиной 20 мк, если процесс проходил при плотности тока DK — 1 а/дм2, поверхность изделия F = 2 дм2, выход по току Т) = 95%, удельный вес никеля 8,9 Г/см3.
,	0,002-8,9-10 000
t= 1,095-1-95 = 1,7 Ч-
Для вычислений основных электролитических величин обычно пользуются формулами: продолжительность осаждения
, Ру 1000 60 t =-----------мин,
DKCt\
(1)
толщина слоя р, получаемая в заданное время:
DKCnt
Р ~ 1000-60	(2)
39
В этих формулах:
t — время осаждения в мин\
DK — плотность тока в а!дм2-,
т] — выход по току в %;
V — удельный вес осаждаемого металла в Г/см3-, С — электрохимический эквивалент в Г/а-ч.
На основе приведенных формул составлены таблицы продолжительности осаждения металлов в зависимости от плотности тока, которыми обычно пользуются при расчетах • (см. приложение).
При покрытии мелких деталей в насыпном виде в барабанах и колоколах под непосредственным действием тока находится только часть поверхности загруженных деталей. Учитывая недостаточную равномерность пересыпания дета-. лей и возможную истираемость слоя покрытия, следует продолжительность электролиза, вычисленную по формулам (1) и (2), увеличить приблизительно на 15—25%.
Некоторые часто встречающиеся расчеты поясняются следующими примерами.
Пример 5. Требуется определить продолжительность осаждения никеля; толщина осажденного слоя 25 мк, по технологическому режиму ванна работает при плотности тока 1,5 а!дм2 и выход по току составляет 98%.
Подставляя значения в формулу (2), получим
4	0,025 -8,8 1000 -60
t= 1,5.1,095-98—= 85
Пример 6. В цехе хромирования имеется генератор постоянного тока, вырабатывающий ток 1000 а. Требуется определить максимальную производительность прн работе 7 ч в смену, если слой осаждаемого хрома имеет толщину 20 мк при выходе по току 15%. Удельный вес осадка хрома 6,0 Псм5, электрохимический эквивалент С = 0,32.
Рассуждаем так: для покрытия площади 1 м2 нужно осадить 6,9 X X 20 = 138 Г хрома; при выходе по току 15% для осаждения этого количества потребуется
138-100
-бжпг = 2730 а-ч-
За 7 ч генератор может дать 7-1000 = 7000 а-ч, следовательно, максимальная производительность составит
7000	,	_
-	= 2,56 /г, или 25b ел:2.
Пример 7. При покрытиях в колоколах не вся поверхность деталей участвует одновременно в процессе, поэтому при расчете времени выдержки пользуются таким методом; для мелких деталей расчет обычно производят исходя не из плотности тока, а из принятой силы тока на колокол, поверхности покрытия и заданной толщины слоя покрытия.
40
Поясним это на примере. Требуется определить время выдержки деталей в колоколе для никелирования с получением толщины слоя 0,010 мм при условиях: принятая сила тока на колоколе 320 а, единовременная загрузка в колокол 6 кГ, вес одной детали 15 Г, поверхность покрытия детали 0,20 дм2.
Известно, что при пропускании тока силой 1 а в течение часа осаждается 1,095 Г никеля; практически при выходе по току 92% осаждается 1,0 Г никеля в час.
Определим поверхность единовременной загрузки в колокол; в 6 кГ содержится 400 шт. деталей, поверхность которых составляет 80 дм2, или 8000 см2. Для покрытия этой поверхности слоем толщиной 0,010 мм, или 0,001 см, потребуется 8000-0,001-8,8 = 70,4 Г никеля (где 8,8 — удельный вес никеля).
Если при 1 а-ч осаждается 1 Г никеля, то для осаждения 70,4 Г никеля потребуется 70,4 а-ч и время выдержки при общей силе тока 30 а будет
70,4 : 30 = 2,3 ч.
РАСЧЕТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПРИГОТОВЛЕНИЕМ РАСТВОРОВ И ЭЛЕКТРОЛИТОВ
В цехах металлических покрытий при составлении растворов часто приходится изменять концентрацию кислот путем разбавления или добавлением более крепких кислот. Количество воды или кислоты, которое нужно добавлять к раствору, вычисляют, пользуясь таблицей концентрации раствором кислот (табл. 6). Поясним указанное примерами.
Пример 1. Допустим, имеется 290 кГ раствора серной кислоты удельного веса 1,4 Г 1см3 при 25° С. Требуется довести крепость раствора до удельного веса 1,83 Г/см3. Количество более крепкой кислоты, которое нужно добавить, определяем с помощью табл. 6, в которой указано, что кислота с удельным весом 1,83 Г/см9 содержит 92,1% кислоты и 7,9% воды, а кислота с удельным весом 1,40 Г /см3 содержит 50,1% кислоты и 49.9% воды. Избыток воды равен 49,9 — 7,9 = 42%, 290-42	„
или —jog— = 121 кГ.
Количество кислоты, необходимое для добавления, составит
Пример 2. Рассмотрим случай, когда нужно разбавить раствор. Допустим, имеется 340 кГ серной кислоты, удельный вес которой при 25° С составляет 1,84 Г/см3. Необходимо приготовить раствор для травления удельного веса 1,15 Г/см3. Количество воды, которое нужно добавить, находим по табл. 6.
Кислота с удельным весом 1,84 Г 1см3 содержит 95,6% кислоты, а раствор с удельным весом 1,15 Г/см3 содержит 20,9% кислоты. Избыток кислоты, таким образом, будет
95,6 — 20,9 = 74,7%,
41
Таблица 6
Концентрация некоторых кислот по удельному весу при температуре 15° С
Удельный вес в Г/см* 		Концентрация кислоты в % вес.			Удельный вес в Г/см*	Концентрация КИСЛОТЫ в % вес.		Удельный | вес в Г/см*	11. я сил о ф о Н 0J д и о и О Я tr« и
	соляной	азотиол	серной		азотной	серной		
1,11	21,92	18,67	15,71	1,37	59,39	46,94	1,63	71’27
Т,12	23,82	20,23	17,01	1,38	61,27	48,00	1,64	72,12
1,13	25,75	21,77	18,31	1,39	63,23	49,06	1,65	72,96
1,14	27,66	23,31	19,61	1,40	65,70	50,11	1,66	73,81
1,15	29,57	24,84	20,91	1,41	69,80	51,15	1,67	74,66
1,16	31,52	26,36	22,1.9	1,42	72,17	52,15	1,68		75,50
1,17	33,46	27,88	23/47	1,43	74,68	53,11	W	76,38
1,18	35,39	29,38	24,76	1,44	77,28	54,07	1,70	77,17 ’
1,19	37,23	30,88	26,04	1,45	79 ,,98	55,03	1,71	78,04
1,20	39,11	32,36	27,32	1,46	83,90	55,97	1,72	78,92
1,21	-—	33,82	25,58	1,47	86,05	55,90	1,73	79,80
1,22	-—	35,28	29,84	1,48	89,60	57,83	1,74	80,68
1,23	—	36,78	31,11	1,49	94,09	58,74	1,75	81,56-
1,24	—	38,29	32,29	1,50	98,10	59,70	1,76	82,44
1,25	—	39,82	33,43	1 51	99,67	60,65	1,77	83,53
1,26	—	41,34	34,57	1,52	—	61,59	1,78	84,50
1,27	—	42,87	35,71	1,53	—	62,53	1,79	85,70
1,28	—.	44,41	36,87	1,54	—	63,43	‘ 1,80	86,92
1,29	—	45,95	38,03	1,55	—	64,26	1,81	88,30
1,30	—	47,49	39,19	1,56	——	65,20	1,82	90,05
1,31	—	49,07	40,35	1,57	-—.	66,09	1,83	92,10
1,32	—	50,71	41,50	1,58	_—.	65,95	1,84	95,60
1,33	—	52,37	42,66	1,59	—	67,83	1 -So,	-<~г
1,34	-—	54,07	43,74	1,60	—.	68,70	-—		
1,35	—	55,29	44,82	1,61	—-	69,66	_—.		
1.36	—.	57,57	45,88	1,62	—	70,42	—.	—
или
340-74,7 100
= 253,9 кГ.
Поэтому необходимо добавить воды
100-253,9 20,9
='1215 кГ.
Пример 3. Имеется 96%-ная серная кислота. Сколько следует влить этой кислоты в ванну, чтобы раствор для декапирования имел концентрацию кислоты 50 Г/л?
42
Расчет ведем так: 100 Г кислоты содержит 96 Г Н1О4, следовательно, для 50 Г H2SO4 потребуется
50-100 _ 52 г 96 b ’
На каждый литр раствора в ванне следует добавить 52 Г 96%-ной серной кислоты.
Пример 4. Требуется приготовить раствор для травления, содержащий 200 Г/л соляной кислоты, емкость ванны 600 л. Для травильного раствора используют обычную техническую соляную кислоту, содержащую 35% НС1. Количество соляной кислоты (100%-ной) для ванны указанной емкости:
200 X 600 = 120 000 Г = 120 кГ.
В пересчете на 35% -ную соляную кислоту потребное количество ее составит
-1“== 342 КГ.
оо
Для того чтобы узнать, какой объем займет это количество кислоты, найдем по справочным таблицам, что удельный вес 35%-ной соляной кислоты при 20° С составляет 1,18 Г]см3, т. е. 1 л кислоты весит 1,18 кГ.
Отсюда потребное количество кислоты в литрах будет
Для составления травильного раствора в ванне емкостью 600 л необходимо смешать 289 л соляной кислоты и 311 л воды.
Правила разбавления. При приготовлении из кислоты различной крепости растворов кислот установленной концентрации приходится разбавлять кислоты, для чего необходимо подсчитать, какое количество воды следует добавить, чтобы получить требуемый раствор. Полезно запомнить правило разведения: количество частей добавляемой воды равно частному от деления высшего процентного содержания кислоты на низшее минус единица.
Поясним это примером. Имеется 60%-ная серная кислота, требуется ее разбавить так, чтобы получился 15%-ный раствор кислоты. Количество воды, требуемое Для разбавления, найдем из следующего расчета.
В 100 Г 60%-ной кислоты содержится 60 Г кислоты и 40 Г воды; в 100 Г 15%-ной кислоты содержится 15 Г кислоты и 85 Г воды. Если к 100 Г 60%-ной кислоты прибавить 300 Г воды, то получим общий вес 400 Г с содержанием 60 Г кислоты, т. е. 15%-ный раствор. Следовательно, каждую весовую часть кислоты нужно разбавить в трех частях воды.
43
Требуемое для разбавления количество воды можно найти, пользуясь правилом разбавления. Найдя частное от деления высшего процентного содержания кислоты на низшее и уменьшив его на единицу, получим — 1=3, т. е. каждую часть кислоты следует разбавить в трех частях воды.
Применение этого правила проиллюстрируем еще таким примером. Имеется 36%-ная соляная кислота. В каком количестве воды нужно ее разбавить, чтобы получить 10%-ную соляную кислоту? Определим частное от деления высшего процентного содержания кислоты на низшее и отнимем единицу: — 1 = 2,6. Следовательно, на каждую весовую часть кислоты следует добавить 2,6 части воды. Например, если к 100 кГ кислоты добавим 260 кГ воды, то получим 360 кГ раствора, содержащего 36 Г кислоты, т. е. получим 10%-ный раствор соляной кислоты.
Допустим, требуется азотную кислоту удельного веса 1,44 Г/сма крепостью 77,3% разбавить до раствора удельного веса 1,12 Г/см5, содержащего 20,2% кислоты. Тре- -буемое количество воды определится из соотношения 77 3
— 1 = 2,82; это значит, что к одному объему раствора, содержащего 77,3% кислоты, надо добавить 2,82% объема воды.
Таблица. 7
Количество серной кислоты (75% моногидрата), необходимой для приготовления 1 м травильного раствора
Концентрация раствора в %	Количество серной кислоты		Концентрация раствора В %	Количество серией кислоты	
	в кГ	В 4		в кГ	В л
1	13,3	7,8	11	146,3	85,8
2	26,6	15,6	12	159,6	93,6
3	39,9	23,4	13	172,9	101,4
4	53,2	31,2	14	186,2	109,2
5	66,5	39,0	15	199,5	117,0
6	79,8	46,8	16	212,8	124,8
7	93,1	54,6	17	226,1	132,6
8	106,4	62,4	18	239,4	140,4
9	119,2	70,2	19	252,7	148,2
10	133,0	78,0	20	266,0	156,0
44
При составлении раствора для травления в серной кислоте можно пользоваться табл. 7.
Расчеты, связанные с приготовлением смеси кислот или разбавлением кислот, очень облегчаются, если их производить при помощи графического построения, по так называемому методу креста. Пользование этим методом поясним примером.
Допустим, требуется приготовить 15%-ный раствор из серной кислоты удельного веса 1,51 Псм\ имеющей концентрацию 60%. Необходимо рассчитать, какое количество воды следует взять для разбавления. Для этого проводятся две перекрещивающиеся линии, около концов которых слева пишутся данные концентрации смешиваемых жидкостей (в данном случае 60 и 0%). В точке пересечения линий записывается требуемая крепость раствора. Затем на каждой линии вычитается одно число из другого и результат пишется у свободного конца той же линии (60 — — 15 = 45; 15 — 0 = 15).
Ц.«Лл$р60%х	'J'*/i5%	,6 ’ Т&г.
•(!'	>15%/
0%/	/"45% £>-
Из полученных данных видно, что для того чтобы из 60%-ной кислоты и воды получить кислоту крепостью 15%, требуется на каждые 15 вес. ч. 60%-ной кислоты взять 45 вес. ч. воды. Если, например, 60%-ной кислоты имеется 300 кГ, то для разбавления ее до 15%-ной следует добавить 900 кГ/л воды. Такой же метод применяется и в тех случаях, когда смешиваются две кислоты разной крепости для получения смеси заданной крепости.
В некоторых случаях, когда состав электролита дается в весовых процентах, для подсчета количества реактивов, необходимых для приготовления 1 л электролита, можно пользоваться следующей формулой:
. __ оу-1000 ~ Mi ’
где А — количество кислоты, требующееся для приготовления 1 л электролита, в жд;
а — содержание кислоты в готовом электролите в весовых процентах;
Т — удельный вес готового электролита;
45
bt — содержание кислоты в исходном продукте в весовых процентах;
Ti — удельный вес исходной кислоты.
Обычно в рецептурных составах растворов и электроли-' тов приводятся концентрации веществ в граммах на литр.
При составлении растворов и электролитов подсчитывается рабочий объем ванны в литрах, и необходимое для загрузки количество компонентов находится просто, путем умножения.
Если в составах указывается содержание солей не в 1 л раствора, а в 1 л воды, то требуется делать пересчеты, которые ясны из следующих примеров.
Пример 5. Следует растворить в 1 л воды по рецептуре 150 Г соли. Требуется определить процентный состав’раствора: 1 л воды весит 1000 Г, общий вес раствора будет
1000+ 150= 1150 Г.
Процентное содержание соли составит
150-100
1150	-1 /о’
т. е. в 1 кГ раствора содержится 130 Г соли.
Пример 6. Требуется приготовить 20%-нуй раствор. Определить необходимое количество соли на каждый литр раствора.
Рассуждаем так: в 100 Г раствора содержится 20 Г соли и 80 Г воды. Следовательно, на 80 Г воды идет 20 Г соли, а на 1 л воды потребуется
20-1000	„
---57?—— = 250 I соли.
OU
Для определения необходимого количества вещества при составлении раствора заданной концентрации в процентах по весу удобно пользоваться табл. 8 и 9.
В табл. 8 по вертикальной оси приведены значения процентов в целых единицах, а по горизонтальной — значения в десятых долях единицы.
Количество граммов вещества, которое следует растворить в 100 Г растворителя, находят в точке пересечения значений в целых и десятых долях единицы.
Например, для приготовления 2,5%-ного раствора перманганата калия в воде следует взять 2,564 вес. ч. этой соли на 100 вес. ч. воды.
В табл. 9 приведены данные для приготовления более концентрированных растворов.
Пользуясь этой таблицей, легко определить, например, что для приготовления 25%-ного раствора хлористого
46
Таблица 8
Необходимое количество вещества в Г для приготовления растворов требуемой концентрации
Требуемая концентрация в % вес.	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	0,-00	1,01	2,04	3,09	4,17	5,26	6,43	7,53	8,70	9,89
10	11,11	12,36	13,63	14,94	16,28	17,65	19,05	20,48	21,95	23,46
20	25,00	26,58	28,21	29,87	31,58	33,33	35,14	36,99	38,89	40,84
30	42,85	44,94	47,05	49,25	51,52	53,85	56,25	58,74	61,29	63,94
40	66,67	69,49	72,41	75,44	78,57	81,81	85,19	88,67	92,30	96,07
50	100,00	104,08	108,33	112,77	117,39	122,22	127,27	132,56	138,10	143,90
60	150,00	156,41	163,16	170,27	177,78	185,71	194,12	203,03	212,50	222,58
70	233,33	244,83	257.14	270.37	284,62	300,00	316,67	334,78	354,55	376,19
80	400,00	426,32	455,56	488,24	525,00	566,67-	614,29	669,23	733,33	809,09
90	900	1011	1150	1329	1566	1900	2400	3234	4900	9900
Оо
Таблица 9
Необходимое количество вещества в Г для приготовления растворов требуемой концентрации
Требуемая концентрация в % вес.	0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0.6	0,7	0,8	0,9
0	0,000	0,1001	0,2004	0,3009	0,4016	0,5026	0,604	0,705	0,8065	0,908
1	1,010	1,112	1,215	1,317	1,420	1,523	1,626	1,730	1,833	1,937
2	2,041	2,145	2,250	2,354	2,459	2,564	2,669	2,775	2,881	2,987
i3	3,097	3,200	3,305	3,413	3,520	3,712	3,735	3,842	3,850	4,059
14	4,167	4,276	4,384	4,494	4,603	4,712	4,823	4,932	5,042	5,156
	5,264	5,374	5,485	5,598	5,709	5,821	5,932	6,046	6,156	2,270
6 1	6,428	6,495	6,610	6,724	6,838	6,952	7,071	7,181	7,296	7,411
/7	7,527	7,644	7,759	7,882	7,991	8,110	8,221	8,343	8,461	8,576
,8	8,696	8,815	8,939	9,051	9,171	9,290	9,410	9,528	9,649	9,770
9	9,890	10,01	10,13	10,25	10,38	10,50	10,62	10,74	10,88	10,98
никеля в воде следует взять 33,33 вес. ч. этой соли на 100 вес. ч. воды и т. д.
При корректировании растворов и электролитов часто приходится выполнять процесс нейтрализации, при этом следует пользоваться химическими уравнениями происходящих реакций и производить расчеты по молекулярному весу компонентов. Как известно, молекулярным весом называется сумма весов атомов, входящих в состав молекулы. Сказанное поясним примерами.
Пример 7. По данным анализа, отработанный травильный раствор содержит 35 Пл свободной серной кислоты, емкость ванны 600 л; определить потребное количество гашеной извести для нейтрализации раствора перед его сливом.
Количество серной кислоты в 600 л раствора будет
35 X 600 = 21 000 Г.
Реакция нейтрализации и молекулярный вес веществ, участвующих в ней, могут быть обозначены таким химическим уравнением:
H2SO4 + СаО = CaSO4 + Н2О
98Г-р 56Г = 136Г + 18С
Отсюда следует, что для нейтрализации 98 Г H2SO4 требуется 56 Г СаО, а для 21 000 Г H2SO4 необходимо
21 000 x 56	1ОППЛ <о г
-----т-5----= 12 000 = 12 к! гашеной извести.
Пример 8. Определить потребное количество углекислого никеля для нейтрализации излишнего количества серной кислоты, которой, по данным анализа, содержится в никелевом электролите 0,2 Г/л; емкость ванны 600 л. Химическое уравнение нейтрализации и молекулярный вес участвующих в реакции веществ соответственно будет
H2SO4 + NiCO3 = NiSO4 -f- CO2 + H2O
98Г + 118,7Г = 154,7Г + 44Г + 18Г.
Количество серной кислоты, находящейся в ванне указанного объема, будет 0,2 X 60 = 120 Г.
Рассуждаем так: для нейтрализации 98 Г H2SO4 требуется 118,7 Г NiCO3, а для нейтрализации 120 Г H2SO4 потребуется
118,7X120	м_„ _
----gg-----=145,3 Г.
Если применен 90%-ный углекислый никель, то потребное его количество составит
100X145,3
-----90-----=161,4 Г,
никеляНИКеЛеВЫЙ электР°лит необходимо добавить 161,4 Г углекислого
49
Пример 9. В ванне для никелирования емкостью 600 л, по данным анализа, имеется 0,15 Г/л излишней серной кислоты. Для нейтрализации излишнего количества серной кислоты в никелевом электролите применили водный раствор аммиака (нашатырный спирт). Требуется определить нужное количество нашатырного спирта. f '	'
Реакция нейтрализации и молекулярный вес реагентов будут
H2SO4 + 2NH4OH = (NH4)2SO4 + 2Н2О
98Г -4-	70Г =	132Г	4- 36Г
Если избыток кислоты составляет 0,15 Г/л, то при емкости ванны 600 л количество излишней кислоты в ванне будет 0,15 X 600 = 90 Г.
JAjin нейтрализации 98 Г H2SO4 требуется 70 Г NH4OH, а для 90 Г H2SO4 необходимо
70x90
—98— = 64,2 Г нашатырного спирта.
Если пользоваться нашатырным спиртом, удельный вес которого составляет 0,91 Г/см3, то в нем содержится 24% аммиака, что можно определить по справочным таблицам. Молекулярный вес аммиака 70
равен 17 Г, и это количество соответствует — 35 Г NH4OH, а рассчитанному количеству 64,2 Г нашатырного спирта будет соответствовать
17x64,2	_
---=------= 31,1 1 аммиака.
Зэ
Отсюда потребное количество нашатырного спирта удельного веса 0,91 Псм\ который содержит 24% аммиака, будет
O0X3I.1  |30 Л
т. е. указанное количество NH4OH следует добавить в никелевый электролит.
При составлении цианистых электролитов приходится обычно определять количество цианистого натрия, необходимое для образования комплексной соли и некоторого избытка в виде свободного цианида. Расчет поясним следующим примером.
Пример 10. Требуется определить необходимое количество цианистого натрия для составления 500 л электролита меднения с содержанием 45 Пл цианистой меди и 5 Пл свободного цианистого натрия. Количество цианистой меди в указанном объеме электролита должно быть
45 X 500 = 22 500 Г = 22,5 кГ.
Для образования указанного комплекса необходимое количество цианистого натрия определится из уравнения
Cu2 (CN)2 + 4NaCN = Na2Cu (CN)S
179,2 Г + 196 Г = 375,2 Г,
50
25 180 Г.
а для 22,5 кГ цианистой меди потребуется
196 x22,500
179,2
Для образования свободного цианистого натрия потребуется 5 X 500 = 2500 Г, отсюда общее необходимое количество цианистого натрия будет
25 170 + 2 500 = 27 670 Г = 27,67 кГ.
Если исходный продукт содержит 90% NaCN, то потребное количество цианистого натрия составит
_..^Х1ОО, = 30>74 кГ.
Ниже приводятся табл. 10 и 11, пользование которыми значительно облегчает проведение расчетов, связанных с приготовлением электролитов гальванических ванн.
Таблица 10
Данные для пересчета металла покрытия на эквивалентное количество соли того же металла
Металл	Соль металла покрытия	Количество соли, содержащее 1 Г металла	Расчетное содержание металла в 1 Г соли
Цинк	Циик сернокислый Окись цинка Цинк цианистый	4,4 1,24 1,77	0,23 0,81 0,56
Медь	Медь сернокислая » цианистая	3,93 1,41	0,25 0,71
Никель	Никель сернокислый	4,78	0,21
Хром	Ангидрид хромовый	1,92	0,52
Кадмий	Кадмий сернокислый » окись	2,28 1,14	0,43 0,88
Олово	Олово сернокислое »	двухлор истое	1,89 1,90	0,53 0,53
Свинец	Свинец углекислый основной Глет свинцовый	4,90 1,08	0,20 0,93
51
Таблица 11
Данные для пересчета весового количества компонентов электролита на потребное количество материалов для их приготовления
Компоненты электролита	Метод приготовления электролита	Исходные химикаты	Коэффициент пересчета на химикаты
Цинк цианистый	Через гидроокись цинка	Сернокислый цинк Натрий цианистый Калий цианистый Натрий едкий	2,45 0,83 1,10 0,68
Кадмий окись	В пересчете	Кадмий сернокислый » углеродистый	2,06 1,52
Кадмий углекислый	В пересчете	Кадмий сернокислый	1,48
Медь	Через основную углекислую медь	Медь сернокислая Сода кальцинированная Натрий цианистый или Калий цианистый	2,9 1,3 1,5 2,18
цианистая	Через соль Шевреля	Медь сернокислая Сульфат натрия Натрий цианистый или Калий цианистый	4,0 7,0 1,4 1,8
Олово сернокислое	Химическим способом	Медь сернокислая Олово (в виде гранул)	1,16 0,6
	Электролитическим способом	Олово (в виде анодного металла) Кислота серная (уд. вес 1,8 Г/сж3)	0,56 0,47
Станнат натрия	Из четыреххлористого олова	Олово четыреххлористое Натрий едкий Калий едкий	1,68 1,13 1,58
	Электролитическим раствором олова	Олово (в виде анодного металла) Натрий едкий или Калий едкий	0,56 0,40 0,56
52
Для пересчета металла в соль требуется количество металла умножить на количество соли, содержащее 1 Г металла.
Пример. Пересчитать 30 кГ олова на олово двухлористое:
30 000 X 1,9 = 57 кГ олова двухлористого.
Для пересчета соли в металл требуется количество соли умножить на содержание металла в 1 а соли.
Пример. Пересчитать 70 кГ меди цианистой на металлическую медь:
70 000 X 0,71 = 49 кГ меди.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ, ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ и подготовки К ПУСКУ
Оборудование цеха гальванических покрытий состоит из ванн для растворов и электролитов, в которых проводятся химические и электрохимические процессы по подготовке поверхности металлов и нанесению покрытий, а также из источников питания ванн постоянным током — генераторов и выпрямителей с регулирующей и измерительной аппаратурой и токопроводящими сетями.
В цехах с относительно небольшой производственной программой наибольшее применение имеют стационарные ванны, в некоторых случаях оснащенные устройствами для нагрева, перемешивания и фильтрации электролитов.
Для покрытия мелких деталей применяется специальная аппаратура — колокола, барабаны и шнековые установки.
В крупносерийном производстве в цехах с большой производственной программой, когда требуется установка большого количества стационарных ванн, используются полуавтоматические и автоматические устройства и линии для покрытий, включающие все подготовительные и заключительные операции.
Для механической подготовки поверхности деталей применяются различные типы шлифовально-полировальных станков и агрегатов.
Вспомогательное оборудование состоит из устройств и аппаратуры для фильтрации и очистки электролитов, сушки деталей после покрытия, установок для обезвреживания и очистки сточных вод и пр.
54
ВАННЫ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
По конструкции ванны для гальванических покрытий в зависимости от режима работы электролита подразделяются на стационарные ванны, работающие в спокойных условиях (без подогрева и перемешивания), и ванны для интенсифицированных процессов, снабженные устройствами для подогрева, перемешивания и непрерывной фильтрации.
Выбор размеров ванн зависит от величины и формы обрабатываемых деталей и потребной производительности. Стационарные ванны, обычно представляющие собой прямоугольные резервуары, изготовляются из листовой стали толщиной 4—5 мм путем сварки встык, газовой сваркой или электросваркой сплошным нормальным швом. Для ванн больших размеров швы должны быть усиленными, а для предотвращения деформаций предусматриваются ребра жесткости или косынки. Сверху вдоль всех стенок приваривают борта из угловой стали.
Ванны для кислых электролитов и растворов внутри защищают кислостойкими материалами. В качестве материалов для футеровки применяют винипласт листовой, поливинилхлоридный пластикат, полиэтилен низкого давления, который наносится методом газопламенного напыления, мягкую резину невулканизированную и вулканизированную с применением специального клея (№ 88-Н), стеклопластик (в виде специальной композиции из полимерных материалов, армированной двумя слоями стеклянной ткани), кислотостойкие эмали и лаки, керамические плитки на специальной замазке и др.
Для футеровки ванн электрополирования в агрессивном сернофосфорнохромовом электролите применяют свинец, фторопласт-4, покрытия из суспензии фторопласта ЗМ или химически стойкой силикатной эмали марки ЛК-1.
В некоторых случаях ванны изготовляют из нержавеющей стали и других кислотостойких материалов.
Ванны, в которых применяются растворы или электролиты, выделяющие вредные испарения, снабжаются бортовыми двусторонними вентиляционными кожухами для от-ЭДса. В зависимости от длины ванны вентиляционные кожу хи могут быть сплошными или секционными (из расчета секция на 0,7 — 0,8 м длины ванны). Часто применяют ак называемые опрокинутые бортовые отсосы, присоеди
55
няемые к вытяжному коллектору, расположенному в подпольном канале.
В бортовых отсосах предусматриваются дроссельные заслонки для регулирования скорости и количества отсасываемого воздуха.
В зависимости от требования технологического процесса ванны комплектуются элементами нагрева или охлаждения, барботерами для перемешивания сжатым воздухом, устройствами для периодической или непрерывной
Рис. 7. Ванна для нанесения покрытий в кислых электролитах с подогревом паровым змеевиком:
/ — корпус ванны; 2 — защитная футеровка; 3 — паровой змеевик; 4 — бортовой вентиляционный кожух; 5 —* продольные штанги; 6 —- поперечная штаига
фильтрации электролитов, а также аппаратурой и приборами для автоматического регулирования плотности тока, температуры, кислотности и уровня электролита.
На рис. 7 приведена стационарная ванна для нанесения покрытий в кислых электролитах с подогревом паровым змеевиком. На рис. 8 показана ванна для гальванических покрытий с подогревом при помощи пароводяной рубашки. Общий вид гальванической установки приведен на рис. 9.
Во многих случаях, особенно для блестящих покрытий, электролит перемешивают катодными штангами, которые покачиваются или двигаются поступательно (вперед—назад). На рис. 10 изображена ванна с движущимися катодными штангами и паровым змеевиком для подогрева. Привод к штангам — от небольшого электродвигателя
56
Рис. 8. Вайна для гальванических покрытий (хромирования, электрополирования) с подогревом при помощи пароводяной рубашки
ис‘ 9. Стационарная ванна для гальванических покрытий с электрораспределительным щитом управления
57
58
через червячный редуктор и кривошип. При этом способе перемешивания постоянная фильтрация не обязательна.
Для периодической или непрерывной фильтрации электролитов применяются различные устройства. Для периодической фильтрации можно применять простейший рамочный суконный фильтр (рис. 11).
F При применении для фильтрации передвижных устройств электролит откачивается со дна ванны, пропускается через фильтр и очищенный подается по трубам в верхнюю часть ванны. На рис. 12 приведена конструкция передвижной установки для фильтрации.
Лучшую очистку электролита от механических загрязнений дают фильтрпрессы, состоящие из чередующихся рам и плит, между которыми проложена фильтрующая ткань (рис. 13).
Для перекачивания электролитов обычно используются шестеренчатые насосы, изготовленные из кремнистого чугуна, устойчивой пластмассы, или другие типы кислотоустойчивых насосов.
БАРАБАННЫЕ И КОЛОКОЛЬНЫЕ ВАННЫ
Процесс навешивания мелких деталей для погружения в гальванические ванны — длительный и непроизводительный, особенно при массовом производстве. Поэтому для покрытия мелких деталей применяются барабанные ванны, в которых покрытие мелких деталей производится насыпью без подвешивания.
Барабаны обычно делают гранеными с перфорированными стенками, одна из граней подвижна и служит загрузочным отверстием. В качестве материалов для барабанов применяются пластмассы (текстолит, винипласт, оргстекло) и дерево. Перфорация может быть дырчатая и щелевая; последняя более производительна, так как увеличивается живое сечение решетки.
Барабан в ванну поднимается и опускается специальным подъемным механизмом. Ток к деталям подводится через контактные кнопки и пластины, расположенные с внутренней стороны барабана. Аноды подвешиваются в ванну на штангах. На рис. 14 приведена барабанная ванна для цинкования мелких деталей.
Барабаны снабжаются индивидуальным приводом от электродвигателя, укрепленного на внешней стороне ванны.
59
Рис. 15. Гальванический колокол
Рис. 16. Схема установки из трех колоколов с непрерывной фильтрацией электролита;
1 корпус колоколов; 2 — ящик для разгрузки деталей; 3 — люк для стока электролита; 4 — магистральная труба для стока электролита; 5 — колодец для сборки электролита; 6 — насос; 7 — фильтр; 8 — засасывающая трубка;
9 — распределительная труба; 10 кран
60
Применяются также удобные в работе ручные переносные барабаны с индивидуальными электродвигателями, которые могут быть завешены в любую стационарную ванну.
Колокола. Для покрытия мелких деталей пользуются колоколами (рис. 15). Сосудом для электролита служит опрокинутый колокол, круглый или граненый, изготовленный из токонепроводящего материала, не поддающегося разрушению электролитом (пластмасса, гуммированная сталь, дерево). Колокол укреплен на валике. Колокол вращается при помощи приводного ремня или зубчатой передачи от электродвигателя, снабженного редуктором для уменьшения скорости вращения.
Ток к катоду в колоколах подается одним из следующих способов: от коллектора, смонтированного на нижнем конце вала колокола с помощью системы контактных колец; через металлическую массу станины; одновременным подводом двух полюсов тока с помощью анодного штатива.
В колокол с электролитом загружают детали и погружают анод, который укрепляется на отдельном переносном штативе.
Недостатком колокольных ванн является несоразмерность поверхностей анода и катода. Последняя несравненно больше первой, вследствие чего невозможно работать при повышенных плотностях тока, потому что анод быстро пассивируется и требуется значительное напряжение источника тока.
При разгрузке колокол при помощи штурвала наклоняют, детали высыпают на сетку, а электролит стекает в специальный бак, откуда он снова заливается в колокол. На рис. 16 показана схема установки из трех колоколов.
Колокольные ванны. Для покрытий мелких деталей как в кислых, так и в щелочных электролитах хорошие результаты дают колокольные ванны, представляющие собой установки, в которых барабаны вращаются в ванне с электролитом.
Барабан колокольного типа погружается в ванну достаточной емкости, что устраняет возможность перегрева, а также быстрого загрязнения электролита. Завешенные в ванну аноды обеспечивают необходимый для нормального соотношения с катодной поверхностью размер анодной поверхности, производительность и качество покрытия Улучшается и, кроме того, обеспечивается чистота рабочего места.
61
На рис. 17 показан колокольный аппарат типа ЗАР для различных покрытий мелких изделий, включая и блестящее никелирование. Перфорированный колокол на откидном плече погружается в ванну для электролита, в который подвешены аноды; специальный катод обеспечивает постоянный контакт с изделиями и минимальное переходное сопротивление тока. Ванну, снабженную вентиляцией, можно подогревать или охлаждать. Изделия выгружают при повороте колокола с помощью желоба. Колокола
Рис. 17. Колокольная ванна
изготовляются емкостью 25 и 50 л для загрузки 10 или 18 кГ изделий; емкость ванны 260 л, скорость вращения колокола 11 об!мин. Время покрытия изделий в этом аппарате сокращается вдвое по сравнению с временем покрытия в обычных колоколах. Аппараты этого типа выпускаются в ЧССР народным предприятием Ково-финиш.
На некоторых предприятиях применяется полуавтоматическая установка для покрытия мелких деталей, на которой можно выполнять одновременно несколько видов различных покрытий (рис. 18), например никелирование, цинкование, лужение и др., а также обезжиривание, пассивирование и т. п.
Установка имеет сварную раму /, на которой установлены ванны покрытия 2; ванны промывки 3 и тележки 4 с сетчатыми колоколами 5; наибольший вес загрузки колокола 1 кГ, поверхность 20 дц2.
62
Рис. 18. Механизированная установка для покрытия мелких деталей
Установка рассчитана на пять различных гальванических процессов; для каждого процесса имеется по одной рабочей и промывочной ванне и по одной тележке с колоколом и приводом. Тележки могут передвигаться по рельсам 6 и останавливаться против любой из ванн. Перемещение тележек вдоль ванны, опускание и подъем колоко-
лов осуществляют с помощью рукояток 7 и 8. Загрузка и выгрузка деталей из колокола производятся вручную. Колокол получает вращение от электродвигателя 9 через редуктор 10 и две пары конических шестерен 11.
Для покрытия мелких деталей в условиях мелкосерийного производства можно рекомендовать к применению передвижную колокольную установку, показанную на рис. 19. Установка смонтирована на тележке для перемещения ее между гальваническими ваннами; состоит она из
64
Рис. 20. Сушильный односекшюнный шкаф:
I — каркас из угловой стали; 2 — двухстворчатая дверь; 3—сет-чатые полки для Деталей; 4 — электрокалорифер; 5 — вентилятор; 6 — термопара; 7 — электродвигатель j
65
Рис. 21. Центрифуга с электрическим нагревом для сушки деталей:
1—корпус; 2 — перфорированный барабан;
3 — крышка; 4 — устройство для подъема барабана; 5 — электродвигатель
тележки /; основания 2; штанги 3; траверсы 4 и колокола 5, погружаемого в гальваническую ванну.
Постоянный ток к деталям в колоколе подводится через латунный стержень, проведенный сквозь полый (из винипласта) вал колокола и гибкий провод с латунным шаром на конце, опускаемый в колокол.
Вращение колокол получает от небольшого электродвигателя с редуктором, смонтированным в траверсе.
Сушильные аппараты. После гальванического покрытия изделия и детали подвергаются одной или нескольким промывкам:	сначала
в холодной, а затем в горячей воде, что облегчает сушку.
Детали и изделия сушат горячим воздухом в сушильных шкафах (рис. 20), снабженных вентиляцией. Воздух
подогревается паром, газом или электричеством.
Шкафы имеют несколько отделений, их размеры зависят от количества деталей и изделий, подлежащих сушке. При большой производительности цеха устанавливаются конвейерные сушильные аппараты и сушильные ванны. Находят применение также сушильные центрифуги (рис. 21).
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
С целью механизации и автоматизации производства, а также для увеличения производительности в гальванических цехах с достаточно большой программой применяются полуавтоматические и автоматические агрегаты для покрытий. К полуавтоматическим установкам относятся такие, в которых осуществлена неполная автоматизация основных и вспомогательных транспортных операций.
66
Гальванические полуавтоматы предназначаются для выполнения какого-либо одного процесса и представляют собой ванны, оснащенные механизмами для непрерывного перемещения подвесных приспособлений с Изделиями, подвергаемыми покрытию, от места загрузки до места выгрузки. Они могут быть прямолинейными, когда изделия загружаются и выгружаются с противоположных сторон ванны, а также овальными и кольцевыми, в крто-рых загрузка и выгрузка происходит в одном месте. При Обработке в полуавтоматах операции предварительной подготовки и заключительные операции выполняются отдельно в стационарных ваннах.
В полуавтоматах обрабатываемые изделия перемещаются вдоль ванны с помощью бесконечных пластинчатых цепей; продолжительность процесса устанавливается в соответствии с заданной толщиной покрытия и регулируется изменением скорости движения при помощи вариатора приводной станции. Скорость движения бывает от 0,1 до 1 м!мин.
На рис. 22 показан овальный полуавтомат для никелирования; покрываемые изделия в нем перемещаются пластинчатыми цепями, приводимыми в движение двумя звездочками — приводной и натяжной.
При помощи полуавтоматических установок можно обеспечить определенную стабильность технологического процесса, однако наибольшей точности выполнения технологического процесса можно достичь применением автоматов и автоматических линий.
Автоматическая линия — это агрегат, состоящий из комплекса ванн для основных и вспомогательных процессов и подъемно-транспортного оборудования, осуществляющий без непосредственного участия человека в определенной технологической последовательности и с определенным ритмом различные операции производственного процесса.
Ритм автоматической линии — одинаковый промежуток времени, через который запускается на автоматическую линию и выпускается очередная подвеска, барабан или колокол.
Существующие автоматы и линии подразделяются на Две группы: линии для обработки деталей на подвесках, в барабанах и колоколах и линии для обработки мелких Деталей, в которых перемещение их из одних ванн в другие
67
о
Со
Вгага FA>! --------Fra ~ "" ' ZTIjniT" EnK.ZZ_:
-------------------------------------6290 —------------------*------------------------------И
Рис. 22. Полуавтомат овальный Д-ля никелирования:
1 ванна для электролита; 2 — электродвигатель с редуктоРом» 3 — приводной вал; 4 — пластинчатая цепь;
5 — крючок подвески; 6 — штанги
200
происходит путем пересыпания деталей шнеками, ковшами, специальными бункерами и т. п.
Автоматические линии (автоматы) для обработки на подвесках, а также в колоколах и барабанах по степени их «технологической гибкости», под которой понимается возможность переналадки или перенастройки, подразделяются на неперенастраиваемые, в которых изменение технологического процесса связано с необходимостью переделки конструкции линии, и перенастраиваемые, в которых изменение технологического процесса не связано с изменением конструкции.
К первым относятся все конвейерные линии, ко вторым — автооператорные.
Неперенастраиваемые линии (автоматы) в зависимости от характера перемещения деталей или изделий от ванны к ванне делятся на три группы:
а) с непрерывным перемещением изделий (изделия движутся непрерывно как в ваннах, так и при переноске из ванны в ванну);
&, с	торздг/аиларлллмл
перемещением изделий на всех позициях (перемещение всех изделий из ванны в ванну после окончания выдержки происходит одновременно);
в) с неодновременным перемещением изделий (изделия из ванны в ванну переносятся кинематическими механизмами, установленными на стыках ванн).
Перенастраиваемые автоматические линии (автоматы) в зависимости от конструктивной схемы транспортирующих механизмов делятся на четыре группы:
а)	с автооператорами, которые переносят изделия из ванны в ванну в любом порядке в соответствии с выполняемым технологическим процессом;
б)	с индивидуальными подъемниками и общим механизмом горизонтального перемещения, в которых изделия поднимаются и опускаются подъемниками в соответствии с выполняемым технологическим процессом;
в)	с манипуляторами на стыках ванн, в которых изделия через борта ванн переносятся установленными на стыках ванн механизмами;
г)	комбинированные, имеющие различные транспортные системы на отдельных участках линий.
Автоматические линии (автоматы) для обработки изделий путем пересыпания делятся в зависимости от
69
конструкции транспортирующих механизмов на три группы:
а)	шнековые, в которых детали по ваннам перемещаются шнеками или шнековыми барабанами;
б)	ковшовые, в которых изделия по ваннам перемещаются подъемными ковшами, расположенными в каждой ванне;
в)	бункерные, в которых изделия по ваннам перемещаются с помощью вращающихся бункеров с захватами.
По конструкции и транспортным устройствам автоматы подразделяются на две группы: конвейерные и операторные.
Автоматы конвейерного типа. В автоматах конвейерного типа подвески (или колокола) с деталями двигаются одна за другой только в одном направлении, механизмы подъема-опускания и горизонтального перемещения стационарные. Эти автоматы имеют жесткий цикл движения подвесок и рассчитаны на определенный технологический процесс, предусматривающий определенную толщину покрытия. При необходимости изменения вида и толщины покрытия в конструкцию автомата приходится вносить значительные изменения.
Конвейерные автоматы за счет увеличения веса и поверхности подвесок могут обеспечивать высокую производительность (20—45 ж2/ч), что собственно и определяет область их применения.
По общей компоновке конвейерные автоматы подразделяются на две группы:
Прямолинейные автоматы, у которых ванны располагаются в одну линию. Подвески загружают с одного конца автомата и разгружают — с другого.
Некоторым недостатком такой схемы является необходимость применения специального механизма для возврата подвесок к участку загрузки и большой запас оборотных подвесок. Овальные автоматы, у которых ванны располагаются по овалу, подвески загружают и выгружают в одном месте.
По назначению автоматы подразделяются на следующие группы:
1)	автоматы подвесочные для обработки деталей'на подвесках;
2)	автоматы колокольные, барабанные и шнековые для обработки мелких деталей насыпью;
70
3)	автоматы специальные, предназначенные для обработки одного вида материала (проволоки, ленты, полосы и пр.).
По характеру движения транспортирующего устройства конвейерные автоматы подразделяются на автоматы с непрерывным и прерывным (пульсирующим) движением.
Автомат с прерывистым движением конвейера с подъемными каретками, предназначаемый для цинкования на подвесках и мелких деталей в колоколах (тип АГ-4), приведен на рис. 23.
Над ваннами, расположенными подковообразно в порядке выполнения технологических операций, укреплен замкнутый монорельс, по которому цепным конвейером передвигаются каретки с консольными рычагами для навешивания подвесок или закрепления колоколов. Конструкция ванн и траверс позволяет навешивать на каждую траверсу по две подвески. Подвески или колокола поднимаются и переносятся из одной ванны в другую цепным конвейером и системой кулачков, расположенных на распределительном валу. Цепной конвейер и распределительный вал получают движение от одной приводной станции. Синхронность пульсирующего движения конвейерной цепи и вращение распределительного вала достигается механически с помощью специальных муфт. При движении в удлиненных ваннах (цинкования) в момент перекидки поднимается только одна крайняя подвеска. В автомате выполняются все операции по цинкованию с пассивированием, начиная от обезжиривания и кончая сушкой.
Производительность автомата 6—8 мЧч, габаритные размеры 5,5 X 2,2 X 1,5 м.
Кареточный автомат в другом конструктивном исполнении показан на рис. 24. При цинковании деталей на подвесках производительность этого автомата составляет 40—60 м21ч.
Автомат для покрытия нормалей и мелких деталей в барабане с пультом управления показан на рис. 25; барабан от автомата приведен на рис. 26.
Автоматы описанной конструкции работают на многих, предприятиях; они могут обеспечить высокую производительность, относительно просты по устройству и надежны в работе. Недостатком их является затруднительная переналадка при переходе на другую схему технологического процесса.
71
Рис. 23. Автомат для цинкования деталей на подвесках и в колоколах
Автоматы операторные. Устройство операторных автоматов, допускающих гибкое маневрирование технологическим процессом, заключается в следующем. Ванны, скомпонованные в том или ином порядке, обслуживаются одним
Рис. 25. Автомат для покрытия нормалей и мелких деталей в барабанах
или несколькими автооператорами, представляющими собой транспортные тележки, оборудованные приводами
горизонтального перемещения, поворота и др. Операторы поднимают, переносят из ванны в ванну и опускают подвески (или барабаны) по командам, получаемым с пульта управления по заранее составленной программе.
По конструкции транспортного устройства автоматы могут быть с верхним и с боковым оператором, а также с оператором над ваннами.
Автоматы с верхним оператором обеспечивают наилучший доступ к ваннам с двух сторон.
подъема и опускания,
Рис. 26. Барабан от автомата
73
У автоматов с боковым оператором свободный доступ к ваннам возможен только с одной стороны, а в автоматах с автооператором, расположенным над ваннами, доступ затруднен с обеих сторон.
В операторных автоматах наиболее часто применяется прямолинейная однорядная, а также двухрядная и овальная компоновка.
В ряде случаев на производстве при освоении автоматов с верхним оператором возможно до изготовления автооператоров и командоаппарата использовать линию стационарных ванн, обслуживаемых электротельфером с ручным управлением.
К автоматам с гибким, нежестким циклом относятся агрегатные, многопроцессные гальванические автоматы операторного типа (модели АГ-16, АГ-18 и др.), применение которых способствует организации производства в цехах металлических покрытий на современном техническом уровне.
В автоматах этого типа с гибкой транспортной связью на базе автооператоров с программным управлением можно совмещать несколько технологических процессов различных покрытий, а при изменении программы их легко переналаживать на выполнение любых других покрытий.
Принцип агрегатирования дает возможность собирать любой автомат из унифицированных узлов, при этом необходимая производительность определяется количеством и размерами установленных ванн, автооператоров и собранных секций.
Компоновка автомата определяется наличием производственных площадей и может быть однорядной, двухрядной прямолинейной, овальной, Г-образной, П-образной и круглой.
Рекомендуется применять в автомате не более восьми видов покрытий, иначе затрудняется транспортирование от подготовительных ванн к основным. Один автооператор должен обслуживать не более 8—10 ванн; общее количество ванн не должно превышать 60, иначе система будет слишком громоздкой. Устройство автомата таково: на основание, состоящее из отдельных секций, устанавливаются ванны с бортовыми отсосами; вдоль ванн по направляющим перемещаются автооператоры, транспортирующие обрабатываемые детали на подвесках или в барабанах.
74
Захватывание штанг с подвесками или барабанами производится с помощью специальных захватов, управляемых электромагнитами. Автооператоры имеют кнопочное и автоматическое управление.
Все управление сосредоточено в командоаппарате, который осуществляет в соответствии с заданной программой автоматическое управление всеми движениями автооператоров, управление камерным сушилом, вклю-
3WO ---------------
Рис. 27. Многопроцессный агрегатный гальванический автомат АГ-16
чение и отключение тока в ваннах основных покрытий, задание времени выдержки в ваннах и пр.
Производительность автоматов этого типа составляет 5—20 м2/ч.
Как показал опыт, применение операторных автоматов в 10—12 раз снижает трудоемкость (по сравнению с немеханизированным процессом), в 1,5—2 раза сокращает потребность в производственной площади (по сравнению со стационарными ваннами), повышает качество покрытий и -облегчает труд рабочих.
На рис. 27 и 28 показана двухрядная компоновка многопроцессного автомата АГ-16, предназначенного для Цинкования на подвесках и в барабане, а также для никелирования стальных деталей и черного никелирования латунных деталей.
75
Рис. 28. План гальванического автомата АГ-16
Позиции загрузки и разгрузки размещаются в начале и в конце автомата, а ванны основного покрытия — в средней части. При таком расположении загрузка ванн основного покрытия осуществляется автооператором I, а разгрузка их — автооператором II. Автооператоры обеспечивают возможность переноса штанги с подвесками или барабана из одного ряда автомата в другой.
Автомат имеет 26 рабочих позиций и состоит из следующих нормализованных узлов: двух автооператоров /; четырех основных секций 2 (см. рис. 27) с направляющими; четырех основных секций 3 без направляющих; двух секций загрузки и разгрузки 4\ двух барабанов 5; четырех ванн 6 для химических операций (декапирования, осветления, пассивирования, улавливания); пяти ванн 7 для электролитических операций (цинкования); двух ванн никелирования 8; шести ванн холодной промывки 9; трех ванн горячей промывки 10\ двух ванн электрохимического обезжиривания //; пяти бортовых отсосов /2; сушила шнекового 13\ сушила камерного 14\ козырька 15; двух бортовых отсосов крайних 16 в трех бортовых отсосов односторонних 17.
Командоаппарат размещается в отдельном вентилируемом помещении и на рисунке не показан.
Габаритные размеры (длина, ширина, высота) 12 000Х X 3460x2800 мм.
По такому же принципу компонуются более производительные агрегатные автоматы типа АГ-18 и др., имеющие ванны больших размеров, обслуживаемые автоопе-раторами большей грузоподъемности.
Особенностью операторных автоматов является то, что все приводы автооператоров для горизонтального и вертикального перемещения подвесок или барабанов расположены на подвижной тележке, что утяжеляет ее и увеличивает габариты. В новых конструкциях автоматов этот недостаток устраняется.
На рис. 29 показана принципиальная схема автомата новой конструкции.
Цепь 2 автооператора 3 одним концом укреплена на тележке 1, а второй конец перекинут через блок 5, установленный на тележке, и через грузозахватное устройство соединен с подвеской 9.
При вращении приводной звездочки 4 тележка / авто-оператора передвигается по горизонтальному пути 8
77
вправо и влево в зависимости от направления вращения звездочки. Для спуска подвески с деталями при загрузке одной из линии ванн 10 надо сдвинуть натяжную звездочку 6 влево, а для подъема — вправо; это перемещение осуществляется при помощи гидравлического или пневматического цилиндра 7.
В отличие от других конструкций тельферных автоматов в этой конструкции привод автооператора вынесен
Рис. 29. Схема гальванического автомата с автооператором облегченного типа
из агрессивной среды, отпала необходимость применять гибкие кабели или троллеи, уменьшился вес тележки автооператора благодаря снятию с нее приводов подъема и передвижения, повысилась надежность конструкции в эксплуатации. Кроме этого, стационарный привод позволил применить гидравлику, что повысило скорости движения автооператора и обеспечило плавные пуски и остановки.
Автоматы этого типа работают на ряде предприятий.
На рис. 30 показан тельферный автомат, применяемый для цинкования или кадмирования деталей в барабанах, на рис. 31 автомат тельферного типа для износоустойчивого хромирования.
Приспособления для завешивания деталей. Для загрузки деталей в ванну применяются специальные приспособления — рамки для завешивания. Конструкция подвесок зависит от числа и конфигурации деталей, которые подвешиваются на рамке. Конструкция подвесок должна обеспечить хороший контакт, что достигается закреплением деталей пружинными или винтовыми зажимами.
78
Детали в рамке должны быть расположены так, чтобы они не экранировали одна другую, а также, чтобы образовавшиеся газы легко удалялись с поверхности деталей и не
Рис. 30. Тельферный автомат для цинкования или кадмирования деталей в барабанах
Рис. 31. Автомат тельферного типа для износоустойчивого хромирования
создавали бы «газовых мешков». Кроме этого, должны быть обеспечены удобство и быстрота сборки и разборки деталей и приспособлений.
Контактные крючки, штыри и пружины, на которые крепятся детали, рекомендуется делать из проволоки
79
фосфористой бронзы. Упругие свойства этого материала обеспечивают хороший электрический контакт и надежно удерживают деталь на подвеске. Подвески в верхней части снабжаются крючками для подвешивания на штангу ванны; крючкам рекомендуется придавать форму, указанную на рис. 32, что обеспечивает хороший контакт.
Общие требования к конструкции подвесок для завески деталей в ванны таковы. В качестве материала для подвесок рекомендуется применять сталь, несмотря на то, что' она обладает меньшей электропроводностью, чем медь,
Рис. 32. Контактные крючки для подвесок и анодов
латунь и алюминий. При растворении стальных подвесок в ваннах травления, декапирования и электролитического обезжиривания (при анодной обработке) образуются наименее вредные примеси (солей железа). Подвески из цветных металлов более активно растворяются в растворах и электролитах, образуя соли, вредно действующие на некоторые электролиты гальванических ванн; особенно чувствительны к таким примесям никелевые электролиты.
Сечение стальных подвесок рассчитывается из условия, чтобы плотность тока составляла 0,7—-1,0 а/мм2\ при несоблюдении этого условия в процессе осаждения возможно перегревание подвесок.
В целях снижения непроизводительных потерь энергии и металла вследствие обрастания подвесок металлом покрытия их необходимо изолировать, за исключением мест контактов. Изоляция подвесок увеличивает их сохранность и уменьшает загрязнение электролитов солями железа. Для изоляции приспособлений применяют гуммирование, покрытие перхлорвиниловым лаком, кинопленкой, размягченной в ацетоне, пластикатом, полихлорвинй-ловой лентой (для этой цели пригодны также хлорвиниловые и резиновые трубки), а также напыление полимерных материалов (полиэтилена и др.).
80
Перхлорвиниловый лак на подвески наносится следующим образом. Предварительно очищенную от жировых и других загрязнений подвеску обвертывают узкой марлевой лентой, затем на поверхность марли кистью наносят первый слой перхлорвинилового лака и высушивают при температуре около 100° С в течение часа. После этого наносят с промежуточным высушиванием еще четыре-пять слоев лака. Температура сушки должна быть 120—130° С, что способствует получению прочного слоя лака, стойкого в щелочных горячих растворах. Необходимо следить за тем, чтобы после первого покрытия и сушки лаковая пленка не содержала воздушных пузырей. Перед применением перхлорвиниловый лак разбавляют дихлорэтаном до нужной консистенции. Покрывать лаком приспособления следует в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.
Подвески можно изолировать специальной массой.
Состав массы: игелита — 10 частей, дибутилфталата — 6 частей, стеарата свинца — 0,16 части.
Масса готовится небольшими порциями с учетом расхода ее в течение 2 ч при нормальной температуре. К иге-литу подливается небольшими порциями дибутилфталат и растирается деревянной палочкой до однородного густого состояния. После этого добавляется стеарат свинца или цинка и тщательно размещивается. Ванну наполняют массой до высоты, равной высоте погружаемой части подвесок.
Подвеску перед нанесением изоляционной массы обезжиривают и покрывают грунтом ХСГ-26 путем окунания. Избытку грунта дают стечь, после чего подвеску сушат при температуре 60—80° С в течение 15—20 мин.
Изоляционный слой наносится путем погружения грунтованной подвески в ванну (в горизонтальном положении); после этого подвеска навешивается над ванной на приспособлении, обеспечивающем получение равномерного слоя.
После некоторого затвердения изоляции подвеска сушится в термошкафу в течение 20—30 мин при температуре 130—170° С.
В местах контактов на подвесках изоляционной слой обжигается газовой горелкой и контакты зачищаются.
Некоторые типы подвесок для деталей показаны на Рис. 33.
Существенное значение имеет ведение анодного хозяй-ства; с целью предупреждения попадания анодного шлама
81
Рис. 33. Типы приспособлений для подвески деталей
Рис. 34. Чехлы для анодов
82
в электролит рекомендуется аноды помещать в чехлы из устойчивой ткани «белтинг» (рис. 34). Для наиболее полного использования анодов целесообразно крючки для их
подвески изготовлять из титана, что позволяет аноды (и крючки) полностью погружать в электролит.
Использование «остатков» и кусков отработанных анодов достигается при применении короба из пластмассы, завешиваемого на анодную штангу. Контактирование обеспечивается плотной упаковкой анодных кусков и специальным контактным стержнем и крючками (рис. 35).
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЦЕХА
Генераторы тока. Для питания ванн гальванического цеха постоянным током применяются низковольтные двигатель-генераторы и выпрямители различной мощности с напряжением 6—12 в. В некоторых случаях, как, например, анод-
Рис. 35. Короб для использования от-
ное оксидирование алюминиевых сила’ ходов анодов вов, требуются источники постоянного
тока с напряжением 18—36, 48 и больше до 120 в.
Низковольтные генераторы изготовляются с одним или
двумя коллекторами, при последовательном соединении коллекторов получают напряжение 12 в, а при параллельном включении — 6<з, переключение производится на клеммной доске.
Агрегат состоит из генератора постоянного тока, трехфазного асинхронного электродвигателя, фундаментной плиты и шунтового реостата для регулирования возбуждения генератора. Генератор и электродвигатель соединяются эластичной муфтой и монтируются на общей плите, образуя один агрегат, именуемый двигатель-генератором. Получение постоянного тока при помощи двигатель-генераторов является наиболее надежным способом, допускающим регулирование тока и напряжения в широких пределах, а также реверсирование (изменение направления) тока.
83
Недостатками этих агрегатов является понижение к. п. д. при малых нагрузках, износ вращающихся и трущихся частей, необходимость систематического надзора и ухода при эксплуатации.
Техническая характеристика двигатель-генераторов постоянного тока приведена в табл. 12.
Таблица 12
Технические данные двигатель-генераторов постоянного тока
Тип агрегата	Генераторы постоянного тока						
	Тип			1 ГТ i Напряжение ; ; В в i	'	Мощность в кет	1	1 Ток с одного коллектора в а	Скорость вращения в об/мин
АНД 500/250 АНД 1000/500 АНД 1500/750 АНДМ 5000/2500 АНГ-90 18/36 АСГ-50 24/48	НД 500/250 НД 1000/500 НД 1500/750 НДМ 5000/2500 НГ-90 5000-2500 ' СГ-50 2080/1040			6/12 6/12 6/12 6/12 18/36 24/48	3 6 9 30 90 50	250 500 750 2500 2500 1040	1440 970 970 730 580 970
Тип электродвигател я	Мощность в кет	Скорость вращения в об/мин	Вес агрегата в кГ		Габаритные размеры в мм		
151-4 161-6 А-62-5-6 А-91-8 АМ6-127-10 АК-92,6	4,5 10,0 14,0 40,0 115,0 75,0	1440 970 970 730 580 970	330 610 730 1945 5200 2200		1174X440 1406X550 1462Х 556 2435Х 950 3320X3260 2545 X 950		
Низковольтные динамомашины имеют характерную особенность: низкое напряжение и токи значительной силы, поэтому они требуют в процессе эксплуатации специального ухода, особенно за коллектором и щетками.
Мастер гальванического цеха должен иметь необходимые знания и навыки, связанные с эксплуатацией низковольтных генераторов, для того чтобы устранить мелкие неполадки в процессе работы.
Пуск в ход агрегата начинают с осмотра машины, коллектора, щеток и подшипников.
84
К моменту пуска все контактные поверхности должны быть чистыми, щетки хорошо прижаты к коллектору и кольцам. В подшипниках масло должно быть налито до надлежащего уровня. Пусковой реостат должен стоять на положении «Пуск». Затем при выключенной внешней нагрузке рубильником включают электродвигатель. Когда ротор машины начинает вращаться, пусковой реостат постепенно выводят и замыкают роторную обмотку накоротко. После этого с помощью шунтового реостата постепенно возбуждают генератор, передвигая ручку реостата с холостого хода на первый рабочий контакт и затем на последующие, до тех пор, пока напряжение не достигнет необходимой величины; далее рубильником, установленным в сети постоянного тока, включают внешнюю нагрузку.
При остановке генератора прежде всего выключают нагрузку, затем постепенно снижают напряжение путем введения шунтового реостата, выключают электродвигатель, после чего пусковой реостат возвращают в положение «Пуск».
Уход за электродвигателями и генераторами заключается в следующем. Агрегат систематически очищают от пыли, грязи и масла, периодически смазывают подшипники; кроме того, необходимо наблюдение за состоянием коллектора и щеток.
При наличии небольших загрязнений коллектор протирают чистой ветошью, смоченной в бензине. Если коллектор значительно загрязнен и на нем имеются черные полосы, следует прочистить его бархатной стеклянной шкуркой. При осмотре проверяют, нет ли заедания щеток, для чего их берут за медный жгутик и передвигают несколько раз вправо. Если щетки движутся плохо, следует проверить, не загрязнены ли они. В случае загрязнения поверхность их следует протереть ветошью, смоченной в бензине. Притирку щеток, если неполное соприкосновение с поверхностью коллектора, производят стеклянной шкуркой \ накладывая шкурку на коллектор гладкой стороной так, чтобы она охватывала поверхность коллектора на 180°. Затем опускают щетку на шлифующую поверхность шкурки, прижимают ее пружиной щетко-
1 Наждачную шкурку применять нельзя, так как зерна ее, попадая между пластинами коллектора, могут вызвать замыкание.
85
держателя и, двигая полоску шкурки, притирают щетку к коллектору. Следует также периодически проверять давление щеток на коллектор, регулируя его силу и равномерность. Не реже чем один раз в неделю динамомашину надо продувать мехом или очищать от пыли пылесосом.
Выпрямители. В качестве источников постоянного тока в гальванических цехах широкое применение находят выпрямительные устройства на селеновых, меднозакисных, германиевых и кремниевых вентилях. Некоторые из выпрямителей выпускаются в комплекте с аппаратурой для автоматического регулирования плотности тока в гальванических ваннах.
К ним относятся селеновые выпрямители типа ВСМР в маслонаполненном исполнении, выпускаемые для работы в комплекте с автоматом плотности тока типа АПТ, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации.
В отличие от сухих выпрямителей типа ВСГ и ВКГ выпрямители этого типа герметичны; их можно устанавливать ъ цехе, непосредственно у гальванических ванн; они просты и удобны в эксплуатации, занимают мало места и обеспечивают плавную регулировку тока. Выпрямители типа ВСМР-100-6 и ВСМР-200-6 питаются от однофазной сети переменного тока напряжением 220 в, а ВСМР-600-6 и другие — от трехфазной сети 220/380 в. Они могут работать по двум режимам на напряжение 6 и 12 в.
Действие выпрямителей основано на выпрямляющем свойстве контактного слоя между металлом и полупроводниками.
Выпрямляющий слой меднозакисных (купрбксных) выпрямителей образуется на границе медной пластины и покрывающей ее закиси меди.
В селеновых выпрямителях выпрямляющий слой образуется между селеном, нанесенным на стальную или алюминиевую пластину и наложенным на него сплавом из кадмия, олова и висмута.
Выпрямляющий, или запорный, слой оказывает различное сопротивление движению электронов в прямом и обратном направлении, в результате чего происходит преобразование переменного тока в постоянный.
Выпрямитель представляет собой агрегат, состоящий из трансформатора и набора шайб (пластин), соединенных в группы по определенной схеме, в зависимости от требуемого напряжения.
86
В табл. 13 приведена техническая характеристика! селеновых выпрямителей типа ВСМР.
Таблица* 13
Техническая характеристика селеновых выпрямителей типа ВСМР
Тип выпрямителя	Выпрямленное ; напряжение и ток		П отребляе-мая мощность в кет	Габаритные размеры в мм (ширииаХглу-бинаХ высота)	Вес в кГ
	в в	в а			
ВСМР-100-6	6/12	100/50	1,4	430X 420X 770	160
ВСМР-200-6	6/12	200/100	2,8	435Х 440Х 790	200
ВСМР-600-6	6/12	600/300	7,0	543Х 555 X 1070	405
ВСМР-1200-6	6/12	1200/600	13,0	630Х 630Х 1390	710
ВСМР-2000-6	6/12	2000/1000	22,0	670Х725Х 1490	940
BCMP-5Q0-6	6/12	5000/2500	55,0	910Х 1046Х 1570	2020
ВСМР-1200-12	12/24	1200/600	26,0	680Х 680Х 1355	845
ВСМР-2000-12	12/24	2000/1000	44,0	710X785X1520	1165
Новые типы выпрямительных устройств на германие-1 вых и кремниевых вентилях выпускаются комплектно с автоматикой для регулирования плотности тока в гальванических ваннах. Они дают на выходе постоянный ток напряжением от 4,5 до 48 в при величине тока от 50 до 10 000 а и обеспечивают автоматическое поддержание средней плотности тока на ваннах от 1 до 50 а/дм? с точностью + 10% при изменении нагрузки от 25 до 100%. В этих выпрямителях предусмотрено также плавное регулирование напряжения и плотности тока вручную в случае выхода из строя автоматики.
В табл. 14 приведена техническая характеристика выпрямительных устройств с автоматическим регулированием плотности тока.
Основные правила эксплуатации выпрямителей:
1)	при включении выпрямителя следует включить нагрузку (соблюдая полярность) и только тогда подключать переменный ток;
2)	при выключении выпрямителя следует выключить переменный ток и только тогда можно отключать нагрузку;
3)	нельзя включать переменный ток на зажимы постоянного тока, так как это портит выпрямитель;
87
Таблица 14
Техническая характеристика выпрямительных устройств с автоматическим регулированием плотности тока
Тип выпрямителя	Выпрямленное напряжение В 0		Максимальный выпрямленный ток в а	| Потребляемая мощность в кет	1 i Габаритные размеры в мм (ширинах : х глубина X высота)	Вес в кГ
	МИНН* 1 мальное	1 макси- : мальное |				
ВАКГ-1,2-12/6	9	12	50	100	1,2	500Х 400X	170
	Тб	т	Too ’ 200		1200	
ВАКГ-3,6-12/6	9	12	300	3,6	500Х400Х	
	Тб	1Г	”600		1500	200
ВАКГ-7,2-12,6	9	12	600	7,2	800Х 800Х	400
	Тб	ТГ	1200		1650	
ВАКГ-24-12/6	9	12	2000	24,0	900Х 800Х	1100
	Тб	“б“	4000		1850	
ВАКГ-36-12/6	9	12	3000	36,0	900Х 900Х	1200
	Тб	ТГ	6000		2300	
ВАКГ-1,8/18,9	12	18	50	100	1,8	500Х 400Х	
	~6~	1Г	100’ 200		1200	170
ВАКГ-5,4-18/9	12	18	300	5,4	500Х 400Х	
	ТГ	9	Тбб		1500	250
ВАКГ-10,8-18/9	12	18	600	10,8	800Х 800Х	440
	“б*		1200		1650	
4)	не следует нагружать выпрямитель током, большим допускаемого, и не включать его в сеть переменного тока с напряжением более высоким, чем 220 а\
5)	при работе выпрямителя с предельной нагрузкой надо периодически замерять температуру селеновых шайб, не допуская нагрева их свыше 75° С;
6)	измерение выпрямленных напряжений и тока надо производить приборами магнитно-электрического типа;
7)	не следует устанавливать выпрямитель вблизи * устройств отопления, под действием прямых солнечных лучей и в помещениях с температурой воздуха выше +35° С;
88
8)	необходимо периодически продувать выпрямитель от пыли.
Токопроводящая сеть. Ток от генераторов и выпрямителей к электролитическим ваннам передается по медным, алюминиевым или железным шинам или по круглым проводам. Правильный расчет и подбор шин и проводов с целью обеспечения минимальных потерь электроэнергии в сети имеют для гальванического цеха большое значение, особенно потому, что применяется ток низкого напряжения, но значительной силы.
Ток к самим ваннам подводится через укрепленные на бортах ванн анодные и катодные штанги; диаметр штанг принимают обычно (в пределах 8—25 мм в зависимости от пропускаемого тока. Штанги с проводкой соединяют при помощи зажимов самой различной формы, при этом важно, чтобы был обеспечен хороший контакт. Штанги для удобства их чистки должны быть съемными. Расположение штанг нз ванне может быть различным. Очень часто укладывают катодную штангу между двумя анодными. В более широких ваннах укрепляют две катодные штанги с одной анодной посередине и двумя анодными по краям. Электропроводка к ваннам должна быть выполнена так, чтобы были исключены короткие замыкания. Штанга крепится к бортам ванны на изоляторах. Во избежание утечки тока и нарушения режима работы гальванические ванны должны быть хорошо изолированы от земли, для чего под подставки ванн помещают фарфоровые или резиновые прокладки.
Схемы электрических соединений. Потребители тока — гальванические ванны соединяются с источниками тока по схемам параллельного или последовательного включения (рис. 36 и 37). При установке нескольких электрических ванн, если они требуют относительно небольшой силы тока, их включают в общую сеть постоянного тока параллельно.
• Все ванны снабжаются щитками с -регулировочными реостатами, контрольно-измерительными приборами и рубильниками (однополюсными или двухполюсными) для включения и выключения тока.
Для ванн, потребляющих ток большой силы, рекомендуется применять индивидуальную схему питания от отдельного выпрямителя или генератора. В этом случае напряжение тока на ванне регулируется шунтовым рео
89
статом, который монтируется на щитке генератора, служащем при этом и щитком ванны. Такая схема электрических соединений применяется, например, при износоустойчивом хромировании, где потребляется ток большой силы и требуется точное ее регулирование.
Значительная экономия электроэнергии достигается при установке у ванн индивидуальных выпрямителей, при этом отпадает необходимость в низковольтных шинопроводах, в мощной коммутирующей аппаратуре и в регу-
лировочных реостатах.
включения гальванических ванн
Рис. 37. Схема последовательного включения гальванических ванн
Рис. 36. Схема параллельного
Переменный ток поступает на автотрансформатор, от него — на понижающий трансформатор и от последнего — на блок выпрямителей. При помощи автотрансформатора обеспечивается точное и плавное регулирование заданного технологического режима ванны.
Регулировочные реостаты. Для регулирования силы тока, поступающего в гальваническую ванну, применяют реостаты. Принцип действия реостата основан на том, что путем введения в цепь добавочного сопротивления изменяют напряжение, а тем самым силу тока. Добавочные сопротивления состоят из проволочных спиралей, изготовленных из металла с большим электрическим сопротивлением.
Для небольших ванн применяют реостаты, в которых скользящий движок, соединяясь с контактами, постепенно выключает сопротивление, смонтированное на особой рат^е, укрепленной на щитке.
Для регулирования тока большой силы применяются реостаты секционного типа, в которых включение определенного количества сопротивления осуществляется рубиль
90
никами. Рубильниковые реостаты обычно изготовляются на пять-шесть ступеней регулировки, которые подбираются так, что первая секция рассчитывается на ток силой 5— 10 а, а последующие — на 25, 40, 80 а и т. д. Общая сила тока всех секций должна определять максимальную силу тока на ванне.
Более удобным способом регулирования плотности тока в гальванических ваннах путем изменения подводимого к ним напряжения постоянного тока является применение автоматических устройств.
Применяемые в гальванотехнике автоматические регуляторы плотности тока подразделяются в основном на два типа: регуляторы, работающие с применением одного или нескольких датчиков, завешиваемых в ванну на катодной штанге, и регуляторы, работающие на принципе вольт-амперной характеристики.
К первому типу относятся наиболее освоенные автоматы типа АПТ-200, позволяющие регулировать плотность тока в пределах от 0,2 до 5 а!дм2 (при источнике тока 200 а). Этот прибор имеет также устройство, автоматически регулирующее время выдержки деталей в ванне. Лучшие результаты получают, когда селеновые выпрямители ВСМР работают в комплекте с автоматами АПТ.
Комплектные выпрямительные устройства с автоматикой для регулирования плотности тока предусмотрены также в выпрямителях типа ВАКГ, которые целесообразно для питания ванн устанавливать индивидуально.
К автоматам, регулирующим плотность тока по вольт-амперной характеристике, относятся, например, приборы РПТ-64 и др.
Более совершенными являются электронные автоматы для регулирования параметров технологического режима покрытия.
Принципом действия этих приборов является использование электронных усилителей, которые управляют реверсивными двигателями, связанными с регуляторами тока — автотрансформаторами или шунтовыми реостатами.
К этим типам относятся универсальные электронные автоматы для поддержания постоянной плотности тока и времени выдержки в гальванических ваннах А К-2 и АК-3; эти приборы могут быть также использованы при осаждении металлов реверсивным током.
91
ПРОВЕРКА ОБОРУДОВАНИЯ И АППАРАТУРЫ ПЕРЕД ПУСКОМ
Оборудование гальванического цеха в большинстве случаев изготовляется на месте, поэтому перед установкой и вводом его в эксплуатацию мастер гальванического цеха должен проверить качество изготовления агрегатов и оснастки и при обнаружении дефектов принять меры к их устранению.
Основными объектами проверки являются:
1.	Стальные сварные корпусы гальванических, промывочных и вспомогательных ванн. Проверяются на отсутствие течи сварных швов. Проверка течи швов производится керосином в течение 1 ч. При обнаружении просачивания керосина места течи отмечаются мелом и затем завариваются, после чего ванны проходят повторное испытание.
Ванны, футеруемые листовым свинцом или пластмассой, также проверяются на течь. Для этого между футеровкой и корпусом наливаются небольшие порции воды.
Места, где обнаружена течь, пропаиваются свинцом на водородном или восстановительном пламени газовой горелки при свинцовой обкладке и провариваются винипластом — при неметаллической футеровке.
2.	Ванны, нагреваемые паром или электричеством. Проверяется скорость нагревания растворов до достижения рабочей температуры в них. При этом в ваннах, подогреваемых с помощью змеевиков или пароводяной рубашки, обязательно проверяется исправность вентилей; при медленном подогреве принимаются меры для увеличения подачи пара, а если это требуется, то заменяются змеевики.
В агрегатах с электрическими нагревателями проверяется наличие заземления, исправность рубильников, а при недостаточном нагреве производится перерасчет нагревателей и повторная проверка.
3.	Ванны для гальванических покрытий и других видов электролитической обработки. Проверяется: правильность присоединения полюсов на шинах, соответствие наибольшей силы тока на регулировочном щитке реостата, запроектированной по технологическому процессу; пра-. вильность показаний амперметра на щитке и отсутствие заземления корпуса.
Правильность присоединения полюсов постоянного тока на шинах ванны проверяется до зарядки ванны пере-92
носным вольтметром постоянного тока (по отклонение стрелки) или же по окрашиванию индикаторной бумаги. Последнее определяется так: проволочные контакты от шин прикладываются к листу фильтровальной бумаги, смоченной насыщенным раствором поваренной соли с небольшой добавкой фенолфталеина; в месте касания катодного контакта на бумаге образуется точка розового цвета. Если полюса присоединены к шинам ванны неправильно, контакты, подводящие ток к шинам, меняют местами.
Регулировочный реостат проверяют после того, как в ванну залит рабочий электролит. В ванну завешивают листовые катоды, поверхность которых примерно должна равняться поверхности нормальной загрузки, и проверяют наибольший ток, а также ступени регулировки реостата. Если наибольшая сила тока, допускаемая регулировочным щитом, меньше требуемой по технологическому процессу, то делают перерасчет сопротивлений реостата и затем устанавливают требуемые сопротивления.
Правильность показаний амперметров на щитах у ванн проверяется переносным контрольным амперметром, и в случае необходимости шкалы приборов заново градуируются или же приборы заменяются новыми.
Весьма важным обстоятельством является отсутствие заземления корпуса ванн, что проверяется переносным вольтметром с наложением контактов от шин на корпус ванны. Для устранения заземления следует проложить изоляционные прокладки между днищем и подставками ванны. Необходимо также изолировать корпусы ванн от коммуникаций пара, воды, воздуха и вентиляции, для чего ставятся резиновые перемычки на патрубках подвода пара, воды, сжатого воздуха и бортовых отсосов. Стяжные болты при этом изолируются резиновыми трубками.
4.	Ванны, снабженные бортовыми отсосами для удаления вредных выделений. Проверяется качество вентиляции, для чего в условиях, близких к условиям нормального процесса (подогрев и наибольший ток), в рабочий электролит завешиваются катоды и включается вентиляция; при этом анемометром проверяется скорость воздуха. Полноту отсоса воздуха над поверхностью зеркала ванны можно практически определить следующим образом. На небольшой лист стекла или жести, помещенный над электролитом, надо положить рядом два куска ваты, один из
93
которых смочен дымящей соляной кислотой, а другой — крепким раствором аммиака. Движение «дыма» покажет, достаточен отсос или нет. В случае необходимости скорость отсоса воздуха регулируется и повышается путем перекрывания задвижек в вентиляционной системе на ваннах с избыточным отсосом или путем уменьшения ширины щелей бортовых отсосов; иногда же приходится устанавливать вентилятор большей мощности.
5.	Механизированные ванны покрытий с вращающимися барабанами и колокольные аппараты. Проверяется скорость вращения барабана или колокола непосредственным отсчетом и сравнивается с установленной по расчету. Существенным является проверка качества скользящего электрического контакта, что устанавливается по отсутствию скачков показаний на шкале вольтметра и величине напряжения. В случае необходимости следует прижать или притереть скользящий контакт. В этих агрегатах также проверяется действие механизма подъема барабана и наклона колокола.
При монтаже трубопроводов проверяют коммуникации линий воды, пара, сжатого воздуха и канализации и уточняют скорости нагревания, подачи и слива воды; особое внимание следует обратить на исправность вентилей и фиксировать их положение при отрегулированной скорости подачи воды, пара, воздуха и т. д. Вентили и краны окрашивают в определенный цвет: водяные — в голубой, паровые — в красный, спускные — в желтый или зеленый.
Приспбсобления-подвески для завешивания деталей в ванны после изготовления проверяют по следующим показателям: сечение подвесок, изготовленных из стали, проверяют путем расчета, исходя из плотности тока 0,7— 1,0 а!мм2, что необходимо для предотвращения нагревания их в рабочих условиях. Длина и высота подвесок проверяются путем завешивания на катодную штангу ванны при этом учитывают расстояние от нижнего края подвески до дна ванны, которое должно быть не менее 200 м, и расстояние от верхнего ряда деталей до уровня электролита, которое должно быть не менее 50—80 мм. В подвесках проверяют также правильность размещения деталей в части взаимного экранирования и качество изоляции.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ
Цель механической обработки поверхности металлических изделий перед нанесением гальванических покрытий — получение гладкой, ровной, блестящей или матовой поверхности. Механическая обработка поверхности металла для ее отделки состоит из шлифования, называемого декоративным шлифованием, и полирования, применяемого для получения блестящей поверхности, а также крацевания, матирования и гидропескоструйной обработки, применяемых для получения матовой поверхности. От степени механической обработки во многом зависят качество и внешний вид гальванического покрытия, которое как бы копирует поверхность и все ее изъяны.
Качество поверхности оказывает большое влияние на ряд важнейших свойств металла, износостойкость, а также коррозионную стойкость. Чем чище и глаже поверхность металла, тем выше erb коррозионная стойкость.
При изготовлении деталей должен быть выбран такой способ обработки, который позволил бы получить чистоту поверхности детали, соответствующую данному покрытию; при этом имеет существенное значение, какое покрытие наносится — блестящее или матовое.
По степени блеска гальванические покрытия подразделяются на матовые, блестящие, глянцевые и зеркальные. Для деталей, на которые наносятся блестящие гальванические покрытия, чистота поверхности перед полированием должна быть в пределах от 7 до 9-го класса по ГОСТу 2789—59. Детали, на поверхности которых после покрытий допускаются незначительные риски и к которым не предъявляются требования большой точности и отсутствия конусности, овальности и завалов краев, могут обрабатываться по 7-му классу чистоты поверхности. Для Деталей, на которые наносят матовые покрытия, рекомендуется чистота поверхности от 5 до 7-го класса.
95
Станки для механической подготовки поверхности металла перед гальваническим покрытием подразделяются на следующие группы:
1)	шлифовально-полировальные станки универсальные (одно- и двусторонние);
2)	станки для бесцентрового шлифования:
3)	станки для обработки плоскостей;
4)	агрегатные станки с поворотным столом, с транспортером или конвейером;
5)	специализированные станки.
Шлифовально-полировальные станки универсальные предназначаются для отделки поверхности деталей различной конфигурации при помощи полировальных кругов и абразивных лент.
Рис. 38. Универсальный шлифовально-полировальный станок модели 3853
Обработка на них производится машинно-ручным способом.
Взамен устаревших станков в настоящее время выпускаются усовершенствованные модели станков для отделочного шлифования и полирования, позволяющие обрабатывать их как на эластичных кругах, так и с помощью гибких абразивных лент.
Техническая характеристика некоторых станков этих моделей приведена в табл. 15.
На рис. 38 показан станок модели 3853. Он состоит из станины 1, подставки 2, полировальных бабок 3, меха-
96
Таблица 15
Техническая характеристика универсальных двусторонних полировальных станков, предназначенных для работы при помощи гибких абразивных лент и эластичных полировальных кругов
Параметры	Значения параметров для станков				
	ЗА825	3853	3854	3854А	3855
Диаметр контактного ролика или полировального круга в мм		200	315	400	400	500
Расстояние между внутренними сторонами контактных роликов в мм	-	460	1250	1400	—	1600
Ширина ленты в мм 		50	70	100	—	130/125
Скорость вращения шпинделя в об/мин - .	1420/2850	1400/5000	1200/4300	—	1000/1800
Количество электродвигателей ...	1	2	-	2	1	2
Мощность электродвигателя в кет	0,8/1,4	1,7/2,2	4,5/5,0	4,5/5,0	7/10
Вес станка в кГ ............	195	850	1040	950	1200
Габаритные размеры станка в плане в мм	600 X 300	1400X600	1600X630	—	1800X670
Примечание. Станок модели 3854А — в одностороннем исполнении, остальные — в двустороннем (станок ЗА825— настольный).
низма натяжения ленты 4 и механизма подачи полировальной пасты.
Внутри станины расположены два вариатора для бесступенчатого регулирования скорости вращения шпинделей. На правую полировальную бабку устанавливается механизм натяжения ленты, а на левой крепится кожух для полировального круга.
Шлифование. Этот процесс применяется для получения ровной и гладкой поверхности и выполняется снятием тонкой стружки металла с помощью режущих материалов — абразивных материалов.
Операция декоративного шлифования производится на станках с помощью вращающихся эластичных войлочных или фетровых кругов или гибких лент, на которые нанесены и закреплены клеем абразивные материалы.
В некоторых случаях применяют круги, состоящие из проклеенных войлочных, брезентовых или хлопчатобумажных дисков.
Предварительное шлифование трубчатых, цилиндрических деталей часто производится на бесцентровошлифовальных станках.
Особенность этих станков состоит в применении двух кругов, из которых один, называемый режущим, предназначен для шлифования, другой круг, называемый ведущим (регулирующим), служит для торможения обрабатываемого изделия, которое устанавливается на специальной опоре между кругами. Соприкасаясь с ведущим кругом, изделие замедляет свое вращение и одновременно перемещается вдоль оси круга.
В последнее время для шлифования металлов широко применяют вертикальные и горизонтальные ленточные станки, обладающие высокой производительностью; рабочим органом этих станков является бесконечная лента из шлифовального полотна, брезента или специальной ткани, на поверхности которой наклеены абразивные порошки.
На рис. 39 показан вертикальный ленточно-шлифовальный станок с устройством для натяжения ленты. Натяжение производится с помощью пружины и может-регулироваться. Детали обрабатываются на контактном опорном круге диаметром 350—400 мм, на контактном ролике или на свободной ветви ленты. Ширина абразивной ленты бывает от 50 до 125 мм.
98
Контактный круг закрыт предохранительным кожухом, из которого отсасывается воздух.
На рис. 40 показан бесцентровый ленточно-шлифовальный станок модели 3865. Контактные круги для ленточного шлифования различны по твердости. Чем мельче зерно абразива, тем мягче должен быть контактный круг. I'aK, например, для шлифовальных порошков средней зернистости и крупнее рекомендуется применять резино-
Рис. 39. Вертикальный ленточно-шлифовальный станок
Рис. 40. Бесцентровый ленточно-шлифовальный станок модель 3865
вые рифленые контактные круги, для лент с более мелким зерном — круги из пористой пластмассы или из текстиля.
Максимальное снятие стружки достигается на твердых кругах, поэтому они наиболее приемлемы для шлифования плоских деталей. Мягкие круги применяются для шлифования деталей сложной формы. Наличие рифленой поверхности увеличивает шлифующий эффект, так как абразив на ленте при работе с таким кругом как бы развертывается, т. е. расстояние между отдельными зернами в рабочей зоне увеличивается, что способствует удалению стружки и грязи между зернами и ускоряет процесс обработки.
99
Тип контактного круга выбирается в зависимости от формы изделия.
Детали сложной формы рекомендуется обрабатывать на свободном участке ленты.
Простота конструкции ленточно-шлифовальных станков позволяет легко изменять скорость ленты, силу ее натяжения; на них удобно обрабатывать плоские, круглые, фасонные, выпуклые и вогнутые поверхности с равномерным снятием припуска. Эти станки позволяют механизировать ручные операции и применять полуавтоматическую обработку.
Для шлифования и полирования применяют различные зернистые материалы, естественные и искусственные, зерна которых обладают большой твердостью и режущей способностью. Такие материалы называются абразивными материалами.
К абразивам естественного происхождения относятся алмаз, корунд, наждак, кремень, кварц и др. Из них наибольшее применение для отделочного шлифования имеет наждак в виде порошков различной зернистости. К искусственным абразивам относятся электрокорунды, карбид кремния (карборунд), карбид бора и др.
Для полирования применяют естественные материалы; к ним относятся венская известь, мел, трепел, доломит и искусственные — окись хрома, окись алюминия, окись железа (крокус) и микропорошки корунда.
Назначением шлифующих материалов является снятие слоя металла для получения относительно чистой поверхности, назначение полирующих материалов — сглаживание небольших неровностей, оставшихся после шлифования, с целью получения гладкой блестящей поверхности.
Зерна шлифующих материалов имеют обычно острые грани (являющиеся микрорезцами) и при разрушении их, при шлифовании, образуют осколки с острыми гранями — это определяет свойства самозатачивания абразивов.
Зерна полирующих материалов имеют округлую форму, что способствует выравниванию (обкатыванию) неровностей поверхности металла.
В соответствии с ГОСТом 3647—59 абразивные матё-риалы подразделяются по крупности зерен на номера, обозначающие размеры зерен (в метрической системе), и по сортам на следующие группы:
100
Шлифовальные зерна (размеры зерен от 2300 до 150 мк)................... 200	(10); 160(12); 125(16);
100 (20); 80 (24); 63 (30); 50 (35); 40 (46); 32 (54); 25 (60); 20 (70); 16 (90);
Шлифовальные порошки (размеры зерен от 150 до 20 мк)......................12	(100); 10 (120); 9 (150);
6 (180); 5 (230); 4 (280);
3 (320)
Микропорошки (размеры зерен от 28 до 3,5 мк) М40, М28, М20, М10, М7, М5
Примечание. В скобках указаны номера зернистости по дюймовой классификации (в мешах), применявшейся до 1961 г.
Наибольшее применение для отделочного шлифования и полирования имеют шлифовальные порошки и микропорошки.
Искусственные и естественные абразивные материалы имеют следующую условную маркировку:
Электрокорунд нормальный ........................
» белый ...................................
Монокорунд.......................................
Карбид кремния чёрный ...........................
Карбид кремния зеленый ...................  .	. .
» природный ...	.......................
Кремень .........................................
Алмаз .................................. .	. . .
Э ЭБ М
КЗ/
Е
Кр
Зернистость абразивов при шлифовании стали применяется примерно такая: при грубом шлифовании № 25—16, при среднем шлифовании № 12—10, при тонком шлифовании № 8—6, отделка № 5—4.
Направление шлифования каждый раз меняется так, чтобы риски, образующиеся на поверхности обрабатываемого изделия, при каждом последующем переходе были расположены под углом в 30—45 и 60° к рискам предыдущего перехода, а риски последнего перехода располагались вдоль продольной оси детали. Это условие необходимо соблюдать для получения хорошо шлифованной поверхности. Заключительной операцией шлифования является обработка деталей на кругах с наклеенной абразивной оболочкой, смазанных наждачными жировыми пастами, стеарином или техническим салом. Этот процесс называют матированием, так как поверхность при этом получается матовой.
101
Последовательность операций при шлифовании разных металлов приведена в табл. 16.
Большое значение имеет скорость вращения шлифовальных кругов, так как от этого зависит число шлифующих зерен, подводимое в одно и то же время к обрабатываемой поверхности.
Окружная скорость зависит от скорости вращения и диаметра круга. Поэтому для ее определения следует пользоваться формулой
3,14Dn
V~~ 60-1000 ’
где v — окружная скорость в м/сек\
D — диаметр круга в мм;
п — скорость вращения круга в об!мин.
Потребное число оборотов круга для получения заданной скорости определяется по формуле
ЮООо-бО
п ~ 3,140 ‘
Ниже приведены различные окружные скорости (в м/сек), применяемые при шлифовании различных металлов:
Сталь .............30—35
Чугун, хром .... 20—25
Никель ...... 18-—20
Латунь, медь бронза, серебро ...........14—18
Никель, олово, свинец, алюминий   10—14
Для получения этих скоростей круг должен вращаться со скоростью от 1400 до 2200 об/мин. Чем тверже шлифуемый материал, тем больше должна быть скорость вращения круга.
Полирование. Этот процесс применяют для окончательной отделки поверхности после шлифования и достижения высокой степени блеска. Полирование проводят мягкими кругами из материи (бязь или хлопчатобумажная ткань) с помощью полировальных паст, которые наносятся непосредственно на периферию круга. Для полирования плоских или трубчатых деталей применяются также войлочные или фетровые круги.
В отличие от шлифования, которое является чисто механическим процессом снятия стружки, при полировании происходят химические, термические и электрические процессы. Весьма существенным является наличие в поли-
102
Таблица 16
Последовательность операций при шлифовании и полировании
Обрабатываемые детали	Класс чистоты поверхности		После дова тел ь н ость ’’ операций	Зернистость шлифовального порошка (по ГОСТу 3647—59)	Область применения
	до обработки	после обработки			
Чугунные отливки, стальные, кованые и сварные детали	V4	V8	Грубое шлифование Среднее шлифование Тонкое шлифование Матирование	25—16 12—10 6—8 5—3	Подготовка поверхности перед декоративным покрытием с полируемым подслоем меди
Стальные штампованные и обработанные резанием детали	V5	V8	Среднее шлифование Тонкое шлифование Матирование	12—10 6—8 5—3	То же
	vs	V9	Среднее шлифование Тонкое шлифование Матирование Полирование	Г2—10 6—8 5—3 Паста П-7	Подготовка поверхности перед декоративным покрытием без подслоя меди
Продолжение табл. 16
Обрабатываемые детали	Класс чистоты поверхности		Последовательность операций	Зернистость шлиф°валь~ ного порошка (по ГОСТу 3647—59)	Область применеиия
	до обработки	после обработки			
Штампованные детали из нержавеющей стали	V6	V10	Тонкое шлифование Отделка Полирование	6—8 5—4 Паста П-7	Декоративная отделка
Детали из алюминия и его сплавов, литье	V5	V10'	Тонкое шлифование Отделка Полирование	6—8 5—4 Паста П-7	Подготовка поверхности перед декоративным анодированием
Детали из алюминия и его сплавов, штампованные	V6	V10	Тонкое шлифование Полирование	6—8 Паста П-7	То же
Детали из меди и ее сплавов	V6	V10	Тонкое шлифование Отделка Полирование	6—8 5—4 Паста П-7	Подготовка поверхности перед декоративным покрытием
ровальной пасте слабых органических кислот (олеиновой, стеариновой и др.).
Процесс полирования происходит следующим образом. Вращающийся круг удаляет с поверхности обрабатываемой детали пленку окисла металла. При этом поверхностно-активные вещества, входящие в состав пасты (стеарин, силикагель и др.), способствуют образованию большого количества новых пленок, также удаляемых кругом. В результате происходит удаление даже незначительных неровностей и достигается зеркальный блеск поверхности. Большое значение при этом имеет разогревание поверхности металла, способствующее ее разглаживанию, поэтому окружная скорость при полировании должна быть выше, чем при шлифовании.
Ниже приводятся значения скорости круга (в м/сек), при полировании, в зависимости от обрабатываемого металла:
Сталь, никель, хром.....30—35
Медь, латунь, бронза .... 22—25 'Цинк, олово, алюминий • • • 18—22
Для получения этих скоростей круг должен вращаться со скоростью от 2000 до 2800 об/мин (в зависимости от диаметра). Сила, с которой изделие должно прижиматься к кругу, в среднем составляет 3—5 кГ, причем регулирование нажима зависит от умения и навыка полировщика. Следует учесть, что слишком сильный нажим, особенно при маломощном станке, замедляет вращение круга. На рис. 41 приведен шестишпиндельный полировальный полуавтомат.
Большое значение при полировании имеет правильный выбор полировальных паст и содержание в них жира (стеарина). Так, при полировании больших поверхностей изделий из никеля, алюминия и серебра рекомендуется применять слабожирную пасту, при полировании твердой стали — полужирную, а при полировании меди, латуни и бронзы — жирную пасту. Количество пасты, наносимое на круг, устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от конфигурации детали. Избыток пасты или ее недостаток одинаково вредны.
Подготовка шлифовальных кругов и абразивных лент. Существует несколько способов нанесения наждака: накатка, намазка смесью и др.
105
Однократный способ накатки заключается в том, что отцентрированный и прошедший балансировку круг намазывают слоем столярного клея и прокатывают по наждаку, находящемуся в желобе, производя при этом легкие удары круга по желобу для более прочной связи зерен абразива с клеем. Операцию заканчивают прокатыванием круга по гладкой чистой поверхности, в результате чего поверхность круга окончательно выравнивается. Густота клея, применяемого для накатки, находится в прямой зависимо-
Рис. 41. Шестишпиндельный полировальный полуавтомат
сти от зернистости абразива: чем крупнее зерно, тем гуще должен быть клей.
Наиболее часто применяемый способ двукратной накатки заключается в том, что накатанный и слегка просушенный (в течение 10—15 мин) круг подвергают вторичному намазыванию клеем по поверхности наждака и опять накатывают абразивным порошком, после чего высушивают окончательно.
Применяется также способ многократной намазки шлифовальных кругов, заключающийся в нанесении смеси наждачного порошка с клеем в 3—4 приема при различных соотношениях клея и наждака, с последующей (после каждой намазки) сушкой кругов.
Для первой намазки готовят смесь, состоящую из 3 ч.  наждака и 7 ч. клея, для второй — из 5 ч. наждака и 5 ч. клея и, наконец, для третьей намазки применяют слой,-состоящий из 7 ч. наждака и 3 ч. клея.
106
Многократный метод накатки рекомендуется применять в тех случаях, когда установка и снятие кругов требуют гораздо больше времени, чем на обычных полировальных станках, например при работе на автоматах и полуавтоматах.
Полезно предварительно подогревать круги и абразивные порошки до 50—60° С. Подогревание предохраняет клей от слишком быстрого его застывания во время накатки кругов, что значительно увеличивает их стойкость. При большом объеме работ для накатки кругов следует применять специальные полуавтоматические станки.
Круги можно сушить при невысокой температуре, а также ускоренным методом при повышенной температуре. Для естественной сушки должно быть оборудовано помещение с хорошей вентиляцией, в котором круги размещают на стеллажах так, чтобы к ним был свободен доступ воздуха. Лучшие результаты дает высушивание в течение 18—24 ч при 25—30° С.
Для ускорения времени применяют сушку кругов при повышенной температуре в специальных сушильных шкафах, обогреваемых паром или электричеством и снабженных вентиляцией. Сушку ведут при температуре 60— 70° С в течение 3—4 ч.
Если в качестве связующего материала применено жидкое стекло, то накатка обычно бывает однократная, а сушка ведется при постепенно повышающейся температуре (до 140° С) в течение 1 ч.
На шлифовальные ленты абразивный слой наносится по одному из приведенных способов, для упрочнения слоя ленту прокатывают между валиками на специальном приспособлении.
Наиболее удобным является изготовление лент из рулонной неводостойкой шлифовальной шкурки на тканевой основе. В зависимости от назначения склейка лент может проводиться соединением концов встык с подклейкой ткани с изнанки шкурки или внаклейку шевронным или косым швом. Предварительно с полосы ленты в месте стыка шириной 2—3 см удаляется абразив.
Тщательное склеивание позволяет получать ленту без заметного утолщения в месте соединения ее концов.
Связующие вещества. Для удержания мелких зерен абразива на рабочей поверхности шлифовального эластичного круга или ленты в качестве связующего вещества
107
чаще всего применяют животный (столярный) клей лучших сортов или некоторые другие связующие материалы, например жидкое стекло. При полировании связующими веществами служат различные полутвердые жиры и масла: стеарин, олеин, техническое сало, солидол, воск, парафин и др.
Столярный клей варят в специальных клееварках с двойными станками, представляющих водяную баню. Подготовка клея заключается в том, что он разламывается на небольшие куски и вымачивается в воде 24 ч для полного набухания. Затем смесь из 1 ч. клея и 2 ч. воды варят в клееварке в течение 4 ч при 65—70° С. Такой процесс обеспечивает полное использование его клеящей способности.
В цехах металлопокрытий вместо столярного клея как связующее вещество применяют также растворимое стекло (силикатный клей). Наилучшими клеящими свойствами обладает растворимое стекло с удельным весом 1,40— 1,45 Г/см3 (при температуре 18° С). При меньшей концентрации жидкое стекло будет слабо склеивать, а более густое быстро загустеет.
Для закрепления абразивных порошков на шлифовальных кругах могут применяться также карбамидный и другие синтетические клеи.
Пасты для полирования. Полировальные пасты состоят из окислов металлов: окиси железа — крокуса, окиси хрома, венской извести, окиси алюминия и др. В качестве связующего вещества употребляются стеарин, олеиновая кислота, говяжье сало, парафин и др.
Полировальные пасты делятся на такие группы: крокусные, известковые, хромовые и комбинированные. Различают пасты жировые, применяемые для окончательного шлифования, и полировальные — для окончательной отделки основного металла и гальванических покрытий. В табл. 17 приведены примерные составы наиболее употребляемых паст, изготовляемых на месте.
В табл. 18 даны составы паст, поставляемых промышленностью.
Для приготовления пасты расплавляют стеарин, парафин или олеин на слабом огне (закрытом), затем добавляют абразивный материал и хорошо перемешивают, после чего пасту, сняв с огня, разжижают бензином и формуют в кубики, свечи и т. д.
108
Таблица /7
Полировальные пасты
Название и состав паст	Количество весовых частей	Назначение
Наждачная (жировая): наждак (пыль) •  сало говяжье •  • парафин масло минеральное Крокусная: окись железа (крокус) стеарин	 олеин		 парафин 	 Хромовая: окись хрома • • • стеарин 	 ВОСК	 бензин 	 Известковая: венская известь • • стеарин ...... олеин 	 сера  •	... Алюминиевая: окись алюминия •  стеарин	 церезин 	 сало говяжье •  • скипидар 		35—45 5 10 1 33—45 15 - 20 5 55 25 7 2 40—50 15 10 1 65 10 15 8 2	Для окончательного шлифования (салки) основного металла Для полирования основного металла перед покрытием Для полирования покрытий никелем, хромом, медью, а также нержавеющих сталей Для полирования никеля, латуни, алюминия, серебра и других металлов Для полирования медных и никелированных покрытий
При применении пасты ГОИ для декоративного полирования рекомендуется, для лучшего сцепления пасты с поверхностью круга, в состав ее добавлять 8—10% стеарина и 2—3% канифоли.
Новым инструментом для шлифования являются так называемые лепестковые эластичные абразивные круги. Такой круг состоит из металлического патрона, в котором закрепляются плотно вставленные полоски (лепестки) абразивной шкурки требуемой зернистости (рис. 42).
Преимуществами таких кругов является способность самопрофилироваться, т. е. принимать профиль обрабатываемой поверхности и сохранять его в течение всего времени работы, повышенная износостойкость, высокая производительность и хорошее качество обработки.
10Э
Таблица 18
Составы паст, применяемых при шлифовании и полировании
Для шлифования			Для полирования		
Номер пасты	Компоненты	%	Номер пасты	Компоненты	%
Ш-1	Маршалит	60	П-5	Окись кремния	45
	Парафин	30		Окись железа	2
	Олеиновая кислота	10		Парафин	37
				Минеральное масло	10
Ш-2	Шлифпорошок			Церезин	6
	Э-4	75	П-6	Венская известь	55
	Стеарин	15		Сульфат бария	20
	Вазелин	8		Стеарин	10
	Керосин	2		Парафин Олеиновая кислота	4 ii
Ш-3	Шлифпорошок		П-7	Окись хрома	73
	Э-4	40		Стеарин	17
	Стеарин	60		Олеиновая кислота	10
			П-8	Окись железа	30
				Окись хрома	30
				Стеарин	30 -
				Олеиновая кислота	10
Одна из конструкций лепесткового круга 1 приведена на рис. 43.
На корпус 1, изготовленный из алюминиевого сплава, надеваются две обоймы, левая 2 и правая 3, имеющие
Рис. 42. Шлифовальный лепестковый круг
буртики; обоймы скрепляются с корпусом шестью стальными винтами 6.
Под выступающий буртик правой обоймы устанавливается стальное кольцо 4. Между обоймами равномерно
1 Бармин Б. П. Лепестковый эластичный абразивный круг. «Машиностроитель», № 5, 1965, стр. 16—18.
НО
по окружности вставляются лепестки 5, изготовленные из водостойкой абразивной шкурки на тканевой основе. Зернистость шкурки в зависимости от состояния обрабатываемой поверхности и выполняемого перехода при шлифовании выбирается в пределах № 20, 16, 10, 6, 5, 4 и 3.
Количество абразивных лепестков, необходимых для изготовления круга, рекомендуется определять по формуле
и = 3,61 ’ о
где D — наружный диаметр корпуса круга в мм; b — толщина абразивного лепестка.
Рис. 43. Лепестковый абразивный круг
Для придания кругу большей эластичности через определенное количество лепестков (4—6) ставят картонную прокладку. Например, при зернистости № 10 и толщине шкурки 0,6 мм количество лепестков будет 618, количество прокладок при толщине картона 1,5 мм — 103.
Диаметр лепесткового эластичного круга должен быть 300—400 мм, толщина 60—65 мм, длина свободной части лепестков 50—60 мм. Скорость вращения круга 20— 25 м/сек.
Круг с деформацией лепестков выше 8—10 мм для работы не рекомендуется, так как резко падает производительность и снижается чистота поверхности (образуются Царапины и задиры).
111
Наиболее производительно лепестковые круги работают при механическом и автоматическом шлифовании с механическим регулированием радиальной силы прижима.
Устанавливать круги можно не только на оправку в шпиндель станка, но и монтировать с автономным приводом на станках общего назначения. Продолжительность работы кругов до перезаправки абразивных лепестков составляет около 25—35 ч.
Крацевание и обработка щетками. Процесс обработки изделий круглыми дисковыми проволочными щетками, применяемый для очистки поверхности металла от окислов (окалины и ржавчины), называют крацеванием.
Видоизмененным крацеванием является матирование, т. е. получение матовой поверхности путем применения специальных щеток из тонкой (О = 0,5 мм) стальной, латунной или реже медной проволоки, закрепленной пучками в шарнирах. При быстром вращении такой щетки острые концы проволоки ударяют по поверхности металла и снимают с нее очень мелкую стружку. Получающиеся при этом мелкие царапины точечного характера придают поверхности матовый вид. Степень матовости зависит от скорости вращения щеток: чем больше скорость вращения, тем чаще точки и тем меньше царапины.
При крацевании изделие смачивается раствором соды, мыла или мыльного корня. Для крацевания применяются станки такого же типа, как и полировальные, но облегченные; часто их устанавливают на верстаках. Крацевание применяется также для уплотнения гальванических отложений, особенно серебряных и оловянных, при нанесении толстых слоев металлов.
Профилированные детали часто также обрабатывают волосяными или капроновыми щетками.
Обработка в барабанах — галтовка. Для подготовки поверхности мелких изделий и деталей их подвергают обработке в барабанах или колоколах. Процесс шлифования в барабане с целью удаления с поверхности изделий грубых неровностей называется галтовкой.
Шлифование во вращающихся барабанах производится путем обработки изделий грубыми абразивными и другими материалами (песок, кремний, осколки гранита, куски шлака и др.). Полирование в барабанах производится так же, как и при шлифовании с абразивными веществами, но более тонкими (пемза, размолотый шлак, песок, венская 112
известь, наждак, древесные опилки). Полирование в барабанах может осуществляться также с помощью стальных шариков различных размеров, загружаемых в барабаны вместе с изделиями и мыльной эмульсией.
На рис. 44 показан бесшумный галтовочный барабан с двумя отделениями, предназначенными для одновременной обработки разных деталей.
Рис. 44. Барабан для галтовки с гидравлическим глушителем:
/ — станина; 2 — электродвигатель с редуктором; 3 — вал; 4 — наружный барабан; 5 — внутренний барабан; 6 — кожух
Галтовка производится сухим или мокрым способом в зависимости от характера требуемой обработки. При мокром способе применяют обычно растворы слабых щелочей, улучшающих полирующую способность абразивов (мыльная вода, растворы щелочи и аммиачных солей). Также применяют й слабые растворы кислот (соляной или серной), способствующих удалению окислов.
При вращении барабана загруженные в него изделия, перемещаясь, подвергаются трению, в результате чего
ИЗ
стирается окалина или ржавчина, сглаживается поверхность и отрываются заусенцы.
Если обработка ведется с абразивными материалами то происходит также шлифование и полирование поверхности.
Крупные детали и изделия галтуются обычно в барабанах при скорости вращения 10—30 об/мин, мелкие — при скорости вращения 20—60 об/мин.
Процесс барабанного шлифования длителен и зависит от состояния поверхности обрабатываемых предметов, веса изделий, материала и скорости вращения барабана. Галтовка мелких изделий, полученных холодной штамповкой, длится от 2 до 8 ч\ обработка изделий, полученных горячей штамповкой, — до 48 ч. Галтовка отливок длится от 10 до 100 ч в зависимости от материала, например, отливки из латуни 10—15 ч, из ковкого чугуна 24—28 ч, из серого чугуна 72 ч и больше. Длительность процесса для различных изделий устанавливается практически — пробой.
Из других способов обработки мелких изделий и деталей хорошую отделку поверхности дает обработка полированными стальными шариками.
Полирование стальными шариками производится в барабанах различной формы с применением мыльно-щелочных полировальных составов. Шарики, вращаясь вместе с изделиями в барабане, своим давлением и трением выравнивают и сглаживают поверхность изделий, не снимая при этом стружки. Полировать шариками можно все металлы, за исключением лишь тонких изделий, которые в процессе обработки могут быть повреждены или погнуты.
Для получения хороших результатов необходимо, чтобы барабан был полностью заполнен, а изделие в любом его положении было окружено шариками. При этом объем шариков должен в 1,5—2 раза превышать объем изделий. Размер шариков зависит от профиля обрабатываемой поверхности изделия и подбирается так, чтобы обеспечить' полную ее обработку. Обычно применяют шарики диаметром 3—8 мм. Одновременно загружают шарики нет скольких размеров.
Продолжительность обработки шариками составляет примерно от 1 ч для изделий из мягких металлов и после гальванических покрытий, до 3—8 ч для изделий из меди
114
и ее сплавов и до 5—10 ч для изделий из железа и стали Продолжительность полирования зависит от состоя ни: изделий, диаметра барабана и скорости его вращения i в каждом случае устанавливается пробой.
Для предупреждения ржавчины шарики следует со храпять в растворе щелочи.
В последнее время для шлифования и полирования мел ких деталей применяют вибрационные установки, значи тельно ускоряющие процесс обработки и улучшающие ее качество. В вибрационных установках можно успешш полировать очень мелкие и сложные по форме детали.
Подводное полирование. На ряде заводов успешно при меняются шлифование и полирование деталей и изделш в барабанах, погруженных в раствор. Такое полирован» вполне заменяет полирование и глянцевание изделий i деталей на станках.
Подводное полирование основано на снятии с поверхности деталей мельчайших частиц металла кусочкамг фарфора, загружаемого в барабан, вращающийся в мыльном растворе.
Установка для подводного полирования (рис. 45J состоит из шестигранного барабана с толщиной стенок 4—5 лш и ванны с мыльным раствором. Барабан стальной, сварной конструкции вращается со скоростью. 18— 30 об/мин. Три грани его перфорированы мелкими отверстиями, служащими для циркуляции раствора и удаления из барабана отходов процесса. Внутренняя полость барабана разделена на три отсека. Барабан извлекается из ванны с помощью ручной лебедки. Детали и абразивы выгружаются через открытые люки путем поворота барабана на оси.
В барабанной установке такого типа можно полировать детали из различных металлов и сплавов разных размеров — от мелких, ювелирных, до крупных — весом До 1 кГ.
Изделия и детали, подвергаемые подводному барабанному полированию, должны обладать чистотой поверхности в пределах 6—7-го класса чистоты, т. е. не иметь глубоких Царапин, раковин и других дефектов поверхности, так как состояние исходной поверхности является главным условием, определяющим качество полирования. Детали, изготовленные штамповкой из холоднокатаной стали, могут подвергаться полированию без предварительной шлифовки.
115
Детали, имеющие большие плоские участки поверхности, острые углы и края, а также несимметричные детали полируются хуже.
В качестве абразива для подводного полирования в барабанах применяют бой фарфора или фарфоровых изоляторов из отходов производства, применение которого необходимо для тонкого полирования. Для снятия острых
Рис. 45. Установка для подводного полирования
граней и углов бой фарфора предварительно галтуют в течение 30—60 ч в барабане, после чего сортируют на крупные, средние и мелкие кусочки неправильной формы.
Фарфоровый бой для подводного полирования применяется следующих размеров: крупный 18—20 мм, средний 12—15 мм, мелкий 5—10 мм.
Размер абразива выбирают в зависимости от размера и формы обрабатываемых деталей с учетом отверстий и выемок в них. Кроме шлифующего материала и деталей, в полировочный барабан засыпают стальные шарики, основным назначением которых является интенсификация
116
процесса и выравнивание шероховатостей. Размеры стальных шариков подбираются с расчетом возможности проникновения их во все малодоступные места обрабатываемых деталей, обычно применяются шарики диаметром 4—10 мм.
Количество стальных шариков, загружаемых в барабан, должно составлять по объему 30% к количеству абразива.
Для заполнения ванны при подводном барабанном полировании применяется раствор, состоящий из 4—5 Г/л мыла (72%) и 15 Г/л тринатрийфосфата. Правильно приготовленный мыльный раствор должен иметь тяжелую массу пены с большим количеством маленьких пузырьков. Большие пузырьки пены указывают на недостаток мыла в растворе. Средний уровень мыльного раствора в барабане должен быть на 25 мм выше уровня загрузки барабана. Мыльный раствор необходимо менять после 24 ч непрерывной работы.
Скорость полирования регулируется изменением уровня раствора. При понижении уровня раствора скорость полирования увеличивается, при повышении — уменьшается.
Уровень раствора в среднем должен быть на 25 мм выше загруженных в барабан деталей, абразива и наполнителей. Скорость вращения барабана зависит от его диаметра, характера обрабатываемых деталей, размера фарфорового боя и других условий.
Скорость вращения подбирают с таким расчетом, чтобы содержимое барабана во время вращения перемещалось из среднего положения вверх незначительно и обратно не падало, а сползало вниз.
Величина загрузки обрабатываемых деталей и наполнителя определяется экспериментально. Наилучшие результаты полирования получаются, когда вся загрузка занимает около 60—65% объема барабана.
При осуществлении подводного полирования большое значение имеет правильный подбор соотношения между стальными шариками и деталями. Соотношение это может быть различным: от 2 : 1 до 12 : 1 по объему.
Средняя продолжительность обработки деталей составляет: для стали 2—-12 ч, для латуни 2—8 ч. Отполированные детали следует быстро выгрузить из барабана, просушить в барабане с опилками и направить на дальнейшую обработку.
117
В барабанах подводного полирования можно также осуществить операции шлифования. Барабанное шлифо. вание применяется для обработки деталей и заготовок с грубой поверхностью (4—6-й класс чистоты) и является подготовительной операцией к барабанному полированию.
В качестве абразива для шлифования в барабанах применяется бой шлифовальных электрокорундовых кругов на керамической или каучуковой связке. При таком способе детали сначала подвергаются подводному шлифованию, а затем подводному полированию.
Подводное барабанное полирование является прогрессивным методом обработки деталей массового производства. Основными преимуществами этого метода являются: высокая производительность, обусловленная возможностью одновременной обработки большого количества деталей, а также экономия войлочных кругов, хлопчатобумажных и суконных тканей и абразивов, необходимых при ручном полировании.
Пескоструйная и гидроабразивная очистка. Очистка металлических поверхностей путем обдувки песком является эффективным и экономичным методом подготовки перед такими защитными покрытиями, как цинкование, кадмирование, фосфатирование, где требуется чистая матовая поверхность металла. Однако высокая профессиональная вредность обдувки сухим кварцевым песком побуждает заменять этот способ другими, менее вредными, куда относятся очистка влажным песком, металлическим песком, гидропескоочистка и дробеструйная очистка, а также жидкостно-абразивная обработка.
Установка для гидропёскоочистки состоит из сборника, снабженного мешалкой или центробежным насосом и наполненного песком с водой, который под действием сжатого воздуха через сопло подается на поверхность деталей, подвергаемых очистке. Необходимое при этом давление воздуха должно быть не ниже 3,5 ат.
При подготовке поверхности к покрытию путем обработки металлическим песком применяют пескоструйные аппараты, обеспечивающие давление сжатого воздуха в пределах 12 ат, и металлический песок размером зерен 0,2—0,6.
При этом способе песок используется до 10 раз, благодаря чему отпадает необходимость в больших запасах 118
песка, а производительность аппарата достигает 5—7 мЧч что делает этот способ высокопроизводительным.
Жидкостно-абразивная обработка применяется для очистки, снятия заусенцев и полирования поверхностей перед нанесением гальванопокрытий и позволяет получать поверхность с чистотой до 7—8-го класса.
1000
Рис. 46. Гпдропескоструйная камера
119
Сущность этого способа заключается в том, что струя жидкости, содержащая в себе абразивный или полирующий материал, давлением воды или сжатого воздуха, порядка 3—4 ат, выбрасывается с большой скоростью на обрабатываемую поверхность деталей. В качестве абразивного материала употребляются размол гранита, кварцевый песок и наждачные порошки различной зернистости в зависимо-
1550
Рис. 47. Гидропескоструйная камера для обработки мелких деталей:
/—бункер-смеситель; 2—камера; — барабан; 4 — струйный аппарат; 5 — рукоятка для изменения угла наклона; 6 — электродвигатель с редуктором
сти от цели применения.
На рис. 46 показана гидропескоструйная ус--тановка, предназначенная для абразивно-жидкостной обработки деталей.
Камера установки представляет собой сварной корпус, в нижней части которого размещены насос с приводом / и нижний бункер 2, заполненный гидропесоч-ной пульпой. В нижнем бункере смонтирован барботер 5, в который подается пар для подогрева пульпы и сжатый воздух давлением 4— 6 агп для взмучивания песка в нижней части бункера.
В верхней части камеры расположены верх
ний бункер 3 и струйный аппарат 4, посредством которого осуществляется гидропескоструйная обработка деталей. В боковых стенках верхней части камеры вырезаны прямоугольные окна 6, предназначенные для ввода под струйный аппарат деталей, имеющих значительную длину.
Для обработки тяжелых деталей камера снабжена поворотным кругом 7. Рабочая емкость нижнего бункера 150 л.
Для отсоса загрязненного воздуха предусмотрено, подключение камеры к вентиляционной системе.
Гидропескоструйная камера для обработки мелких деталей показана на рис. 47.
ХИМИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ
Для получения гальванического покрытия хорошего качества нужно обеспечить возможно большую химическую чистоту покрываемой поверхности. Хорошее качество очистки поверхности металла от жировых загрязнений, окалины и ржавчины является необходимым условием для нанесения металлического покрытия. От степени химической подготовки поверхности металла зависят качество и свойства осажденного металлического покрытия, прочность его сцепления с основным металлом, пористость, сплошность и внешний вид.
Химическая подготовка заключается:
1)	в очистке поверхности изделий от жировых загрязнений различными способами обезжиривания;
2)	в снятии окислов, окалины и ржавчины с поверхности металла изделий при помощи растворов кислот — кислотным травлением;
3)	в получении гладкой поверхности с высокой степенью блеска методом электрополирования.
В зависимости от вида жировых загрязнений применяют различные способы и схемы очистки.
1.	Обезжиривание в растворителях применяется для очистки от минеральных масел, неомыляемых жиров и полировальных паст в случаях значительного загрязнения поверхности как предварительная очистка перед химическим или электролитическим обезжириванием.
2.	Химическое обезжиривание в растворах щелочей для очистки загрязненных деталей от жиров растительного и животного происхождения омылением их, а также эмульгированием в горячих составах неомыляемых жиров с добавлением в качестве эмульгаторов жидкого стекла, мыла, декстрина и др.
3.	Электрохимическое обезжиривание применяется для очистки не очень загрязненных жирами изде^й, имею-
121
щих более или менее правильную, несложную форму, без глубоких впадин и узких глубоких отверстий. Оно не рекомендуется для пружин, так как вызывает их хрупкость.
4.	Обезжиривание венской известью применяется главным образом при износоустойчивом хромировании.
Рис. 48. Аппарат для обезжиривания в растворителях:
/ — камера; 2—крышка; 3— душирующее устройство; 4—вентиляционный кожух; S — фильтр; 6 —? резервуар для растворителя
Обезжиривание в растворителях. Обезжиривание органическими растворителями основывается на растворении и смывании жиров. В качестве растворителей применяют бензин и керосин для предварительной очистки и снятия консервационной смазки. Изделия обычно промывают* в специальных ваннах или баках с помощью щеток. Устройство аппарата для обезжиривания в растворителях показано -на рис. 48.
122
Если в качестве растворителя используются дихлорэтан и трихлорэтан, обладающие высокой способностью растворять жиры, то для обезжиривания необходимо применять специальную герметизированную аппаратуру с устройством для циркуляции, подогрева, очистки и регенерации отработанного растворителя.
ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ
Способ обезжиривания в щелочных растворах основан на том, что животные и растительные жиры при действии на них горячих растворов щелочи, например едкого натра (каустической соды), разрушаются, образуя мыло, которое легко смывается горячей водой. Минеральные неомыляемые жиры, например смазочные масла, под действием щелочей образуют эмульсии. При этом процессе частички жира отделяются от поверхности изделий и остаются в растворе в мелкораздробленном взвешенном состоянии.
Некоторые вещества, названные эмульгаторами, при добавке их к щелочным растворам облегчают образование эмульсий,, что ускоряет и облегчает процесс обезжиривания. Такими веществами являются растворимое стекло, декстрин, канифоль, мыло и др., которые в растворе переходят в коллоидальное состояние.
Эмульгаторы добавляются к щелочным растворам в небольших количествах — от 0,5 до 3 Пл.
Широкое применение в качестве эмульгатора находит контакт Петрова, содержащий нефтяные сульфокислоты и имеющий вид густой маслянистой жидкости бурого цвета с синеватым отливом. Контакт Петрова добавляют в щелочные растворы для обезжиривания в количестве 12—30 Пл.
К сильнодействующим эмульгаторам, значительно увеличивающим скорость обезжиривания, относятся поверхностно-активные вещества (этиленгликолевые эфиры), известные под марками ОП-4, ОП-7, ОП-Ю. Эти эмульгаторы добавляют в растворы для обезжиривания в количестве 5—10 Пл.
Введение в полировальную пасту эмульгаторов ОП-7 и ОП-10 в количестве 2—3% от веса пасты не влияет на полирующие свойства пасты, но значительно облегчает Удаление пасты с деталей при обезжиривании.
123
Нагревание щелочных обезжиривающих растворов улучшает степень очистки и повышает скорость обезжиривания, поэтому ванны для обезжиривания подогревают до температуры 75—85° С, при которой омыление и процесс эмульгирования проходят более интенсивно.
Составы щелочных растворов для химического обезжиривания приведены в табл. 19.
Таблица 19
Составы щелочных растворов для химического обезжиривания
Состав ванны в Г/л	Для стальных изделий, сильно загрязненных жирами	Для стальных изделий, мало загрязненных жирами	Для изделий из меди и ее сплавов	Для -изделий из алюминия
Едкий натр . 		100—150	10—15	.—	—
Сода кальцинированная	40—50	30—40	—	15—20
Тринатрийфосфат ....	—	50—70	100	25—30
Растворимое стекло   •	3—5	2—3	10—20	_—
Мыло		—	—•	—	1—3
Препарат ОП-7 		5—7	3—5	—	—.
Продолжительность процесса обезжиривания зависит от степени загрязнения изделий и в среднем составляет 15—60 мин.
Плавающие на поверхности обезжиривающего раствора жировые загрязнения необходимо время от времени удалять черпаком или через сливной карман, специально устроенный в ванне для обезжиривания. Потряхивание или перемешивание деталей ускоряет процесс очистки. Ванна для обезжиривания мелких деталей с качающимися контейнерами показана на рис. 49.
Для обезжиривания цветных металлов (меди, латуни, особенно алюминия и цинка) и их сплавов нельзя применять растворы крепких щелочей, в этих случаях следует пользоваться слабыми растворами тринатрийфосфата.
После обезжиривания необходимо тщательно отмывать с поверхности изделий следы щелочи, чтобы не занести щелочь в ванны покрытия. Первую промывку следует производить в горячей воде, последующие — в холодной проточной воде.
124
Для ускорения и улучшения процесса очистки находят применение установки для струйного обезжиривания.
Рис. 49.. Ванна для химического обезжиривания с качающимся устройством:
I — рама для подвеса; 2 — бортовой отсос; 3 — подшипники; 4 — дисковый кривошип; 5 — электродвигатель; б — муфта сцепления; 7 — шатун; 8 — рычаг; 9 — редуктор; 10 — корпус ванны; П —* контейнеры для деталей;
12 — паровой змеевик
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ
Для окончательной очистки поверхности металла, благодаря быстроте процесса и высокому качеству очистки, наиболее часто применяется электрохимическое обезжиривание.
При электрохимическом обезжиривании детали завешиваются в ванну со щелочным электролитом на катодную штангу, где под влиянием пропускаемого тока подвергается воздействию пузырьков водорода, бурно выделяющегося на поверхности детали и механически срывающего с нее жировую пленку. При электрохимическом обезжиривании одновременно с этим происходят также процессы омыления и эмульгирования жиров.
125
Водород также оказывает и вредное влияние, проникая частично внутрь металла и увеличивая его хрупкость. Во избежание осложнений, связанных с наводорожива-нием металла, следует обезжиривание вести сначала на катоде (5—8 мин), а под конец процесса при помощи перекидного рубильника переключать детали на анод и обрабатывать их анодным током в течение 1—2 мин. Часто для некоторых деталей, тонкостенных, закаленных, а также для пружин применяют только анодное обезжиривание, которое хотя и протекает более длительно, но не вызывает- существенных изменений механических свойств металла.
Следует отметить, что если не применять анодной обработки, то в большинстве случаев на поверхностях деталей, поглотивших водород, гальванические покрытия получаются хрупкими, с мелкими пузырьчатыми вздутиями и «сыпью» (особенно при цинковании и кадмировании), которые обнаруживаются обычно после горячей сушки или же через некоторое время.
Составы растворов для электрохимического обезжиривания приведены в табл. 20.
Таблица 20
Составы растворов для электрохимического обезжиривания
Составы ванн в Г/л	Для стальных деталей, сильно загрязненных жирами	Для стальных деталей, подвергавшихся химическому обезжириванию	Для деталей из алюминия, цинковых сплавов	Для деталей нз меди и ее сплавов
Едкий натр 			30—60	—	—.	_—.
Сода кальцинированная	40—60	20—30	5—10	5—10
Тринатрийфосфат ....	5—10	30—50	20—30	-—
Растворимое стекло • . •	3—5	2—3	—	
Мыло		—	—	1—3	
Углекислый калий (поташ)	—	—	—	20—30
Цианистый калий (натрий)	-—	—-	•—	2—3
Режимы обработки: плотность тока DK = 3-ь8 а/дм2', напряжение 6—10 в; температура 60—75° С; продолжительность процесса 5—10 мин.
126
Б качестве электродов применяется сталь, которую во избежание загрязнения раствора железом предварительно следует покрыть слоем никеля толщиной 15—20 мк.
В течение процесса электрохимического обезжиривания на поверхности ванны образуется загрязненная пена, в которой накапливаются кислород и водород в виде гремучего газа. Во избежание взрыва этого газа от искры короткого замыкания вену периодически удаляют с поверхности раствора через сливной карман.
Рис. 50. Ванна для электрохимического обезжиривания с электрическим нагревателем
На рис. 50 приведена ванна для электрохимического обезжиривания с электрическим нагревателем. Детали в ванну электрохимического обезжиривания завешиваются в тех же приспособлениях (рамках, подвесках), в которых производится последующее покрытие в гальванических ваннах.
Мелкие детали обезжириваются в сетчатых корзинках, которые необходимо периодически встряхивать.
Детали из меди и ее сплавов следует обезжиривать только на катоде, так как при обезжиривании на аноде поверхность этих металлов покрывается трудно удаляемой в слабых кислотах оксидной пленкой.
Пружины всех видов следует обезжиривать только па аноде.
Следует остерегаться загрязнения электролита солями меди и ее сплавов, которые могут накапливаться в растворе при применении подвесок и проволоки из Цветных металлов и образовывать на поверхности деталей налет, резко ухудшающий прочность сцепления покрытий.
127
В связи с внедрением в промышленности ускоренных методов гальванических покрытий предложены новые методы обезжиривания и в числе их — обезжиривание переменным током.
Для обезжиривания стальных деталей переменным током рекомендуется электролит следующего состава (в Пл)-.
Едкий натр................10
Сода кальцинированная	. .	25
Тринатрийфосфат ......... 25
В качестве эмульгатора для ускорения процесса в этот раствор добавляется поверхностно-активное вещество (ОП-4, ОП-7, ОП-10 или ОС-20). Обезжиривание производится при температуре 70° С, плотности тока 10 а!дм\ напряжении на ванне 12—15 в.
На ванну подается переменный ток промышленной частоты через понижающий трансформатор.
Продолжительность обезжиривания в зависимости от степени загрязнения составляет 0,3—2 мин.
При обезжиривании переменным током коэффициент использования электроэнергии увеличивается почти в 3 раза, лучше используется объем ванны, устраняется выделение водорода и кислорода, исчезает опасность наводороживания и высвобождаются источники постоянного тока.
Применение эмульгаторов ОП требует особенно тщательной промывки деталей после обезжиривания в горячей воде для снятия остающейся на поверхности металла тонкой, прочно пристающей пленки, которая может вызвать последующее отслаивание покрытия.
Качество очистки при всех способах обезжиривания проверяют при промывке деталей, по смачиванию поверхности водой.
Одновременное обезжиривание и травление. Введение в травильные растворы моющих поверхностно-активных веществ позволяет совмещать операции травления и обезжиривания, так как эти добавки эмульгируют находящиеся на поверхности металла жировые загрязнения, а пузырьки выделяющегося при травлении водорода-ускоряют процесс отрыва жировой пленки с поверхности металла.
В качестве поверхностно-активных веществ применяют эмульгаторы ОП-7 и ОП-10 или сульфанол, кроме того,
128
вводят противопенную добавку — кремнийорганическую полиметилсилоксановую жидкость ПС-200А или уайт-спирит.
Одновременное обезжиривание и травление наиболее эффективно при обработке струйным методом, при обработке на подвесках методом погружения требуется перемешивание раствора сжатым воздухом.
Для одновременного обезжиривания и травления деталей на подвесках методом погружения применяют раствор состава в Пл'.
Серная кислота........................  150—200
Эмульгатор ОП-7 или ОП-10 ............ 5—10
Уайт-спирит . .'...................... 20—30
или
Противопенная добавка ПМС-200А	0,1—0,5
Ингибитор (присадка) БА-6............. 1—2
Режим процесса: температура 60—70° С, продолжительность 5—10 мин. Перемешивание — сжатым воздухом.
Для травления и одновременного обезжиривания углеродистых и легированных сталей без шламообразования и наводороживания рекомендуется раствор состава (в Пл)-.
Ортофосфорня кислота (уд. вес 1,7) 150—200
Соляная кислота (уд. вес 1,19) • • 150—180
Уротропин...................... 30—40
Поверхностно-активное вещество
ОП-7 или сульфанол........... 10—20
Режим травления: температура 18—25° С, продолжительность 3—30 мин при интенсивном перемешивании.
Хорошие результаты получают при одновременном обезжиривании и протравливании в растворе состава
Серная кислота ...................... 200
Хлористый натрий..................... 150
Уайт-спирит.......................10—20
Тиомочевина или уротропин (технический) ............................ 2—3
Эмульгатор ОП-7 пли ОП-Ю ....	7—8
129
Температура раствора 40—50° С, продолжительность 10—50 мин. Поверхность протравленных деталей получается серой, без шлама. Нагревать раствор до 60° С и выше не рекомендуется, так как при этом добавки эмульгатора и тиомочевины прекращают свое действие.
Для обработки струйным методом деталей простой и средней конфигурации рекомендуется раствор состава -(в Пл)-.
Серная, соляная или фосфорная кислота . . 100—200
Эмульгатор ОП-7 или	ОП-Ю.............. 3—5
Уайт-спирит.............................. 20—30
Тиомочевина............................ 3—5
Температура растворов — при применении соляной кислоты 20—30° С, серной кислоты 45—60° С, фосфорной кислоты 60—70° С.
Тиомочевину применяют только для серной и фосфор-рой кислот; давление сжатого воздуха при подаче настворов 1,5—2,5 ат.
ТРАВЛЕНИЕ
Травление черных металлов. Травление железоуглеродистых сплавов применяется для очистки поверхности металла от окислов (окалины и ржавчины), полученных при горячей обработке, при прокатке, ковке, штамповке или при хранении металла на открытом воздухе. Различают: травление материала и заготовок перед штамповкой; травление полуфабрикатов и деталей перед шлифованием; травление деталей непосредственно перед гальваническими покрытиями, когда производятся матовые и полублестящие покрытия.
Черные металлы обрабатывают почти исключительно водными растворами серной, соляной или смесями этих кислот. Кислоты, действуя на окислы, покрывающие металл, растворяют их с образованием солей железа. Окислы не представляют собой сплошной пленки на поверхности железа. Одновременно с окислами частично растворяется также и металлическое железо с образованием солей железа и выделением водорода. Выделяющийся водород действует механически, разрыхляя пленку окислов железа, отрывая ее от поверхности металла, что 13)
способствует ускорению процесса. Однако он оказывает и вредное действие: проникает (диффундирует) в металл, поглощается его поверхностью и, изменяя механические свойства, вызывает так называемую травильную хрупкость.
Скорость процесса травления в соляной кислоте при комнатной температуре выше, чем в серной кислоте.
С повышением температуры в пределах 55—76° С скорость травления в серной кислоте значительно возрастает, поэтому при травлении в серной кислоте широко применяют подогрев. Летучесть соляной кислоты не позволяет применять подогрев травильных ванн выше 35° С.
Растворы серной кислоты обладают наибольшей скоростью травления при концентрации 25%, однако во избежание сильного разъедания металла обычно применяют концентрацию кислоты не выше 10—15%, что соответствует содержанию ПО—166 Г кислоты на 1 л раствора. Скорость травления увеличивают повышением температуры до 60—70° С.
Для соляной кислоты наиболее выгодная концентрация ее раствора составляет примерно 20%; для травления обычно применяют 10—15%-ные растворы этой кислоты.
Характеризуя расход серной или соляной кислоты, необходимо указать, что при травлении серной кислотой можно удалить окалины в 1,5 раза больше, чем при травлении соляной кислотой, и поэтому травление в серной кислоте более экономично.
Часто в практике травления сталей применяют смесь серной и соляной кислот, что сокращает потери металла, уменьшает опасность перетравливания, увеличивает продолжительность действия травильных растворов, уменьшает расход кислот и выделение водорода.
Травление идет быстро при содержании в растворе железного купороса не более 80—120 Пл. В процессе травления вследствие насыщения раствора железным купоросом с одновременным снижением содержания кислот в растворе скорость травления постепенно снижается. При увеличении содержания в растворе железного купороса травление прекращается даже при добавлении свежей кислоты и раствор следует заменить новым.
Для предохранения поверхности металла от перетравливания и уменьшения выделения водорода (что снижает
131
хрупкость) применяют так называемые присадки, которые оказывают регулирующее действие тем, что замедляют действие кислоты на чистый металл, но в то же время допускают быстрое растворение кислотой металлических окислов.
Действие присадок известно давно. Уральские металлурги и оружейники еще в середине века применяли «травильные супы», в состав которых входила мука, отруби, дрожжи, листья некоторых растений и пр.
Травильные присадки называют ингибиторами — замедлителями растворения металла в кислотах.
Широкое распространение получила травильная присадка, известная под маркой КС. В последнее время предложены более эффективные ингибиторы Уникод, ЧМ и ПБ-5, уротропин и др.
Для травления в соляной кислоте применяется присадка ПБ-5 или ПБ-8 в количестве 8—9 Пл травильного раствора. Перед добавлением присадку ПБ-5 предварительно растворяют в концентрированной соляной кислоте.
При травлении в серной кислоте рекомендуется присадка ЧМ, которая состоит из двух компонентов: регулятора травления Р и пенообразователя П, поставляемых комплектно в отдельной таре. Состав Р представляет собой трудно растворимую в воде жидкость или пасту темного цвета со специфическим запахом, которую перед добавкой в травильную ванну необходимо обработать (сульфировать) крепкой серной кислотой, взятой в соотношении 3:1. Состав П представляет собой темную липкую жидкость, легко растворимую в воде, и добавляется в ванну, без обработки. Состав Р добавляется в травильную ванну из расчета 1 Пл травильного раствора, состав П — из расчета 1 кГ на 1 м2 зеркала травильной ванны. После добавления присадки травильный раствор тщательно перемешивают. Срок действия каждой добавки составляет от 4 до 5 дней. С повышением температуры раствора замедляющее действие присадок уменьшается. Применение присадок значительно снижает брак от перетравливания и дает экономию кислоты. Если обычная потеря металла при травлении достигает 3—4%. от веса обрабатываемого металла, то при применении присадок эти потери снижаются до 1—1,5%.
Составы ванн и режимы травления черных металлов приведены в табл. 21.
132
Таблица 21
Составы ванн и режимы травления
Состав растворов в Г/л	Для углеродистой стали, покрытой толстой окалиной	Для углеродистой нелегированной стали, покрытой окалиной и ржавчиной	Для углеродистой стали, покрытой ржавчиной	Для бесшла-мового травления низкоуглеродистой стали
Серная кислота (уд. вес 1,84 Г/см3) 		75	150	80—100	100—150
Соляная кислота (уд. вес 1,19 Г/см3) 		125	—	—	—
Хлористый натрий	—	3—5	—	200—250
Присадка КС		3	1—2	0,5—1,0	3,0
Температура в °C ....	30—40	18—60	18—40	50—55
Продолжительность травления в указанных растворах зависит от состояния поверхности металла, температуры, наличия устройства для перемешивания и степени выработанности раствора и продолжается до удаления окис-лов — обычно 30—90 мин. После травления детали тщательно промывают в проточной холодной воде, затем в горячей воде и высушивают. Травильная ванна, футерованная кислотостойкими плитками с бортовым отсосом вредных выделений, изображена на рис. 51.
Для травления деталей с сохранением их размеров рекомендуется применять раствор (в Г/л):
Хромовый ангидрид..........250
Фосфорная кислота ......... 60
Обработка производится при температуре 90—95° С в течение 20—60 мин.
При разведении травильных растворов рабочую ванну заполняют сначала водой до половины объема, затем осторожно добавляют серную (или соляную) кислоту при перемешивании, после чего доливают ванну водой До рабочего уровня.
Следует помнить, что нельзя лить воду в крепкую серную кислоту во избежание интенсивного разогревания и выбрасывания кислоты и возможных химических ожогов.
133
Анодное снятие шлама. Анодное снятие шлама, оставшегося на поверхности стальных деталей после травления, производится перед нанесением гальванических покрытий путем обработки деталей на аноде в щелочном растворе такого состава (в Пл):
Едкий натр................. 50—70
Сода кальцинированная • • . 20—30
Тринатрийфосфат ........... 20—30
Режим процесса: анодная плотность тока 5—10 а/дм2; температура электролита 70—80° С, продолжительность 1—3 мин.
Рис. 51. Травильная ванна с бортовым отсосом
Травление меди и ее сплавов. Травление цветных металлов преследует две основные цели: окончательную отделку поверхности и придание ей блеска и подготовку поверхности под гальваническое покрытие.
Наиболее часто подвергают травлению медь и ее сплавы — бронзу, латунь, мельхиор и др., причем применяется обычно азотная кислота в смеси с серной и со: ляной. Травление чаще всего производится в два приема: предварительное и окончательное (глянцевое).
Для травления применяются растворы такого состава:
1.	Для предварительного травления
134
Азотная кислота (уд. вес 1,4 Г/см3) . J л Серная кислота (уд. вес 1,84 Г/см3) . 1 »
Хлористый натрий.................1—2 Г
Время обработки в этом растворе 3—5 сек.
При приготовлении смесей нужно сначала налить в сосуд азотную кислоту, а затем постепенно прибавлять к ней серную кислоту и нагревающуюся смесь все время охлаждать.
Перед травлением детали необходимо обезжирить, промыть и обязательно высушить, чтобы не разбавлять травильных смесей, иначе травление будет происходить слишком быстро и неравномерно.
2.	Для окончательного травления и получения глянцевой поверхности:
Азотная кислота (уд. вес 1,4 Г/см3) . . 1 л Серная кислота (уд. вес 1,84 Г/см3)	1 »
Соляная кислота (уд. вес 1,19 Г/см3) 20 мл Сажа голландская.............3—5 Г
В эту смесь изделия погружаются на 2—3 сек и затем быстро и тщательно промываются в большом количестве воды, после чего высушиваются или поступают в ванну гальванического покрытия.
При травлении цветных металлов азотная кислота употребляется в смеси с поваренной солью и голландской сажей. Действие смеси состоит в том, что азотная кислота, вступая в реакцию с металлом, удаляет с поверхности ее окислы, обнажая чистую металлическую поверхность. Поваренная соль выделяет хлор, который, соединяясь с азотной кислотой, ускоряет травление. Голландская сажа восстанавливает азотную кислоту в азотистую, что также ускоряет удаление окислов.
Для травления цветных металлов могут применяться и более разбавленные кислоты (табл. 22).
Цветные металлы травятся в керамических ваннах, процесс сопровождается бурным выделением окислов азота, поэтому в травильной установке должно быть предусмотрено устройство для приточно-вытяжной вентиляции.
3.	Травление с получением полублестящей поверхности (в Пл)-.
1. Хромпик............. 	• 50
Серная кислота .......... 10
2. Хромовый ангидрид .... 200
Серная кислота .......... 50
135
Таблица 22
Состав растворов для глянцевого травления
Компоненты	Сдельный вес Ь Г{смъ	Предварительная протравка		Глянцевая протравка	
		в Г/л	в мл/л	в Г (л	в мл/л
Серная кислота ....	1,84	700	380	800	435
Азотная кислота 		1,38	100	72	100	72
Соляная кислота 		1,17	5	4	2,5	2
Вода 		—	544	544	491	491
Температура растворов 15—25° С, время обработки 5—10 мин.
Добавление в раствор для блестящего травления 1—2 Пл сернокислого цинка способствует получению матовой поверхности.
Травление алюминия. Для получения блестящей поверхности алюминия его обрабатывают раствором щелочей.
Для травления алюминия широко применяется, например, такой состав;
Едкий натр .... 150—200 Пл Поваренная соль . . До насыщения..
При подогреве до 50—60° С процесс происходит очень быстро и продолжительность обработки составляет. 0,5— 1 мин. После погружения в раствор и краткого травления алюминиевые изделия или детали необходимо быстро промыть в большом количестве холодной воды, затем в горячей воде и высушить.
ХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ
Видоизменением способов блестящего травления является химическое полирование. Этот способ применяется для декоративной отделки металлов и позволяет получать однотонную блестящую поверхность на изделиях различной формы и габаритов, полирование которых механическим путем бывает затруднительно, и применим в тех. случаях, когда не требуется получения зеркального блеска.
Составы растворов и режим химического полирования некоторых металлов приведены в табл. 23.
186
Таблица 23
Составы растворов для химического полирования в мл
Компоненты раствора и режим полирования	Удельный вес в Г/см3	Полируемые металлы			
		Сталь Х18Н9Т хромоникелевая	Алю- миний	Дюр-алюминий	Бронза (КМЦ)
Ортофосфорная кислота	1,7	—	500	800	—
Серная кислота ....	1,84	90	—	_—	65
Азотная кислота . . .	1,4	180	35	50	12
Уксусная кислота . 	96%	56	100	150	23
Соляная кислота • • •	1,19	725	—	—-	—,
Режим работы: температура в °C  . .	—	80—150	80—100	60—80	20
продолжительность в мин	- 		—	5	3	3	4
В течение процесса химического полирования для получения однородной обработки поверхности детали следует потряхивать и перемещать в ванне. После этого процесса детали необходимо быстро и очень тщательно промыть в проточной воде.
Электролитическое травление. Электролитическое травление производится в растворах серной кислоты с добавлением соляной кислоты или поваренной соли. В качестве электродов в ванну завешиваются пластины из свинца или из кремнистого чугуна.
Применяют два способа травления: анодное и катодное.
Наиболее распространенным способом является анодное травление, при котором изделия приобретают совершенно чистую, слегка шероховатую поверхность. Этот процесс требует большого внимания в отношении режима и продолжительности, так как поверхность металла можно легко перетравить.	*
При катодном травлении исключается опасность пере-травления, однако происходит наводороживание поверхности металла, что создает травильную хрупкость. Поэтому для тонкостенных изделий, стальных пружин и пластин катодное травление не рекомендуется. Кроме того, при катодном травлении процесс продолжается в 1,5 раза дольше, чем при анодном.
Продолжительность процесса при электролитическом травлении зависит от состояния поверхности и колеблетсй
137
от 0,5 до Б мин. Подогрев до 50° С значительно ускоряет травление.
Плотность тока при электролитическом травлении
должна быть 5—10 а1дм*, напряжение — 3—10 в.
Для электролитического травления стали применяются следующие растворы (в Пл)'.
Серная кислота ....... 150
Хлористый натрий .... 20
Аноды из свинца, плотность тока 5—10 а! дм2, температура 20—50° С.
Серная кислота .......... 48
Соляная кислота ......... 12
Хлористый натрий .... 25
Для катодного травления применяются аноды из нерастворимого кремнистого чугуна, плотность тока 6— 8 а!дм?, время выдержки 3—10 мин.
Применяется также раствор, состоящий из солей (в Пл):
Сернокислое железо	• •  250
Сернокислый магний	... 50.
Серная кислота ........... 20
Электрохимическое полирование. Электрохимическое полирование — процесс выравнивания поверхности металла путем анодного растворения и применяется для повышения качества поверхности металлических изделий в дополнение к механическому шлифованию и полированию. Обрабатываемые детали завешиваются в ванну с электролитом в качестве анодов, катодами служат электроды .. из таких металлов, которые не растворяются в данном электролите. Состав электролита и режим процесса должны обеспечивать преимущественное растворение микроскопических выступов поверхности, в результате чего поверхность становится гладкой и приобретает блеск. При электрополировании решающую роль играет плотность тока, которая значительно выше, чем применяемая при осаждении металла.
Существует предположение, что сглаживание поверхности металла происходит за счет преимущественного, интенсивного растворения выступающих шероховатостей 138
и гребешков металла, при сохранении пассивности и малой растворимости мельчайших углублений, канавок и впадин.
Повышенная скорость растворения вершин неровностей объясняется способностью электрического тока концентрироваться на остриях и выступах поверхности. В результате неравномерного распределения плотности тока и вследствие этого — различной скорости растворения вершин и впадин неровностей шероховатая поверхность сглаживается.
Процесс электрополирования у различных материалов происходит неодинаково. У многих металлов и сплавов (медь, никель, алюминий, углеродистые и легированные стали) при сглаживании появляется блеск на обработанной поверхности.
У некоторых сплавов (бронза, латунь) наблюдается блеск без заметного сглаживания поверхности. Некоторые металлы и сплавы (свинец, олово, чугун) не полируются.
Перед электрополированием поверхность деталей должна' быть хорошо отшлифована механическим путем до 6—8-го класса чистоты (в соответствии с ГОСТом 2789—59). Чистота поверхности после обработки электрополированием может быть повышена на два-три класса. При более грубой механической обработке электрополи-рованная поверхность приобретает блеск, но имеющиеся на поверхности дефекты (риски, царапины и пр.) остаются заметными.
Электрополирование является наилучшим способом подготовки поверхности перед гальваническими покрытиями, так как обеспечивает высокую прочность сцепления покрытия с основой.
Электрополирование часто применяется также при обработке деталей машин для улучшения скольжения материалов, соприкасающихся с полированной поверхностью (например, нитеводители в текстильных машинах), а также заточки и доводки режущего инструмента, металлографических шлифов и др.
Коррозионная устойчивость электрополированной поверхности выше, чем у механически полированной, потому что при этом процессе происходит пассивирование металла.
Электрополированная поверхность обладает большим блеском и повышенными оптическими свойствами.
Во многих случаях электрополирование экономически более выгодно, чем обычное механическое полирование,
139
так как оно дает большую возможность уменьшения машинного времени и к тому же длительность обработки не зависит от площади изделия.
Наряду с перечисленными достоинствами электрополирование имеет также и ряд недостатков, из которых наиболее значительны следующие:
относительно быстрый износ электролитов в процессе работы и повышенный расход электроэнергии;
незначительная эффективность сглаживания и необходимость предварительной механической подготовки исходной поверхности;
резкое выявление всех дефектов строения металла и структуры его, иногда возникновение специфических дефектов — неоднородности блеска, возникновение линий сдвига, скольжения, а также точечной коррозии;
необходимость применения концентрированных кислот, что требует принятия специальных мер по технике безопасности.
Электрополирование стали. Для электрохимического полирования стали наибольшее распространение в заводской практике получили электролиты на основе орто-фосфорной и серной кислот с добавлением небольших количеств хромового ангидрида. Для полирования углеродистой стали (Ст. 3, 40, 50, У8, У10, У12) рекомендуется следующий состав электролита (в %):
Ортофосфорная кислота ............65—70
Серная кислота . . . 15—12
Хромовый ангидрид 5—6
Вода..............15—12
Удельный вес готового электролита 1,74 Г!см9.
Для полирования нержавеющей стали (1X13, 2X13, 3X13 и др.) применяют электролит такого состава (в %):
Ортофосфорная кислота .............40—45
Серная кислота • . 37—39
Хромовый ангидрид 3—4
Вода . ............20—17
Удельный вес готового электролита 1,65—1,68 Псм9.
Режим электрополирования в указанных электролитах в общем случае применяется следующий: плотность
140
тока Da = 35-5-60 а!дм2, температура электролита 70— 80° С.
Необходимое время полирования зависит от состояния исходной поверхности и обычно определяется опытным путем. Продолжительность полирования сталей находится в пределах 6—10 мин, увеличение времени выдержки сверх 10 мин не приводит к улучшению качества поверхности, но часто ухудшает ее.
Катодами служат пластины из рольного свинца.
По мере работы ванны и накопления в растворе сернокислого железа рабочий диапазон плотностей тока и температура электролита изменяются. Хорошее качество полирования достигается при плотности 20—30 а!дм2 и температуре электролита 60—70° С. Удельный вес готового электролита 1,65 Г!см?.
Электролит для электрополирования приготовляется в таком порядке. Хромовый ангидрид растворяется в воде, после чего к раствору постепенно при помешивании прибавляют фосфорную и серную кислоты. После смешения составных частей электролита раствор кипятят при температуре 115—120° С в течение 1—2 ч до достижения удельного веса 1,65 или 1,74 Псмя (в зависимости от того, какой электролит приготовляют: для углеродистых или легированных сталей).
Если по условиям производства не представляется возможным нагреть электролит до указанной температуры, то упаривание ведут при 80—90° С до достижения раствором необходимого удельного веса, после чего прорабатывают электролит, пропуская 5 а-ч тока на каждый литр раствора при плотности подведенного к аноду тока 25—40 а!дм2.
Обычная анодная проработка производится в течение суток с алюминиевыми или нержавеющими катодами.
В процессе работы увеличивается вязкость и уменьшается электропроводность электролита, а в результате отклонения от первоначального состава электролита качество электрополирования постепенно ухудшается.
Корректирование электролита сводится к выполнению таких операций:
а)	добавлению воды (производится не реже одного раза в смену по мере испарения и уменьшения рабочего уровня ванны);
141
б)	добавлению ортофосфорной и серной кислот (производится по данным химического анализа один раз в 5—10 дней);
в)	окислению трехвалентного хрома (производится по мере надобности).
Воду рекомендуется добавлять в соответствии с удельным весом электролита в следующем порядке: после 75 а - ч/л работы электролита воду добавляют до удельного веса раствора 1,74—1,76 Г/см3, свыше 75 а-ч!л— до удельного веса раствора 1,76—1,80 Псмъ. Добавлять воду следует в конце смены, учитывая, что электролит в течение 8 ч (при двухсменной работе) не будет работать. При добавлении воды в процессе работы необходимо электролит нагреть до 90—100° С в течение 1—2 ч.
Наиболее сложным является корректирование содержания трехвалентного хрома. Трехвалентный хром образуется в электролите за счет восстановления хромового ангидрида и обусловливает сравнительно быстрое истощение электролита. Накопление в электролите трехвалентного хрома свыше 1,5—2% вызывает травление (матовость) полируемых деталей. Признаком накопления трехвалентного хрома является изменение цвета электролита, который становится изумрудно-зеленым.
Для увеличения срока службы электролита трехвалентный хром рекомендуется периодически окислять путем анодной проработки. Для этого в ванну для изоляции катодного пространства погружают пористые керамические диафрагмы (можно применять гончарные неглазуро-ванные сосуды). Толщина стенок керамических сосудов 3—4 мм, диаметр пор 3 мк. Сосуды подвешивают на катодные штанги и заполняют электролитом. Внутрь сосуда вставляют свинцовые катоды, поверхность которых должна быть примерно в 2 раза меньше поверхности анодов. Материалом для анодов служит свинец.
Режим анодного окисления трехвалентного хрома: плотность тока на аноде 4—5 а/дм2, на катоде 8—10 а/дм.2 температура электролита 20—40е С, напряжение на ванне 10—12 в. Ванну для проработки следует включать на 1—2 смены с таким расчетом, чтобы 8—10% начального количества трехвалентного хрома осталось неокисленным и в дальнейшем при электрополировании не снизился выход по току.
142
После окончания процесса окисления электролит прогревают в течение 1 ч при температуре 90—100° С или выдерживают при комнатной температуре в течение 8—10 ч.
При выполнении технологического процесса электрополирования детали предварительно подвергают обезжириванию органическим растворителем, затем — химическому обезжириванию в щелочном растворе с последующей промывкой в горячей и холодной проточной воде. После электрополирования детали промывают сначала в непроточной воде, а затем в холодной проточной воде, после чего их завешивают в ванну для гальванического покрытия. В случае, если после электрополирования покрытие не производится, детали рекомендуется подвергнуть обработке в щелочном растворе, состоящем из 10%-ното едкого натра, при температуре 70—80° С в течение 10—15 мин. Обработка электрополированных деталей в растворе едкого натра значительно повышает их противокоррозионную стойкость, предотвращает по-
I тускнение поверхности и появление на ней белых ; пятен.
Для подвешивания деталей в ванне они закрепляются на специальных приспособлениях. Между приспособлением, деталью и анодной штангой должен быть обеспечен надежный электрический контакт.
Завешивая детали в ванну, следует располагать их так, чтобы они не экранировали друг друга и при этом обеспечивалось беспрепятственное удаление газовых пузырьков со всех участков деталей. Рекомендуется для электрополирования применять ванны с качающимися анодными штангами, благодаря чему облегчается удаление газовых пузырьков.
При электрополировании отношение площади анода (деталей) к площади свинцового катода должно быть в пределах 3 : 10 или 3 : 5. Характерные дефекты при электрополировании стали приведены в табл. 24.
При электрополировании выделяются водород и кислород, которые могут образовать гремучую смесь, взрывающуюся при наличии искр. Во избежание появления искр (короткое замыкание) подвески с изделиями следует снимать со штанг только при выключенном токе. Нужно также периодически удалять пену с поверхности раствора, не допуская скопления газов под пеной. Ванны для
143
Таблица 24
Наиболее часто встречающиеся дефекты поверхности при электрополировании стальных деталей
Признаки дефектов	Возможные причины дефектов	Способы устранения дефектов
Отсутствие блеска поверхности, желтоватые пятна На поверхности коричневая пленка с радужным оттенком Отсутствие блеска поверхности, беловатые пятна на желтом фоне Точечное травление поверхности Поверхность матовая, с синеватым оттенком, заметным после йротлрки деталей В злектрол Отсутствие блеска поверхности, желтоватые пятна	В свежем электроли Низкий удельный вес электролита (ниже 1,80 Псм3) Высокий удельный вес	электролита (свыше 1,77 Г/сг.Р) Большое содержание трехвалетного хрома Наличие в электролите взвеси мельчайших частиц хромового ангидрида Низкая температура электролита Электролит после приготовления недостаточно проработан и прогрет л те, проработавшем д Низкий удельный вес электролита	те Прогреть электролит до достижения удельного веса 1,74 Г/см? Разбавить электролит до достижения удельного веса 1,74 Г/сл3 и прогреть при 40° С в течение 1 ч Окислить трехвалентный хром Прогреть электролит при температуре 90—100° С. Если, перед нагреванием удельный вес электролита	выше 1,73 Псм3, следует его предварительно разбавить горячей водой Нагреть электролит до 70—80° С . Проработать электролит током при анодной плотности тока 40 а!дм из расчета 5—10 а-ч!л при температуре 100— 120° С в течение 1 ч пительное время Прогреть электролит до достижения удельного	веса 1,74 Г/см3
144
Продолжение табл. 24
Признаки дефектов	Возможные причины дефектов	Способы устранения дефектов
На	поверхности белые полосы Коричневые пятна на поверхности, обнаруживаемые непосредственно после извлечения детали из ванны Отсутствие блеска поверхности, темно-коричневые пятна Растравливание, придающее волнистость поверхности у краев н отверстий деталей	Высокий удельный вес	электролита (свыше 1,82 Г lew?) Недостаточное время электрополирования Большая концентрация трехвалентного хрома Перегрев электролита Излишне высокая анодная плотность тока (свыше 50 а!дм2) Плохой контакт деталей с подвесками Излишняя длительность электрополирования Высокая температура электролита Высокая анодная плотность тока	Разбавить электролит водой до достижения удельного веса 1,74 Г/см? и прогреть при температуре 90—110° С в течение 1 ч Увеличить время электрополирования до 8—10 мин Окислить трехвалентный хром Понизить температуру электролита до 70° С Понизить ПЛОТНОСТЬ тока до 25— 35 а! дм? Улучшить контактирование, зачистить места контактов Уменьшить время электрополирования Снизить температуру электролита до 60—70° С Понизить ПЛОТНОСТЬ тока до 25 а/дм2
электрополирования должны быть снабжены бортовой вентиляцией.
Сернофосфорнохромовые электролиты в процессе длительной эксплуатации изменяют состав, что является их существенным недостатком, и подлежат замене после того, как через 1 л будет пропущено 75—125 а-ч.
Более устойчивыми являются сернофосфорные электролиты с уротропином.
145
Высокое качество электрополированной поверхности на деталях из сталей 1X13, 2X13, 1Х18Н9Т достигается в электролите следующего состава:
Ортофосфорная кислота 65—70% (вес.) Вода  . . 5—10% (вес.) Серная кислота    20—25% (вес.) Уротропин • 3—5 Пл
Оптимальный режим: анодная плотность тока 35— 50 а/дм\ температура 35—50° С, продолжительность обработки 3—5 мин. При работе пена почти не образуется и отсутствует накопление водорода и кислорода. В процессе работы электролит корректируется путем периодического добавления серной и фосфорной кислот, при появлении даже самых незначительных признаков растравливания добавляют 1—3 Т/дуротропина. Электролит заменяется после того; как через ванну будет пропущено 200—250 а-ч на 1 л раствора.
Для электрополирования нержавеющих сталей может быть рекомендован электролит такого состава: серная кислота 1000 Г/л (уд. вес 1,84 Г Гем3) и глицерин 100 Г! л.
При отсутствии глицерина его можно заменить декстрином или крахмалом, взятым в том же количестве и разведенным в минимальном количестве воды.
Режим работы: температура 20—30° С; анодная плот-' ность тока для стали 1Х1879Т 10 а/дм2-, для стали 1X13 12—1.5 а/дм2-, напряжение 6—12 в; время обработки 5— 10 мин. Этот электролит в 4 раза дешевле используемых, не требует подогрева, легко корректируется, качество полирования не ухудшается.
Для электрополирования высокоуглеродистой стали находит применение также электролит такого состава:
Ортофосфорная кислота.......... 50—70%	вес.
Сериая кислота ................ 40—20%	»
Вода .............................  10%	»
Ингибитор ПБ-5 ......	2,5—5,0% (от
веса кислотной смеси)
Режим работы: плотность тока анодная 25—100 а/дм2; напряжение 10—12 в; температура 18—20° С; время обработки 3—30 мин (в зависимости от состояния исходной поверхности).
Этот электролит применяется без подогрева, поэтому соли, образующиеся при анодном растворении металла, не накапливаются в растворе, а осаждаются на дне ванны, 146
что облегчает регенерацию электролита, которая производится декантацией раствора и добавлением компонентов по данным анализа.
Следует отметить, что при этом методе упрощается конструкция ванны для электрополирования, так как не требуется устройство для подогрева и оказывается достаточной футеровка из винипласта.
На рис. 52 дана автоматическая линия с программным управлением для электрохимического полирования стальных колец, представляющая собой ряд последовательно установленных ванн с автоматическими крышками, обслуживаемых двумя автооператорами, движущимися по рельсовому пути, проложенному над ваннами.
Последовательность обработки деталей в автомате следующая: обезжиривание в органическом растворителе, обезжиривание электрохимическое в щелочном растворе, промывка в горячей и холодной воде, электрохимическое полирование, струйная промывка в холодной и горячей воде, пассивирование в содовом растворе, промывка в холодной и горячей воде, сушка.
Ванны электрохимического обезжиривания, полирования и пассивирования оборудованы бортовыми отсосами, терморегуляторами, регуляторами плотности тока и автореверсом. Все работы, за исключением монтажа и демонтажа деталей, выполняются автоматически.
Применение автоматической линии позволило увеличить программу участка в 3 раза, улучшить условия труда, снизить расход материалов и достичь общей экономии в сумме 28 тыс. руб. в год.
Электрополирование меди и ее сплавов. Для электрополирования меди и ее сплавов наибольшее применение получили электролиты на основе ортофосфорной кислоты. Простейшим электролитом может служить ортофосфорная кислота удельного веса 1,5—1,6 Псм9 без каких-либо добавок. Предварительно электролит необходимо проработать с медными анодами при плотности тока 0,5— 1 а/дм2, пропустив через него около 5 а-ч!л до накопления в нем 3—4 Пл меди (электролит при этом принимает голубовато-синий цвет). Наиболее пригодным является электролит, содержащий 716 Пл ортофосфорной кислоты и имеющий удельный вес 1,55 Псм9. Режим процесса: анодная плотность тока 5—20 а!дм2\ температура электро-
147
Рте. 52. Автоматическая линия электрохимического полирования стальных колец
лита 15—25° С, время обработки 2—8 мин-, напряжение на ванне 1,6—1,8 в. Катоды — медные.
Хорошие результаты при электрополировании медных и латунных деталей, а также медных гальванических покрытий (толщиной 15—20 мк) получают в электролите следующего состава (в % вес):
Ортофосфорная кислота ... 74
Хромовый ангидрид........... 6
Вода ..................... 20
Удельный вес готового электролита 1,60—1,62 Псм\
Режим полирования: анодная плотность тока Da = — 30 4-50 а! дм2-, температура электролита 20—40° С, продолжительность полирования 1—3 мин-, соотношение поверхности анода и катода 1 : 2 до 1:3; расстояние между электродами 100—120 мм. Катоды — свинцовые.
При приготовлении электролита хромовый ангидрид растворяют в ортофосфорной кислоте и полученный раствор, если его удельный вес ниже 1,6 Псм\ прогревают при температуре 100° С до достижения требуемого удельного веса.
Свежесоставленный электролит прорабатывают током с медными анодами, пропуская примерно 10 а -ч/л электролита. В свежем электролите (до 50 а -ч/л) рекомендуется вести полирование при D„ = 40 4-50 а/дм2 и температуре раствора 35—40° С. С течением времени плотность тока может быть снижена до 30—40 а!дмй, а температура до 30—40° С.
В среднем в указанном электролите при температуре 20° С и Da — 40 а/дм2 растворяется за 1 мин слой меди толщиной 2—3 мк.
В процессе работы ванны для электрополирования происходит катодное восстановление током шестивалентного хрома до трехвалентного, что обусловливает необходимость при накоплении трехвалентного хрома свыше 1,5% производить анодное окисление (методика анодного окисления трехвалентного хрома изложена в разделе «Электрополирование стали»).
Электролит корректируется периодическим добавлением воды до получения требуемого удельного веса электролита.
Электрополирование медного гальванического покрытия при нанесении многослойных защитно-декоративных 149*
покрытий (по системе никель—медь—никель—хром) весьма целесообразно, так как упрощает технологический процесс, упраздняя механическое полирование и последующее обезжиривание, и сокращает производственный цикл. При этом не потребуется транспортировка деталей из гальванического отделения в полировальное и обратно. Характерные дефекты при электрополировании меди приведены в табл. 25.
Таблица 25
Наиболее часто встречающиеся дефекты поверхности при электрополировании медных деталей
Признаки дефектов	Возможные причины дефектов	Способы устранения дефектов
Точечное травление на различных участках поверхности деталей Точечное травление на плоских участках деталей при работе в свежеприготовленном электролите Отсутствие блеска поверхности Неравномерный блеск поверхности	Низкий удельный вес	электролита (меньше 1,6) Низкая анодная плотность тока Низкая температура электролита Низкая анодная плотность тока Большая концентрация трехвалентного хрома в электролите Плохой контакт деталей с подвесками Экранирование одних деталей другими	Прогреть электролит при 100—120® С до достижения удельного веса раствора 1,60—1,62 Г/см3 Повысить анодную плотность тока Нагреть электролит до 35—40° С Повысить анодную плотность тока Окислить трехвалентный хром анодной проработкой электролита Улучшить контактирование Изменить положение деталей в ванне
Электрополирование никеля. Для электрополирования никеля и покрытий никелем нашли применение электролиты, главной составной частью которых является серная кислота.
Для уменьшения съема никеля при электрополировании в электролит вводят ортофосфорную кислоту, а также некоторые добавки (лимонная кислота, глицерин и др.)-
Хорошие результаты при электрополировании никеля получаются при применении электролита состава (в Г/л)1 150
Серная кислота (уд. вес 1,84 Псм3) 900
Ортофосфориая кислота (уд. вес
1,15 Г/см-')...................750
Лимонная кислота .................20
Удельный вес готового электролита должен быть 1,65 Г/см'л.
Режим процесса: анодная плотность тока Da — 35 ч-+-50 а/дмг\ температура электролита 20—25° С; продолжительность электролиза 20—60 сек. Расстояние между электродами 80—120 мм, в качестве катодов могут быть применены пластины из никеля или свинца, соотношение поверхностей анода и катода 1 : 5.
Приготовление электролита ведут в такой последовательности: смешивают ортофосфорную и серную кислоты и прибавляют к ним водный раствор лимонной кислоты. Если удельный вес полученного электролита ниже требуемого, раствор прогревают при температуре 90—95° С.
Свежесоставленный электролит прорабатывают током с никелевыми анодами в течение 8—10 а-ч!л, после чего пускают в работу.
Корректирование электролита заключается в периодическом добавлении ортофосфорной и серной кислот (по данным химического анализа); лимонную кислоту добавляют после работы ванны в течение 500 а-ч/л в количестве 2 Пл.
Хорошие результаты получаются при электрополировании никелевых покрытий в таком электролите:
Серная кислота в Г ...........	1750
Хромовый ангидрид в Г • •	....... 30
Глицерин (реактивный) в Г........ 15
Вода в л . •  - ...............  До	1
Удельный вес готового электролита должен быть 1,60—1,61 Псм\
Режим работы: анодная плотность тока Da — 25 ч-ЗО; температура электролита 20—35° С; продолжительность полирования 35—40 сек; напряжение тока 12—15 с. Катоды — свинцовые, соотношение поверхностей анода и катода должно быть в пределах 1 : 3. Снятие никеля составляет 3—3,5 мк в минуту.
151
Приготовление электролита ведут в такой последовательности. Заполняют ванну серной кислотой на V8 объема и осторожно при непрерывном помешивании вливают концентрированный раствор хромового ангидрида, приготовленный с минимальным количеством воды. После этого начинают прибавлять в ванну глицерин, доливая его небольшими порциями при помешивании. Происходящая при этом реакция восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного сопровождается бурным газо-выделением и разогревом электролита. Глицерин добавляется до тех пор, пока электролит не окрасится в изумрудно-зеленый цвет и не прекратится газовыделение, что свидетельствует о полном восстановлении шестивалентного хрома.
Таблица 26
Наиболее часто встречающиеся дефекты поверхности при электрополироваиии никеля в электролите, содержащем хромовый ангидрид и глицерин
Признаки дефектов	Возможные причины дефектов	Способы устранения дефектов
Отсутствие блеска поверхности Слабый блеск поверхности Ненормально боль-шой съем никеля при интенсивном блеске поверхности	Высокая температура электролита Недостаточная плотность тока Высокий удельный вес электролита Недостаточная предварительная проработка электролита Большая температура электролита Низкий удельный вес электролита Низкая концентрация хрома в электролите	Охладить электролит до температуры 20° С Повысить анодную плотность тока до 30 а! дм2 Разбавить электролит водой до удельного веса 1,6 Г/см? Проработать электролит Охладить электролит до 20° С Прогреть электролит до достижения удельного веса 1,62— 1,65 Г/см3 Добавить хромовый ангидрид и восстановить его глицерином
162
Готовый электролит прорабатывается током до накопления в нем 5 Пл никеля, после чего ванну пускают в работу. Наиболее распространенные дефекты при электрополировании никеля приведены в табл. 26.
Электрополирование никелевых покрытий перед хромированием весьма целесообразно при нанесении декоративно-защитных многослойных покрытий, так как позволяет устранить механическую полировку и последующий за ней процесс обезжиривания. Не требуется также транспортировка деталей из гальванического в полировальное отделение и обратно.
Электрополирование алюминия. Алюминий и его сплавы можно электрополировать в щелочных, фосфатных и борфтористоводородных электролитах, однако наибольшее применение для этой цели нашли сернофосфорнохромовокислые электролиты/При полировании в этих электролитах поверхность приобретает блеск высокой степени и увеличивается ее стойкость против коррозии. Эти электролиты не сложны по составу и легко корректируются.
Большое значение при электрополировании алюминия имеет чистота металла.
Наибольший блеск поверхности достигается при электрополировании чистого алюминия и сплавов типа ду-раль; алюминий, содержащий значительное количество примесей, а также сплавы его с кремнием полируются значительно хуже.
Электролит для электрохимического полирования алюминия имеет следующий состав (в %):
Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,6/7см3)...................... 34
Серная кислота	(уд. вес 1,84 Г/сл3) 34
Хромовый ангидрид................. 4
Вода ............................. 28
Режим работы: плотность тока Da = 25 <-35 а1дм*\ температура 70—90° С; напряжение на шинах ванны Ю—15 с; продолжительность процесса 5—10 мин-, катоды — свинцовые.
Удельный вес готового электролита 1,59—1,60 Псм3.
Наличие в электролите серной кислоты позволяет поддерживать плотность тока на необходимом уровне, а присутствие хромового ангидрида способствует получению блеска.
153
В процессе электрополирования в электролите накапливается трехвалентный хром, образующий химические соединения, значительно повышающие вязкость раствора, что является причиной ухудшения качества и увеличения продолжительности полирования. Поэтому необходимо периодически производить анодное окисление трехвалентного хрома с применением диафрагмы (методика указана в разделе «Электрополирование стали»).
В электролите с течением времени накапливается алюминий, также ухудшающий качество полирования, при накоплении в растворе 30—35 Пл алюминия нормальная работа электролита полностью нарушается.
Корректирование электролита производится периодическим добавлением воды в таких количествах, чтобы удельный вес электролита составлял 1,67—1,70 Псм'\ а также добавлением кислот и окислением трехвалентного хрома. Вместо воды следует использовать промывочный раствор.
Электролит приготовляют следующим образом. В соответствии с емкостью ванны для электрополирования рассчитывают необходимое количество компонентов согласно рецептурному составу. Хромовый ангидрид предварительно растворяют в минимальном количестве водопроводной воды и раствор осторожно, чтобы не слить отстоя, переливают в рабочую ванну. Затем в ванну вливают орто-фосфорную кислоту.
После охлаждения раствора к нему добавляют (тонкой струей) серную кислоту при непрерывном помешивании.
Затем для удаления избыточного количества воды электролит после перемешивания нагревают при температуре 100—110° С до тех пор, пока его удельный вес не будет составлять 1,68—1,72 Псы? (при температуре 20° С). После выпаривания электролит охлаждают до рабочей температуры (65—75° С) и прорабатывают 1—2 ч со свинцовыми катодами и алюминиевыми анодами, после чего ванна может работать при нормальном режиме.
Наиболее часто встречающиеся неполадки процесса и дефекты поверхности при электрополировании алюминия приведены в табл. 27.
Матовость на отдельных участках детали может быть по причине следующих ненормальностей: местный, перегрев электролита, излишне высокая плотность тока, 154
Таблица 27
Наиболее часто встречающиеся дефекты поверхности при элекгрополировании алюминия
Признаки дефектов	Возможные причины дефектов	Способы устранения дефектов
Общее растравливание поверхности алюминия Точечное травление поверхности Полосчатое травление поверхности Перетравление отдельных деталей Отсутствие блеска алюминия Белые матовые пятна или полосы на поверхности	Нарушение режима в части плотности тока или отклонения от нормального состава электролита Наличие в электролите мельчайшей взвеси хромового ангидрида Низкий удельный вес электролита Повышенный удельный вес электролита Затруднение отделения пузырьков кислорода от металла и скольжение его по поверхности Накопление в электролите трехвалентного хрома свыше 35—40 Г/л и алюминия 45—50 Г/л Плохой контакт детали с подвеской или токоподводящей штанги с подвеской Низкий удельный вес электролита Высокий удельный вес электролита Низкая концентрация серной кислоты	Установить нормальную плотность тока, откорректировать состав электролита Прогреть электролит до 100е С до полного растворения хромового ангидрида Прогреть электролит до достижения удельного веса 1,65— 1,67 Г/см3 Разбавить электролит до нормального удельного веса Встряхивать детали в процессе полирования Окислить трехвалентный хром анодной проработкой Улучшить контактирование Прогреть электролит до достижения удельного	веса 1,65—1,67 Г 1см3 Разбавить электролит до удельного веса 1,65 Г/см3, прогреть 2—3 ч при температуре 80— 90° С Добавить серную кислоту до необходимого содержания
165
Продолжение табл. 27
Признаки дефектов	Возможные причины дефектов	Способы устранения дефектов
Матовые участки на поверхности Образование тончайших непрозрачных пленок, выявляющихся после анодирования	Плохой контакт детали с подвеской Местный прогрев электролита Высокая плотность тока Накопление	в электролите трехвалентного хрома Перегрев электролита Накопление значительного количества алюминия в электролите	Улучшить контактирование Понизить температуру электролита до 70—80° С Снизить плотность тока до 20—30 а- ч Окислить трехвалентный хром анодной проработкой Повторить процесс электрополирования при более низкой температуре Подвергать детали после электрополирования обработке в растворе, состоящем из 5 Г/л едкого натра и 10 Г/л кальцинированной соды при температуре 40— 50° С в течение 20— 30 сек
большая концентрация трехвалентного хрома. Этот дефект часто бывает также при плохом контакте полируемой детали с подвесным приспособлением.
ДЕКАПИРОВАНИЕ И ПРОМЫВКИ
К операциям, завершающим подготовку поверхности деталей перед нанесением гальванических покрытий, относятся декапирование и промывки в воде.
Декапирование. Для повышения прочности сцепления покрытия с основным металлом применяется операция, называемая декапированием, которая заключается в легком протравлении деталей в слабом растворе кислоты с целью снятия небольших окислов с очищенной и обезжиренной поверхности и легкого выявления структуры металла. Тонкие окисные пленки всегда образуются на
156
металле при обезжиривании и промывках и, являясь как бы изолирующим слоем, ухудшают прочность сцепления покрытия с основным металлом.
Декапирование производится в 5—7 %-ной соляной или серной кислоте или в смеси этих кислот путем погружения на 15—20 сек и последующей промывки в проточной холодной воде. Эта операция является заключительной в процессе подготовки поверхности деталей к покрытию. После декапирования поверхность металла очень активна и легко окисляется, поэтому детали следует немедленно завешивать в ванну покрытия.
Анодное декапирование. Для достижения более прочного сцепления осажденного металла с поверхностью и достижения хорошего протравливания ее применяется так называемое анодное декапирование. Раствор для декапирования состоит из концентрированной серной кислоты (уд. вес 1,84 Псм3) и 20 Пл калиевого хромпика. Анодная обработка ведется током при напряжении от 6 до 12 в при комнатной температуре. В качестве катода завешивается свинцовая пластина. Изделия в травильный раствор должны поступать сухими; время обработки 0,5—2 мин, окончание процесса определяется по падению силы тока.
Анодное декапирование особенно часто применяется при хромировании с нанесением толстых слоев хрома.
Промывка в воде. Промывка в воде производится для удаления с деталей растворов, оставшихся на их поверхности после процесса химической или электрохимической обработки.
Унос растворов поверхностью деталей составляет от 50 до 250 мл раствора на 1 Л42 поверхности и зависит от конфигурации и конструктивных особенностей деталей, способа завески, а также от концентрации раствора и его температуры.
Для снижения потерь реактивов, связанных с уносом растворов, следует первую промывку после покрытия производить в ванне для улавливания раствора с чистой непроточной водой, которая затем используется для пополнения электролитов рабочих ванн. Это позволяет уменьшать расход реактивов на 30—60%. Ванны для улавливания растворов устанавливаются рядом с производственными ваннами.
Для промывки деталей, в зависимости от характера предыдущей и последующей операций, ' применяется
157
водопроводная вода холодная, 'теплая (50—60° С) или горячая (80—90° С).
При повышенном содержании в воде так называемых солей жесткости (свыше 15 мг!л) промывку перед нанесением покрытия и перед сушкой следует производить в/конденсате или деминерализованной воде.
Для промывки в холодной проточной воде погружением служат ванны обычные или с воздушным перемешиванием, для струйной промывки — ванны с душевым устройством, через которое подается вода под давлением 2—4 ат. Конструкции ванн для водоструйной промывки могут быть разными, периодичность их действия значительно снижает расход воды.
Смена воды в ваннах горячей и теплой промывки периодическая — 1 объем ванны за 2 ч, в ваннах для промывки в холодной воде — непрерывный проток.
МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
ЦИНКОВАНИЕ
1I инк — металл серебристо-белого цвета, в сухом воз. духе почти не изменяется, во влажном воздухе с содержанием углекислоты и в воде он окисляется и покрывается пленкой из основной углекислой соли, которая защищает цинк от дальнейшего разрушения. Удельный вес цинка 7,1 Псм?, атомный вес 65,4, температура плавления 419° С, электрохимический эквивалент 1,22 Па-ч. Цинк очень легко растворяется во всех кислотах и едких щелочах.
Цинковые покрытия относятся к защитным покрытиям, они хорошо защищают железоуглеродистые сплавы (сталь и чугун) от коррозии, потому что цинк — металл более электроотрицательный, чем железо. ’ Нормальный потенциал цинка — 0,76 с. Поэтому в гальванической паре железо—цинк в присутствии влаги цинк, будучи анодом, растворяется, защищая этим самым основной металл.
Однако цинковые покрытия, защищая сталь, сами подвергаются коррозии, переходя в различные химические соединения цинка, не дающие хорошей защиты от коррозии. Поэтому, чем большую толщину будет иметь цинковое покрытие, тем оно даст более надежную и длительную защиту от коррозии.
Наилучшим видом подготовки поверхности при покрытии цинком является пескоструйная очистка, хотя может быть применено и травление или какая-либо механическая обработка, дающая чистую матовую поверхность (кра-цевание).
Цинковые покрытия широко применяются для защиты изделий из черных металлов от коррозии в различных климатических зонах и в атмосфере, загрязненной промышлен-ными газами, для защиты от непосредственного влияния
159
пресной воды и от коррозионного воздействия керосина, бензина и других нефтяных продуктов и масел.
В среде, насыщенной морскими испарениями, покрытия цинком не стойки.
Для повышения защитных свойств цинковых покрытий применяется пассивирование в растворах хромовокислых солей или хромового ангидрида — так называемое хроматирование, а также фосфатирование и дополнительная окраска лаками и эмалями. После хроматирования покрытия приобретают желтоватый, радужный оттенок с цветами побежалости.
Цинковые покрытия хорошо выдерживают изгибы, развальцовку и плохо — запрессовку; при температуре выше 250° С и ниже минус 70° С они становятся хрупкими.
Толщина цинковых покрытий назначается в зависимости от условий эксплуатации изделий.
Так, при службе изделий в условиях сухих, отапливаемых помещений толщина покрытия должна быть 6—9 мк, для эксплуатации под навесом и в помещениях с переменной температурой и влажностью 15—18 мк,-для защиты от коррозии в атмосферных условиях 24— 30 мк, для особо жестких условий толщину покрытий увеличивают до 36—42 мк.
Для резьбовых и крепежных деталей толщину слоя цинка назначают в пределах 3—12 мк в зависимости от их диаметра, шага резьбы и класса точности.
Для защиты стальных деталей, эксплуатируемых в атмосферных условиях с повышенной влажностью и в морском климате, применяют цинкование с последующим фосфатированием и лакокрасочным покрытием, толщина слоя цинка в этом случае 6—9 мк.
Цинкование производится в электролитах разных типов: кислых, цианистых, щелочных, так называемых цинкатных, аммиакатных и др. Для цинкования применяются прокатанные цинковые аноды марок ЦО, Ц1 и Ц2 (ГОСТ 3640—65).
При цинковании в кислых электролитах можно применять токи высокой плотности и получать высокий (до 100%) выход металла по току, однако рассеивающая способность их несколько мала.
Цинковые покрытия, полученные в кислых электро-' литах, имеют светлый цвет, характеризуются пластичностью и прочным сцеплением с основным металлом и
160
могут выдержать различную механическую обработку. Поэтому для покрытия малорельефных изделий, а также полуфабрикатов — листов, проволоки, полос и др., подвергающихся в дальнейшем механической обработке, следует применять для цинкования кислые электролиты.
Цианистые электролиты отличаются хорошей рассеивающей способностью и осадки из них обладают более высокой антикоррозионной стойкостью. Однако цианистые электролиты не позволяют применять относительно высоких плотностей тока и дают низкий выход по току, не превышающий 70—75%. Недостатком цианистых электролитов является то, что они весьма ядовиты и состав их не постоянен вследствие разложения цианистых соединений в процессе работы. Цианистые электролиты применяют главным образом для покрытия изделий с глубоким рельефом, требующих особо надежной противокоррозионной защиты. Детали, имеющие сварные швы, также следует покрывать в цианистых электролитах.
Щелочные нецианистые электролиты (цинкатные) обладают более низкой рассеивающей способностью, чем цианистые.
Плотность тока при работе в этих электролитах приходится регулировать в сравнительно небольших пределах; кроме того, цинкатные электролиты склонны к образованию губчатых осадков и требуют подогрева электролита.
Кислые электролиты. Основной солью для кислых ванн является сернокислый цинк, обладающий высокой растворимостью.
Для улучшения качества отложений в состав электролита вводятся соли, повышающие электропроводность раствора, например сернокислый натрий, сернокислый алюминий, иногда и хлористые соли — хлористый цинк, хлористый аммоний и др. Введение добавок сернокислого алюминия или алюмокалиевых квасцов способствует осаждению более светлого и блестящего цинка; кроме того, это соединение играет роль буферного вещества, регулируя изменение кислотности.
Применение сернокислого алюминия или квасцов имеет то преимущество, что при защелачивании и увеличении pH электролита выше 4,0—4,5 выпадает хлопьевидный осадок гидрата окиси алюминия, весьма заметный в растворе и сигнализирующий необходимость подкисления электролита.
161
Кислотность растворов при работе с кислыми цинковыми электролитами имеет большое значение. При значительной кислотности облегчается выделение водорода на катоде, что приводит к понижению выхода металла по току. Если, наоборот, кислотность будет мала, то у катода будет выпадать осадок гидроокиси цинка, что резко ухудшит качество покрытия. Кислотность электролита необходимо регулировать и поддерживать в пределах 3,5—4,0 по pH.
Для улучшения рассеивающей способности и структуры осадков в электролит добавляют коллоиды, гуммиарабик, декстрин, а для получения блестящих покрытий — соль дисульфонафталиновой кислоты.
Наиболее простой электролит имеет состав (в Пл)'.
Сернокислый цинк................150
» натрий или сернокислый аммоний........................50
Хлористый натрий.................20
Борная кислота ...................10
Режим работы: плотность тока DK = 0,3 -г-1 а!дм2, температура 15—20° С, кислотность pH = 4,0-г-4,5.
Для покрытия стальных и чугунных изделий относительно несложной конфигурации в стационарных ваннах, а также в барабанах широко применяется ванна следующего состава в Г!л:.
Сернокислый цинк.............. 200—215
» натрий ................45—50
» алюминий или алюминиевые квасцы.............45—50
Декстрин ..................... 10
Режим работы: температура 18—25° С; плотность тока при работе без перемешивания DK = 1 -г-2 а! дм2, с перемешиванием DK = З-г-5 а/дм2‘, напряжение на ванне 3,5—4 в; кислотность pH = 3,5-г-4,4; выход по току 98—100%.
Из этой ванны получаются осадки цинка .светлые, плотные, с мелкозернистой структурой и относительно равномерные. После обработки хромовым раствором покрытие осветляется, приобретает блеск. Раствор для осветления состоит из 150 Пл хромового ангидрида й 3—4 Пл серной кислоты.
162
Для работы в колоколах содержание сернокислого натрия в электролите увеличивается до 100—150 Пл.
Для получения блестящих цинковых покрытий на деталях простой формы (в ваннах и в барабанах) рекомендуется разработанный Н. Т. Кудрявцевым электролит с добавкой натриевой соли дисульфонафталиновой кислоты состава (в Г!л):
Сернокислый цинк..............215—430
» алюминий............... 30
» натрий ................ 50—150
Натриевая соль дисульфонафталиновой кислоты.................. 2—3
Режим работы: температура 18—25° С; плотность тока DK — Зч-8 а/дм2; перемешивание воздухом и частая фильтрация электролита (лучше непрерывная); выход по току 98—100%; кислотность pH = 3,8 +4,4; скорость осаждения цинка при плотности тока 5 а/длг2 составляет 82 мк!ч.
Свежеприготовленный электролит вначале дает матовые кромки на деталях, и для получения блестящих покрытий требуется проработка ванны постоянным током (10 а-ч на каждый литр раствора).
Для усиления блеска покрытия рекомендуется производить осветление в хромовом растворе. Эта обработка повышает также антикоррозионную стойкость покрытия и понижает его восприимчивость ко всякого рода загрязнениям (пятна от захвата руками и пр.).
Покрытия из этой ванны имеют красивый внешний вид, напоминающий блестящие хромовые покрытия.
Для ускоренного осаждения цинка с применением механического перемешивания служит электролит следующего состава (в Пл):
Цинк борфтористоводородный........... 250—300
Аммоний борфтористоводородный • . • 25—30
Борная кислота ....................... 25—30
Бета-нафтол или солодковый корень • • 0,5—I
Режим работы: плотность тока 40—50 а/дм2; температура 30—40° С; кислотность pH = 5,0н-5,4; выход по току 95%.
Приготовление и корректирование кислых электролитов. Все соли, входящие в состав электролита, проверен
163
ные предварительно в лаборатории, растворяются в отдельных сосудах в подогретой до 60—70° С виде в количествах, рассчитанных согласно рецептуре. Полученные растворы фильтруют или декантируют в рабочую ванну, после чего доливают водой до требуемого объема.
Декстрин чистый, лучшего качества, размешивается сначала в небольшом объеме холодной воды до исчезновения комков, затем смесь нагревается до 70° С, фильтруется или декантируется и сливается в рабочую ванну.
Дисульфонафталиновая кислота растворяется в небольшом объеме воды, затем нейтрализуется углекислым цинком или слабым раствором щелочи, фильтруется и сливается в рабочую ванну.
Свежеприготовленный электролит обычно имеет более высокое pH, чем это требуется для цинкования, и его подкисляют чистой разбавленной серной кислотой. Затем электролит корректируют по данным химического анализа и прорабатывают при плотности тока 3—4 а!дм2 в течение 2—3 ч. В процессе работы электролит имеет склонность к защелачиванию, что объясняется происходящим химическим растворением цинковых анодов наряду с электрохимическим.
Для поддержания нормального pH (в пределах 3,8— 4,4) электролита нужно систематически добавлять серную кислоту в количестве 0,2 Пл. При закислении электролита в него добавляют слабый раствор едкого натра или двууглекислой соды.
Корректирование заключается также в поддержании установленной концентрации входящих в электролит солей. Необходимо иметь в виду, что содержание сернокислого цинка уменьшается незначительно, а иногда даже возрастает благодаря интенсивному растворению анодов.
Добавки декстрина вводят регулярно, небольшими порциями, руководствуясь внешним видом получаемых осадков. Рекомендуется качество каждой добавки декстрина проверять при покрытии образцов в небольшой опытной ванночке.
Неполадки при работе кислых цинковых ванн. При нормальной работе ванны осадки цинка должны быть гладкими, плотными и светлыми. Получение темных губчатых осадков может быть вызвано наличием в электролите вредных примесей в виде солей более электроположительных металлов — меди, мышьяка,
164
железа и органических веществ — клея, желатины, скипидара, ацетона и др.
Для удаления примесей тяжелых металлов следует подщелочить электролит до pH = 5 4-5,5, добавить 0,8 Пл цинковой пыли, перемешать и затем проработать ванну. Органические примеси удаляют активированным углем с последующей проработкой током.
Получение темных и крупнокристаллических осадков с одновременным помутнением электролита может быть вызвано слишком высоким pH электролита (пониженная кислотность), а также повышенной плотностью тока. В этом случае следует электролит подкислить до pH — = 4,0. Светлые, но неплотные и рыхлые осадки получаются при слишком низком pH электролита (повышенная кислотность), при этом наблюдается значительное газо-выделение на катодах.
Черные пятна на катодах в начале электролиза, особенно при низкой плотности тока, могут получаться при применении декстрина низкого качества.
Некачественный декстрин и другие органические соединения можно удалить, проработав ванну при высокой плотности тока, при подкислении до pH = 2 4-3, применяя перемешивание раствора воздухом или вводя окислитель— перекись водорода или персульфат в количестве 0,5— 1 Пл.
«Загар» цинкового покрытия получается при слишком высокой катодной плотности тока, а также при малом расстоянии между электродами. Дендриты и наросты цинка на катоде образуются при слишком повышенной плотности тока в электролите с низким содержанием цинка. Хрупкость осадков цинка вызывается повышенной кислотностью электролита в присутствии декстрина. Для устранения этого явления следует понизить кислотность, подщелочив ванну, и проработать ее током. Рекомендуется добавить перекись водорода.
К числу довольно частых неполадок относится значительная неравномерность покрытия рельефных деталей, причиной чего является плохая рассеивающая способность электролита. Нередко для покрытия углублений и отверстий приходится пользоваться дополнительными анодами.
Отслаивание осадка может быть при плохой подготовке поверхности и при наводороживании в процессе химической подготовки.
165
В ваннах блестящего цинкования наиболее часто встречаются такие дефекты: темная кромка по краям деталей или темная матовая поверхность деталей. В первом случае следует ванну проработать током, и если равномерный сплошной блеск покрытия все же не появится, то добавить 1 Пл дисульфонафталиновой кислоты, которую следует приготовить заново. Темные и матовые покрытия могут быть при загрязнении электролита органическими коллоидами (декстрин, клей и пр.).
Кроме того, причиной могут быть слишком высокие или низкие значения pH, слишком низкая плотность тока и повышенная (выше 25° С) температура электролита.
Приведение этих факторов к норме обычно обеспечивает получение хороших блестящих покрытий.
Щелочные цианистые электролиты. Цианистые цинковые электролиты благодаря повышенной катодной поляризации обладают высокой рассеивающей способностью и дают более мелкозернистые и более равномерные по толщине покрытия, чем кислые электролиты, поэтому они применяются для цинкования деталей и изделий сложной конфигурации.
Основной частью цианистых цинковых электролитов являются комплексные соединения цинк-цианидов и цинкатов, а также свободные цианистый натрий и едкий натрий. Для получения блестящих покрытий вводят в электролит сернистый натрий.
Для покрытия в стационарных и колокольных ваннах широко применяется электролит следующего состава
(в Пл): Окись цинка..........................40—45
Цианистый натрий . . . 80—85
Едкий натр...........40—60
Режим работы: температура 18—25° С; плотность тока DK — 1,5-е-2 а/дм2\ выход по току составляет 70—85%.
Блестящие плотные и очень мелкозернистые осадки получаются из электролита, применяемого для цинкования рельефных деталей. Оцинкованная поверхность приобретает серебристый цвет, сохраняющийся продолжительное время.
Состав электролита для блестящего цинкования (в Пл)'.
Окись цинка . . . 40—45	Глицерин .... 3—5
Цианистый натрий 78—85 Сернистый натрий 0,5—5,0 Едкий натр , . . 70—85
166
Режим работы: температура 18—25° С; плотность тока DK = 2-ь5 a/дм1 2-, выход по току 80—85%.
Осадок цинка, полученный непосредственно из этого электролита, имеет сначала серовато-желтый оттенок. Блестящим и светлым покрытие делается после осветления в 3—5%-ном растворе азотной кислоты путем погружения промытых в проточной воде деталей на 3—5 сек.
Для пассивирования покрытия рекомендуется детали после осветления и промывки обрабатывать в 5 %-ном растворе хромового ангидрида, после чего промывать в холодной и горячей воде и высушивать. Блестящие цинковые покрытия могут применяться взамен покрытий кадмием и в некоторых случаях взамен никелевых.
Приготовление и корректирование цианистых электролитов. Исходными материалами при составлении растворов служат цианистый цинк, окись цинка и гидрат окиси цинка. На практике чаще пользуются окисью цинка и свежеосажден-ным гидратом окиси цинка. Приготовление электролита из окиси цинка производится в следующем порядке. Подсчитывают необходимые количества материалов в соответствии с рецептурой и емкостью ванны. Предварительно растворяют в теплой воде, взятой в количестве половины объема ванны, цианистый натрий (или цианистый калий) и к этому раствору прибавляют едкий натр (или едкий кали).
Цианиды и едкую щелочь растворяют в стальных бачках с соблюдением всех необходимых условий техники безопасности. В полученный раствор (желательно подогретый) загружают окись цинка, и раствор тщательно перемешивают, при этом в нем образуются комплексные соли цинка х.
При приготовлении электролита для блестящего цинкования к раствору цинковых солей добавляют глицерин и сернистый натрий. Затем электролит отстаивается и сливается в рабочую ванну с помощью сифона, после чего его доливают водой до нужного объема.
1 При значительной емкости цианистых ванн следует пользо-
ваться механизированными установками для растворения цианистых солей (конструкция разработана НИИТМАШем), в которых этот процесс производится полуавтоматически при полном соблюдении требований техники безопасности.
167
Готовый электролит подвергается анализу, если требуется, то корректируется в соответствии с данными анализа и прорабатывается током в течение 2—3 ч, затем производят покрытие пробных образцов.
При составлении электролита из гидрата окиси цинка, получаемого действием едкой щелочи на раствор сернокислого цинка, поступают следующим образом. Раствор сернокислого цинка готовят в небольшом объеме теплой воды, необходимой для полного растворения соли, взятой в количестве, соответствующем рецептуре. Раствор едкой щелочи для осаждения готовят так, чтобы концентрация его не превышала 60%. Затем раствор щелочи постепенно при помешивании добавляют к раствору сернокислого цинка, при этом выпадает белый осадок гидрата окиси цинка. Полноту осаждения проверяют по появлению розового окрашивания в цинковом растворе, к которому предварительно добавляют несколько капель спиртового раствора фенолфталеина.
После осаждения и отстаивания гидрата окиси цинка раствор осторожно сливается сифоном, а полученный осадок промывается горячей водой. Промытый осадок гидрата окиси цинка затем загружается в заранее приготовленный, как указано выше, раствор цианистого натрия и едкой щелочи, причем образуются комплексные соли цинка.
При подсчете потребного количества материалов учитывают, что 40 Пл окиси цинка (согласно рецептуре) соответствуют 80 Пл сернокислого цинка; необходимое количество едкой щелочи определяется как сумма двух количеств: 60 Пл едкого натра, потребного для образования цианистой комплексной соли, и 25,5 Пл едкого натра для образования гидрата окиси цинка, т. е. нужно будет взять 85,5 Пл едкого натра. Необходимое количество цианистого натрия согласно рецептуре составляет 83 Пл.
Корректирование цианистого цинкового электролита состоит в периодическом, по данным анализов, пополнении его цианистым натрием, едким натром и солями цинка.
При отсутствии возможности регулярных анализов обычно добавляют один раз в декаду по 5 Пл цианистого натрия и едкого натра; кроме того, раз в месяц добавляют цинковые соли. В ваннах блестящего цинкования необходимость добавки сернистого натрия определяется внеш
168
ним видом получаемых осадков и способностью осветления с получением блеска. При правильном корректировании цианистые цинковые электролиты работают без полной их смены весьма долгое время.
При обслуживании ванн с цианистыми электролитами необходимо помнить об их ядовитости и соблюдать все указанные в инструкции по технике безопасности меры предосторожности.
Неполадки при цинковании в цианистых электролитах. Покрытия темного цвета получаются при загрязнении электролита солями железа, свинца и другими примесями. Для устранения этого дефекта следует осадить примеси сернистым натрием и проработать ванну при плотности тока 0,1— 0,2 а! дм2.
В некоторых случаях наблюдается хрупкость цинкового покрытия, что объясняется загрязнением электролита органическими веществами, удалять которые следует введением активированного древесного угля в количестве 0,5—1,0 Пл и проработкой ванны током.
Плотные, но грубые и шероховатые осадки могут получаться при излишне высокой плотности тока и при загрязнении электролита анодным шламом. Необходимо периодически вынимать и чистить аноды. Лучше применять цинковые аноды с содержанием 0,5% алюминия и 0,3% ртути.
Иногда на анодах образовываются пассивные пленки в виде белых налетов и наблюдается интенсивное газо-выделение, при этом растворимость анодов падает, что приводит к быстрому истощению электролита цинком. Для устранения этого явления следует увеличить анодную поверхность и повысить в ванне содержание свободного цианида и едкой щелочи.
Плохая рассеивающая способность электролита наблюдается при высокой концентрации цинка, при относительно низком содержании цианидов и едкой щелочи, а также при высокой температуре электролита. Улучшение рассеивающей способности наступает при повышении содержания цианидов и щелочи до нормальной. Также следует понизить температуру до нормальной.
При большом избытке цианидов и щелочи наблюдаются сильное газовыделение на катодах при нормальной плотности тока и малая толщина покрытия. Для устранения
169
этого необходимо откорректировать электролит добавлением окиси цинка в соответствии с анализом на содержание свободных цианидов и едкой щелочи.
Бывают случаи, когда после сушки оцинкованных изделий на них появляются мелкие пузырьки, образующиеся потому, что водород застревает в порах покрытия и, не имея свободного выхода, приподнимает (выдавливает) слой покрытия. Этому явлению способствует чрезмерный избыток цианидов в электролите, повышенная плотность тока, слишком низкая температура раствора, а также неправильная завеска деталей.
Для устранения этого дефекта следует понизить плотность тока и применить легкое перемешивание раствора и потряхивание завешенных изделий; желательно подогреть электролит до 25—30° С, что облегчит удаление водорода с поверхности изделий.
. В электролите следует повысить содержание цинковой соли и не допускать большого избытка цианидов.
В ванне блестящего цинкования, если изделия после оцинкования не приобретают желтоватого оттенка, плохо осветляются и не становятся блестящими, необходимо добавить по 1—2 Пл сернистого натрия, а в некоторых случаях одновременно по 1—2 Пл цианистого натрия, после чего обычно покрытия становятся блестящими.
Щелочные нецианистые цинкатные электролиты. Для цинкования рельефных изделий взамен цианистых электролитов применяются разработанные Н. Т. Кудрявцевым цинкатные электролиты (в Пл), дающие светлые и плотные покрытия:
Окись цинка................ 4—12
Едкий натр • -	.......... 60—90
Олово (в виде хлористой или хлорной соли)..............0,15—0,25
Режим работы: температура 50° С; плотность тока до DK = 0,3-^ 1,2 а/дм2-, выход по току 95%.
Вместо олова или дополнительно к нему в цианистые электролиты можно вводить свинец в виде уксуснокислой соли до 0,05 Пл.
Приготовление цинкатных электролитов. Раствор приготовляют следующим образом. Растворяют взятое по расчету количество щелочи в небольшом количестве воды (х/1о объема ванны) и подогревают до 90—100° С, затем
170
растворяют в нем окись цинка или гидрат окиси цинка при непрерывном помешивании, после чего доливают горячей водой до половины объема ванны. В растворе образуется комплексная соль цинка. После этого раствор отстаивается, декантируется в рабочую ванну, подогревается до 60—70° С и доливается теплой водой. Далее в небольшом объеме полученного электролита растворяется двухлористое олово в количестве 0,5 Пл.
Во избежание выпадения закиси олова в момент растворения двухлористого олова вводится 30%-ная перекись водорода в количестве 1—2 мл на каждый грамм двухлористого олова. Полученный раствор олова добавляют в ванну.
Приготовленный таким образом электролит анализируется и, если нужно, то корректируется, затем прорабатывается постоянным током при нормальном режиме до получения удовлетворительных покрытий.
Дальнейшее корректирование ванны состоит в периодическом пополнении раствора едкой щелочью, окисью или гидроокисью цинка и солями олова в соответствии с данными химического анализа.
Неполадки при цинковании в цинкатной ванне. Осаждение темного губчатого (рыхлого) осадка на катоде может происходить по следующим причинам: при слишком низком или высоком содержании олова в электролите, при очень низком содержании цинка, при повышенной катодной плотности тока и низкой температуре электролита. Приведение этих факторов к нормальным, соответствующим рецептуре состава, устраняет этот дефект.
Темный цвет всего покрытия может получаться при загрязнении раствора гидроокисью железа. Для устранения этого необходимо дать электролиту отстояться, декандировать его и проработать током.
При появлении пассивных пленок на анодах следует добавлять в электролит щелочи, очистить аноды и увеличить их поверхность, завесив несколько добавочных анодов.
Аммиакатные и хлористоаммониевые электролиты. К безвредным нецианистым электролитам для цинкования относится электролит (предложенный А. Н. Левиным) такого состава (в Пл):
Цинк сернокислый   30 Борная кислота .	. 20
Аммоний сернокислый • 40 Клей столярный или
Аммиак (свободный) • • 30—50	желатина ..... 1—2
171
Режим работы: температура раствора 15—20° С; плотность тока DK = 1,0 а/дм2\ выход по току 95%.
Электролит имеет хорошую рассеивающую способность. Корректирование его заключается в основном в поддержании требуемой концентрации аммиака.
Хороший результат, дает электролит состава (в Пл)-.
Цинк сернокислый . . 100	Борная кислота •  30
Хлористый аммоний . • 200	Клей столярный • • 1,5
Режим работы: температура раствора 15—30° С; плотность тока DK — 0,8-н 1,5 а/дм2 (без перемешивания) и DK = 1,5-г-3,5 а/дм2 при перемешивании, pH = 6-J-7. Рекомендуется для покрытия малорельефных деталей.
Для цинкования деталей сложного профиля предложен электролит, приготовляемый на основе окиси цинка и хлористого аммония. Этот электролит имеет следующий состав (в Пл):
Окись цинка .... 12—15 Борная кислота . • 20—25 Хлористый аммоний 240—260 Клей столярный , . 1—2
Режим работы: температура 30—35° С; плотность тока 0,5—1,5 а/дм2-, кислотность pH в пределах 6,5—6,7.
При приготовлении электролита в половинном по расчету объеме воды растворяют хлористый аммоний, затем добавляют измельченную окись цинка и борную кислоту. Температура в процессе растворения падает, поэтому раствор необходимо нагреть до 70—80° С. После растворения компонентов горячий раствор фильтруют в ванну через слой ваты; к отфильтрованному раствору добавляют столярный клей, предварительно размоченный и подогретый. Затем доливают раствор до рабочего уровня и прорабатывают током до получения светлых гладких осадков цинка, без «губки» и «загара». Плотность тока при проработке 0,25—0,30 а/дм2: продолжительность — 10— 15 а-ч на 1 л раствора.
Блестящие мелкокристаллические осадки цинка при высокой рассеивающей способности ванны могут быть получены из бесцианистого электролита, основным компонентом которого является комплексная соль — гексааминоцинксульфат, очень устойчивая в процессе работы. Состав электролита в Пл:
Гексааминоцинксуль-	Сульфат натрия • .  40—70
фат.............. 100—250 Борная кислота • • • 10—15
Сульфат аммония . . 50—100 Декстрин................5—10
172
Режим работы: плотность тока DK = 3 + 5 а/дм2 при перемешивании с помощью качающейся штанги; температура 16—30° С; при подогреве до 40—50° С с применением воздушного перемешивания плотность тока можно увеличивать до 30—50 а/дм2\ pH электролита в пределах 3,5—4,8.
Электролит отличается стабильностью в работе. Комплексную соль гексааминоцинксульфата получают из окиси цинка, сернокислого или хлористого цинка при взаимодействии с крепким раствором аммиака; при этом расчет производится на содержание в электролите не менее 25 Г/л цинка.
В процессе приготовления электролит разогревается, при охлаждении в осадок выпадает плохо растворимая в воде комплексная соль, растворяющаяся затем при подкислении. Приготовляют раствор комплексной соли в объеме около 2/3 рабочей емкости ванны, затем в него вводят остальные компоненты согласно рецептуре.
В Казанском химико-технологическом институте им. С. М. Кирова разработаны новые нетоксичные электролиты для цинкования на основе аминов-комплексов цинка с этилендиамином и этаноламином (Н. В. Гудин и Л. А. Белякова).
Эти электролиты, внедренные на ряде заводов, просты по составу и способу приготовления, стабильны в работе, дают покрытия высокого качества и повышенной коррозионной стойкости. Они полностью заменяют ядовитые цианистые электролиты.
а)	Состав электролита с этилендиамином:
Окись цинка............. 30 Г/л
Хлористый аммоний....... 180 »
Этилендиамин (основание) в виде 20%-кого раствора • • •	150 мл/л
Клей столярный..........1—1,5 Г/л
Режим работы: плотность тока 1,5—2 а/дм2-, температура 17—25° С; pH = 7,5+8,0; выход по току 98—100%.
В этом электролите получаются плотные мелкозернистые осадки цинка, прочно связанные с основным металлом.
Для приготовления электролита в половинном объеме воды при температуре 70—90° С растворяют заданное количество хлористого аммония и полученный раствор
173
приливают к предварительно увлажненной окиси цинка при непрерывном помешивании.
После охлаждения раствора до 30—40° С добавляют этилендиамин в растворе клея. Электролит прорабатывают током из расчета 1 а-ч!л, при этом значение pH снижается с 8,5 до 7,5—8,0.
б)	Состав электролита с этаноламином:
Окись цинка.................... 30	Г/л
Хлористый аммоний.......... 180 »
Моноэтаноламин (основание) в
виде 40%-ного раствора	150 мл/л
Клей столярный _..........1—1,5 Г/л
Режим работы: плотность тока 1,5—2,0 а/дм2; температура 18—22° С; pH = 8-ь9.
Приготовление электролита ведут в той же последовательности. После добавления этаноламина электролит имеет светло-коричневый цвет. По истечении 1—1,5 ч процесс комплексообразования заканчивается и раствор становится бесцветным, прозрачным. В неостывший еще электролит добавляется раствор клея. Полученный электролит имеет pH = 9-ь9,5. До рабочего значения pH электролит прорабатывают током из расчета 7 а-ч/л.
Электролит имеет хорошую рассеивающую способность, осадки цинка получаются светлыми, мелкокристаллическими, плотными. Рекомендуется применять покачивающиеся штанги.
Корректировка электролита заключается главным образом в добавлении этаноламина, содержание которого не должно снижаться ниже 85—100 мл/л, иначе качество осадков цинка ухудшается.
Цинкование с периодическим изменением направления тока. Процесс осаждения цинка из кислых электролитов при периодическом изменении направления тока позволяет интенсифицировать процесс в 2,5—3 раза. При осаждении цинка током переменной полярности хорошие результаты были получены в электролите следующего состава (в Г/л)-
Цинк сернокислый............. 250
Натрий сернокислый........... 80—90
Квасцы алюмокалиевые . . 20—30
Борная кислота...............30—40
174
Режим работы: плотность прямого и обратного тока 6—8. а/дм2; период — 1 сек-, отношение времени прямого процесса к обратному 3:1; температура электролита 18—20° С; кислотность pH = 3.
Увеличение плотности тока выше 8 а/дм2 вызывает рост дендритов цинка, снижение ее до 4 а/дм2 способствует получению крупнокристаллических осадков и появлению точечной пятнистости (питтинга). Скорость наращивания слоя цинка составляет 1 mkImuh; при толщине слоя 10 мк и выше покрытия получаются беспористыми.
Для осаждения цинка из цианистых электролитов током переменной полярности рекомендуется следующий состав электролита (в Пл);
Окись цинка.................. 40
Натрий цианистый ............ 75
Натрий едкий ................ 90
Режим работы: плотность прямого и обратного тока 3 а/дм2; отношение прямого процесса к обратному 10 сек : 1 сек; температура электролита 18—20° С.
Покрытие получается светлое, мелкокристаллическое.
Пассивирование цинковых покрытий. Для повышения противокоррозионной стойкости и пассивирования цинкового покрытия производится обработка в растворах, содержащих различные хромовые соединения, с добавлением серной кислоты. /Хроматное пассивирование производится в таком растворе:
Двухромовокислый аммоний или
двухромовокислый натрий в Г/л 200
Серная кислота в мл/л........... 10
Режим работы: продолжительность обработки 5—10 сек; температура раствора 18—25° С.
Хроматная пленка на цинковых покрытиях придает им радужную окраску.
Если в результате отклонений от нормального процесса, особенно при повышенной температуре, пленка приобретает коричневый цвет без радужной окраски, то это свидетельствует о плохом ее качестве, и цинковые покрытия с такой пленкой подлежат переделке.
Химическое полирование цинковых покрытий. Для придания цинковым покрытиям яркого, долго не тускнеющего блеска применяют химическое полирование, заклю-
175
чающееся в химической обработке оцинкованных деталей в растворе следующего состава (в Пл)'.
Хромовый ангидрид ........ 150—250
Азотная кислота (уд. вес 1,14 Псм3) 100—150 Серная кислота (уд. вес 1,84 Г/см3) 20—40
Детали погружают в этот раствор при температуре 20—25° С на 2—5 сек, затем быстро и тщательно промывают водой. Если необходимо получить блестящую оцинкованную поверхность без каких-либо желтоватых оттенков, детали после химического полирования обрабатывают в растворе такого состава (в Пл):
Едкий натр................ 60—80
Углекислая сода.......... 30—40
Температура раствора 18—25° С. Детали выдерживают в этом растворе 3—5 сек до полного исчезновения цветов побежалости, после чего тщательно промывают в горячей, затем в холодной воде и высушивают струей теплого воздуха.
В результате такой последовательной обработки в двух растворах оцинкованные детали становятся блестящими со слегка синеватым оттенком, напоминающим по цвету хром; оцинкованная поверхность не загрязняется и имеет красивый внешний вид. Степень блеска зависит от предварительной механической подготовки — шлифования и полирования.
Коррозионная стойкость цинкового покрытия после такой обработки увеличивается.
КАДМИРОВАНИЕ
Кадмий — мягкий, пластичный и весьма ковкий серебристо-белый металл; применяется преимущественно для защиты изделий от действия морской воды и от действия атмосферы, насыщенной морскими испарениями. Температура плавления кадмия 321° С, удельный вес 8,6 Псм*, атомный вес 112,4. По степени твердости кадмий близок к олову.
Кадмий обладает значительно большей, чем цинк, химической стойкостью. Разбавленная серная кислота почти на него не действует. Разбавленная соляная кислота растворяет его очень медленно, щелочи на него мало 176
действуют. Хорошо растворяется кадмий в азотной кислоте. Так же как и цинк, кадмий — металл более электроотрицательный, чем железо, поэтому покрытия кадмием обеспечивают электрохимическую защиту черных металлов от коррозии.
Однако по той причине, что разность потенциалов кадмия и железа невелика (сотые доли вольта), соотношение между потенциалами кадмия и железа в ряде случаев меняется и кадмий перестает электрохимически защищать железо. Так, в морской воде и в атмосфере, насыщенной морскими испарениями, кадмий является анодным покрытием, в условиях же обычной атмосферы кадмиевые покрытия относятся к катодным покрытиям.
Электрохимический эквивалент кадмия 2,1 — почти вдвое больший, чем цинка (1,22), поэтому при одинаковой плотности тока и выходе по току кадмиевое покрытие можно нарастить почти вдвое быстрее, чем цинковое покрытие такой же толщины. Для кадмирования применяются аноды, изготовляемые из кадмия марок Кд-0 и Кд-1 по ГОСТу 1467—67.
Кадмиевые покрытия применяются для защиты стальных деталей и изделий, эксплуатируемых в атмосферных условиях с высокой влажностью и в морском климате, а также при соприкосновении с морской водой. Кроме этого, покрытие кадмием используют для улучшения приработки деталей, работающих в условиях трения.
Кадмиевые покрытия неустойчивы в атмосфере, загрязненной сернистыми газами, продуктами испарения органических веществ и при контакте с деталями, про-олифенными или пропитанными растительными маслами.
Покрытия кадмием характеризуются прочным сцеплением с основным металлом, высокой пластичностью и эластичностью при развальцовке, штамповке и протяжке.
Для повышения защитных свойств кадмиевых покрытий применяются хроматирование и фосфатирование, а также дополнительная окраска лаками и эмалями.
Цвет кадмиевых покрытий серебристо-белый с синеватым оттенком, после хроматирования — радужный с цветами побежалости.
Толщина кадмиевых покрытий на деталях, эксплуатируемых в условиях морской атмосферы, должна быть 12—30 мк, в зависимости от назначения деталей. Для Деталей, непосредственно соприкасающихся с морской
177
водой и работающих в условиях морских испарений и туманов, толщина слоя кадмия должна быть не ниже 30— 36 мк.
Для резьбовых и крепежных изделий толщина покрытия кадмием составляет 3—12 мк в зависимости от диаметра деталей и класса точности. Толщина слоя кадмия для пружин диаметром 1 мм — 9—12 мк, для пружин диаметром свыше 1 мм до 2 мм — 12—15 мк.
При кадмировании с хроматированием или фосфатированием и последующим лакокрасочным покрытием для деталей, эксплуатируемых в атмосферных условиях и при воздействии морской воды, толщина слоя кадмия дается в пределах 12—15 мк.
Электролиты для кадмирования. Для осаждения кадмия применяются кислые и цианистые электролиты. Кислые во многом сходны с цинковыми электролитами, потому что содержат сернокислый кадмий, борную кислоту и коллоиды. Кадмиевые кислые электролиты обладают плохой рассеивающей способностью и дают преимущественно крупнокристаллические осадки кадмия, поэтому без добавок коллоидов невозможно получить удовлетворительные покрытия. В связи с этим кислые электролиты применяются редко.
В кислых ваннах хорошие мелкозернистые осадки получаются из такого электролита (в Г/л)-.
Сернокислый кадмий ... 150 Сернокислый магний ...	40
Борная кислота...... 15 Столярный клей.......1—2
Режим работы: температура 18—25° С; плотность тока DK = 1-?-2 а/дм2-, кислотность pH = 3-ь4.
Кислые кадмиевые электролиты в работе мало отличаются от цинковых кислых. Поэтому все указания в отношении вредных примесей (серебро, мышьяк, свинец и сурьма) и соблюдения режима процесса, приведенные для цинковых электролитов, относятся и к кадмиевым.
Кадмиевые покрытия с течением времени темнеют и теряют красивый вид. Для того чтобы они возможно дольше не изменялись, их осветляют путем промывки (0,5—1 мин) в растворе из 150 Г/л хромового ангидрида и 4 Пл серной кислоты. После осветления изделия промываются в воде и сушатся.
Для повышения твердости и увеличения износостойкости кадмиевых покрытий можно получать осадки с вклю-178
чением твердых частиц, например абразивных материалов — микропорошков корунда М14, М20.
Микропорошки добавляют в кислый электролит кадмирования в количестве 50 Пл, процесс осаждения ведут при интенсивном перемешивании при плотности тока 2 а!дм2. В результате получают светлые, гладкие, мелкокристаллические покрытия, включающие 0,5—3% корунда, обладающие повышенной микротвердостью и износостойкостью.
Наибольшее применение находят цианистые электролиты, в которых кадмий находится в виде комплексной цианистой соли кадмия и натрия и которые содержат значительный избыток свободного цианида.
Эти электролиты дают хорошие мелкозернистые осадки и обладают весьма высокой рассеивающей способностью. При приготовлении электролита исходят обычно из свеже-осажденного гидрата окиси кадмия или окиси кадмия, которые растворяются в цианистом натрии. Для улучшения растворения анодов в раствор добавляют сернокислый натрий, для увеличения электропроводности — едкий натр, для получения блестящих покрытий — соль никеля, а для улучшения структуры — декстрин или ализариновое масло.
Широкое применение имеет такой электролит (в Пл)'.
Окись кадмия.......40—45	Едкий натр............... 15—20
Цианистый натрий • •	•	150	Сернокислый никель ....	1,5
Сернокислый натрий .	.	40—50	Сульфированное касторо-
вое масло (ализариновое) • • 8—10
Режим работы: температура 25—30° С; плотность тока DK = 2-ь4 а!дм2\ выход по току 95%.
Для приготовления электролита цианистый калий растворяют в теплой воде, затем добавляют в раствор окись кадмия, которая растворяется при помешивании. После этого добавляют другие вещества, входящие (по рецепту) в электролит.
Электролит можно также приготовить на основе свеже-осажденного гидрата окиси кадмия, который получается прибавлением раствора едкого натра к раствору сернокислого кадмия.
Корректирование электролита заключается в поддержании установленной концентрации свободных цианистого натрия и едкого натра, которые при работе обычно
179
разлагаются с образованием углекислых солей. Рекомендуется добавлять один раз в декаду 5 Пл цианистого натрия и 3 Пл едкого натра.
Периодически, в зависимости от растворимости анодов, следует добавлять гидрат окиси кадмия (или окись кадмия), количество которого уточняется анализом, а также сульфированное масло и сернокислый никель.
Основной недостаток цианистых электролитов для кадмирования — это их ядовитость из-за возможного образования в растворе свободной синильной кислоты (сильнейшего яда). Поэтому обращение с цианистыми ваннами требует принятия мер предосторожности.
Неполадки в работе цианистых электролитов и их устранение. В цианистых электролитах для кадмирования при нормальной работе получаются светлые плотные и гладкие покрытия; аноды сохраняют свой вид и не чернеют. Газовы-деление на анодах и катодах незначительно и едва заметное.
Если осадки на катоде получаются темные и одновременно темнеют аноды, то это указывает на недостаток в электролите цианидов и щелочи, содержание которых необходимо увеличить. Если аноды становятся черными и плохо растворяются, электролит делается мутным, наблюдается выпадение осадков — это указывает на большой недостаток цианидов.
Аноды могут становиться черными также и при нормальном составе электролита, если их поверхность недостаточна, что обусловливает повышенную анодную плотность тока.
Сильное газовыделение на катоде при нормальном качестве покрытия указывает на низкое содержание солей кадмия при большом избытке едкого натрия. Шероховатые осадки могут получаться при загрязнении электролита анодным шламом.
В большинстве случаев, если в состав электролита входят чистые соли и соблюдается установленный режим процесса и периодическое корректирование, кадмиевые ванны работают нормально, без помех.
Для замены ядовитых цианистых электролитов может быть применен аммиакатный электролит для кадмирова-' ния, из которого получаются плотные мелкокристаллические, бело-матовые осадки кадмия. Электролит харак-180
теризуется хорошей кроющей способностью и может быть применен для покрытия деталей сложного профиля.
Состав электролита в Г/л:
Окись кадмия........12—15	Борная кислота 15—20
Хлористый кадмий • •  35—40	Клей столярный 0,8—1
Хлористый аммоний • • 180—200
Режим работы: катодная плотность тока DK — 1,5-?-2 а/дм2-, анодная плотность тока Оа — 3-1-4 а/дм2-, температура 25—30° С; кислотность pH = 6,3.
Приготовляется этот электролит аналогично аммиакатному электролиту для цинкования.
Хорошие результаты дает электролит для кадмирования на основе трилона «Б» в качестве комплексообразова-теля такого состава (в Пл):
Сернокислый кадмий............. 42
Едкий кали или едкий натр . .	20
Трилон «Б» (натриевая соль этиле-
нодиаминотетрауксусной кисло-
ты) ............................  75
Натрий сернокислый................ 45
Никель сернокислый.............1—1,5
Режим работы: плотность тока DK — 1,3-s-1,6 а/дм2 (без перемешивания) и DK = 2-^3 а/дм2 при перемешивании; температура 18—25° С; кислотность pH = 12-?-13.
Поверхность кадмиевых анодов должна быть в 1,5— 2 раза больше поверхности катода.
Рассеивающая способность электролита хорошая, прочность сцепления покрытия с основой достаточная.
Для замены ядовитых цианистых электролитов для кадмирования предложены составы на основе комплексов кадмия с аминопроизводными:
а) Кадмий сернокислый в Г/л.........128
Этилендиамин (в виде 20%-ного водного раствора) в мл/л...........375
Натрий сернокислый в Г/л...........35
Клей столярный или желатина в Г/л 2
Режим работы: плотность тока 0,7—1,5 а/дм2-, температура 18—30° С; pH раствора 8,5—9.
б) Окись кадмия в Г/л 	. 40—80
Хлористый аммоний в Г/л • • • 180—190 Этилендиамин (в виде 40%-ного
водного раствора) в мл/л . . 400—600
Клей столярный в Г/л . • . . 0,7—1,0
181
Режим работы: плотность тока 0,7—0,9 а/дм2; темпе-ура 17—25° С; pH раствора 9—9,5.
в) Окись кадмия в Г/л 	 •	40
Моноэтаноламин (75%-ный)
в мл/л ..........	400
Хлористый аммоний в Г/л	180
Клей столярный в Пл  •	• 0,8—1
Режим работы: плотность тока 0,7—1,0 а/дм2; температура 18—25° С; pH состава 9—9,5.
Для кадмирования также применяются комплексные полиэтиленполиаминовые электролиты, в которых получают мелкокристаллические светлые покрытия. Приводим состав такого электролита в Пл:
Кадмий сернокислый........... 90—ПО
Полиэтиленполиамин........... 100—140
Аммоний сернокислый.......... 100—300
Режим работы: плотность тока 0,6—0,8 а/дм2; температура электролита 20—40° С; pH == 7-ь 10; скорость осаждения 15 мк/ч.
Для пассивирования покрытия с получением пленки радужного оттенка рекомендуется раствор такого состава
(в Пл);
Хромовый ангидрид...........150
Азотная кислота.............100
Серная кислота ............. 50
Обработка при температуре 20° С в течение 2—4 сек.
ОЛОВЯНИРОВАНИЕ
Олово — серебристо-белый мягкий и пластичный металл, удельный вес 7,3 Г/см3, атомный вес 118,70, температура плавления 232е С.
Олово электрохимически не защищает железоуглеродистые сплавы против коррозии, потому что потенциал олова (—0,146 в) менее электроотрицателен, чем потенциал железа; поэтому оловянное покрытие защищает черные металлы от ржавления только тогда, когда оно сплошное и беспористое. В противном случае олово даже ускоряет коррозию.
Благодаря низкой температуре плавления олова в промышленности широко применяются покрытия погруже-182
нием в расплавленный металл. Горячий метод покрытия оловом является наиболее распространенным в производстве белой жести.
В последнее время для получения беспористых покрытий применяются способы гальванического лужения с последующим оплавлением слоя олова путем нагрева в специальных печах или токами высокой частоты.
Для гальванического лужения применяются кислые электролиты, в которых олово двухвалентное, и щелочные станнатные электролиты, содержащие олово в четырехвалентной форме.
Осаждение олова из кислых растворов происходит в 2 раза быстрее, чем из щелочных. 1 а-ь-ч при 100%-ном выходе по току осаждает из кислого электролита 2,2 Г олова, а из щелочного 1,1 Г. В кислых электролитах допускается более высокая плотность тока. Выход по току в них также выше (90% против 60% в щелочных). Рассеивающая способность кислых электролитов ниже, чем щелочных. Кислые электролиты применяются преимущественно для покрытия плоских изделий листов и проволоки.
Преимуществом щелочных ванн является их высокая рассеивающая способность, что делает их незаменимыми для покрытия изделий сложной формы и получения осадков олова, имеющих очень тонкую структуру. Недостатками щелочных электролитов являются: медленность осаждения, неустойчивость состава и пассивирование анодов, а „также необходимость подогрева.
Оловянные покрытия характеризуются хорошим сцеплением с основным металлом и эластичностью; они хорошо выдерживают изгибы, вытяжку и развальцовку; сохраняются на резьбе при свинчивании; в свежеосажденном состоянии обладают повышенной способностью к пайке. Покрытия оловом очень пористы; уменьшение пористости достигается оплавлением покрытия, что значительно увеличивает его стойкость.
При низких температурах (от +13° С и ниже) покрытия становятся хрупкими, так как олово переходит в__£ерукщ.модификацию.
Оловянные покрытия обладают высокой химической стойкостью, они устойчивы к воздействию органических кислот и сероводорода, растворов нейтральных солей и воды, а также в условиях тропической атмосферы;
183
соединения олова относительно безвредны для человеческого организма. Эти свойства обусловили широкое применение оловянных покрытий для защиты консервной тары, аппаратуры пищевой промышленности, молочной посуды, столовых приборов и инвентаря. Покрытия оловом обладают хорошей контактной проводимостью, благодаря чему они широко используются в электро-и радиопромышленности.
Толщина оловянных покрытий с подслоем никеля на токопроводящих деталях, изготовленных из стали, должна быть в пределах 18—21 мк (в том числе слой никеля 9 мк, слой олова 9 мк), на деталях из меди и медных сплавов толщина покрытия 12—15jhk (в том числе слой никеля 3 мк, олова 9 л: к).
При лужении с оплавлением для деталей, подвергающихся пайке, толщина покрытия оловом с подслоем никеля или меди должна быть 6—9 мк (в том числе слой никеля или меди 3—6 мк). Для защиты при азотировании толщина слоя олова дается в пределах 9—12 мк.
Кислые электролиты. Основной солью этих электролитов является сернокислое олово. Кроме того, в электролит добавляют серную кислоту и сернокислый натрий, которые увеличивают электропроводность раствора. Серная кислота также предупреждает окисление двухвалентного олова в четырехвалентное и выпадение последнего в осадок. Для получения мелкокристаллических отложений необходимо вводить коллоидные вещества, как, например, клей, желатин, фенол и органические сульфоновые кислоты.
Приводим распространенные составы электролитов для оловянирования (в Пл):
Сернокислое олово	50	Сернокислый натрий	50
Серная кислота	50	Фенол ............. 10
Клей столярный	2
Режим работы: плотность тока DK = 1,2 а!дм2-, температура электролита не выше 25° С.
Широкое применение имеет такой электролит (в Пл)'.
Сернокислое олово .....	• • 54
Серная кислота ...................... 100
Карболовая кислота сырая............. 10
или крезол........................20—30
» фенол..........- • .	• • 20—30.
Клей столярный .................  .	1—2
184
Режим работы: плотность тока без перемешивания DK — = 1 -j-2 а/дм2-, при слабом механическом перемешивании DK = 2-^4 а/дм2- воздушное перемешивание не ре-комендуется; температура 21)—30" С; выход по току 90%; аноды иЛбКуГйные, их следует 2—3 раза в смену очищать от шлама.
Приготовление электролита. Сернокислое олово можно получить вытеснением оловом меди из раствора медного купороса и электролизом с помощью пористой перегородки — диафрагмы или без нее. Непосредственно растворение олова в серной кислоте протекает очень медленно. При получении сернокислого олова по методу вытеснения нужно к раствору купороса, подкисленному серной кислотой, добавлять мелкозернистое гранулированное металлическое олово при нагревании и помешивании. Олово вытесняет из раствора медь с образованием сернокислого олова.
Приготовление электролита методом анодного растворения олова с помощью пористой диафрагмы производится так. Ванну наполняют водой ниже рабочего уровня на 15 см и добавляют серную кислоту (удельный вес 1,84/7cjw8) из расчета 72 Пл. На катодные штанги завешивают пористые, изготовленные из кислотоупорной, негла-зурованной глины сосуды (3—4 шт.), наполнив их этим же раствором серной кислоты, и помещают в них катоды из очищенных свинцовых или медных полос. На анодные штанги завешивают оловянные аноды. Плотность тока на аноде должна быть 2—3 а/дм2, а на катоде — до 30 а/дм2. При пропускании тока олово с анодов будет переходить в раствор с образованием сернокислого олова. Продолжительность растворения зависит от силы тока и объема электролита. За каждый ампер-час в раствор с анода переходит 2 Г олова. Если требуется, согласно рецептуре,' иметь в электролите 54 Г/л сернокислого олова, что соответствует 30 Пл металлического олова, то на каждый литр раствора потребуется пропустить 15 а-ч тока.
Отсюда, примерно, для ванны емкостью 600 л, при силе тока в 200 а продолжительность процесса составит 600-15 .с ~200~ = 45 ч-
В течение процесса необходимо для поддержания уровня через каждые 2 ч добавлять в пористые сосуды воду.
185
После окончания процесса проверяют аналитически содержание олова в растворе, затем добавляют клей и крезол и приступают к проработке ванны, которая может продлиться 10—16 ч.
Фенол или крезол для предупреждения всплывания вводятся в виде смеси со столярным клеем. Клей предварительно следует вымочить в воде в течение суток, затем воду с набухшего клея слить, а клей растворить в горячей воде. После этого раствор клея тщательно смешивается с крезолом или с карболовой кислотой и полученная эмульсия при перемешивании выливается в ванну. Раствор в ванне при этом становится мутным, но скоро светлеет и приобретает нормальный желтовато-зеленый цвет.
Корректирование электролита сводится к периодическому пополнению его оловом, серной кислотой и к введению добавок (клей, крезол). Олово добавляется в виде концентрированного раствора сернокислого олова, полученного электролизом или химическим методом. Клей и крезол или карболовая кислота добавляются в виде эмульсии периодически, примерно из расчета 1 Пл карболовой кислоты и 0,1 Пл клея на каждые пропущенные 10 а-ч на 1 л электролита. Серная кислота добавляется непосредственно в ванну при помешивании.
Некоторое применение имеет солянокислый электролит такого состава (в Пл):
Двухлористое	Соляная кислота
олово ,	40	(удельный вес
1,19 Г/см3) . .0,5—1
Фтористый натрий 40 Клей столярный 1
Режим работы: плотность тока 1—1,5 а/дм2; температура 18—25° С.
Неполадки при оловянировании в кислых электролитах и их устране-н и е. При нормальной работе осадки олова на катоде получаются плотными гладкими и светлыми. Газовыде-ление на электродах незначительное, а аноды покрываются черным шламом и поверхность их становится шероховатой.
Темные осадки образуются при наличии в электролите меди, которую можно удалить проработкой током при низком (1—1,5 в) напряжении. Получение грубых 186
и неплотных осадков может быть вызвано недостатком поверхностно-активных веществ в электролите; в этом случае следует добавить крезол, фенол или карболовую кислоту.
Грубая крупнокристаллическая структура покрытия на всей поверхности наблюдается при недостатке в электролите клея.
Пористые осадки получаются при недостатке в электролите солей олова. Для устранения этого следует добавить в ванну концентрированный раствор сернокислого олова.
Появление нерастворимого в электролите осадка (вследствие гидролиза сернокислого олова) свидетельствует о недостатке серной кислоты в электролите, содержание которой следует поддерживать в пределах 40— 50 Пл. х
Значительное газовыделение на анодах указывает на их пассивирование. Поэтому аноды рекомендуется несколько раз в смену вынимать и очищать от корок и шламов. Шлам следует улавливать и использовать при приготовлении сернокислого олова химическим способом.
Получение блестящих оловянных покрытий достигается при введении в электролит, состоящий из сернокислого олова и серной кислоты, эмульсии смоляных масел и сульфированных спиртов (октилового, оптилового и гексилового, являющихся продуктом термокрекинга нефти).
Блестящие осадки получают в электролите такого состава:
Сернокислое олово в Г/л , .	80—90
Серная кислота в Г/л . . .	130—150
Сульфированная смесь спирта
в мл[л...................... 8
Смоляное масло в мл/л (Вет-лужского лесокомбината)	б
Режим работы: температура 15—30° С; плотность тока DK = 3-^6 a/дм2-, перемешивание качанием катодной штанги 50—60 в минуту.
Блестящие покрытия получаются при толщине слоя олова не менее 2—3 мк, электролит характеризуется выравнивающей способностью.
Для предотвращения появления желтых пятен применяют катодную обработку в растворе углекислого
187
натрия 30 Г/л при температуре 40—60° С и плотности тока 5 а/дм2 в течение 0,5—1 мин.
Щелочные электролиты. Осадки олова из щелочных ванн получаются мелкокристаллическими и плотными, ванны обладают хорошей рассеивающей способностью и, несмотря на малый выход по току, находят широкое применение, особенно для покрытия рельефных, сложной формы изделий.
В щелочных электролитах олово находится преимущественно в виде четырехвалентных ионов, при взаимодействии которых с едким натром получается соединение, носящее название станнат, поэтому электролиты для лужения называются станнатными.
Кроме станната, в электролите должен содержаться едкий натр в свободном виде для облегчения растворения анодов. В электролит также добавляют уксусный натрий, который является буфером, поддерживающим постоянство pH, и перекись водорода, которая, выделяя кислород, окисляет двухвалентные ионы олова в четырехвалентные, содействуя этим нормальной работе электролита.
Состав станнатного электролита, дающего хорошие результаты, следующий (в Г/л):
Станнат натрия 60—90	Уксуснокислый
натрий .... 15—20
Едкий натр ... 10	Перекись водорода .................................... 2
Режим работы: плотность тока DK — 1,5 ^-2 а/дм2-, температура 65—75° С; напряжение на ванне 3,5—4,5 в; выход по току 80%.
В качестве щелочного электролита для обычных условий лужения часто применяется раствор такого состава (в Г/л)-.
Двухлористое олово..........40
Едкий натр ... 60
Режим работы: плотность тока DK = 0,5 а/дм2’, температура 60—70° С; напряжение на ванне 3,5—4 в; выход по току 70 %.
Анодная поверхность должна быть больше катодной в 2—3 раза. Рекомендуется применять нерастворимые 188
аноды — лучше никелевые для сохранения в растворе четырехвалентного олова.
При работе со щелочными ваннами наибольшее внимание нужно уделять содержанию щелочи в растворе. Избыток щелочи вызывает образование темных губчатых отложений. Недостаточная щелочность приводит к отложению неплотных губчатых осадков. Для уменьшения влияния избытка щелочи рекомендуется добавлять уксусную кислоту и перекись водорода или перборат натрия.
Приготовление электролитов. Приготовление электролита по способу анодного растворения металлического олова в растворе едкого натра производят следующим образом. Ванну наполняют раствором едкого натра, взятого из расчета 60 Пл, подогревают на 60—70° С и завешивают оловянные аноды. На катодную штангу подвешивают несколько пористых сосудов (диафрагм) из неглазурованной глины, заполняют их тем же раствором и внутрь помещают стальные никелированные аноды. Анодная плотность тока должна быть 1—2 а!дм2, плотность тока на катоде может достигать до 30 а! дм2, необходимое напряжение на ванне 6—8 в.
При анодном растворении олово переходит в раствор главным образом в виде двухвалентных ионов, причем практически с анодов в раствор переходит за 1 а-ч 0,7—0,8 Г олова. Для нормальной работы электролита нужно, чтобы олово находилось в нем в виде четырехвалентных ионов.
Практически для осуществления этого в начале процесса в течение 10—15 мин работают при повышенной плотности тока на аноде в 4—5 а! дм?, что достигается повышением напряжения на ванне или уменьшением количества анодов. При этом аноды частично пассивируются и приобретают желто-золотистый цвет, который указывает на то, что в раствор переходит олово в четырехвалентной форме. После этого плотность тока на аноде снижают до нормальной (1—2 а! дм2), аноды при этом должны сохранить желтоватый цвет.
Если после такой обработки аноды все же покрываются черным или темно-серым рыхлым налетом, то это указывает на ненормальное течение процесса и переход в раствор двухвалентного олова. В этом случае необходимо аноды вынуть, почистить и снова повторить указанный режим, повысить на 10—15 мин плотность тока на аноде.
189
Для лучшего окисления двухвалентного олова рекомендуется один раз в смену добавлять 1—2 Г1л 10%-ной перекиси водорода.
Приготовление электролита по описываемому способу довольно длительно. Если по составу в электролите должно быть 90 Г/л станната, что соответствует 50 Пл металлического олова, то потребуется затратить на каждый литр 50 : 0,8 = 60 а-ч.
После окончания процесса анодного растворения, что определяется анализом, добавляют в раствор все остальные компоненты, доливают ванну водой до рабочего уровня, затем, если требуется, производят корректирование и приступают к работе.
Если приготовляют раствор, исходя из двухлористого олова, то поступают следующим образом. В отдельных сосудах растворяют двухлористое олово и едкий натр (взятый из расчета 60 Пл). После этого, осторожно помешивая, приливают раствор щелочи к подогретому раствору оловянной соли; при этом выпадает белый осадок (гидрат окиси олова), который растворяется затем в избытке едкого натра и получается раствор станната, в котором олово находится в виде двухвалентных ионов.
Для перевода двухвалентного олова в четырехвалентное производят анодную проработку током аналогично описанной в предыдущем методе.
Если исходить из четырехвалентного олова, то при взаимодействии с едким натром получается непосредственно раствор станната.
Неполадки в работе щелочных ванн. Наиболее часто встречающимся недостатком является по-' лучение темных, губчатых осадков. Получение таких осадков может быть обусловлено повышенной плотностью тока, слишком большим содержанием щелочи и наличием в электролите двухвалентного олова, образующегося при ненормальной работе анодов. Для устранения последней причины следует пассивировать аноды, предварительно их прочистив путем временного повышения анодной плотности тока (до 4—5 а/дм2) и введением окислителей, как это было указано при описании метода получения электролита анодным растворением.
Если аноды приобретают темно-серый цвет, то это указывает на малую плотность тока и обогащение электролита двухвалентным оловом.
190
Устранить это явление следует также пассивированием анодов до получения на них желтовато-золотистого налета.
Вообще нормальная работа станнатных ванн обеспечивается поддержанием установленной концентрации олова в свободной щелочи, а также нормальной работой анодов и отсутствием в электролите двухвалентного олова, что контролируется систематическими анализами. Следует остерегаться попадания в электролит анодного шлама, который вызывает получение темных шероховатых отложений олова.
НИКЕЛИРОВАНИЕ
Никель — серебристо-белый металл довольно твердый, хорошо противостоящий действию атмосферного воздуха, щелочей и некоторых кислот. Удельный вес никеля 8,9 Г!см\ атомный вес 58,69; электрохимический эквивалент 1,095; нормальный потенциал никеля 0,23 в, температура плавления 1452° С.
По отношению к железу никель является более благородным металлом, поэтому основной металл — углеродистые сплавы — защищается никелем от коррозии только при отсутствии пористости, обнаженных и непокрытых мест. Большая склонность никеля к пассивированию значительно повышает его химическую устойчивость.
Цвет никелевых покрытий серебристо-белый с желтоватым оттенком; они легко полируются, но со временем тускнеют. Покрытия характеризуются мелкокристаллической структурой, хорошим сцеплением со стальной и медной основой и способностью пассивироваться на воздухе. В тонких слоях (до 25 лш) покрытия никелем отличаются значительной пористостью, которая уменьшается с увеличением толщины слоя; для снижения пористости широко применяется предварительное меднение стальных изделий.
Твердость никелевых покрытий равна 300—360 единицам по Виккерсу, отражательная способность составляет 58—62%.
Покрытия никелем хорошо противостоят воздействию щелочей, но характеризуются неустойчивостью к сернистым соединениям.
Никелевые покрытия применяют главным образом в защитно-декоративных целях в виде самостоятельного
191
покрытия или в качестве одного из слоев в многослойных покрытиях.
Они находят применение также для защиты от коррозии химического оборудования, работающего в щелочной среде, и для повышения поверхностной твердости с целью упрочнения трущихся поверхностей деталей и восстановления их размеров. Твердость осадков никеля повышается путем совместного осаждения с фосфором и кобальтом.
Никелевые покрытия характеризуются удовлетворительной способностью, равномерно распределяются на профилированной поверхности, легко обрабатываются, коэффициент линейного расширения никеля близок к таковому у стали.
Толщина никелевых покрытий на деталях из меди и медных сплавов должна быть: для легких условий эксплуатации 6—9 мк, для средних условий 12—15 мк.
При покрытии стальных деталей никель осаждается на подслой меди; толщина покрытий для легких условий эксплуатации должна быть 15—18 мк (в том числе толщина слоя меди 9 мк, никеля 6 мк), для средних условий толщина покрытия составляет 30—36 мк (в том числе толщина слоя меди 18 мк, никеля 12 мк). Для деталей, работающих в атмосферных условиях, толщину покрытий увеличивают до 48—60 мк (в том числе толщина слоя меди не меньше 30 мк, никеля 12 мк), при этом рекомендуется дополнительно наносить верхний слой хрома толщиной до 1 мк.
Никелевые покрытия применяются весьма широко для отделки изделий в самых различных областях промышленности: в автомобильной и велосипедной промышленности, в производстве изделий широкого потребления и т. д.
Обладая рядом несомненных достоинств, никелевые покрытия не лишены, однако, серьезных недостатков. Одним из наиболее отрицательных свойств никелевых покрытий является то, что они всегда в большей или меньшей степени пористы, что снижает противокоррозионную стойкость покрытия.
Электролиты для никелирования. Основной солью всех никелевых электролитов является сернокислый никель или никелевый купорос. Двойная соль никель-аммония хотя и употребляется, но имеет ограниченное применение,
192
так как обладает невысокой растворимостью (всего лишь 60—75 Пл), что не позволяет из этой соли составлять достаточно концентрированный раствор, в котором возможно было бы применять повышенную плотность тока.
Для улучшения свойств никелевого электролита к нему добавляют сернокислые соли натрия, магния Или аммония, борную кислоту и хлориды.
Для увеличения электропроводности раствора применяется сернокислый натрий (сульфат натрия). Сернокислый магний в количестве 3—5 Г/л повышает кроющую способность раствора, в больших же количествах (до 50 Г/л) придает белый цвет осадку никеля, но делает его более мягким.
Сернокислый аммоний повышает твердость осажденного никеля, способствует получению мелкозернистого покрытия и затрудняет так называемое «загорание» осадка при высоких плотностях тока. Хлористый натрий или хлористый никель вводятся для устранения пассивирования анодов. Борная кислота является буфером и регулирует устойчивую кислотность никелевого раствора. Все соли и кислоты для электролитов должны применяться только чистые.
Для никелирования применяют аноды, изготовляемые из никеля марок НПА1 и НПА2 (обычного качества) по ГОСТу 492—52 и непассивируюшиеся — из никеля марки НПАН (по ГОСТу 492—52).
В течение процесса электролиза аноды могут пассивироваться, что сопровождается запахом хлора и падением pH электролита. Для устранения этого явления рекомендуется в электролит добавлять хлориды, поверхность анодов очищать и увеличивать площадь.
Для никелирования в стационарной ванне широкс применяется следующий состав электролита (в Г/л):
Никель сернокислый . , 140—250 Борная кислота .... 25—ЗС Натрий сернокислый . , 40—60	Хлористый натрий или
Магний сернокислый . . 20—30	хлористый калий . . . 5—7
Режим работы: при температуре 18—20° С плотность тока DK = 0,5-к 1,0 а/дмг: при температуре до 30—35° С плотность тока DK = 1,2<-1,5 а1дм2\ pH = 5,25,8; при воздушном перемешивании или при помощи качающихся катодных штанг плотность тока можно увеличить до 2,5 а/дм2.
193
В электролитах для никелирования мелких изделий в колоколах и барабанах с целью улучшения электропроводности увеличивают содержание сернокислого натрия до 100—125 Пл.
Увеличение скорости осаждения никеля возможно при применении подогрева, воздушном перемешивании и непрерывной фильтрации в электролитах с повышенной концентрацией сернокислого никеля, например такого состава (в Пл):
Никель сернокислый . . 375—425
Натрий сернокислый . . 100—160
Никель хлористый . . . 25—30
Борная кислота..........30—45
Фтористый натрий ....	2—3
Режим работы: плотность тока 4—12 а!дм2\ температура электролита 55—60° С; pH = 3,5-^-4,5.
При приготовлении электролитов все составные части электролита растворяют в отдельных сосудах.
Сернокислый никель растворяют при нагреве до температуры 75—90° С. Остальные соли разводят в теплой воде, а борную кислоту — в воде, нагретой до 85° С; нагревать ее до более высокой температуры не следует, так как борная кислота переходит в метабор ную с более слабо выраженными буферными свойствами.
После растворения и отстаивания растворы осторожно декантируют в рабочую ванну так, чтобы все нерастворимые примеси и грязь остались на дне сосудов, затем добавляют воду до требуемого уровня. После перемешивания электролита проверяют его кислотность по pH. 
Обычно кислотность нового электролита бывает выше нормальной и для понижения кислотности в раствор добавляют при интенсивном перемешивании щелочь в виде 3%-ного раствора едкого натра. Спустя 5—10лш«, после этого проверяют pH.
При отсутствии точного прибора (потенциометра) для определения величины pH и приближенного определения кислотности применяют индикаторные бумажки.
Блестящее никелирование. Методы получения блестящих отложений никеля основаны на стремлении получить структуру осадка, в котором кристаллы осаждаемого металла располагаются определенным образом в одной плоскости, т. е. определенно ориентированы.
194
Для блестящих покрытий осадки должны быть весьма мелкозернистыми. Для этого добавляют очень малые количества некоторых металлов, например кадмия и кобальта, а также органические коллоидальные вещества, соли органических кислот и др.
В результате работ Н. Т. Кудрявцева установлено, что наиболее эффективное действие при получении блестящих покрытий оказывает добавка к никелевому электролиту натриевой соли дисульфонафталиновой кислоты. В таком электролите при перемешивании сжатым воздухом или без него после непродолжительной проработки током можно получать блестящие покрытия без корректирования ванн в течение длительного времени.
Эффективность блестящего никелирования заключается в следующем. Устраняется довольно трудоемкая операция — полирование (глянцовка) после никелирования и связанное с этим снятие части слоя никеля. Кроме того, при этом экономятся дефицитные материалы; хлопчатобумажные круги и пасты, применяемые при полировании; окись хрома; стеарин и др. Значительно (на 30—35%) уменьшается пористость никелевого покрытия против обычного матового никелирования и улучшаются защитные свойства изделий. Улучшается цвет покрытия, устраняется желтизна. Покрытие по цвету приближается к блестящему хромовому покрытию. Блестящее никелевое покрытие обладает более высоким коэффициентом отражения света, чем полированный никель.
К недостаткам блестящего никелирования относится то, что блестящее покрытие обладает повышенной хрупкостью, однако при известной проработке электролита, при определенном режиме работы ванн, эта хрупкость исчезает, во всяком случае до толщины порядка 0,015— 0,020 мм, и только в более толстых слоях хрупкость становится заметной.
Блестящее никелирование рекомендуется для изделий из цветных металлов и изделий из стали с предварительным меднением.
Вредные примеси в никелевых электролитах с добавкой дисульфонафталиновой кислоты оказывают такое же действие, как и в обычных никелевых электролитах. Так, например, блеск покрытия не зависит от присутствия железа, но хрупкость при наличии железа становится значительной.
195
Для блестящего никелирования широкое применение нашел электролит такого состава (в Пл)'.
Никель сернокислый	.....	210
Борная кислота .................... 30
Натрий хлористый	...	...	6
Натрин фтористый	............. 5
2,6- и 2,7-дисульфонафталиновая кислота ..............................2—3
Формалин (40%-ный)	,	........ 1
Режим работы: плотность тока DK = 1,5-ь2,5 а/дм2-, температура электролита 30—35° С; pH = 5,5->5,8; необходимо перемешивание электролита и непрерывная фильтрация; без перемешивания плотность тока не выше 0,5—0,6 а/дм2.
Необходимым условием для получения хороших результатов при блестящем никелировании является правильная и тщательная подготовка поверхности и безукоризненное соблюдение технологического режима.
Признаком ненормальной работы ванны является отсутствие блеска в никелевом покрытии при нормальных pH и режиме электролиза. Причиной может быть обеднение электролита по содержанию дисульфонафталиновой кислоты или загрязнение небольшим количеством примесей меди, цинка и свинца. В этом случае следует добавить дисульфонафталиновую кислоту (согласно рецепту) и проработать ванну. Если покрытие на краях деталей блестящее, а в середине матовое, это указывает на недостаточное количество дисульфонафталиновой кислоты или на малую плотность тока. Покрытие в середине детали блестящее, а на краях темное может быть при слишком высокой плотности тока или высоком pH и пониженной температуре. Желтый оттенок блестящего покрытия бывает при отсутствии или недостатке фторидов; зеленый налет, стирающийся при протирке, наблюдается при защелачивании электролита.
Блестящие никелевые покрытия могут быть также получены в электролитах, содержащих соли кадмия. Для этих целей находит применение аммиачный электролит такого состава:
Никель сернокислый в Г/л . . . 200—220 Аммоний сернокислый в Г/л . .	20—25
Калин хлористый в Г/л ....	10—12
Аммиак 25%-нын в мл/л .... 250—300 Кадмий сернокислый в Г/л . . . 0,10—0,18
196
Режим работы: плотность тока DK = 1,0-ь6,0 а!дм2 (верхний предел при перемешивании электролита); температура 20—25° С; pH = 7,8-г-7,9.
Избыток солей кадмия вреден, так как ведет к появлению на покрытии темных полос.
Блестящие эластичные покрытия никелем получаются при покрытии в барабанных ваннах и в обычном электролите с добавками сернокислого кадмия в количестве 0,06—0,08 Г/л за 1—2 ч до выгрузки деталей из барабана.
Рис. 53. Схема осаждения никеля с выравниванием поверхности:
а — из обычного электролита; б — из электролита с выравнивающими добавками
Повышение концентрации солей кадмия вызывает появление темных пятен на покрытии, в этих случаях следует проработать (4—5 ч) барабанную ванну, загрузив ее случайными катодами (бракованными деталями).
Хорошие результаты получаются при последовательном покрытии мелких деталей в двух барабанных ваннах. Сначала никелируют положенное время (2—3 ч) в обычном электролите для матового покрытия, а затем барабан перегружают в ванну с электролитом, имеющим в составе сернокислый кадмий (0,07 Пл), и производят осаждение поверх матового блестящего никеля в течение 0,5—1 ч. Получаются блестящие эластичные покрытия.
Блестящее никелирование с выравниванием поверхности. На ряде предприятий внедрен новый электролит для блестящего никелирования с выравниванием поверхности. Электролит выравнивает микрогеометрические и частично макрогеометрические неровности поверхности и дает блестящие покрытия на неполированной матовой основе (рис. 53).
Осадок получается твердым, пластичным и почти беспо-ристым, что обусловливает высокую устойчивость против коррозии. Хороший блеск покрытия позволяет хромировать его без механического полирования. Характерно, что никелевый осадок обладает свойством не смачиваться
197
водой — после промывки на покрытии остается вода в виде капель, однако это не мешает последующему хромированию.
Применение этого метода никелирования дает возможность уменьшить требуемую по стандарту толщину покрытия за счет экономии никеля, снимаемого при полировании.
Наиболее часто применяется электролит такого состава:
Сернокислый никель в Г/л ........ Хлористый никель в Г/л ................
Борная кислота в Пл....................
Паратолуолсульфамид (блескообразователь)
или хлорамин «Б» в Г!л...............
Аитипиттииговая добавка (синтапон в порошке или мыльный корень) в Г/л . .
Сахарин (для устранения хрупкости) в Г/л Выравнивающая добавка в мл/л ..........
Формальдегид (40%-ный, ежедневная добавка) в мл/л..................  .
Выравнивающая добавка готовится
компонентов:
250—300
60—80
30—40
4
0,04—0,05
2—3
4
0,02
из следующих
Кумарин в Г . . 125
Ледяная уксусная кислота в мл . 450
Углекислый кель в Г
Вода в л
ни-
150
... До 1
Формальдегид добавляется в электролит для стабилизации блескообразующей добавки. Режим работы: плотность тока DK = 5ч-6 а!дм2\ температура 55—65° С; кислотность pH = 4,5ч-5,5. Перемешивание пневматическое или при помощи качающихся, штанг. Для анодных чехлов рекомендуется применять ткань «хлорин», обладающую стойкостью к кислотам и щелочам.
При толщине слоя 15—20 мк выравнивание поверхности достигается с получением блестящего покрытия. При осаждении т^эехслойных покрытий совершенно отпадает необходимость в полировании меди и никеля.
При приготовлении электролита для блестящего никелирования с выравниванием поверхности все компоненты, кроме добавок, растворяются, как в обычных электролитах. Так как электролит чувствителен к загрязнениям, раствор после приготовления фильтруют через активированный уголь, а затем проработкой при низких плотностях тока (0,1—2 а! дм2) очищают от меди и свинца. Так как катоды должны иметь при этом большую площадь, то для их изготовления лучше всего применять гофрированную жесть. Применяемый для очистки от
198
примесей электролит проводят при температуре 55е С и перемешивании в течение 40—60 ч.
В приготовленный таким образом электролит прибавляют рассчитанное количество добавок в следующем порядке:
1)	антипиттинговую добавку — синтапон — растворяют в части электролита при нагреве, раствор фильтруют и переливают в рабочую ванну; при этом необходимо, чтобы по всей поверхности электролита находилась тонкая пленка пены;
2)	блескообразователь—паратолуолсульфамид—растворяют по частям в малом количестве электролита притемпера-туре 80—90° С, фильтруют и переливают в рабочую ванну;
3)	добавку для выравнивания поверхности вливают прямо в электролит;
4)	формальдегид добавляют непосредственно в электролит.
Вследствие того что концентрацию добавок аналитическим методом установить нельзя, при корректировании электролита прибавляют их по мере уменьшения блеска никелевого осадка.
К числу новых электролитов для получения зеркальных эластичных осадков никеля относятся такие, где в качестве выравнивающих добавок применены бутиндиол и хлорамин Б.
1,4-бутандиол (36—38%-ный) представляет собой маслянистую жидкость коричневого цвета со слабым специфическим запахом, удельный вес 1,055—0,65 Псм3 (ТУУХ 57/0638—64).
Хлорамин Б — бензосульфохлорид натрия в виде порошка, известен как антисептик.
Приготовление этих электролитов несложно, так как не требуется специального растворения добавок, а также упрощается корректирование.
Хорошие результаты были получены при применении следующих двух электролитов (в Пл):
Первый электролит
Никель сернокислый.............. 250—300
Натрий хлористый............... 10—15
Борная кислота................. 30—40
Хлорамин «Б»................... 2—2,5
1,4-бутиндиол(или 1,0—1,5 мл/л) , .	0,3—0,5
Формальдегид (40%-ный).........0,1—0,03
Жидкость «Прогресс»............ 0,003—0,005
199
Режим работы: температура 48—52° С; плотность тока DK = 1-Т-2 а/дм2\ кислотность pH = 4,5-ь5,5; перемешивание сжатым воздухом; фильтрация — непрерывная через фильтр—пресс; селективная очистка — непрерывно при плотности тока 0,1—0,2 и напряжении 0,8—1,0 в; скорость осаждения 0,3—0,4 mkJmuh.
П р и г о т о вление электролита. Рассчитанное количество сернокислого никеля, хлористого натрия и борной кислоты растворяется в отдельной емкости при температуре кипения, затем вводится 1—2 Пл активированного угля марки БАУ (ГОСТ 6217—52) для очистки от органических примесей и кипятится 2 ч при перемешивании. После отстаивания раствор фильтруют через фильтпресс в рабочую ванну и доливают до уровня смягченной водой. Блескообразующие и выравнивающие добавки— хлорамин Б, 1,4-бутандиол и формальдегид — вводятся каждая в отдельности непосредственно в ванну.
Корректирование электролита. Бле-скообразующие и выравнивающие добавки вводятся следующим образом:
а)	хлорамин Б — один раз в неделю (перед выходным днем) в количестве 0,6—0,8 Г!л (в виде порошка), засыпается непосредственно в ванну при перемешивании;
б)	бутиндиол вводится ежедневно в количестве 0,1 мл'л при перемешивании.
Электролит для блестящего никелирования, позволяющий получить блестящий осадок с большой степенью выравнивания в большом интервале плотностей тока, что позволяет применять его как в стационарных ваннах, так и в автоматах для покрытия деталей разного профиля, имеет такой состав:
Второй электролит
Никель сернокислый в Пл . . , 280—300
Никель хлористый в Г/л ....	40—50
Бориая кислота в Г/л ...	30—35
Сахарин в Г/л .........	0,7—1,2
1/г бути и диол ..............0,2—0,5
Фталамид в Г/л................0,08—0,1
Формальдегид (40%-ный) в мл/л	0,001—0,05
Режим работы: температура 50—60° С; плотность тока катодная DK — 2-ь15 а! дм2-, плотность' тока анодная Da — 1-ь2 а!дм2\ кислотность pH = 3,5-ь4,0; перемешивание сжатым воздухом; фильтрация непрерывная.
200
Приведенные электролиты и режимы работы успешно применяются и дают хорошие результаты на ряде заводов.
Черное никелирование. В производстве оптических приборов, а также для декоративных целей находят применение никелевые покрытия черного цвета. Черный цвет покрытия объясняется образованием сернистого никеля в смеси с цинком и металлическим никелем. Для покрытия применяется электролит следующего состава (в Пл}'.
Двойная сернокислая ни-кельаммониевая соль 60 Сернокислый цинк ... 7,5 Роданистый натрий ... 15
Режим работы: плотность тока DK = 0.1 а/дм2-, напряжение 0,5—0,7 в.
Для улучшения противокоррозионных свойств рекомендуется покрытие черным никелем осаждать поверх слоя обычного никеля.
Корректирование никелевых электролитов. Как правило, не реже одного раза в месяц следует производить анализ раствора на содержание никеля, сульфата, хлора, магния и борной кислоты. В случае неполадок, вызванных загрязнением, аналитически определяется содержание в электролите железа, меди, цинка, азотной кислоты и свинца.
Основное при корректировании — это поддержание в требуемых пределах кислотности электролита, т. е. контроль pH. При чрезмерно повышенной кислотности никель вовсе не осаждается. Электролит при этом становится прозрачным, изумрудного цвета. При низкой кислотности в электролите образуется гидрат окиси никеля, способствующий отслаиванию покрытия и вызывающий его хрупкость. Электролит становится мутным. Осадок никеля при этом приобретает желтоватый оттенок.
Величину кислотности электролита следует определять ежедневно. При повышенной кислотности в раствор добавляют углекислый никель (не более 0,5 Г/л) или 3%-ный раствор едкого натра при интенсивном перемешивании. Спустя 5—10 мин, после добавления снова проверяют кислотность и так поступают до тех пор, пока значение pH не достигнет требуемого.
Если электролит защелочился, т. е. кислотность его ниже нормальной, то добавляют 3%-ный раствор чистой
201
серной кислоты (не более 0,05 Пл), после чего электролит перемешивают и снова проверяют кислотность.
Не следует корректировать ванну «на глаз» и спешить с введением в ванну добавок, а предварительно проверить pH и привести раствор к нормальной кислотности, а также проверить режим никелирования.
Необходимо иметь в виду, что большинство неполадок и осложнений при никелировании происходит по причине плохой подготовки поверхности деталей перед покрытием и из-за несоблюдения технологического режима, особенно в части кислотности раствора.
Если требуется исправлять электролит ванны в соответствии с данными анализа, необходимо предварительно уточнить способ исправления и проверить его в небольшой пробе раствора в отдельной ванночке емкостью 15—20 л.
Вредные примеси (соли железа цинка и меди) удаляются химическими способами.
При очистке электролита от солей железа поступают так: электролит подкисляют до pH = 4 и добавляют 10%-ную перекись водорода из расчета 3 мл на 1 л электролита, раствор нагревают до 70—75° С и перемешивают в течение 1—2 ч. После этого добавляют в раствор измельченный мел или известь, и при перемешивании железо в виде нерастворимого гидрата окиси выпадает на дно. Через несколько часов, когда раствор отстоится, его фильтруют, подкисляют до нормального pH, после чего приступают к работе.
Примесь меди в электролите удаляется проработкой ванны в течение смены при плотности тока 0,2 а!дм?. В качестве катодов в ванну завешивают несколько стальных протравленных листов. Предварительно необходимо подкислить электролит до pH = 2-^2,5. Медь оседает на катоде в виде черного неплотного осадка.
Для удаления цинка к электролиту добавляют измельченный мел до установления pH = 6,3<-6,5 и тщательно перемешивают. Раствору дают отстояться, после чего декантируют, а выпавший на дно осадок удаляют, затем раствор подкисляют слабой серной кислотой до нормального значения pH.
При наличии загрязнений электролита органическими примесями, о чем свидетельствует блестящий вид осажденного никеля и его хрупкость, в электролит вводят активированный древесный уголь и прорабатывают ванну током. 202
Более полную очистку электролита от примесей железа рекомендуется производить при помощи раствора перманганата калия, при этом осаждаются также органические вещества, имеющиеся в электролите и ухудшающие качество осадков. Процесс очистки производят следующим образом: растворяют в теплой воде перманганат калия в количестве 0,1—0,2 Г!л, вливают раствор в никелевый электролит и перемешивают, соли железа реагируют с перманганатом калия, при этом образуется сернокислый марганец, который реагирует с избытком перманганата, образуя бурый осадок перекиси марганца, адсорбирующий органические вещества.
Перманганат добавляют до тех пор, пока электролит не окрасится в фиолетово-красный цвет. Затем электролит нагревают до 70—75° С и выдерживают при этой температуре 4—5 ч при перемешивании; соли железа при этом переходят в осадок, а электролит обесцвечивается, что указывает на окончание реакции окисления.
При отсутствии возможности нагреть электролит его выдерживают при комнатной температуре 2—3 суток, изредка перемешивая.
Если в течение указанного времени электролит не обесцветился и не принял естественного цвета, то для устранения избытка перманганата добавляют 0,4 Г/л перекиси водорода при интенсивном перемешивании. После того как электролит приобрел естественный цвет, ему дают отстояться 10— 12 ч, затем декандируют или фильтруют в рабочую ванну.
Электрохимический метод очистки никелевых электролитов. В виду того что химический способ удаления вредных примесей из никелевых электролитов довольно трудоемок, кропотлив и требует наличия запасных емкостей, фильтров и других приспособлений, большой практический интерес представляет электрохимический метод удаления металлических загрязнений.
Согласно этому методу примеси цинка, железа, меди и свинца удаляют из электролита путем осаждения их на изогнутом стальном катоде.
Экспериментально было установлено, что оптимальная плотность тока для удаления цинка при перемешивании электролита и его нагреве должна быть 0,4—0,5 а/дя?.
В случае отсутствия нагрева и перемешивания удаление цинка из электролита можно проводить при плотности тока не выше 0,2 а/дм2.
203
Железо удаляют при плотности тока 0,5—0,6 а!дм2. При этой плотности в катодном осадке осаждается максимальное количество железа.
Так как медь и свинец являются металлами с более положительным зарядом, чем никель, то они осаждаются быстрее никеля. Оптимальная плотность тока для их удаления 0,5 а!дм2.
Электрохимическое удаление примесей из электролита никелирования производят следующим образом. Электролит никелирования подкисляют до нижнего предела значения pH. В качестве катода применяют хорошо обезжиренную п декапированную стальную пластину с поверхностью не менее 10 дм2 на каждые 30 см длины катодной штанги.
Для создания разных плотностей тока на поверхности пластины ее несколько раз изгибают параллельно катодной штанге, под углом 50°, с тем чтобы расстояние между вершинами было примерно 15 см. Преимущество такого катода состоит в том, что во впадинах, где плотность тока меньше, создаются благоприятные условия для выделения меди, свинца и цинка, а на выступах — для железа. Процесс желательно вести при перемешивании и подогреве до 50—55' С.
Очистку начинают при плотности тока 0,05—0,1 а!дм\ При этой плотности тока удаляется медь и катодная пластина приобретает красноватый оттенок. Затем скачкообразно повышают плотность тока, постепенно доводя ее до 0,5 al дм2.
По мере повышения плотности пластина чернеет, а затем (когда удалены все примеси) приобретает серый цвет, свойственный никелевому осадку.
Пластину, покрытую осадком с примесями, нельзя оставлять в ванне без тока, так как примеси могут вновь раствориться.
Для поддержания нормальной работы ванны электролит рекомендуется периодически очищать, используя для этого перерывы в работе ванны. Такую очистку необходимо проводить при плотности тока 0,1 а!дм2, при которой никель почти не осаждается, а выделяются металлические примеси.
В случае загрязнения ванны солями одного из перечисленных металлов следует производить очистку при режиме, указанном для данного металла.
204
Простота этого метода, так называемой селективной очистки, позволяет рекомендовать его для широкого применения в гальванических цехах.
Обычно рядом с рабочими ваннами устанавливают ванну для селективной очистки и фильтпресс. Электролит при помощи специального насоса непрерывно подается из рабочей ванны в ванну очистки и оттуда через фильтрпресс очищенный возвращается в рабочую ванну.
Характерные дефекты никелевых покрытий. Отслаивание никелевого покрытия — наиболее часто встречающийся вид брака при никелировании, особенно при многослойном покрытии. Причины отслаивания разнообразны и уточнить их не всегда представляется возможным. Отслаивание никелевого покрытия чаще всего бывает при плохой предварительной очистке поверхности и недостаточно хорошо выполненном обезжиривании и декапировании. Отслаивание слоя никеля в результате плохого сцепления с основным металлом может наблюдаться спустя значительное время после никелирования.
Перерыв в подаче тока или резкое изменение плотности тока в течение процесса покрытия также могут вызвать отслаивание никеля.
Отслаивание никеля в виде мелких блестящих чешуек, осыпающихся от прикосновения, может быть при низком pH, т. е. увеличенной кислотности, при завышенной плотности тока, при загрязнении электролита свинцовыми и хромовыми солями.
Низкая концентрация никелевых солей при большом содержании проводящих солей тоже может быть причиной отслаивания.
Повышенная хрупкость и растрескивание никелевого покрытия могут наблюдаться при наличии в электролите солей железа и загрязнений органическими примесями.
Часто при многослойном покрытии недостаточная толщина первого слоя меди из цианистой ванны или подслоя никеля и их пористость ведут к дальнейшему отслаиванию последующих покрытий, потому что при меднении в кислом электролите может происходить частично контактное осаждение неплотного слоя меди, обладающего плохим сцеплением с основным металлом.
Широко распространенным дефектом никелевых отложений являются точечная пятнистость (пит-
205
тинг) и сопутствующая им пористость. Борьба с этими дефектами заключается в следующем:
1)	применяют  движущиеся катоды или встряхивают их, что способствует отрыванию газовых пузырьков от катодной поверхности;
2)	прорабатывают ванну анодным током с возможно большей плотностью тока, для чего часть анодов перевешивают на катодную штангу, а один-два анода оставляют на анодных штангах. Процесс проводят в течение 2—4 ч.
3)	удаляют из раствора взвешенные твердые частицы и пыль, что достигается периодическим или непрерывным фильтрованием;
4)	добавляют в электролит окислители.
Рекомендуется добавлять 3%-ный раствор перекиси водорода в количестве 6 мл!л раствора и в дальнейшем ежедневно по 4 мл этого раствора до исчезновения пятнистости.
Благоприятное действие на устранение пятнистости оказывает добавка хлористого калия, а также порошка «Новость» (0,01—0,03 Пл}.
Иногда при никелировании наблюдается «загар» — так называют осаждение серого шероховатого никеля на углах и выступающих частях деталей в местах преобладания тока высокой плотности, т. е. детали «пригорают». Для избежания этого следует немедленно отрегулировать режим процесса, соответственно понизив плотность тока, а также проверить температуру раствора, потому что часто «загар» наблюдается при пониженной (меньше 16° С) температуре.
Пористость никелевых покрытий выше допустимой также является дефектом покрытия, потому что очень пористые осадки не создают необходимой защиты изделий от коррозии. Пористость покрытия в основном зависит только от толщины осажденного слоя никеля и мало зависит от других факторов. Пористость никеля уменьшается с увеличением толщины слоя и практически, начиная от толщины 0,025 мм, никелевые покрытия имеют минимальное количество пор.
Повышенная пористость никеля получается, когда раствор загрязнен солями железа в количестве свыше 0,2—0,3 Г на 1 л раствора, а также при завышенной плотности тока и кислотности ванны. Для уменьшения 206
сквозной пористости применяют многослойные покрытия.
Качество никелевых покрытий контролируют по таким основным показателям: внешний вид, толщина покрытия, отсутствие пор и прочность сцепления с основным металлом.
Химическое никелирование.__Химическое (безэлектро-
лизное) никелирование стальных деталей и деталей из меди и ее сплавов осуществляется из растворов, содержащих соли никеля, под действием гипофосфита натрия или кальция, являющегося восстановителем.
Этот способ не требует наличия источников тока и электрического оборудования. Химическим путем можно покрывать никелем детали любого профиля, причем толщина отложений никеля получается одинаковой на любом участке поверхности, в том числе и на внутренних поверхностях. Осадки никеля получаются гладкими и блестящими при значительной толщине слоя и обладают повышенной твердостью, обусловленной наличием в них до 10% фосфора. Покрытия обладают хорошим сцеплением с основным металлом, повышающимся еще более после термической обработки при температуре 350 ± 50° С. Внешний вид покрытий при этом не изменяется.
В течение 1 ч осаждается слой никеля толщиной около 10 мк. Стальные детали покрываются лучше, чем медные. Для ускорения покрытия последних их приводят в контакт с железом, алюминием, никелем на 0,5—1 мин. Свинец и кадмий, а также сплавы, содержащие более 1—2% этих металлов, химическому никелированию не поддаются. Эти металлы, а также олово являются вредными примесями в растворе. При содержании их в количестве 0,01—0,02 Г/л никелирование прекращается. В процессе никелирования раствор закисляется, что замедляет процесс. В этом случае раствор защелачивают 1—2%-ным раствором едкого натрия. Расход гипофосфита составляет 5 Г на 1 Г выделившегося никеля. Химическое никелирование проводится в стеклянных или керамических ваннах. Этот способ нашел широкое применение в медицинской промышленности, в производстве часов и внедряется в ряде других отраслей, особенно для покрытия тонких труб и деталей сложной конфигурации. Составы растворов и режимы химического никелирования приведены в табл. 28.
207
Таблица 28
Составы растворов и режимы химического никелирования
Нанменовение компонентов	Кислые растворы			Щелочные растворы	
	Концентрация компонентов в Г/л				
	Ванна 1	Ванна 2	Ванна 3	Ванна 1	Ванна 2
Никель сернокислый Никель хлористый Гипофосфит натрия Гипофосфит кальция Натрий уксуснокислый Гликолево кислый натрий Лимоннокислый натрий Лимонная кислота Хлористый аммоний Нашатырный спирт Сульфат амм&ння Режим процесса: температура рас- твора в °C скорость образования слоя в «к/ч кислотность рас- твора pH	20 10 8 85—90 8—10 4,5—5	17 10 8 85—90 8—10 4,0—5	30 10 50 90—92 15 4—6	11 21 11 13—15 35—40 40 0,3 85—90 13—15 8—9	18—20 40—50 18—20 40—50 45—55 40 80—90 8—10 8—9
МЕДНЕНИЕ
Медь — мягкий, пластичный, легко полирующийся металл, удельный вес меди 8,9 Г1см\ атомный вес 63,7. Температура плавления 1083° С. В химических соединениях медь может быть одновалентной и двухвалентной.
Азотная кислота легко растворяет медь. Концентрированная серная и хромовая кислоты хорошо реагируют с медью, особенно при нагревании. Соляная кислота слабо действует на медь даже при нагревании. Щелочи, за исключением аммиака, на медь почти не действуют.
Медь на воздухе легко окисляется, особенно при нагревании, в результате чего она теряет свой обычный цвет и блеск.
Покрытие медью железоуглеродистых сплавов — стали-и чугуна — относится к катодным покрытиям, потому что в электрохимическом ряду напряжений медь стоит
208
в числе электроположительных металлов. Нормальный потенциал меди 4~0,34 в. Разность потенциалов меди и стали значительна, поэтому при повреждении медного покрытия сталь начнет корродировать быстрее, чем неомед-ненная. Как самостоятельное покрытие меднение применяется редко.
Чаще всего медные покрытия применяют для экономии никеля как подслой при никелировании и хромировании. Вследствие промежуточного покрытия стали и чугуна медью достигается лучшее сцепление между основным металлом и металлом покрытия и уменьшается вредное влияние водорода. Медные покрытия широко применяются также для местной защиты при цементации и в гальванопластике. Медные отложения хорошо полируются, что имеет значение при декоративно-защитных покрытиях.
Аноды для меднения изготовляются из меди марки М-1 в соответствии с ГОСТом 767—41.
Медные покрытия характеризуются высокой электропроводностью, эластичностью, высокой прочностью сцеп-1 ления с металлами, выдерживают глубокую вытяжку и развальцовку, хорошо полируются и в свежем состоянии их легко паять.
Толщина медных покрытий, применяемых в специаль-1 пых целях, такова: для деталей, подвергаемых глубокой вытяжке, 9—12 мк, для деталей дугогасительных устройств 12—15 мк, для придания притирочных свойств поверхности деталей станков и машин, а также шестерням и другим зубчатым соединениям 18—24 мк (до 30 мк), для защиты деталей от науглероживания при цементации 48—60 мк.
Свойства медных покрытий — твердость, эластичность п прочность сцепления, а также структура — зависят главным образом от составов электролитов, из которых они были получены.
Электроосаждение меди практически производят из| электролитов двух типов: кислого и щелочного — циани-1 стого, но осваиваются и другие электролиты на основе комплексных соединений меди.
Медные кислые электролиты. Наиболее простым электролитом служит раствор сернокислой меди с добавле-. нием, для улучшения электропроводности, серной кислоты. В этих электролитах медь осаждается из двух
209
валентных ионов, электрический эквивалент ее 1,186 Г1ч. Кислые электролиты обладают плохой рассеивающей способностью, но устойчивы в работе и позволяют применять высокие (до 30 а/дм2) плотности тока. Основным недостатком кислых электролитов является то, что в них нельзя производить осаждения непосредственно на сталь и чугун. При погружении этих металлов в раствор на поверхности их выделяется контактная (без действия тока) медь, имеющая плохое сцепление с основным металлом и обладающая большой пористостью. Поэтому изделия из железных сплавов должны быть предварительно покрыты медью в цианистом электролите или никелем толщиной не менее 3 мк, после чего наращивание меди производится в кислом электролите.
Вредными примесями являются мышьяк и сурьма, придающие отложению большую хрупкость и являющиеся причиной появления коричневых и черных полос. Примеси железа, цинка и никеля не опасны, потому что потенциал выделения меди значительно выше потенциала указанных металлов, поэтому они не будут осаждаться. По этим же причинам в кислых электролитах выделения водорода, вредно действующего на отложения, не происходит.
Электропроводность медных электролитов зависит от содержания серной кислоты и возможности повышения плотности тока при осаждении. Применение сравнительно высоких плотностей тока необходимо для получения мелкозернистых осадков меди.
Для меднения в кислом электролите широко применяется электролит такого состава (в Пл)-.
Сернокислая медь .... 240—260 Серная кислота......50—60
Режим работы: плотность тока без перемешивания DK = 2 т-4 а/дм2, а с перемешиванием 5—10 а/дм2\ температура 20—25° С.
Для улучшения качества медного осадка — придания ему большей плотности и мелкозернистости — рекомендуется добавлять в электролит спирт или фенол в количестве 1 Пл.
В нормальных условиях процесс осаждения в кислых ваннах протекает очень спокойно. Выход металла по току почти всегда близок к 100%.
210
Неполадки при меднении в кислых электролитах. Нормальное медное покрытие должно быть гладким, розового цвета. Образование грубого шероховатого осадка меди чаще всего происходит из-за наличия в электролите мелких взвешенных частиц, шлама, пыли и загрязнений. Рекомендуется при осаждении толстых слоев меди применять непрерывную фильтрацию раствора. Недостаток кислоты в электролите также может послужить причиной образования крупнокристаллического осадка. Поэтому нужно время от времени контролировать кислотность. При недостатке кислоты цвет осадка становится темным (влияние закиси меди) и структура осадка делается более грубой. При наличии же большого избытка кислоты и недостатка меди в растворе поверхность медного отложения становится пятнистой, так как медь осаждается с включениями водорода. То же самое происходит и при недостаточном перемешивании. Слишком высокая для данных условий плотность тока вызывает покраснение покрытий, особенно на выступающих частях.
Блестящие медные покрытия, не требующие полирования, могут быть получены из электролита такого состава (в Пл)-.
Сернокислая медь.................. 180—210
Серная кислота ................... 60—90
Черная патока .................... 0,6—0,8
Тиомочевина ................. 0,04—0,05
Тиомочевина вводится в ванну в виде 1 %-ного раствора, а черная патока — непосредственно в ванну. Добавки тиомочевины хватает для работы ванны средних размеров на 1000 а-ч, после чего производится корректирование добавлением 0,03 Пл черной патоки и 0,02—0,03 Пл тиомочевины. Вместо черной патоки можно добавлять дисульфонафталиновую кислоту в количестве 0,1 Пл.
Следует отметить, что при продувании воздуха наблюдается повышенный расход тиомочевины вследствие ее окисления; наиболее простым и эффективным является способ перемешивания электролита с помощью движущихся катодных штанг. Число двойных ходов штанг должно быть 18—20 в минуту.
Режим работы: температура ванны 10—15° С, плотность тока DK = 4ч-10 а!дмг. Наибольшая степень блеска получается при плотности тока 5—7 а! дм1 при интенсивном перемешивании.
211
После блестящего медного покрытия детали промываются и завешиваются непосредственно в ванну никелирования. Применение этого процесса весьма эффективно для промежуточного меднения при нанесении многослойных покрытий по схеме никель—медь—никель.
Для проверки концентрации компонентов в сернокислом медном электролите можно пользоваться данными табл. 29, где приведены значения удельных весов растворов, состоящих из смеси сернокислой меди и серной кислоты.
Ускоренное осаждение меди можно производить из борфтористоводородных электролитов.
Таблица 29
Удельный вес растворов, содержащих сернокислую медь и серную кислоту
Удельный вес в Г! мл	Общее содержание сернокислой меди и серной кислоты в Г/л	Удельный вес в Г /мл	Общее содержание сернокислой меди и серной КИСЛОТЫ В Г/Л	Удельный вес в Г/ мл	Общее содержание сернокислой меди и серной кислоты в Г/л
1,09	150	1,14	234	1,19	321
1,10	166	1,15	251	1.20	339
1,11	183	1,16	268	1,21	357
1,12	200	1,17	286	1,22	375
1,13	217	1,18	308	1,23	393
Борфтористоводородные электролиты обладают большей рассеивающей способностью, чем сернокислые электролиты, и позволяют применять высокие плотности тока, поэтому представляют особый интерес для быстрого осаждения толстых слоев меди в гальванопластике. Для ускоренного осаждения рекомендуется такой состав (в Пл):
Борфтористоводородная медь 238
Борфтористоводородная кислота (свободная) ...	15
Борная кислота ...	15
Режим работы: максимально допустимая плотность тока при температуре 18° С DK = 30 а!дм\ при 55° С DK = = 60 а!дмг, а при воздушном перемешивании может быть доведена до 80 а!дм\ Кислотность pH = 1,2<-1,7.
При приготовлении борфтористоводородной кислоты к необходимому количеству борной кислоты добавляется,
212
при непрерывном помешивании, эквивалентное количество фтористоводородной кислоты.
Для получения борфтористоводородной меди свежеприготовленную углекислую медь, промытую 4—5 раз водой, растворяют в борфтористоводородной кислоте, после чего в полученный раствор добавляют необходимое количество борной кислоты.
Ванны для борфтористоводородных. электролитов должны быть оборудованы устройством для усиленной бортовой вентиляции.
Цианистые медные электролиты. Цианистые электролиты меднения состоят в основном из комплексной цианистой соли меди и натрия или меди и калия. В этих электролитах можно производить непосредственно омеднение железа и его сплавов, причем отложение из этих ванн получается мелкокристаллическое и плотное. Электролиты обладают хорошей рассеивающей способностью.
Кроме непосредственного осаждения меди на сталь, цианистые электролиты применяются для покрытия цинковых и алюминиевых сплавов.
В цианистых электролитах медь осаждается на катоде из одновалентных ионов. Электрохимический эквивалент ее 2,372 Пч. Поэтому за 1 а-ч должно получаться меди вдвое больше, чем из кислых электролитов, где медь находится в виде двухвалентных ионов. Так как практически выход металла по току в цианистых ваннах составляет всего лишь 50—70%, то количество меди, выделяющееся при одинаковых плотностях тока из кислой и цианистой ванн, почти одинаковое.
Основным недостатком цианистых ванн является то, что входящий в их состав цианистый натрий или цианистый калий являются сильнейшими и очень опасными ядами, работа с которыми требует большой осторожности и специальных условий.
По своему составу цианистый электролит является малоустойчивым, потому что комплексное соединение меди и цианистого натрия или калия весьма неустойчиво, особенно при недостатке в растворе свободного цианида.
Под влиянием углекислоты воздуха цианистый натрий переходит в углекислый натрий. Разложение цианистого натрия или цианистого калия ускоряется с повышением температуры, поэтому в циан-истых ваннах нельзя применять подогрев выше 35—40° С.
213
К недостаткам цианистых электролитов относится и то, что при работе в них нельзя пользоваться высокими плотностями тока, так как катодная поляризация возрастает с повышением плотности тока, что резко снижает выход металла по току. Также нельзя применять и перемешивание раствора, что ведет к ускоренному разложению цианидов.
В обычных-условиях для меднения применяется электролит такого состава (в Пл)-.
Медноцианистая комплексная соль . . , 40—50
Цианистый натрий......................10—20
Режим работы: плотность тока DK = 0,3 ч-1,0 а/дм2-, температура 20—25° С; выход по току 60—70%.
При работе с повышенной плотностью тока рекомендуется электролит такого состава (в Г/л)\
Медноцианистая комплексная соль . .	.	45—50
Цианистый натрий (свободный)............ 15—20
Сегнетова соль ......................... 40—60
Едкий натр . ,	.................. .	15—20
Режим работы: плотность тока DK == 1,5ч-2,0 а/дм2-, температура 40—50" С; выход по току 60—70%.
Сегнетова соль вводится для устранения пассивирования анодов.
Неполадки в работе и корректирование ванн. Для нормальной работы цианистых ванн нужен систематический контроль и периодическое корректирование. О состоянии ванн можно судить и по некоторым внешним признакам.
Если на анодах образуется серовато-зеленый налет труднорастворимых соединений меди и раствор около анода синеет, это значит, что аноды пассивировались. В этом случае напряжение на ванне повышается, а сила тока падает. Причину этой ненормальности следует искать в недостатке свободного цианистого натрия или калия или в повышенной анодной плотности тока. Если отложение меди получается темного цвета и наблюдается сильное выделение газа, это свидетельствует о слишком высокой плотности тока. Если аноды сохраняют блестящую поверхность, а осадок меди на катоде становится матовым или порошкообразным и наблюдается сильное выделение водорода на катоде, это указывает на большой избыток
214
свободного цианида. Когда на аноде образуется белый осадок закисной соли меди, нужно очистить аноды и добавить цианистый натрий или калий. Если образующийся на анодах осадок имеет голубоватый цвет, это свидетельствует об образовании цианистых соединений окиси и закиси меди. В этом случае аноды нужно очистить и в раствор добавить кислый сернокислый натрий.
Нередко при излишне высокой плотности тока, низкой температуре и большом содержании цианистых солей осадок меди получается со вздутиями и легко отслаивающийся из-за выделений водорода на катоде.
Корректирование цианистых электролитов следует производить один раз в декаду по данным анализа.
Если приходится выливать отработанный электролит, то предварительно нужно его обезвредить, разрушив остатки цианидов. Производится это так: приготовляют раствор из 10 %-кого сернокислого железа и 5%-ной гашенной извести, смесь взбалтывают-и добавляют в цианистый электролит из расчета 25 мл на 1 Пл свободного цианистого натрия^, имеющегося в электролите. Электролит перемешивают и оставляют стоять несколько часов, пока цианистые соединения разрушатся. При выливании электролит следует максимально разбавлять водой. Имеются и другие инструкции по обезвреживанию цианидов.
Приготовление медноцианистых электролитов. Раствор для меднения можно приготовить из цианистой меди, которая с цианистым натрием образует комплексную медноцианистую соль. Предварительно устанавливают рабочий объем ванны в литрах и подсчитывают необходимые количества солей. После этого в теплой воде, взятой в количестве половины объема ванны, растворяют все рассчитанное по рецепту количество цианистого натрия, затем небольшими порциями при перемешивании в раствор добавляется цианистая медь. После отстаивания раствор осторожно сливают в рабочую ванну. Далее в отдельном небольшом сосуде в воде растворяют остальные компоненты (углекислую соль, сульфит натрия). Отстоявшийся раствор также переводится в рабочую ванну, которую доливают холодной водой до рассчитанного объема и тщательно перемешивают. После этого приступают к работе.
При отсутствии цианистой Кюди электролит приготовляют из сернокислой меди (медного купороса) по двум I	215
способам: предварительно готовят основную углекислую медь или приготовляют соль Шевреля. Основную углекислую медь получают по реакции взаимодействия углекислого натрия и медного купороса. На каждые 10 Пл меди в электролите для меднения необходимо для получения углекислой меди взять 40 Пл медного купороса и 20 Пл углекислого натрия. Медный купорос растворяют в небольшом количестве воды, нагретой до температуры 50—60° С в стеклянном или освинцованном сосуде. В отдельном сосуде в теплой (40—50° С) воде растворяют соду. К раствору соды постепенно при перемешивании добавляют теплый раствор медного купороса, при этом синий цвет исчезает и выпадает зеленоватый осадок основной углекислой соли меди. После отстаивания раствор пробуют на полноту осаждения, т. е. проверяют, образуется ли осадок от дальнейшего прибавления раствора соды. Затем раствор над осадком осторожно сливают, а осадок углекислой меди 2—3 раза промывают водой.
В отдельном сосуде растворяют в теплой воде цианистый натрий из расчета 65 Пл и сульфит из расчета 35 Пл. Затем к углекислой меди добавляют вначале раствор сульфита (для восстановления одновалентной меди), перемешивают и добавляют раствор цианистого натрия, осадок при этом полностью растворяется. Раствору дают отстояться, после чего осторожно переливают в рабочую ванну и доливают водой до требуемого уровня, затем проверяют содержание цианистого натрия и приступают к работе.
При приготовлении медноцианистого электролита из соли Шевреля, который в работе является более устойчивым, поступают следующим образом.
В нагретой до температуры 70° С воде в освинцованном сосуде растворяют медный купорос и в отдельной посуде также в нагретой воде растворяют сульфит. На каждые 10 Пл меди в медноцианистом электролите следует брать 70 Пл медного купороса и 126 Пл сульфита натрия. Полученный раствор медного купороса постепенно при помешивании вливают в раствор сульфита. Температуру обоих растворов следует поддерживать в пределах 60— 70° С. Раствор купороса из синего становится бесцветным, п на дно выпадает осадок кирпично-красного цвета — соль Шевреля.
216
После отстаивания добавлением небольшого количества раствора сульфита проверяют полноту осаждения, затем осадок промывают 2—3 раза теплой водой.
В отдельных сосудах готовят раствор цианистого натрия и соды. Цианистый натрий берут из расчета 65 Пл, а соду из расчета 25 Пл. После этого в осадок соли Шев-реля доливают раствор соды, а затем при помешивании добавляют раствор цианистого натрия, при этом осадок полностью растворяется. После отстаивания раствор переливают в рабочую ванну для меднения и доливают водой до требуемого уровня. Дополнительно сульфит вводить в раствор не следует, так как он образуется при взаимодействии соли Шевреля с цианистым натрием. Раствор содержит также избыток цианистого натрия в свободном виде соответственно принятому составу.
Соль Шевреля, если ее тотчас не используют, нужно хранить в темном месте.
Меднение в нецианистых ваннах. Ванны, не содержащие цианидов и пригодные для непосредственного меднения черных металлов, содержат медь в виде какой-либо комплексной органической соли. Так, известны уксуснокислые, щавелевокислые, виннокислые, аммиачные и другие электролиты, не получившие, однако, широко практического применения. Это объясняется тем, что, помимо обычных недостатков, как, например, неустойчивость состава, низкий выход по току, медленное осаждение, слабая рассеивающая способность и т. д., эти электролиты дают хрупкие осадки, обладающие весьма слабым щеплением с основным металлом. Кроме того, отрнца--ельным свойством является резкое пассивирование ано-юв, ведущее к нарушению процесса.
Сравнительно удовлетворительные результаты дают шрофосфорнокислые электролиты.
Фосфорнокислый электролит для меднения имеет такой юстав (в Г1л):
Сернокислая медь........... 35
Пирофосфорнокислый натрий 140
Фосфорнокислый натрий, двузамещенный ............... 95
Сегнетова соль ............ 25
Режим работы: плотность тока DK = 0,5-hI а/дм2-, емпература 25—35° С; загрузка деталей производится
217
под током при первоначальной (в течение 5—10 сек) плотности 5—6 а/дм2; через 5 мин после начала электролиза рекомендуется перемешивание раствора сжатым воздухом.
Для лучшего сцепления слоя меди с основным металлом рекомендуется сначала производить анодную обработку деталей в растворе пирофосфорнокислого натрия, взятого в количестве 90 Г/л, при комнатной температуре и плотности тока на аноде 5—6 а/дм2; длительность обработки 0,5—1 мин.
Для непосредственного осаждения меди на сталь в последующее время предложены кислые электролиты на основе металлоорганических комплексообразователей.
Блестящие медные покрытия, характеризующиеся прочным сцеплением со сталью, получают в этилендиаминовых электролитах, которые стабильны в работе, менее вредны, а по рассеивающей и покрывающей способности аналогичны цианистым электролитам для меднения.
Для непосредственного меднения стальных деталей рекомендуется такой состав электролита (в Г/л):
Медь сернокислая....................... ПО—125
Этилендиамин (основание) 70%-ный	.	60—60
Натрий сернокислый .	....... 50—60
Аммоний сернокислый .	.	.......... 50—60
Процесс ведут при плотности тока DK = 0,8-ь 2 а/дм2;
температуре 20—40° С и pH = 7,8-ь8,35; выход по току около 90%.
Аноды из меди марки М-0, М-1 или из электролитной меди; отношение анодной и катодной поверхности 2:1.
Детали загружают и выгружают под током. Вначале ток включается на 40—60 сек при плотности тока, превышающей в 2 раза расчетную.
Осадки меди имеют прочное сцепление со сталью. К недостаткам ванны этилендиампнового меднения относятся плохая растворимость анодов и ухудшение качества покрытия при толщине более 30 мк.
Меднение с реверсированием тока. Медь с применением периодического изменения направления тока может осаждаться как в цианистых, так и в кислых электролитах.
Меднение в кислом электролите с применением тока переменной полярности можно производить в электролите обычного состава. Плотность прямого и обратного тока не должна превышать 5—6 а/дм2, период изменения
218
направления тока от 1 до 10 сек при отношении длительности прямого процесса к обратному не ниже 15 : 1. В этих условиях получают плотные мелкозернистые осадки меди почти беспористые.
Блестящее, высокого качества покрытие медью можно получить с реверсированием тока в электролите такого состава (в Пл):
Медь металлическая . .	40—50
Цианистый натрий (сво-
бодный) ............ 12—15
Роданистый аммоний
или роданистый калий 10—15
Натрий виннокислый	5—10
Едкий натр............. 10—20
Блескообразователь . . 0,02—0,05
Блескообразователь состоит из 50 Г сернокислого марганца и 40 Г винной кислоты, растворенных в 1 л дистиллированной воды; раствор нейтрализуют концентрированным раствором цианистого натрия до полной прозрачности,
.Режим процесса: плотность тока на катоде 2,5— 3,0 а/дм2-, плотность тока на аноде 3,5—4,0 а/дм2: температура 45—55° С; продолжительность реверсирования в сек:
а)	для слоев толщиной до 10 мк Тк : Та = 25 : 3;
б)	для слоев толщиной свыше 10 мк Тк : Та = 40 : 4.
Для реверсирования рекомендуется применять специальный бесконтактный реверс.
Меднение производится с применением качающихся штанг с периодом качания 40^50 колебаний в минуту и амплитудой колебания 50—100 мм.
Требуется непрерывная и тщательная фильтрация электролита. Поверхность деталей должна быть предварительно тщательно подготовлена. После нанесения блестящего медного покрытия детали после промывки подвергаются блестящему никелированию.
ХРОМИРОВАНИЕ
Благодаря целому ряду ценных свойств металлического хрома хромирование имеет весьма разнообразное и широкое применение во многих областях промышленности.
219
Удельный вес хрома 6,7 Г!см\ атомный вес 52, температура плавления 1800° С. Нормальный потенциал составляет 0,56 в, электрохимический эквивалент 0,323 Па-ч.
Электролитически осажденный в блестящем виде хром имеет характерный серебристый цвет платинового оттенка с синеватым отливом.
Хромовые покрытия обладают высокой твердостью, износостойкостью, низким коэффициентом трения, свойством прочно сцепляться с основным металлом, а также химической и термической стойкостью.
Хром не изменяется и не тускнеет во влажной атмосфере, на него не действуют многие кислоты, как, например, уксусная, лимонная и ряд органических кислот, также сероводород; не действуют на него и щелочи, аммиак, растворы многих солей и органические вещества. Соляная и серная кислоты растворяют хром.
Хромовые отложения жароустойчивы и начинают приобретать цвета побежалости при температуре 480—500° С. Зеркальные хромовые отложения имеют высокую отражательную способность несколько ниже отражательной способности серебра, но более постоянную и не тускнеющую.
Основные цели хромирования — сохранение красивой, блестящей поверхности изделий (декоративное хромирование) и повышение сопротивления механическому износу (твердое износоустойчивое хромирование). Сообразно с назначением различаются и технологические процессы хромирования.
Антикоррозионная защита железоуглеродистых сплавов, которую может обеспечить хромовое покрытие, имеет чисто механический характер, потому что хотя хром и более электроотрицателен, чем железо, но вследствие пассивирования потенциал хрома становится положительнее потенциала железа, поэтому для надежной защиты стальных изделий требуется максимальная бес-пористость хромового покрытия. Однако одним из самых крупных недостатков хромовых отложений является их весьма большая пористость, что при условиях, способствующих коррозии, может вызывать сильное разрушение основного металла.
Для улучшения коррозионной стойкости при декоративном хромировании в качестве подслоя наносят никель, медь или комбинируют слои этих металлов.
220
Декоративное хромирование применяется во многих отраслях промышленности. Так, для защиты от атмосферной коррозии хромируются с подслоем никеля и меди наружная и внутренняя арматура автомобилей, части велосипедов, мотоциклов, арматура железнодорожного транспорта, трамваев и автобусов. Толщина слоя хрома в пределах 1—2 мк.
Другой областью широкого применения хрома как средства против износа является твердое хромирование, имеющее большое значение для инструментального дела и машиностроения. Например, измерительные калибры и лекала после хромирования увеличивают свой срок службы в 10—12 раз. В ряде случаев стойкость режущего инструмента после хромирования возрастает в 2—3 раза. Хромирование прессформ также значительно увеличивает их износостойкость. Толщина слоев хрома дается обычно в пределах 10—20 мк, а в некоторых случаях, например в ремонтных целях, толщину слоя хрома доводят до 20—80 мк и больше.
Широкое применение хромирования как средства против износа деталей машин и механизмов основано также на том, что в ряде случаев значительно уменьшается коэффициент трения различных металлов по хрому.
Существенным недостатком хромирования является снижение предела выносливости хромированной стали на 20—30%.
Хром плохо смачивается смазочными маслами, поэтому для повышения износоустойчивости трущихся деталей, которые работают при недостаточной смазке, применяют так называемое пористое хромирование. Покрытие пористым хромом, испещренное микроскопическими каналами, имеет поверхность, хорошо удерживающую масло. Эти свойства обусловливают эффективность применения пористого хрома в трущихся частях и деталях.
Особенности хромирования. Процесс электролитического осаждения хрома значительно отличается от других процессов гальваностегии и по составу электролита и по условиям процесса. Электролиты для хромирования состоят в основном из веществ, содержащих хром в виде хромовой кислоты — хромового ангидрида и хроматов. Особенность таких электролитов заключается в том, что 1ля осаждения хрома требуется* значительно более высосан плотность тока, чем при других покрытиях, что
221
требует применения мощных источников тока. Хром осаждается с обильным выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. Выделяющиеся газы увлекают с собой капельки ядовитой хромовой кислоты. Это требует' устройства мощной вентиляции для удаления вредных выделений (бортовые отсосы).
При хромировании значительная часть тока расходуется на побочные процессы, в том числе на разложение воды и выделение водорода и кислорода, а также выделение джоулева тепла. Выход хрома по току весьма мал и в зависимости от условий электролиза колеблется в пределах от 12 до 15%. При хромировании повышается расход электроэнергии по сравнению с другими процессами и поэтому требуется напряжение 10—12 в.
Особенностью хромирования является низкая рассеивающая способность электролита. Поэтому профилированные детали приходится хромировать с дополнительными анодами и экранами.
При хромировании применяются исключительно нерастворимые аноды, преимущественно из свинца или сплава свинца с 6% сурьмы (марка ССу2). Работа с нерастворимыми анодами требует' частых добавок в электро-_ лит хромовой кислоты "ДЛЯ постоянного пополнения вы-_ делающегося при электролизе хрома.
Электролиты для хромирования состоят в большинстве случаев из двух основных веществ: хромового ангидрида (хромовая кислота) и серной кислоты. Отношение содержания серной кислоты к хромовому ангидриду должно быть равно 1 : 100.
Свойства осадков хрома, которые подразделяются на матовые, блестящие и молочные, зависят от условий осаждения, т. е. от состава и концентрации электролита, плотности тока, температуры, величины анодов и их расположения и т. п.
Диаграмма зависимости качества хромовых покрытий от плотности тока и температуры представлена на рис. 54.
Влияние концентрации хромовой кислот ы. Содержание хромового ангидрида в электролите в количестве 250 Г/л (так называемая средняя концентрация) обусловливает наиболее широкий рабочий интервал температур и плотности тока для получения блестящих осадков. Блестящие покрытия возможно по
222
лучать в пределах температуры 40—60° Сив пределах плотности тока примерно 10—40 а/дм?. При более высокой концентрации (500 Пл) хромового ангидрида интервал температур для получения блестящих осадков расширяется особенно при высоких плотностях тока. Малые концентрации обусловливают малый рабочий интервал, особенно при низких температурах, требуют большого
напряжения и повышенной плотности тока.
Лучшей рассеивающей способностью обладают электролиты с низкой концентрацией хромовой кислоты (например, 150 Пл), которые позволяют осаждать равномерный слой на изделия несложной конфигурации. Электролит средней концентрации (250 Г/л), обладающий удовлетворительной способностью работы в глубину и рассеивающей способностью, наиболее пригоден для хромирования разнообразных изделий.
Рис. 54. Диаграмма зависимости качества хромовых покрытий от плотности тока и температуры
Влияние содержания серной кислоты. Содержание в хромовом электролите серной кислоты оказывает очень большое влияние на размер интервала блестящих осадков, на рассеивающую способность и на выход по току. Наиболее благоприятные результаты получаются, когда содержание серной кислоты составляет/Т% от содержания хромовой кислоты.
Увеличение содержания серной кислоты до 2—3% приводит к повышению блеска и сплошности осадков, но при этом суживается интервал блестящих осадков и
уменьшается выход по току.
Влияние трехвалентного хрома и железа. Влияние трехвалентного хрома неблагоприятно. Это соединение суживает зону получения блестящих осадков и понижает электропроводность раствора. Накопление в ванне трехвалентного хрома при хромировании неизбежно в результате восстановления хромовой кислоты на катоде.
223
Содержание трехвалентного хрома увеличивается с продолжительностью работы электролита. Нормально в электролите должно содержаться до 2—5 Пл трехвалентного хрома.
Влияние железа в растворе сходно с влиянием трехвалентного хрома. Железо в значительном количестве (15—20 Г!л) затрудняет получение блестящих осадков и увеличивает сопротивление электролита.
Влияние температуры и плотности тока. Температура раствора оказывает большое влияние на характер осадков и величину интервала блестящих отложений. При температуре ниже 40° С получаются матовые серые осадки хрома. При температуре ниже 50° С интервал блестящих осадков возрастает с повышением концентрации, т. е. более концентрированные растворы дают блестящие осадки при более низкой температуре. При температуре выше 50° С, наоборот, зона блестящих осадков возрастает с понижением концентрации хромовой кислоты. Это значит, что при более высокой температуре получаются блестящие осадки в ваннах малой концентрации. Наиболее широкие возможности дает температура 45—55° С. При повышенной температуре (60° С) получаются молочные осадки хрома, обладающие малой пористостью. Колебание температуры более чем на 1 — 2' С для установленного режима плотности тока не допускается, так как поверхность осадка очень чувствительна к изменениям температуры.
Катодная плотность тока при хромировании применяется обычно в пределах 15—80 а1дм2 и выше, в зависимости от электролита и требуемого характера хромового покрытия. Анодная плотность тока должна быть примерно в 2 раза меньше катодной. Это значит, что площадь анодов должна быть в 1,5—2 раза больше площади катодов. Повышение температуры электролита дает возможность применять более высокие плотности тока и соответственно получать более быстрое наращивание слоя хрома.
Следует отметить, что при хромировании от двигатель-генератора и выпрямителей получаются осадки, отличающиеся по своим физико-механическим свойствам друг от друга (по твердости, внутренней структуре, внешнему виду и т. д.). Особенно эта закономерность проявляется в случае хромирования в саморегулирующемся электро
224
лите. Так, например, при хромировании от двигатель-генератора получаются осадки, при одних и тех же режимах, более твердыми (примерно на 10—12%) и блестящими, что зависит от величины коэффициента пульсации тока.
Составы электролитов и режимы хромирования. Для разных условий производства могут быть рекомендованы следующие практически проверенные составы электролитов и режимы хромирования:
1.	Нормальный электролит:
Хромовый ангидрид в Пл . . . 250
Серная кислота в Г/л............ 2,5
Вода вл	............... 1
Рекомендуемый режим: плотность тока DK = 15 а!дм2 при температуре 45° С; 25 а/дм2 при температуре 50° С; 35 а!дм2 при температуре 55° С.
2.	Электролит для хромирования профилированных изделий и для хромирования по никелю:
Хромовый ангидрид в Пл ...	350
Серная кислота в Пл . ... . 3,5—4,5
Вода вл ...................... 1
Рекомендуемый режим: плотность тока DK — 15-ь 25 а! дм2 при температуре 50° С.
3.	Электролит для износоустойчивого хромирования профилированных деталей простой формы:
Хромовый ангидрид в Пл . . . . 120—150
Серная кислота в Г/л .........1,0—1,5
Вода вл . . ................... 1
Рекомендуемый режим: плотность тока DK = 30-н -*-40 а! дм2 при температуре 50—55° С.
Электролит дает осадки хрома большой твердости и равномерности по толщине, но требует применения источников тока с более высоким напряжением.
Приготовление электролита. Электролит для хромирования готовится следующим образом.
Вначале растворяется хромовый ангидрид в необходимом количестве воды. Раствор, взятый по расчету, тщательно перемешивается и в случае, если он окажется мутным, отслаивается. Прозрачный раствор сифоном переливается в другой сосуд.
225
В случае, если содержание серной кислоты в хромовом ангидриде неизвестно, то анализом определяют ее содержание и в раствор добавляют необходимое количество серной кислоты, учитывая серную кислоту, находящуюся в ангидриде.
После составления электролита его прорабатывают током для накопления трехвалентного хрома 3—5 Пл, без которого нельзя получить покрытия хорошего качества. Проработку ведут при увеличенной катодной поверхности в течение двух-трех смен.
При составлении хромового электролита необходимо принимать меры предосторожности, остерегаться попадания брызг в лицо при засыпке ангидрида в раствор и проводить эту работу в резиновых перчатках. Для предохранения от попадания пыли хромового ангидрида в носоглотку необходимо пользоваться респиратором.
Ведение процесса хромирования и корректирование электролита. Как правило, необходимо ежедневно перед началом работ производить проработку электролита хромовых ванн. Во время проработки ванны надо проверить работу анодов.
Пассивные аноды следует протравить в растворе соляной кислоты 20—25 %-ной концентрации (желательно при нагреве), затем тщательно промыть их в горячей воде и подвергнуть действию обратного тока в щелочной горячей ванне. После этого нужно тщательно очистить аноды проволочными щетками и промыть в воде. Следует избегать образования окисных пассивных пленок желтого цвета на поверхности анодов, а получать слой перекиси свинца темно-коричневого цвета. Для этого надо аноды после работы хранить некоторое время в промывной воде, а затем после приобретения ими коричневого цвета оставлять после работы на воздухе.
В первоначальный момент хромирования следует давать «толчок тока», т. е. применять на короткое время (около 1 мин) ток плотностью 1,5—2 раза выше, чем рассчитанная нормальная. Особенно это необходимо при хромировании рельефных изделий.
Для лучшего сцепления хрома с основной поверхностью при твердом хромировании в начальный момент следует производить анодную проработку непосредственно, в. хромовой ванне. Для этого при помощи перекидного рубильника переключают полюса, т. е. меняют направле-226	. . .
ние тока на 30—60 сек, после чего включается необходимый по расчету ток.
Требуемую силу тока на ванне нужно рассчитывать с учетом поверхностей всех приспособлений и держателей, находящихся в растворе и также покрывающихся хромом.
Во время работы ванны хромирования необходимо обеспечить наблюдение:
а)	за величиной силы тока на ванне, которая должна соответствовать плотности тока согласно принятому ре-: жиму;
б)	за температурой и ее регулированием с помощью нагревательных устройств и водяного охлаждения, которое устраивается в ваннах для хромирования;
в)	за работой анодов по интенсивному образованию пузырьков газа;
г)	за состоянием контактов, чтобы они не грелись.
Для поддержания концентрации хромовой кислоты в электролите, которая изменяется в течение рабочей смены в результате испарения раствора, необходимо ванну доливать дистиллированной водой. При этом употребляется также вода первой промывки после хромирования. Эти доливки следует делать до начала работы, причем концентрацию раствора контролировать ареометром, до нагрева раствора. Показанию ареометра соответствует определенная концентрация хромовой кислоты в растворе, которую можно определить по табл. 30.
Если в течение определенного времени работы концентрация электролита значительно уменьшается, следует добавить в ванну хромовый ангидрид до нормальной принятой концентрации.
В процессе хромирования в электролите возможно накопление избыточного количества серной кислоты за счет частых добавок хромового ангидрида с увеличенным ее содержанием. Удаление излишка сульфатиона производится путем введения в горячий электролит раствора хромовокислого или углекислого бария при энергичном его помешивании. В результате этой добавки на дно ванны выпадает осадок сернокислого бария, который не является помехой при хромировании.
При осаждении сульфатиона, количество которого определяется анализом, следует йа каждый его грамм добавлять в электролит 1,4 Г бария (в пересчете на металл).
227
Таблица 30
Соотношения между концентрацией хромового ангидрида и удельным весом хромового электролита при 15° С
Показания ареометра		Концентра-ция хромового ангидрида в Г/л	Показания ареометра		Концентрация хромового ангидрида в Г 1л
Удельный вес	Градусы Боме		Удельный вес	Градусы Боме	
1,07	9,5	100	1,21	25,5	301
1,08	11,0	114	1,22	26,0	316
1,09	12,0	129	1,23	27,0	330
1,10	13,5	143	1,24	28,0	345
1,11	14,5	157	1,25	29,0	360
1,12	16,0	171	1,26	30,0	375
1,13	17,0	185	1,27	31,0	390
1,14	18,0	200	1,28	31,6	406
1,15	19,0	215	1,29	32,5	422
1,16	20,0	229	1,30	33,0	438
1,17	21,3	243	1,31	34,3	455
1,18	22,5	257	1,32	35,0	468
1,19	23,0	272	1,33	36,8	485
1,20	24,0	286	1,35	37,5	515
Накопление в хромовом электролите излишнего количества трехвалентного хрома (больше 7 Г/л) затрудняет работу; при этом наблюдается пульсация тока, увеличе-ниё’напряжения на ванне, образование крупных стойких пузырей, темный цвет хромовых осадков. Для уменьшения содержания трехвалентного хрома следует электролит проработать током при большой поверхности анодов и минимальной поверхности катода.
Осаждение примесей железа. Для хромирования часто применяют стальные ванны без защитной футеровки, что ведет к накоплению с течением времени в хромовом электролите железа, которое отрицательно действует на процесс хромирования. Примеси железа в хромовом электролите затрудняют получение блестящих покрытий, так как величина тока непрерывно колеблется, электропроводность электролита уменьшается, а необходимое напряжение повышается.
На ряде заводов применен метод осаждения примесей железа в хромовом электролите желтой кровяной солью (железисто-синеродистый калий К4 I Fe (CN)el). Количе-228
ство желтой кровяной соли, которое необходимо добавлять в ванну, определяется из уравнения
3- 422,38 -у
4-56
где 422,38 — молекулярный вес К4 [Fe (CN)eJ;
56 — атомный вес железа;
у — содержание в хромовом электролите железа по анализу.
Примерно на каждые 10 Пл железа в электролите необходимо добавлять около 60 Г желтой кровяной соли, которая предварительно растворяется в небольшом объеме воды и добавляется в хромовую ванну небольшими порциями при помешивании, после чего электролит отстаивается. Отстоявшийся электролит сливают в ванну для хромирования или фильтруют через плотную стеклоткань.
При осаждении железа следует не допускать избытка K4[Fe (CN)el для того, чтобы не образовалась растворимая модификация железа, в результате чего оно не перейдет в осадок и останется в ванне.
Хромирование в саморегулирующихся электролитах. Для повышения устойчивости хромовых электролитов в работе за счет сохранения постоянным соотношения СгО3 : SO4, что также позволяет увеличивать выход по току, предложен метод добавок солей, имеющих ограниченную растворимость в хромовом электролите. В качестве таких солей применяют сульфат стронция SrSO4 и кремнефторид калия K2SiFe.
Введенные в хромовый электролит в количествах, превышающих их растворимость, эти соли будут находиться в небольшом избытке на дне ванны в виде твердой фазы; содержание посторонних анионов в растворе при постоянной температуре и изменении концентрации СгО3 будет автоматически поддерживаться постоянным за счет частичного растворения этого избытка.
Рекомендуется электролит такого состава (в Пл):
Хромовый ангидрид (очищенный от примеси сульфатов) ..............250
Сульфат стронция ................... 6
Кремнефторид калия ................. 20
Режим работы: плотность 'тока DK = 40^-80 а1дм2\ температура 55—65° С; выход металла по току 18^20^6/’
229
Этот электролит не нуждается в частой корректировке, он менее чувствителен к изменениям температуры и благодаря повышенному выходу по току значительно производительнее (в 1,5 раза) обычных хромовых электролитов.
Комбинированные покрытия двухслойным хромом. Противокоррозионная устойчивость хромовых покрытий находится в прямой зависимости от их пористости. Наименьшей пористостью обладают осадки «молочного хрома», получаемые при повышенной температуре. Это свойство «молочного хрома» позволяет применять противокоррозионное хромирование стальных изделий без подслоя, например хирургических инструментов, с осаждением слоя 6—7 мк. Для улучшения износоустойчивости предложен метод двухслойного покрытия хромом, заключающийся в осаждении блестящего твердого покрытия поверх «молочного», беспористого, что позволяет одновременно защищать изделия как от коррозии, так и от механического износа. Для жестких условий эксплуатации рекомендуется такой режим хромирования в стандартном электролите (250 Пл СгО3, 2,5 Пл HaSO4). Первый слой толщиной 20 мк осаждается при режиме «молочного» хромирования: плотность тока DK = = 30 а!дм\ температура 70° С; второй слой толщиной 50 мк осаждается при режиме блестящего хромирования при плотности тока DK = 55 а/дм2 и температуре 50° С. Производственные испытания показали преимущество таких комбинированных покрытий.
Саморегулирующиеся электролиты для хромирования успешно используются для получения комбинированных покрытий различного назначения. Износостойкое комбинированное хромовое покрытие для работы в агрессивных средах получают в одной ванне путем последовательного осаждения сначала молочного беспористого осадка толщиной 15—30 мк, а затем блестящего износоустойчивого покрытия. Температура электролита, .поддерживается в пределах 55—65° С. Для получения молочного ТюадкаТТлотность тока должна быть 20—25 а/дм2, для получения блестящего осадка 60—70 а!дм2.
Схема структуры такого комбинированного покрытия приведена на рис. 55.
Изменение плотности тока при переходе от первого режима ко второму рекомендуется производить плавно в течение 1—3 мин.
230
При работе в двух ваннах режимы покрытии таковы: для осаждения молочного осадка хрома / = 754-85° С, DK = 604-80 а!дм2, для получения блестящего хрома t — 504-55° С, DK = 504-80 а!дм2. Этот метод является более производительным.
Как известно, твердые хромовые покрытия плохо прирабатываются, так как в первый момент часто получаются задиры, риски и другие дефекты, что является
причиной выхода
Рис. 55. Схема структуры комбинированного хромового износостойкого покрытия для работы в агрессивных средах:
Рис. 56. Схема структуры двухслойного комбинированного покрытия хромом:
Рис. 57. Схема структуры трехслойного комбинированного покрытия хромом:
/ — основной металл;
2 — молочный осадок;
3 — блестящий осадок
/ — основной металл;
2 — блестящий осадок;
3 — молочный осадок
/ — основной металл;
2	— молочный осадок;
3	— блестящий осадок;
4	— молочный осадок
В саморегулирующихся электролитах возможно получение молочных, мягких, пластичных, легко прирабатывающихся покрытий. Режимы получения молочных и блестящих осадков те же, что и для износостойких покрытий для работы в агрессивных средах.
Допуск на шлифование должен быть в пределах 0,05— 0,1 мм. Толщина молочного осадка после обработки должна составлять 15 мк.
Схемы двухслойного и трехслойного покрытий для обеспечения приработки приведены на рис. 56 и 57.
Получение защитно-декоративных матово-блестящих покрытий хромом, применяющихся для отделки инструментов, приборов, марочных щитков и других изделий возможно путем осаждения комбинированных покрытий в саморегулирующемся электролите.
Сначала получают в первой вадне шероховатое, серое, матовое покрытие при температуре электролита 40— 45° С, плотности тока 30—60 а!дм2 и времени выдержки
231
20—30 мин, а затем в другой ванне осаждают блестящие покрытия при температуре 55—60° С и плотности тока 60—70 а/дм2 в течение 5—10 мин.
Красивое матово-блестящее покрытие получается также путем осаждения первого слоя хрома в тетрахро-матном электролите при температуре 20° С и плотности тока 30 а/дм2, с последующим нанесением второго слоя в универсальном хромовом электролите при температуре 48—50° С и плотности тока 15 а!дм2.
Холодное коррозиоустойчивое хромирование. Этот новый способ холодного хромирования с применением раствора тетрахромата позволяет получать практически бес-пористые покрытия хрома, отличающиеся высокой коррозионной устойчивостью. В отличие от обычного хромирования покрытия, полученные из тетрахроматного электролита, осажденного непосредственно на полированный металл, имеют матовый серый цвет, однако после полирования приобретают блеск, присущий хрому. Твердость осадков хрома приближается к твердости электролитического никеля.
Состав электролита в Пл-.
Хромовый ангидрид ............ 375—450
Едкий натр .	.............50—70
Серная кислота ...............0,8—1
Сернокислый магний ........... 2—3
Трехвалентный хром (образуется в электролите)................ 5—20
Хромирование производится при плотности тока DK = = 20-нЗО а/дм2 и температуре 15—25° С. Повышение температуры электролита выше 35° С ведет к получению дефектных покрытий, поэтому ванну необходимо охлаждать и следить, чтобы объемная плотность тока не превышала 1—1,5 а!л. Рассеивающая способность тетрахроматного электролита значительно выше, чем стандартных электролитов, что позволяет успешно хромировать рельефные изделия.
Большим преимуществом является повышенный выход металла по току, достигающий 25—30% (против 13— 15% при обычном хромировании), что позволяет ускорять осаждение и получать за 10 мин осадки хрома толщиной 6—7 мк.
232
Тетрахромат натрия разрушает свинец, поэтому хромирование производится в стальных ваннах без какой-либо облицовки.
Для определения концентрации хромового ангидрида в тетрахроматных электролитах удобно пользоваться табл. 31.
Таблица 31
Концентрация хромового ангидрида в тетрахроматном электролите, содержащем 50—70 Г/л NaOH
Удельный вес в Г/сж3 при температуре 20° С	Концентрация хромового ангидрида в Г! л	Удельный вес в Псмъ при температуре 20° С	Концентрация хромового ангидрида в Г! л
1,21	270	1,28	365
1,22	284	1,29	380
1,23	297	1,30	394
1,24	310	1,31	409
1,25	324	1,32	422
1,26	338	1.33	437
1,27	351	1,34	450
Приготовляют электролит в такой последовательности. В рабочей ванне растворяют потребное количество хромового ангидрида; в отдельном сосуде растворяют едкий натр. После полного остывания раствор щелочи постепенно при помешивании вливают в раствор хромового ангидрида. Затем добавляют разбавленную серную кислоту и прорабатывают ванну при высокой анодной плотности тока для накопления небольшого количества трехвалентного хрома.
Вместо проработки электролита током с целью получения трехвалентного хрома, содержание которого должно быть не менее 7—8 Г!л, для ускорения процесса восстановления хромового ангидрида рекомендуется добавление в электролит одного из следующих веществ (в Г/л):
Сахара ............................ 3
Глюкозы ........................... 2
Мочевины........................16—20
Перекиси водорода ...............5—6
Однослойное покрытие хромом по стали толщиной 8—10 мк вполне заменяет трехслойное покрытие Ni—
233
Си—Ni в легких условиях службы изделий и является более экономичным, так как в 2—3 раза снижается трудоемкость и экономятся материалы, а декоративный вид изделий улучшается.
Пористое хромирование. Процесс получения пористого хромового покрытия в основном сводится к кратковременному растворению ранее полученного хромового отложения с целью создания поверхностной пористости.
Для получения пористости применяются два способа:
1) химический способ — путем кратковременного травления в разбавленной (1 : 1) соляной кислоте;
2) электрохимический — путем анодного травления в хромовокислом электролите.
Чаще применяется второй способ. При анодном травлении происходит выявление сетки трещин, образованных в слое хрома при его осаждении. Глубина и количество этих многочисленных трещин и каналов зависят от режимов первоначального хромирования и анодной обработки. Пористая поверхность хрома имеет способность хорошо удерживать смазку, что увеличивает износостойкость трущихся деталей в 10—12 раз, поэтому пористое хромирование целесообразно применять для деталей, работающих с . недостаточной смазкой, как, например, шейки валов, поршневые кольца, трущиеся детали двигателей и станков.
Для хромирования применяется обычный электролит (220—250 Пл хромового ангидрида и 2,5 Пл серной кислоты).
Процесс ведется при плотности тока 50—60 а/дм2 при температуре 55—60° С. Толщина слоя хрома после шлифования должна быть около 0,1—0,12 мм. Выявление пористой сетки производится на аноде при плотности анодного тока 30—40 а!дм2 и температуре 35—45° С за 6—10 мин. После промывки, нейтрализации в 3%-ном растворе соды и сушки детали подвергаются термообработке в масле при температуре 200° С для устранения «водородной хрупкости», при этом происходит также насыщение хромовой сетки маслом.
С целью значительного сглаживания хромированной поверхности, что позволяет обходиться без притирки деталей, например поршневых колец, предложен способ пористого хромирования с применением тока переменной полярности в течение всего процесса покрытия.
234
Хорошие результаты были получены в электролите обычного состава (хромового ангидрида 250 Г!л, серной кислоты 2,5 Пл) при таком режиме: плотность тока при хромировании DK = 404-45 al дм2-, температура электролита 50—53° С; плотность тока при анодной поляризации Da = 404-45 а/дм2', продолжительность периода катодной поляризации 15 мин; продолжительность анодного травления 6 мин. Общая продолжительность хромирования 5,5 ч. Толщина пористой части хромового покрытия составляет 0,06—0,04 мм при общей толщине слоя 0,10—0,12 мм.
В практике некоторых заводов для определения скорости осаждения хрома пользуются следующими эмпирическими формулами:
для защитно-декоративного хромирования
С = (0,74-0,9) DK мк!ч\
для износоустойчивого хромирования
С — (0,84-1,2) DK мк!ч\
для осадков хрома молочного цвета при повышенных температурах и низких плотностях тока
С = (0,34-0,6) DK мк!ч;
здесь С — скорость осаждения в мк!ч;
DK — плотность тока в а!дм2.
Большие значения коэффициентов принимают в случаях повышенной плотности тока и низкой температуры электролита.
Черное хромирование. Хромовое покрытие черного цвета осаждается непосредственно на сталь или на предварительно хромированные в обычном электролите детали, что повышает коррозионную устойчивость покрытия.
В сочетании с матовым и блестящим черный хром может быть использован для защитно-декоративных покрытий инструментов и, кроме того, в оптических приборах и других специальных целях.
Электролит для черного хромирования имеет такой состав (в Пл)'.
Хромовый ангидрид.......... 300—350
Уксуснокислый барий . . 7 ,	5—7
Азотнокислый натрий	...	7—12
Борная кислота ............ 12—15
235
Процесс ведут при плотности тока 40—100 а!дм\ температуре 20—35° С в течение 15—25 мин. Аноды свинцовые, соотношение анодной и катодной поверхностей 3:1.
Последующая пропитка в подогретом до 60—80° С машинном масле улучшает внешний вид покрытия, которое становится более блестящим и несколько повышает противокоррозионную стойкость.
Подвески при хромировании. Одной из особенностей хромирования является то, что в этом процессе исключительное внимание следует обращать на способы подвешивания изделий в ванну.
Хромовый слой осаждается неравномерно: на выступающих частях, остриях и нижних частях изделий осаждается большое количество хрома; на частях изделий, расположенных лицевой стороной к аноду, оседает хрома больше, чем на боковых частях.
Часто на практике наблюдаются такие явления, как пригорание на выпуклых частях, оплывание концов изделий, отслаивание хрома на остриях, овальность цилиндрических изделий и другие искажения толщины слоя. Наибольшее влияние эти явления оказывают при износоустойчивом хромировании с осаждением слоев значительной толщины.
Для устранения этих неравномерностей применяют так называемые дополнительные экраны и защитные катоды в виде проволок и пластинок, а также кольцевые аноды.
Схемы завески разных деталей в ванну для хромирования и .расположения подвесок и анодов приведены на рис. 58 и 59.
Для анодного снятия хрома с неудачно покрытых изделий применяется электролит, состоящий из едкого натра или калия, взятых в количестве 100—120 Пл.
Процесс ведется при плотности тока Da = 104-20 а!дм2 со стальными никелированными катодами при температуре 50—60° С. Время от времени ванну необходимо корректировать, добавляя щелочь.
Снять хром можно также в 5—20 %-ном растворе соляной кислоты.
Для изоляции участков деталей, не подлежащих покрытию хромом, применяют при декоративном хромировании цапон-лак, текстолит, резину; при длительном 236
хромировании требуются для изолирования более стойкие материалы, как, например, перхлорвиниловые лаки, полихлорвинил, керамика, стекло и эбонит.
Для оздоровления условий труда рекомендуется зеркало испарения ванны покрывать поплавками из пластмассы в виде шариков, гранул или двояковыпуклых линз.
Рис. 58. Подвеска для хромирования глазков для волочения:
7—освинцованный проволочный анод; 2—волока; 3—слой хрома; 4 — пластина (стеклолит);
5 — винты для крепления
Рис. 59. Приспособление для хромирования коленчатого вала
Поплавки изготовляются из гранулированного полиэтилена или пенополистирола; размеры их берутся в зависимости от конфигурации и габаритных размеров деталей, обычно применяют поплавки диаметром до 40 мм. Они не мешают загрузке и выгрузке деталей благодаря большой подвижности в растворе.
Полиэтиленовые поплавки применимы в ваннах с температурой растворов, не превышающей 100° С, пенополистироловые — не превышающей 70° С.
При выборе материала и конструкции поплавков следует учитывать, что они должны погружаться в раствор не более чем на 0,25—0,40 диаметра. Поплавки
237
уменьшают зеркало испарения ванн на 80—90%, что позволяет уменьшить объем отсасываемого воздуха; значительно снижают унос электролита, уменьшают расход тепла на подогрев ванн и позволяют увеличить срок службы воздуховодов и вентиляторов.
Укрытие поплавками целесообразно применять также для ванн электрополирования, электрохимического обезжиривания, травления, анодирования и ряда покрытий в кислых и цианистых электролитах.
На некоторых заводах проведены удачные опыты по применению порошка «Новость» в смеси с бикарбонатом натрия для уменьшения уноса хромового электролита и снижения его испарения. Эта смесь добавляется из расчета 1—2 Пл.
СВИНЦЕВАНИЕ
Свинец — мягкий металл серого цвета, удельный вес его 11,3 Псм9\ атомный вес 207,2, электрохимический эквивалент 3,86, температура плавления 327° С. Нормальный потенциал свинца менее электроотрицателен, чем потенциал железа (—0,136 в), поэтому покрытия свинцом не могут являться электрохимической защитой железоуглеродистых сплавов от коррозии. Для корро-зиоустойчивых покрытий, а также для защиты от действия агрессивных реагентов требуется нанесение бес-пористых слоев свинца.
Свинцовые покрытия отличаются высокой химической стойкостью; они хорошо защищают металл от действия растворов серной кислоты и ее солей, устойчивы в атмосфере, загрязненной сернистыми газами.
Свинец слабо реагирует с соляной кислотой, но щелочи и азотная кислота легко на него действуют. Свинец растворяется в органических кислотах с образованием ядовитых свинцовых солей, что исключает его применение для посуды и пищевых аппаратов.
Недостатком свинцовых покрытий является их мягкость, поэтому применяемая толщина покрытий намного больше, чем толщина других гальванических покрытий.
Толщина свинцовых покрытий, применяемых для защиты деталей машин, механизмов, аппаратов и приборов в атмосфере, загрязненной сернистыми газами, должна быть 100—150 мк в жестких условиях и 30—50 мк в средних условиях эксплуатации.
238
Для защиты химической аппаратуры от воздействия растворов серной кислоты и ее солей, а также сернокислых и сернистых соединений толщина покрытия свинцом должна быть 50—150 мк. Для защиты оборудования от воздействия концентрированных растворов серной кислоты толщина свинцового покрытия составляет 200— 1000 мк, а в специальных случаях может достигать нескольких миллиметров. В последнее время для некоторых гальванических процессов (хромирование, электрополирование) успешно применяются алюминиевые аноды, покрытые тонким слоем свинца.
Электролиты для свинцевания. Наибольшее применение для свинцевания нашли кислые электролиты, как, например, борфтористоводородный, метабензолдисульфоновый и фенолсульфоновый. Щелочные электролиты дают очень пористые осадки, обладающие малой стойкостью, и несмотря на высокую рассеивающую способность не применяются. Из кислых электролитов наиболее надежным является борфтористоводородный такого состава (в Пл):
Основная углекислая соль свинца 120
Плавиковая кислота (100%-ная)	. . 120
•Борная кислота....................106
Клей столярный.................... 0,2
Режим работы: температура 18—20° С, плотность тока DK = 1ч-3 а/дм2, выход по току 95—100%.
Аноды должны быть из прокатанного листового свинца. Рекомендуется механическое перемешивание.
Недостатком электролита является его невысокая рассеивающая способность. При покрытии рельефных изделий концентрацию составных частей раствора следует увеличить примерно вдвое и уменьшить расстояние между электродами.
Приготовление электролита ведут в такой последовательности. Сначала готовят борфтористоводородную кислоту. Для этого в освинцованный сосуд наливают плавиковую кислоту (из расчета 120 Г!л 100%-ной кислоты) и при помешивании осторожно засыпают кристаллическую борную кислоту (из расчета 93 Пл). Для избежания сильного разогревания раствора его понемногу разбавляют водой.
Когда раствор охладится, в него добавляют небольшими порциями в виде густой кашицы основную угле
239
кислую соль свинца (из расчета 120 Пл), которая растворяется с выделением углекислого газа и образованием свинцовой соли борфтористоводородной кислоты. При таком приготовлении в электролите остается некоторое количество свободной кислоты, что улучшает его работу и придает устойчивость. После этого отстоявшийся раствор переливают в ванну и к нему добавляют клей, растворенный в горячей воде; затем добавляют воду до нужного уровня, перемешивают раствор, завешивают аноды и приступают к работе.
Ванну для свинцевания внутри гуммируют или асфальтируют.
Корректирование электролита состоит в периодическом добавлении борфтористоводородной кислоты и клея.
При достаточной поверхности свинцовых анодов и их хорошей растворимости соли свинца приходится добавлять очень редко.
Все работы по приготовлению электролита для свинцевания и ведение процесса нужно проводить с осторожностью, остерегаясь действия ядовитых солей свинца и едкой плавиковой кислоты.
Неполадки в работе и их устранение. При нормальной работе получаются гладкие осадки светло-серого цвета, прочно сцепленные с основным металлом. Газовыделение на катоде едва заметное, а на аноде — совсем не заметное.
Если на краях изделий образуются наросты и наблюдается значительное газовыделение, то это может быть вызвано слишком высокой плотностью тока, которую следует понизить, или избыточным содержанием свободной кислоты по сравнению с фактическим содержанием свинцовой соли в растворе.
Образование крупнокристаллической структуры осадка по всей поверхности наблюдается при недостаточном содержании клея, повышенной температуре электролита и пониженном содержании свободной кислоты. Эти факторы нужно проверить и отрегулировать.
Плохое сцепление осадка свинца с основным металлом бывает при недостаточно тщательной подготовке поверхности, а также при наводороживании основного металла при травлении или электролитическом обезжиривании. Лучшие результаты по подготовке поверхности к свинцеванию дает гидропескоструйная обработка, которую следует предпочесть другим видам подготовки. Мерами борьбы 240
с наводороживанием является анодная обработка при обезжиривании или нагреве изделий до 100—150° С с целью удаления поглощенного водорода.
Иногда в растворе образуется шлам, состоящий из плохо растворимого фтористого свинца. Это бывает, если при составлении электролита и приготовлении борфтористоводородной кислоты было взято недостаточное количество борной кислоты и осталась в большом избытке свободная плавиковая кислота, образующая соли фтористого свинца.
Как уже упоминалось, кислые свинцовые электролиты обладают плохой рассеивающей способностью, и нередко для равномерных покрытий сложных изделий приходится применять фигурные аноды.
СЕРЕБРЕНИЕ
Серебро — белый, мягкий и ковкий металл, удельный вес серебра 10,5 Г1сма, атомный вес 107,88, температура плавления 960° С. Электрохимический эквивалент 4,025 Па-ч. Серебро почти не реагирует со щелочью и с соляной кислотой, серная кислота действует на него медленно, азотная кислота легко растворяет серебро.
Серебряные покрытия не могут являться электрохимической защитой железа и стали от коррозии, потому что потенциал серебра (+0,81 в) значительно электроположи-тельнее потенциала железа, и в случае малейшего повреждения покрытия стальные изделия будут подвергаться коррозии даже более интенсивно, чем непокрытые. Поэтому серебро обычно наносится на подслой меди или на изделия из медных сплавов.
Серебряные покрытия характеризуются коррозионной стойкостью на чистом воздухе и в пресной воде, высокой электропроводностью и теплопроводностью, а также высокой отражательной способностью, равной 90—95%. Покрытия серебром обладают хорошим сцеплением с основным металлом и способностью хорошо паяться.
Серебрение применяется для увеличения электропроводности деталей, повышения отражательной способности как защитно-декоративнце покрытие и для специальных целей.
Под действием сернистых соединений, находящихся в воздухе даже в небольших количествах, серебряные
241
покрытия тускнеют, покрываются темным налетом сернистого серебра и теряют декоративный вид.
Для сохранения постоянных свойств серебряных покрытий применяется дополнительная защита путем осаждения тонких слоев палладия, родия, гидроокиси бериллия и пленками сернистых соединений, которые в приборах для высоких частот обеспечивают постоянство электрических характеристик.
Пленка гидроокиси бериллия прочно соединяется с серебряным покрытием, хорошо сохраняет декоративный вид, но плохо паяется и увеличивает электрическое сопротивление.
Толщина покрытий серебром в зависимости от условий эксплуатации изделий бывает в пределах 1—30 мк-, так, например, толщина серебряных покрытий на деталях из меди и медных сплавов, требующих декоративной отделки, назначается в пределах 6—9 мк, для столовых приборов 24—30 мк. Для деталей, работающих под токами высокой и низкой частоты, не подвергающихся трению, толщина покрытия должна быть 3—9 мк и для подвергающихся трению 9—15 мк. Токосъемные кольца, работающие на трение, покрывают серебром с толщиной слоя 30—36 мк.
Для монтажных шин и проводов высокочастотной аппаратуры, требующей пайки под точечную сварку, толщина серебряного покрытия для легких условий эксплуатации 1—3 мк, для средних условий 3—6 мк.
На детали из бронзы и алюминия перед серебрением наносится медное покрытие толщиной 3—9 мк, например: для токоведущих контактирующих деталей толщина слоя меди 3 мк, серебра 9 мк.
Серебряные покрытия применяются для защитнодекоративных и специальных целей, преимущественно для токопроводящих деталей, электро- и радиоприборов, а также для покрытия рефлекторов, фар и зеркал.
В приборо- и в аппаратостроении для повышения твердости мягкого серебряного покрытия применяется подслой никеля. В декоративных целях очень часто применяется оксидирование серебряного покрытия для придания ему дымчатого или черного цвета.
Для предохранения серебряных покрытий, соприкасающихся с эбонитом или могущих подвергнуться действию сернистых соединений, их покрывают тонким слоем палладия и бериллия.
242
Электролиты для серебрения. В качестве, электролитов для серебрения применяются главным образом растворы цианистых солей серебра, которые дают мелкокристаллические, плотные и пластичные отложения, а также обладают высокой рассеивающей способностью. Сравнительно небольшое распространение находят электроды с иоди-стыми и роданистыми солями.
В состав цианистых электролитов входит хлористое серебро, растворенное в избытке цианистого калия с образованием комплексных соединений. Электролит должен содержать значительный избыток цианистого калия в свободном виде, чтобы предупредить возможность контактного осаждения серебра. Кроме того, в электролите находятся углекислые соли, повышающие электропроводность. Для получения более светлых или полублестя-щиХ осадков иногда добавляют гипосульфит (до 1 Г/л) и аммиак.
При серебрении деталей из меди и ее сплавов их подвергают предварительному амальгамированию.
Амальгамирование производят погружением изделий на 3—5 сек (но не больше) в раствор из 7,5 Г/л хлористой ртути (сулема) и 4 Г/л хлористого аммония или же в раствор, состоящий из 5—10 Г/л окиси ртути и 50—100 Г/л цианистого калия. Изделия при этом покрываются ровным белым налетом с голубоватым оттенком. Для амальгамирования применяются также и такие растворы (в Г/л):
Азотнокислая закись ртути .... 10
Азотная кислота ..................1—2
или
Цианистая ртуть ................... 10
Цианистый калий ................... 15
После амальгамирования детали тщательно промывают водой и завешивают в ванну серебрения.
При непосредственном серебрении стальных или никелированных деталей применяют осаждение последовательно в двух электролитах.
Для предварительного покрытия серебром применяется такой состав (в Г/л):
Хлористое серебро ...............2—5
Калий цианистый . >..........'. . В—100
Режим работы: плотность тока DK=l,5-r-2 а!дм*-, температура 18—25° С; продолжительность обработки 1—2 мин.
243
Для покрытия изделий из меди и ее сплавов после предварительного серебрения или амальгамирования их находит применение такой электролит (в Пл)-.
Хлористое серебро . .	27
(что соответствует 20 Пл металлического серебра)
Цианистый калий ...	48
В том числе свободный цианистый калий	24
Режим работы: плотность тока DK = 0,3 а/дм2\ температура 18—20° С при подогреве до 30° С (но не выше), плотность тока можно увеличить до 0,5—0,8 а/дм2', напряжение на ванне 2—2,5 в; выход по току 98—100%.
Химический состав анодов, применяемых для серебрения, должен соответствовать серебру марки Ср 999,9 по ГОСТу 6836—54. Поверхность их должна составлять не менее одной трети поверхности катодов. Меньшая поверхность вызывает потребность увеличения напряжения тока.
Относительно тонкие отложения серебра получают в ванне за один, прием. Если же требуется более толстый и плотный слой, то изделия периодически вынимают из ванны и крацуют мягкой медной щеткой, а затем подвешивают обратно в ванну для дальнейшего осаждения. Этот прием повторяют через каждые 2—3 ч до получения слоя отложения требуемой толщины.
Для получения твердых, более износоустойчивых серебряных покрытий применяют электролит с добавлением кобальта в виде комплексной цианистой соли (1 Пл металлического кобальта). Электролиты для серебрения приготовляются осаждением хлористого серебра или азотнокислого серебра в растворе цианистого калия.
При приготовлении электролита по первому способу хлористое серебро получают при прибавлении раствора хлористого натрия, взятого из расчета 12 Пл (или соляной кислоты), к раствору азотнокислого серебра, взятого из расчета 31 Пл. Взятые в необходимых количествах азотнокислое серебро и поваренная соль растворяются в отдельных сосудах в небольшом количестве воды после растворения и отстаивания растворы декантируют. Затем, постепенно перемешивая, вливают раствор хлористого
244
натрия в раствор азотнокислого серебра. Осаждение ведут до тех пор, пока не перестанет образовываться белый творожистый осадок, который и является хлористым серебром.
Проверяют, не осталось ли в получающейся зеленоватого цвета жидкости серебра, добавляя соляную кислоту. Отсутствие белого осадка указывает на отсутствие в жидкости серебра.
Творожистый осадок промывают проточной водой, пользуясь полотняным фильтром до исчезновения кислотности, что определяется лакмусовой бумажкой.
Полученный осадок хлористого серебра переводят в рабочую ванну, в которой предварительно растворен цианистый калий в количестве 48 Пл. При этом образуется комплексная соль серебра и часть цианистого калия (24 Пл) остается в свободном виде.
Вследствие легкости растворения серебра в азотной кислоте часто азотнокислое серебро изготовляется из металлического серебра. Работу ведут таким образом: 100 Г чистого серебра растворяют в 200—250 Г азотной кислоты (серебро перед растворением обязательно вальцуется как можно тоньше). Растворение серебра производится обязательно в фарфоровой посуде при медленном нагревании в вытяжном шкафу для удаления вредных окислов азота.
После полного растворения серебра в азотной кислоте раствор разбавляется водой и из него осаждается хлористое серебро, как указано выше.
При получении электролита непосредствено из металлического серебра поступают так: в ванну наливают 5% ный раствор цианистого калия и завешивают аноды из чистого серебра. На катодную штангу подвешивают стальной стержень, помещенный в диафрагму — пористый сосуд из неглазурованной глины, наполненный тем же раствором цианистого калия. При пропускании тока в раствор переходит серебро в виде комплексной соли.
Светлые плотные осадки серебра получают также в электролите такого состав (в Пл):
Желтая кровяная соль . . . 130—150 Роданистый натрий или калий 130—150 Азотнокислое серебро (в пере-
счете на хлористое) ”. . 20—40
Режим работы: температура 18—20° С; плотность тока 1—2 а!дм2', pH = 8-^8,5. Скорость осаждения 1—
245
1,5 mkJmuh. Электролит имеет хорошую рассеивающую способность, стабилен в работе.
Неполадки при серебрении и их устранение. При серебрении могут наблюдаться неполадки. При нормальной работе ванны газовыделения на катоде и аноде не происходит, осадки получаются плотные, гладкие, светлые, матовые. Серебряные аноды хорошо растворяются и имеют сероватый оттенок, а когда работа прерывается, приобретают белый цвет с блеском. Если аноды во время работы светлые и блестящие^ то это является признаком излишка в растворе цианистого калия. Для устранения такого явления в электролит надо добавить хлористое серебро.
Получение темных и пятнистых осадков вызывается недостатком в электролите цианидов, при этом аноды покрываются темным налетом, не растворяющимся при перерывах работы ванны. Темные осадки также могут получаться при загрязнении электролита. В первом случае требуется добавить цианистый калий, во втором — рекомендуется добавить в ванну 2 мл!л аммиака (25%-ного) или 1 Пл гипосульфита. Добавление аммиака рекомендуется также при получении осадков серебра с желтоватым оттенком.
Рыхлый губчатый осадок указывает на слишком высокую плотность тока для данной концентрации серебра в электролите. Необходимо в этом случае добавить в ванну хлористое серебро, а также применить перемешивание и легкий подогрев (до 30—35° С) электролита.
Образование пятнистого осадка может быть вызвано местным (у катода) обеднением электролита ионами серебра. Применение перемешивания устраняет этот дефект.
Если наблюдаются шелушение и отслаивание покрытий при полировании, то это указывает на неудовлетворительное амальгамирование, причем здесь могут быть две основные причины — плохая подготовка поверхности изделий перед амальгамированием или передержка в растворе для амальгамирования, при которой ухудшается сцепление покрытия с основным металлом.
Плохая рассеивающая способность ванны бывает при высоком содержании серебра в электролите, при недостатке свободного цианида и при отсутствии карбонатов.
Если осаждение происходит быстро, но осадок местами скалывается, то это указывает на то, что раствор ванны 246
слишком концентрирован; в этом случае необходимо раствор разбавить водой.
Покрытия полосатые, некрасивого цвета, обычно получающиеся в старых загрязненных ваннах, можно улучшить прибавлением аммония и небольшим добавлением тиосульфата натрия.
Обычно при правильной корректировке, которая заключается в систематическом добавлении солей серебра и цианистого калия, электролиты работают долгое время без смены. Перед удалением негодного электролита следует использовать находящиеся в нем серебряные соли путем осаждения соляной кислотой хлористого серебра, которое после отстаивания и декантации раствора промывается водой и может быть использовано при составлении нового электролита.
Удаление серебра с подвесок и забракованных деталей (стальных) можно произвести анодным растворением в 5%-ном растворе цианистого калия; в качестве катода применяют пластинку из чистого серебра» С деталей из меди и ее сплавов снятие серебра производят в концентрированной серной кислоте (19 объемных частей) с добавлением одной объемной части азотной кислоты.
Интенсификация процесса серебрения возможна при периодическом изменении направления тока, что позволяет значительно (до 4 а/дм2) повысить плотность тока; при этом качество серебряного покрытия значительно улучшается, оно получается плотным и почти блестящим.
Хорошие результаты были получены в электролите такого состава (в Г/л):
Серебро (в пересчете на металл) . . . 38—40 Цианистый калий .............38—40
Режим работы: период изменения направления тока — 2,2 сек-, длительность катодного импульса 1,67 сек, анодного 0,53 сек, отношение катодного времени к анодному 3,15:1; температура 18—20° С; при DK = 1,25 а/дм2 в течение 25 мин получали слой серебра толщиной 19,5 мк.
ЗОЛОЧЕНИЕ
Покрытия золотом отличаются высокой химической стойкостью и по декоративным свойствам превосходят все другие виды гальванических покрытий.
247
Удельный вес золота 19,35 Псы3, атомный вес 197,3, Температура плавления 1063° С. Электрохимический эквивалент для одновалентных соединений золота 7,35, для трехвалентных 2,45. Нормальный электродный потенциал + 1,5 в.
Покрытия золотом находят применение в точном приборостроении для токопроводящих деталей, волноводов и пр., а также для декоративно-защитных покрытий в производстве часов и в ювелирном деле.
Золото весьма стойко по отношению к различным реагентам. Кислоты и щелочи на него не действуют. Растворяется оно только в смеси крепких азотной и соляной кислот (в царской водке). На воздухе золото не окисляется, не тускнеет и не изменяется, даже при сильном накаливании. Покрытия из чистого золота мягки и легко поддаются истиранию. Для повышения твердости золото осаждают вместе с никелем или кобальтом в виде сплавов, содержащих до 0,17% никеля или кобальта (твердое золочение).
Толщина золотых покрытий для деталей точных приборов принимается в пределах 5—20 мк. Толщина золотого покрытия, наносимого в защитно-декоративных и декоративных целях на ювелирные изделия, изготовляемые из меди и ее сплавов, томпака, монельметалла и пр., обычно не превышает 1—7 мк.
Перед золочением стальных деталей их предварительно меднят; толщина слоя меди в этих случаях должна быть не меньше 35—50 мк.
Окраска золотого отложения зависит от полученной структуры: тонкозернистые осадки более светлые; более крупнозернистые имеют красноватые тона. После осаждения золота требуется легкая полировка тонким крокусом для блеска.
Цвет отлагаемого золотого покрытия может быть изменен добавлением в электролит солей некоторых металлов. Чтобы получить цвет золота с красным оттенком, вводят в электролит соли меди в виде 0,1—0,15 Пл медноцианистой соли, а для получения зеленого оттенка — соли серебра в количестве 0,05—0,1 Пл.
Химический состав анодов, применяемых для золочения, должен соответствовать золоту марки Зл 999,9 по ГОСТу 6835—56. Очень тонкое золочение производится и с нерастворимыми анодами, например платиновыми
248
или графитовыми, причем последние во избежание загрязнения раствора помещаются в чехлы из фильтрующей ткани.
Электролиты для золочения. Для золочения главным образом применяются цианистые электролиты, отличающиеся хорошей рассеивающей способностью и хорошим качеством осадков. Реже применяются электролиты, содержащие железосинеродистый калий (желтую кровяную соль), отличающиеся меньшей стабильностью.
Главным компонентом электролитов для золочения является комплексная цианистая соль золота. Для получения удовлетворительных покрытий содержание золота в электролите должно быть в пределах 4—5 Пл и содержание цианистого калия 15—20 Пл.
Золочение при температуре 18—20° С допускает при-менейие тока невысокой плотности (0,1 а/дм2). При токе более высокой плотности получаются рыхлые темные покрытия, поэтому обычно применяют подогрев электролита до 65—75° С, при этом плотность тока можно повышать до 0,3—0,4 а/дм2 и покрытие получается более равномерное и более яркого оттенка. Добавление в элект--ролит фосфорно-кислого натрия позволяет несколько повышать катодную плотность тока, так как увеличивается электропроводность электролита.
Для золочения рекомендуется применять такой электролит (в Пл):
Золото (в виде металла)........ 4
Калий цианистый (свободный) ... 15
Натрий фосфорнокислый.......... 7
Применять цианистый натрий не следует, так как он вызывает пассивирование золотых анодов.
Режим работы: плотность тока 0,3—0,4 а/дм2, температура 65—75° С.
Рекомендуется перемешивание раствора или движение деталей во время золочения.
Для получения более твердых осадков в электролит добавляют 0,6—1 Г/л углекислого никеля или кобальта, цвет осадка золота при этом почти не изменяется.
Приготовление электролита. Электролит для золочения можно приготовить анодным, растворением металлического золота, при этом стальной катод помещают в пористый керамический сосуд, наполненный 3%-ным раствором цианистого калия. Анодная плотность тока 1—1,5 а/дм*.
249
Чаще электролит приготовляют путем растворения золота в смеси соляной и азотной кислот. Работу ведут в такой последовательности. Золото в виде тонкой, измельченной фольги растворяют в фарфоровой чашке при нагревании до 80—90° С в смеси кислот: одна часть соляной и три части азотной. На 1 Г золота берут 10 Г НС1 и 3 Г HNOS. Растворение ведут при непрерывном перемешивании до полного удаления окислов азота в виде бурых паров, после чего раствор выпаривают при температуре 70° С, пока он не сгустится и не примет вида густой массы темно-бурого цвета, которая представляет собой хлорное золото с остатком кислоты. Затем хлорное золото растворяют в воде (0,5 л) и к раствору приливают аммиак до' тех пор, пока не перестанет образовываться желто-бурый осадок гремучего золота. На каждый грамм растворенного золота прибавляют 10 мл 25%-ного раствора аммиака. Гремучее золото в сухом состоянии легко взрывается от толчка или удара, поэтому полученный осадок следует во влажном состоянии отфильтровать, промыть и добавить к предварительно приготовленному в ванне раствору, содержащему 15 Пл цианистого калия; при этом образуется комплексная соль золота. После этого в электролит добавляют необходимое количество растворенного фосфорнокислого натрия, воды до рабочего уровня, завешивают аноды и приступают к золочению.
Цианистые электролиты дают блестящие отложения, особенно в тонких слоях, и обладают хорошей рассеивающей способностью. Нецианистые электролиты дают несколько худшие результаты. Сюда относятся железосинеродистые растворы, при которых, ввиду плохой растворимости золотых анодов, пользуются нерастворимыми анодами. В этих электролитах золото находится преимущественно в виде трехвалентных соединений, поэтому при одинаковой плотности тока осаждение будет происходить в 3 раза медленнее, чем в цианистных электролитах.
Из нецианистых электролитов может быть рекомендо-
ван следующий (в Г/л):
Золото (в виде хлорного)........ 50
Калий железосинеродистый (желтая кровяная соль) ............ 200
Натрий углекислый............... 50
250
Режим работы: температура 65—70° С; плотность тока 4—6 а!дм*.
При приготовлении электролита отдельно растворяют при температуре кипения желтую кровяную соль и в полученный раствор добавляют растворенный углекислый натрий. При этом выпадает в осадок гидрат окиси железа, который после отстаивания фильтруют. Отфильтрованный раствор переводят в ванну для золочения и добавляют воду до рабочего уровня. При охлаждении из электролита выпадают кристаллы, которые при нагревании вновь растворяются.
Корректирование цианистых электролитов заключается в периодической добавке цианистого калия в количестве 1—3 Г/л; при наличии золотых анодов добавлять золото не приходится. Если золочение производится с нерастворимыми анодами, то периодически, кроме цианистого калия, необходимо добавлять золото (в виде гремучего).
В случае неудачного покрытия золото можно снять с изделия анодным растворением в -4 %-ном растворе цианистого калия; катоды должны быть из золота. Химическим путем золото снимают в смеси из 1000 мл серной кислоты (удельный вес 1,84 Псм3) и 250 мл соляной кислоты (удельный вес 1,14 Г 1см3), в которую небольшими порциями добавляется азотная кислота (удельный вес 1,4 Псм3). Температура раствора 60—70° С.
Из отработанных цианистых электролитов золото регенерируют, осаждая его избытком соляной кислоты в виде хлорного золота.
При пользовании цианистыми ваннами нужно принимать все предусмотренные меры предосторожности.
ОСАЖДЕНИЕ сплавов
Латунирование. Латунь представляет собой сплав двух металлов: меди 60—80% и цинка 40—20%. Удельный вес латуни около 8,5 Псм3, она тверже меди. Латунирование применяется обычно как подслои при никелировании, серебрении и золочении, перед гуммированием, а также как декоративное покрытие (с последующим лакированием бесцветным лакОм). Этот сплав может быть получен электролитическим путем, если условия электролиза подобраны так, что допускают совместное осаждение металлов с образованием сплава..
251
Потенциалы меди и цинка могут быть очень близкими в растворе их комплексных солей и, например, из цианистых растворов могут быть получены при определенной плотности тока хорошие осадки латуни.
Изменяя условия электролиза (плотность тока, температуру), можно регулировать одновременное осаждение меди и цинка и получать сплав с большим или меньшим относительным содержанием этих металлов. При плотности тока 0,3 а! дм2 слой латуни толщиной 0,001 мм осаждается за 12 мин.
В качестве анодов лучше всего применять пластины литой латуни толщиной 5—8 мм марок Л-62, Л-68.
Можно также пользоваться чистой медью и цинком в виде пластин. В ванну подвешивается 60% медных и 40% цинковых пластин. В дальнейшем по цвету отложения регулируется количество подвешиваемых медных и цинковых пластин.
Поверхность анодов обязательно должна в 2—3 раза превышать поверхность катодов — это одно из основных правил прн латунировании.
Цвет отложения зависит от напряжения и плотности тока и может получаться с переходом от светло-желтого, золотистого, до медно-красного.
Электролиты для латунирования могут работать при разных температурах.
Нагреванием или прибавлением цианистого калия или цианистого натрия усиливают осаждение меди. Охлаждение и добавка углекислого натрия усиливают осаждение цинка.
Вновь составленная латунная ванна до начала работы в ней требует обязательной проработки и регулировки.
Электролиты для латунирования. При составлении растворов пользуются либо цианистыми солями меди и цинка, либо сернокислыми солями этих металлов и цианистого калия.
Хорошие осадки дает электролит такого состава (вПл):
Медь сернокислая................ 15
Цинк сернокислый ................. 15
Натрий углекислый................45—60
Натрий кислый сернокислый . .	20
Калий цианистый (натрий цианистый) ............................ 25
Мышьяковистая кислота (желательно) 2
252
Режим работы: плотность тока DK = 0,3 а/дм2; температура 20—30° С.
Для приготовления 100 л электролита в 50 л теплой воды растворяют сернокислую медь и сернокислый цинк; отдельно в 50 л воды растворяют 4 кГ углекислого натрия.
Оба раствора сливают вместе, перемешивая их, при этом образуется осадок углекислых солей меди и цинка. После отстаивания прозрачную жидкость осторожно сливают с осадка; к осадку добавляют 60 л воды, после чего растворяют при перемешивании кислый сернистокислый натрий — сульфит натрия (оставшееся, согласно рецептуре, количество). Отдельно^ в 40 л воды растворяют цианистый калий (или цианистый натрий) и приливают этот раствор к ранее полученной смеси солей, которые растворяются, образуя цианистые комплексные соединения. • Если раствор недостаточно прозрачный, к нему добавляют еше немного цианистого калия. После этого в прозрачный раствор добавляют мышьяковистую кислоту, растворенную в небольшом количестве горячей воды. Затем электролит переводят в ванну и прорабатывают 10— 12 ч током со случайными катодами, после чего он дает красивые светло-желтые осадки латуни.
Хорошие результаты дает также электролит такого состава (в Пл)-.
Соль Шевреля ......................20
Окись цинка........................20
Цианистый натрий (свободный) ... 15
Натрий кислый сернистокислый ...	10
Режим работы: плотность тока DK — 0,3 -5- 0,5 а/дм2; температура 30—40° С.
Приготовление соли Шевреля описано в разделе «Меднение».
Кроме указанных методов составления электролита, требующих длительного времени и последующей проработки, заслуживает внимания ускоренный метод.
Метод быстрого приготовления электролита для лату-' нирования заключается в следующем: ванну заливают водой примерно до половины рабочего объема и растворяют в ней цианистый натрий, углекислый натрий и сульфит натрия, взятые в количествах, соответствующих рецептуре состава. В отдельном сосуде растворяют в теплой воде сернокислую медь и добавляют при тщательном
253
перемешивании раствор сернокислого цинка. После охлаждения раствор сернокислой меди и цинка при интенсивном перемешивании вливают малыми порциями в ванну с предварительно растворенными в ней цианистым натрием, содой и сульфитом натрия. Образующиеся при сливании растворов зеленые хлопья цианистых солей меди и цирка легко растворяются при дальнейшем перемешивании в растворе цианистого натрия. После полного смешения приготовленных растворов доливают ванну водой до необходимого уровня и проверяют электролит на случайных катодах в течение 30—60 мин при плотности тока на катоде 0,15—0,30 а!дм2 и на аноде не выше 0,5 а!дм2 при комнатной температуре.
При правильном приготовлении электролита получается нормальный осадок латуни равномерного золотисто-желтого цвета, что указывает готовность ванны к эксплуатации.
Неполадки при латунировании возникают довольно часто из-за недостатка или избытка в электролите цианида, что легко обнаруживается по состоянию анодов. Образование заленовато-белого плотного налета на всей поверхности анодов указывает на недостачу цианида. Если поверхность анодов остается блестящей, а на катодах наблюдается только выделение водорода, это указывает на избыток цианида, который необходимо связать добавлением в электролит солей меди и цинка.
Иногда при латунировании образуются осадки, склонные к отслаиванию, со вздутиями. Причиной этого чаще всего является избыток цианида или слишком высокая плотность тока, в результате чего происходит интенсивное выделение водорода, который поглощается поверхностью железа, а в дальнейшем.при медленном выделении вызывает отслаивание и вздутие слоя латуни.
Осаждение латуни в кислых электролитах не дает пока возможности получения качественных покрытий. Представляет интерес электролит с применением органических комплексообразователей.
Состав электролита в Пл:
Медь углекислая ................... 15
Цинк углекислый ................... 15
Трилон Б (натриевая соль этилендиа-минотетрауксусной кислоты) . . . 120
Сода углекислая ................... 20
254
Режим работы: плотность тока DK — 0,84-1,5 а!дм2\ температура 20—25° С.
По сравнению с другими нецианистыми электролитами этилендиаминовый электролит для латунирования дает более положительные результаты — толщина покрытия может быть доведена до 6—8 мк, осадки латуни получаются твердыми, обладают достаточной прочностью сцепления с основой и отличаются повышенной коррозионной стойкостью, поскольку этилендиамин обладает ингибиторными свойствами. В состав покрытия входит от 65 до 70% меди, остальное — цинк. Твердость осадка на 35—40% выше твердости покрытий, полученных из цианистой ванны.
Состав электролита для латунирования следующий:
Медь сернокислая в Пл ............45—50
Цинк сернокислый в Г/л ..........70—80
Аммоний сернокислый в Пл .... 80—90
Натрий сернокислый в Г/л	.... 60—70
Аммиак (25%) в мл/л................ 8
Этилендиамин (70%) в мл/л .... 120
Декстрин в Г/л , . .	.......... 3
Режим работы: плотность тока DK = 14-1,2 а!дм2, температура 18—25° С; щелочность pH = 8,54-8,8. Продолжительность электролита для получения слоя толщиной 6—8 мк — 4 мин.
Для покрытия деталей сложной формы указанный электролит рекомендуется разбавить вдвое. Для получения покрытий хорошего качества свежеприготовленный электролит следует проработать током из расчета 0,2— 0,3 а-ч на 1 л раствора.
Следует иметь в виду, что качество получаемых покрытий латунью и прочность их сцепления зависят от соблюдения последовательности операций и температурного режима при приготовлении электролита. Этилендиамин выпускается в виде 20%-ного или 70%-ного водного раствора. Если применяется 70%-ный раствор, его необходимо разбавить до концентрации 20% дистиллированной водой и охладить. Приготовление электролита заключается в составлении медного и цинкового комплексных растворов.
Приводим порядок приготовления электролита из расчета материалов на 1 л электролита.
Приготовление медного комплекса. В 100 мл воды температурой 70—80° С растворяют 50 Г
255
сернокислой меди. В полученный раствор, охлажденный до 40° С, вводят в один прием при перемешивании 150 мл 20%-ного раствора этилендиамина, при этом температура раствора повышается до 50—55° С и он приобретает сине-фиолетовую окраску, соответствующую этилендиаминовому комплексу меди. В этот же раствор через 10— 15 мин, когда температура снизится до 35—40° С, добавляют раствор сернокислого натрия (приготовляется растворением 30 Г соли в 75 мл воды при температуре 70° С). Затем в этот же раствор добавляют раствор сернокислого аммония, полученного растворением 40 Г соли в 75 мл воды при температуре 70° С и охлажденного до 40° С.
Приготовление цинкового комплекса. В 150 мл воды, нагретой до 70—80° С, растворяют 30 Г сернокислого натрия. В полученный раствор добавляют постепенно при перемешивании 70 Г сернокислого цинка. Затем туда же добавляют раствор сернокислого аммония, полученного растворением 40 Г соли в 75 мл воды. В полученный раствор, охлажденный до 40° С, вводят небольшими порциями при интенсивном перемешивании 170 мл 20%-ного водного раствора этилендиамина до получения прозрачного раствора.
Полученные медный и цинковый комплексы сливают, добавляют 8 мл аммиака. Последним вводят декстрин. Сначала его размешивают в теплой воде при температуре 30° С, затем смесь нагревают до 70° С и, остудив до 40° С, вводят в ванну. Раствор разбавляют до 1 л водой или этилендиамином, если pH раствора меньше 8,5.
Этилендиамин является токсичным веществом (допустимая концентрация в воздухе составляет 2 мГ!мЛ), поэтому приготовление электролита и эксплуатация ванн должны производиться при наличии вытяжной вентиляции (бортовой отсос), а сточные воды должны подвергаться нейтрализации.
Покрытие белой бронзой. Полученный гальваническим путем сплав, в состав которого входит 55% меди и 45% олова, носит название белой бронзы и по внешнему виду напоминает серебро. Покрытие, из белой бронзы является хорошим защитно-декоративным покрытием, легко полирующимся до блеска.
Осаждение белой бронзы производят из щелочного цианистого электролита такого состава (в Пл):
256
Медь (в виде медноцианистой соли) • . 10—13 Олово (в виде станната натрия) . . . 30—40 Цианистый натрий (свободный) .... 12—15 Едкий натр (свободный) .............. 5—7
Режим работы: плотность тока DK — 2 а/дм2; температура раствора 65° С; анодами служат медные и стальные пластины.
Режим электролиза оказывает большое влияние на качество покрытия. При повышении плотности тока выше 3 а/дм2, уменьшении содержания свободного цианида и при повышенном содержании свободной щелочи, а также при пониженной температуре сплав сильно обогащается медью. При понижении плотности тока до 0,5—1 а/дм2 получается матовое покрытие.
Корректирование электролита производится, согласно аналйзу лаборатории, систематическим добавлением олова в виде натрия и регулярным введением цианидов и щелочи.
Покрытие белой бронзой во многих случаях может заменить серебрение.
Покрытия сплавами олово-свинец. Получение покрытия в виде сплава олово-свинец типа припоя (ПОС) нашло в промышленности широкое применение для следующих целей: а) защиты металлических изделий от коррозии; б) в качестве покрытия, облегчающего пайку деталей; в) в качестве антифрикционного покрытия.
Для этих целей получают обычно сплавы, содержащие разные количества олова. Покрытие сплавом олово-свинец может быть получено из борфтористоводородных, кремнефтористоводородных и фенолсульфоновых электролитов.
Состав борфтористоводородного электролита для осаждения сплава ПОС 40 следующий (в Г/л):
Свинец (в пересчете на металл) . . .	45—50
Олово (в пересчете на металл) .... 40—50 Борфтористоводородная кислота . . . 40—65
Борная кислота ...................... 25—35
Клей	............ 3—5
Режим работы: плотность тока на катоде DK = 0,84-4-1 а/дм2; плотность тока на аноде DK = 14-3 а/дм2; температура электролита 18-*-25° С; аноды — сплав олова со свинцом.
Готовится электролит следующим образом: в ванну заливают борфтористоводородную кислоту концентрации
257
350—400 Пл. Затем электролит электрохимическим способом насыщают оловом и свинцом, одновременно растворяя свинцовые и оловянные аноды, катодами при насыщении служат стальные прутки диаметром 12—15 мм и длиной 400—500 мм, помешенные во избежание осаждения на них олова и свинца в микропористые керамические трубчатые диафрагмы.
Тай как вышеуказанные электролиты требуют расхода таких дефицитных и дорогих материалов, как борная и плавиковая кислоты, то для осаждения сплава ПОС 40 рекомендуется кремнефтористоводородный электролит следующего состава (в Пл):
Свинец (в пересчете на металл) ....	45—60
Олово (в пересчете на металл) .... 35—45 Кремнефтористоводородная кислота . . 25—35 Клей............................ 18—25
Режим работы: плотность тока на катоде DK — 4-^5 а/дм2-, плотность тока на аноде Da = 1-^3 а/дмг; температура электролита 18—25° С; анод — раздельно оловянные и свинцовые.
Для осаждения сплава свинца с оловом применяются также фенолсульфоновые электролиты, которые имеют ряд преимуществ перед борфтористоводородными. Они недефицитны, не ядовиты и, следовательно, не требуют установки вентиляционных устройств на ваннах. Эти электролиты дешевле борфтористоводородных, стабильны в эксплуатации и их можно легко корректировать.
Состав электролита в Г/л:
Феиолсульфоновое олово...........70—95
или в пересчете на металлическое олово............................ 18—25
Фенолсульфоновый свинец..........55—85
или в пересчете на металлический свинец ............................. 20—30
Свободная парафенолсульфоновая кислота .......................... 85—100
Желатина.........................1,5—2
Режим работы: плотность тока DK = 1 а/дм2", темпера-
тура 18—25° С; выход по току около 100%; отношение поверхности анода к поверхности катода 1 :2.
Аноды должны применяться из сплава свинца с оловом одинакового состава с катодным осадком. Расхождение 258
между составами анодов и катодного осадка после проработки электролита током составляет 5%.
За 19 мин при плотности тока DK = 1 а'дм2 осаждается сплав толщиной около 10 мк. При плотности тока выше 1 а/дм2 катодный осадок имеет большее содержание олова против предусмотренного технологическим процессом, при уменьшении плотности тока ниже 1 а'дм2 — большее содержание свинца.
Гальванические покрытия алюминия и его сплавов. В последнее время начинают широко применять для покрытия изделий из алюминия декоративно-защитное никелирование, хромирование декоративное и износоустойчивое, цинкование для защиты от коррозии и предохранения разьб деталей от заедания, меднение и серебрение для повышения электропроводности и надежности контакта алюминевых деталей радиоаппаратуры и пр.
Гальванические покрытия алюминия связаны с рядом затруднений, которые вызываются наличием на алюминии и его сплавах естественной окисной пленки, высоким значением электродного потенциала, наличием микропор, трещин и водородных включений, взаимодействием алюминия как со щелочными, так и с кислыми электролитами.
Эти обстоятельства требуют, помимо обычной, еще и специальной подготовки поверхности алюминия перед нанесением покрытий. Из методов, применяемых для подготовки поверхности алюминия и его сплавов к нанесению гальванических покрытий, наиболее широкое производственное применение находят следующие:
1.	Обработка в цинкатном растворе (двукратная), или гальваническое цинкование.
2.	Анодное оксидирование в ортофосфорной кислоте.
3.	Контактное осаждение металлов (железа, никеля) из растворов их солей с целью создания тончайшего подслоя на алюминии перед гальваническим покрытием.
4.	Гидропескоочистка с последующим удалением песка в процессе покрытия.
5.	Химическое осаждение металлов для образования подслоя перед гальваническим покрытием.
Никелирование. Обычная подготовка поверхности алюминиевых деталей заключается в обезжиривании в щелочном растворе при температуре 60—70° С в» течение 10— 30 сек. Примерный состав раствора: едкий натр 10 Пл, сода кальцинированная 30 Пл, тринатрийфосфат 30 Пл.
259
После обезжиривания и промывки в воде детали осветляют в 50 %-ном (по объему) растворе азотной кислоты в течение 5—10 сек. Если обрабатывают высококремнистые сплавы, то необходимо применять вторичное осветление в азотной кислоте удельного веса 1,4 Псм3 с добавлением 2—3% плавиковой кислоты. После промывки в проточной воде детали подвергают двукратной обработке в цинкатном растворе.
Цинкатный раствор готовится следующим образом. Необходимое количество сернокислого цинка, из расчета 150 Пл, растворяют в теплой воде, затем при помешивании прибавляют раствор едкого натра концентрации 200 Г/л; происходит осаждение гидроокиси цинка. Осадку дают отстояться, раствор декантируют и затем осадок промывают 2—3 раза холодной водой. К промытому осадку добавляют раствор едкого натра из расчета 300 Пл, осадок при помешивании растворяется. После растворения осадка добавляют необходимое количество воды.
В цинкатный раствор детали погружают на 10—15 сек при покачивании. Затем их промывают в холодной проточной воде. После цинкатной обработки производят стравливание контактного слоя цинка, образовавшегося на поверхности деталей, в 10—20 %-ном растворе азотной кислоты в течение 10—20 сек. При этом голубоватый оттенок контактного цинка полностью не исчезает.
После промывки в холодной проточной воде производят вторичную цинкатную обработку в том же растворе, но с выдержкой 5—10 сек, затем детали подвергают никелированию в обычном сернокислом электролите с заве-ской под током.
По другому способу производят предварительное осаждение контактного никеля. Для этого детали после обезжиривания и осветления погружают в раствор, состоящий из хлористого никеля (225 Г/л) и соляной кислоты (100 мл/л), в котором их выдерживают до начала сильного газовыделения, затем детали тщательно промывают водой и подвешивают в ванну никелирования такого состава (в Г/л):
Никель сернокислый ............... 120
Натрий сернокислый ............... 195
Аммиак 25%-ный	  7,5
Борная кислота.................... 7,5
260
Никелирование производят при плотности тока 2 а!дм3 и температуре раствора 18—20° С; кислотность электролита должна быть в пределах 5,7—6,0 pH. Хорошие результаты дает предварительное анодное оксидирование в 55%-ном растворе ортофосфорной кислоты при температуре 20—30° С и плотности тока 1—2 а!дм^ в течение 5—15 мин. Пленка никеля, полученная затем при никелировании, очень прочно сцепляется с основой и на нее можно осаждать другие металлы (хром, медь).
Хромирование. Хромирование алюминия производят в обычных хромовых электролитах. Для подготовки перед покрытием рекомендуется производить обработку в цинкатном растворе, как это указано при никелировании, или в цианистом электролите цинкования без тока с последующим гальваническим цинкованием в течение 30— 40 сек. Загрузка деталей в ванну хромирования производится под током.
Хромовое покрытие можно также получить, осаждая хром на поверхность, предварительно обработанную в растворе (в Пл):
Хлористый никрль ................. 430
Борная кислота .................... 35
Плавиковая кислота.................. 2
при температуре 18—20° С в течение 1 мин.
Контактно выделившийся при этом никель непосредственно перед хромированием удаляют в растворе азотной кислоты (удельный вес 1,4 Г/см3).
Износоустойчивое хромовое покрытие, прочно сцепленное с основой, можно получать, осаждая хром на никелевый подслой (толщиной 3—10 мк), полученный химическим никелированием.
Хорошие результаты дает также подготовка деталей путем гидропескоочистки. При этом очищенная поверхность деталей должна быть покрыта сплошным слоем мокрого песка. Детали завешивают в ванну хромирования под током вместе с защитным слоем песка, который под действием выделяющегося водорода осыпается на дно ванны.
Меднение. Для меднения в кислых электролитах после обычной подготовки деталей их подвергают анодному оксидированию в 30—50%-ном растворе ортофосфорной кислоты. Процесс проводится при температуре 15—25° С
231
и анодной плотности тока 1—2 al дм2 в течение 3—5 мин. Катодами служат свинцовые пластины.
После оксидирования детали промывают в холодной проточной воде и завешивают под током в ванну меднения.
Для меднения в цианистных электролитах применяется цинкатная обработка, как и при никелировании.
Цинкование. При цинковании в цианистных электролитах применяют в качестве предварительной подготовки обработку в том же электролите без тока в течение 3—4 мин при погруженных в электролит цинковых анодах. После включения тока процесс ведут до получения заданной толщины покрытия. Плотность тока при этом не должна превышать 1,5 а/дм2. Только в конце электролиза на непродолжительное время для получения блестящего покрытия плотность тока можно повысить до 3—5 а!дм2.
При цинковании в кислых электролитах подготовку производят также в цинкатном растворе, как и перед никелированием. Для цинкования алюминия и его сплавов пригодны обычные сернокислые электролиты. Плотность тока должна быть в пределах 1—1,5 а!дм2, pH = 4,2. В кислых электролитах можно получать толстые осадки цинка без пузырей и вздутий.
Некоторые дополнительные процессы обработки, улучшающие качество покрытий
Помимо известных процессов пассивирования цинковых, кадмиевых и других покрытий, заслуживает внимания применение гидрофобизирующих (водоотталкивающих) жидкостей.
Например, обработка медных покрытий 5—10%-ным раствором ГКЖ (ГОСТ 10834-64) в бензине Б-70 повышает в 4—5 раз коррозионную стойкость и предохраняет блестящие покрытия от потускнения. Детали окунают в раствор, выдерживают в нем 3—5 мин, затем сушат при 20° С 1—3 ч и при 60—70° С 2—3 ч. Можно также раствор наносить кистью.
Корректируют раствор ГКЖ в бензине по удельному весу:
При 20° С -у = 0763 ~ 0773 » 16° С -у = 0770 -г- 0786 » 25° С у = 0775 4- 0765
Пропитка полимеризирующимися материалами устраняет пористость покрытия и повышает коррозионную стой-262
кость хромовых покрытий. Например, для этих целей применяется обработка хромированных деталей кремний-органическим лаком ФГ-9 для закупоривания пор. Процесс заключается в пропитке лаком (путем окунания) и сушке при температуре полимеризации 150° С в течение 2 ч. Такая обработка не меняет размеров, механических свойств и внешнего вида хромового покрытия и повышает защитнокоррозионную способность покрытия в 2—3 раза.
Снятие дефектных гальванических и химических покрытий
Неудачные гальванические покрытия (так называемый исправимый брак) подвергаются переделке — снятию и повторному покрытию. Ниже приводятся некоторые способы снятия покрытий.
Химический способ. Цинкование покрытия с поверхности стальных изделей удаляют растворением в 5— 10%-ном растворе серной или соляной кислоты. Для предупреждения разъедания основного металла в раствор кислоты рекомендуется добавить небольшое количество окиси или хлорида сурьмы. Цинк со стали снимают также в 10—15%-ном растворе едкого натра.
Для химического растворения олова и кадмия применяют раствор следующего состава:
Соляная кислота (уд. вес 1,18) в мл 1000 Окись сурьмы в мГ............. 15
Вода в мл ................... 100
Снятие ведут при комнатной температуре. Снятие кадмия производят в 15%-ном растворе азотнокислого аммония или в отработанном хромовом электролите.
Медные покрытия можно удалять с поверхности изделий погружением их в раствор такого состава (в Пл)'.
Хромовый ангидрид................ 250
Сернокислый аммоний............. 1000
Снятие ведут при комнаТной температуре, продолжительность выдержки зависит от толщины медного покрытия. Можно также использовать отработанный хромовый электролит любого состава.
263
Покрытия никелем растворяются в смеси серной и азотной кислот:
Серная кислота (уд. вес 1,84) в мл . .	400
Азотная кислота (уд. вес 1,4) в мл . .	70
Азотнокислый калий в Г ............. 50
Вода в мл ........................... 50
Следует учитывать что при растворении возможно разъедание основного металла.
Хромовое покрытие на латуни, никеле и стали снимают в растворе соляной кислоты, разбавленной водой в отношении 1:1.
Снятие серебряных покрытий с меди, латуни и других медных сплавов производят в растворе серной (19 объемных частей) и азотной кислот (1 объемная часть) при температуре 80—85° С.
Для удаления золотых покрытий приготовляегся раствор из 1000 мл концентрированной серной кислоты и 250 мл соляной кислоты и нагревается до температуры 60—70° С. После погружения изделий в раствор добавляют понемногу крепкую азотную кислоту.
Раствор, применяемый для снятия золота, затем подвергают утилизации.
Снятие фосфатной пленки производят в 10—15%-ном растворе серной кислоты.
Электрохимические способы. При анодном растворении покрытий основной металл разрушается меньше, поэтому эти способы нашли широкое распространение. В щелочных электролитах применяют стальные аноды, в кислых — аноды из свинца.
Медные и латунные покрытия со стальных изделий можно удалить анодным растворением в 10 %-ном растворе нитрата натрия, в 10%-ном аммичном растворе персульфата натрия или в растворе из 100—150 Пл хромового ангидрида и 1—1,5 Пл серной кислоты. Анодная плотность тока 3—10 а!дм\ температура раствора 18—20° С.
С изделий из цинковых сплавов медь снимается электрохимически при напряжении 2 в в растворе, содержащем 120 Пл сульфида натрия.
Снятие никелевых покрытий производят в растворе серной кислоты с удельным весом 1,51—1,6 Псм?. Анодная плотность тока 5—10 а! дм"1, напряжение 4—6' в, температура электролита 18—35° С.
264
При длительном использовании нагревшийся электролит необходимо периодически охладить.
Анодное снятие покрытий хромом производят в 10— 20%-ном растворе едкого натра при плотности тока 5— 10 а/дм2, напряжении 4—.6 в и температуре 40—60° С.
Олово со стальных изделий удаляется электрохимически в растворе, содержащем 75—150 Пл едкого натра, при анодной плотности тока 3—5 а/дм2 и температуре 70° С.
Серебряные покрытия со стальных изделий удаляются анодным растворением в 5%-ном растворе цианистого калия.
ПРИЛОЖЕНИЯ
а?
Приложение 1
Время выдержки .деталей в ваннах для получения слоя покрытия толщиной 0,001 мм (1 мк)
Электрохимический эквивалент Г/а-ч (С)
I 10-15%)
о а
1,22011,220 | 2,097 11,186 | 2,37211,095 1 0.323 | 2.2141 1,107 | 3,865 | 1,033 | 4.025 | 7,357 | 1,815 | 1.883 | 1.995 | 2,228 Выход по току в % (Т])
95 | 70 | 95 | 100 | 75 | 95 | 13 | 100 |	70 |	95 |	95 | 100 [	70 |	30	|	96 |	70 |	70
Время в мин
0.1												16,0	22,0	236,0		36.5		
0,2												7,9	11.0	118,0	19.1	18,2	—
0,3	—	—	—	—	—	—	—	6,6	18,7	—	—	5,3	7,4	75.3	12,7	12,2	—
0,4	—	—	—	—	7,5	—	—	4.9	14,0	—	—	4,0	5.5	59,0	9,60	9,1	—
0,5	7,4	9.5	5,25	9,0	6,0	10,2	—	4,0	11.2	—	9,6	3,2	4.4	47,2	7,60	7.3	7,70
0,6	6,2	8,5	4,3	7.5	5,0	8,5,	—	3,3	9.3	—	8,0	2,7	3,7	—	6,35	—	5,60
0,15	4,9	6,7	3,5	6,0	4,0	6,8	—	2,6	7,5	—	6,4	2,1	3,0	—	5.10	—	4,45
1.0	3.7	5.0	2,6	4,5	3,0	5,1	—	2,0	5,6	1,9	4,8	1.6	2,2	—	3,80	—.	3,35
1.5	2,5	3.3	1,75	3.0	2,0	3,4	—	1,3	3,7	1,3	3.2	1,1	—	—	—	—	—
2,0	1.8	2,4	1,3	2,3	1,5	2,6	—	1,0	2,8	0,94	2,4		—	—	—	—	—
2,5	1,5	2,0	1,1	1,8	1,2	2,0	—	0,8	2,2	0,76	1,9	—	—	—	—	—	—
3,0	1,2	1,7	0,85	1.5	1,0	1,7	—	0.66	1.9	0,70	1.6	—	—	—	—	—	—
4,0	0.9	1,2	0,65	1.1	0,75	1,3	—	0.5	—	0,5	1,2	—	—	—	—	—	—
5.0	0,7	1.0	0.5	0.9	0.6	1.0	—	—	—	0.4	1.0	—	—	—	—	—	—
Продолжение прилож. 1
Плотность тока в а}дмъ	Цинкование кислое	Цинкование цианистое	Кадмирование	Меднение кислое	Меднение цианистое	Никелирование	Хромирование	| Лужение кислое	I Лужение 1 щелочное	Свинцевание	Желез ие-ине кислое	Серебрение	Золочение 1		Платинирование	Паллади-роваине	Латунирование	Покрытие бронзой (содержание олова 10-15% >
	Электрохимический эквивалент Г/а-ч (С)																
	1,220	1.220	| 2.097	1,186	2,372 11,095		0,323	2,214|	1.107 |	3,865	 1,033 |	4,025 |	7.357 |	1,815 |	1,883 |	1,995 |	2,228
	Выход по току В % (Т])																
	95	70	| 95	100	75	95	131	100 |	70	|	95 |	95	100 |	70 1	30	|	96 |	70 |	70
	Время в мин																
10 15 20 30 40 50	0.^7	Mill-:	1 1 1 1 1 1	0,45	0,3	11111'°	9.8 6,6 4,9 3,3 2,5 1.2	—	—	0.2	0,5 0,3 0,24	—	—	—	—	1 1 1 1 1 1	—
Примечания: 1. При определении времени для получения заданной толщины слоя покрытия следует табличные данные умножать на заданную толщину слоя покрытия. 2. Если выход по току будет отличаться от принятого по карте, табличное время умножается на поправочный коэффи-циейт, равный отношению принятой величины выхода по току к фактической, = — -— . ^факт 3. При определении времени нанесения покрытия в колоколах и барабанах основное время умножается на коэффициент К — 1,25.																	
Приложение 2
to
о£	Материалы для изоляции мест, не подлежащих гальваническим покрытиям
Виды изоляционных материалов	Характеристика среды	Процессы покрытий и обработки	Рекомендуемые изоляционные материалы
Пленочные	Кислые и слабо-щелочные электролиты при температуре до 4-50° С	Меднение сернокислое Меднение цианистое Кадмирование циаинстое Серебрение Золочение Оловянирование сернокислое Латунирование Цинкование кислое Никелирование	Грунт ХСГ—26 Эмали: ПХВ—1 ПХВ—29 ХСЭ—23 ХСЭ—26 Лак	ХСЛ
	Кислые и щелочные электролиты	Для изоляции подвесных приспособлений	Эпоксидный лак Э-4100
	Щелочные растворы и электролиты, органические растворители	Цинкование цинкатное и цианистое Кадмирование цианистое Меднение цианистое Серебрение Золочение Оловянирование Латунирование	Клей БФ-4 Бутилметакриловый лак 9-32 Ф
Пленочные	Сильно-агрессивные кислые электролиты	Хромирование Химическое никелирование Анодирование Электрополирование Борфтористоводородные электролиты	Нитроклей А К-20
Продолжение прилож. 2
Виды ИЗОЛЯЦИОННЫХ материалов	Характеристика среды	Процессы покрытий и обработки	Рекомендуемые изоляционные	материалы
Мастичные	Кислые и щелочные электролиты при температуре до 4-35° С	Цинкование кислое, цинкатное и цианистое	Воск натуральный	 Парафин 	 Канифоль . .	....	38—65% 12-25% 50 — 10%
		Кадмиров&ние кислое	Воск натуральный .... Канифоль .			50—70% 50 — 30%
		Меднение сернокислое Оловянирование кислое	Воск натуральный .... Парафин 	 Канифоль .	... Нефтебитум			32—70% 32 — 10% 18—10% 18—10%
		Меднение цианистое	Канифоль 	 Церезин	 Парафин .			34% 30% 36%
Специальные	Сильно агрессивные электролиты, работающие при температуре выше + 80° С	Хроми рование Электро полирование Все электролиты для покрытия деталей сложной формы, внутренних полостей, отверстий и резьбы	Накладки и экраны из винипласта, плексигласа, целлулоида; полиэтиленовые, хлорвиниловые ленты и пленки, свинцовая фольга	
ЛИТЕРАТУРА
1.	Автоматизация и механизация гальванических процессов. Сб. под ред. Л. Н. Биркгана. М., «Машиностроение», 1965, 346 стр.
2.	Б а р т л Д., М у д р о х О. Технология химической и электрохимической обработки поверхности металлов. Пер. с чешского. М., Машгиз, 1961, 712 стр.
3.	В а й н е р Я. В., Д а с о я и М. А. Технология электрохимических покрытий. М.—Л., Машгиз, 1962, 468 стр.
4.	Г а р б е р М. И. Декоративное шлифование и полирование. Изд. 2-е. М., «Машиностроение», 1964, 191 стр.
5.	Информационный сборник оборудования для нанесения гальванических, химических, анодизациоиных покрытий и механической обработки поверхности. Вып. 3. ОМТРМ 7446-005-67, М., НИИМАШ, 1967, 84 стр.	'
6.	Каданер Л. И. Гальваностегия. Киев, «Техника», 1964, 311 стр.
7.	Л а й н е р В. И. Современная гальванотехника. М., Металлургия», 1967, 384 стр.
8.	Молчанов В. Ф. Скоростное хромирование. Киев, «Техника», 1965, 250 стр.
9.	Темкина Б. Я. Прогрессивная технология нанесения гальванических и химических покрытий. М., Машгиз, 1962, 175 стр.
10.	Т у п и ц ы н Г. И. и Ш е й к о Т. С. Техника безопасности и производственная санитария в гальванических цехах. Изд. 2-е. М., Оборонгиз, 1963, 207 стр.
11.	Ш л у г е р М. А. Ускорение и усовершенствование хромирования деталей машин. М., Машгиз, 1961, 140 стр.
12.	Яковлева Т. Ф. и Рыстенко А. Г. Краткий справочник по гальваническим покрытиям. М.—Киев, Машгиз, 1963, 270 стр.
содержание
Предисловие ...................... ............... . .	3
Образование электролитических покрытий ..................... 5
Основные сведения об электрохимических процессах . -	5
Основные сведения о коррозии металлов ...	....... 20
Анодные и катодные покрытия	.......... 23
Условия, влияющие на образование и структуру электролитических покрытий .................................	25
Выбор типа и толщины покрытий....................... •	- ,
Типовые расчеты, применяемые в гальванотехнике ....	35
Расчет поверхности покрытия............	....... 35
Определение основных расчетных данных для ведения про-
цесса осаждения.................................  •	38
Расчеты, связанные с приготовлением растворов и электролитов .................................................. 41
Характеристика оборудования гальванических цехов, основные правила эксплуатации и подготовки к пуску ....	54
Ванны для покрытий.....................................  55
Барабанные и колокольные ваины.......................... 59
Полуавтоматические и автоматические установки для покрытий ................................................. 66
Электрооборудование гальванического цеха................ 83
Проверка оборудования и аппаратуры перед пуском ....	92
Механические способы обработки поверхности................. 95
Химические и электролитические способы подготовки поверхности ................................................ 121
Химическое обезжиривание	 •	  123
Электрохимическое обезжиривание.......................'.	125
Травление.............................................  130
Химическое полирование............................	. .	136
Декапирование и промывки -	........'............... 156
Методы электролитического осаждения	металлов............. 159
Цинкование..........................................   159,
Кадмирование ........................................  17Р1
Оловянировапие		.......................... .	182
Никелирование •	............ . . .	....... 191
Меднение ............................................. 208
Хромирование ..................................... -	219
Свинцевание • •	• ’................. 238
Серебрение.............. •	. . .	....... 241
Золочение ........................................ .	247
Осаждение сплавов .	. .	...	251
Приложения .............................................. 266
Литература . .	. .	270
Павел Константинович Л а в о р к о ПОСОБИЕ МАСТЕРУ ЦЕХА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
Редактор издательства А. Л. Таирова Технический редактор В. Д. Элъкинд
Корректор Ю. Н. Рыбакова Переплет художника Е. В. Бекетова
Сдано в производство 2/VII 1968 г.	Подписано к печати 29/1 1969 г.
Т-00365.	Тираж 27 000 экз. Печ. л. 14,28	Бум. л. 4,25
Уч.-изд. л. 15,0 Формат 84X 108/32. Цена 72 коп. Зак № 2181 ---------------------------------------------------------------------------
Издательство «МАШИНОСТРОЕ НИЕ», Москва, Б-66, 1-й Басманный пер., 3
Комитета по печати при Совете Министров СССР Ленинград, ул. Моисеенко, 10