Оксидно-фосфатных и анодно-окисных покрытий

Горячее цинкование. Процесс заключается в выполнении подготовительных операций (обезжиривание, травление, промывка), флюсовании и цинковании.

Во время подготовительных операций нужно иметь в виду, что на качество цинкования большое влияние оказывает тщательность удаления окалины, ржавчины. С этой целью обычно применяют травление в серной или соляной кислотах с последующей промывкой в горячей и холодной воде.

Флюсование предназначено для удаления продуктов реакции железа с травильными растворами, окислов, а также для улучшения смачиваемости поверхности расплавленным цинком. Различают два способа флюсования и цинкования – мокрое и сухое. При мокром – операции цинкования и флюсования совмещаются в одной ванне таким образом, что изделие при погружении его в ванну с расплавленным цинком проходит через слой флюса, находящегося на поверхности цинка. Флюсом служит смесь расплава солей хлористого цинка (44,6 части по массе) и хлористого аммония (55,4 части), в которую добавляют различные органические и неорганические вещества: древесные опилки, отруби, глицерин и др., поддерживающие активность флюса.

При сухом цинковании флюс находится в отдельной ванне. В этом случае в качестве флюса используют один хлористый цинк, иногда с небольшой добавкой хлористого аммония. После обработки в указанном составе изделия перед цинкованием предварительно высушивают при температуре 150...200 °С в специальных шкафах (камерах) до полного испарения влаги.

Применение того или другого метода флюсования зависит от конкретных условий производства и требований к получаемому покрытию. При этом нужно иметь в виду, что цинкование по мокрому способу имеет следующие преимущества по сравнению с сухим:

1) меньшую потребность в площадях;

2) низкие капиталовложения;

3) ограниченное образование цинковой золы;

4) высокое травящее действие флюса, позволяющее исправлять дефекты обезжиривания и травления.

К недостаткам относятся:

1) уменьшенная полезная площадь зеркала ванны из-за необходимости установки в ней флюсовой коробки;

2) повышенное выпадение гарт-цинка;

3) пониженное содержание алюминия в цинковом расплаве, способствующее образованию твердых, малопластичных цинковых покрытий.

При сухом способе цинкования уменьшается расход цинка на 30...50 % по сравнению с мокрым цинкованием, могут быть получены более пластичные покрытия, уменьшается количество дефектов по флюсовым включениям. В то же время для получения качественных покрытий потребуются более тщательная подготовка поверхности стали (обезжиривание и травление), постоянный контроль содержания алюминия в расплаве цинка, необходимость частых анализов и корректировок состава флюса.

Перед погружением изделий в цинковый расплав поверхность расплава должна быть очищена от золы, нагара, окислов и других загрязнений. Время погружения должно быть минимальным. Во время цинкования детали необходимо перемещать до полного удаления воздуха, остатков флюса и обеспечения контакта жидкого цинка по всей площади деталей.

Продолжительность выдержки в расплаве включает время, необходимое для нагрева изделия до температуры расплава и для выкипания флюса. Детали извлекают из расплава по прекращении бурления цинка.

Толщина и равномерность цинкового покрытия во многом зависят от условий выгрузки изделий. При быстрой выгрузке могут образоваться толстые неравномерные слои покрытия. После цинкования изделия охлаждают в воде при 80...90 °С.

Ванны горячего цинкования изготавливают из стальных листов толщиной 25...50 мм с минимальным содержанием углерода и кремния. Емкость ванн зависит от размеров цинкуемых изделий.

 

Металлизация распылением. Процесс металлизации распылением заключается в нанесении металлических покрытий (цинка, алюминия и др.) специальным аппаратом – металлизатором на поверхность изделий любой формы путем распыления расплавленного металла струей сжатого воздуха.

В зависимости от способа расплавления распыляемого металла металлизация бывает электрической и газопламенной. В первом случае металлическая проволока, подаваемая в металлизатор, плавится под действием электрической дуги, возникающей между проволочными электродами. Во втором случае проволока плавится газовым пламенем.

Прочность сцепления напыляемого слоя с основным металлом детали в большой степени зависит от качества подготовки поверхности. Поверхность должна быть тщательно очищена от пыли, жиров, влаги, окислов, ржавчины и иметь достаточную шероховатость. Высокая степень шероховатости деталей достигается обдувкой крошкой из окиси алюминия или стальной крошкой с размерами зерен 0,8...1,2 мм.

Поверхности, не подлежащие металлизации, изолируют специальной пастой, бумагой, картоном или листовым железом. Отверстия и пазы закрывают деревянными или резиновыми пробками.

Разрыв во времени между подготовкой и самим процессом металлизации должен быть минимальным. Детали с появившейся на поверхности ржавчиной направляют на повторную очистку.

Проволока, применяемая для металлизации, должна быть гладкой, без перегибов, узлов и вмятин, затрудняющих равномерность подачи ее в аппарат; возможно более мягкой; очищенной от масла и продуктов коррозии.

Чтобы обеспечить равномерность по толщине, покрытия наносят за несколько проходов металлизатора. При этом каждый последующий слой наносят в направлении, перпендикулярном к предыдущему направлению. Особое внимание уделяют покрытию кромок, торцов, углублений и мест сварки.

Режим металлизации зависит от типа и конструкции пистолетов-металлизаторов, но во всех случаях рекомендуется держать сопло металлизатора от покрываемой поверхности на расстоянии в пределах от 50 до 150 мм во избежание излишних потерь металла.

При выборе способа металлизации нужно иметь в виду, что электрическая металлизация проста по технологии, сравнительно экономична и позволяет достигать высокой производительности процесса. Ее недостатком являются: большие потери металла при напылении, значительное выгорание химических элементов и окисление наращиваемого металла.

Для питания электродуговых металлизаторов используют постоянный или переменный ток. Электродуговые металлизаторы на постоянном токе имеют большую производительность и дают более качественное покрытие. При работе на переменном токе применяют понижающий трансформатор типа СТЭ-43-2с или же сварочные трансформаторы типа СТ-2, СТЭ-32, СТЭ-34-9 и др.

Для каждого электрометаллизатора устанавливают распределительный щит, на котором монтируют рубильник или магнитный пускатель, предохранители, переключатель напряжения, вольтметр и амперметр. Для обеспечения нормальной работы электрометаллизаторов применяемые компрессоры должны обеспечить давление 0,6... 0,7 МПа при расходе сжатого воздуха не менее 1,2 м³/мин.

Газопламенная металлизация позволяет получать покрытия более высокого качества, но она дорогостоящая и связана с необходимостью применения сложных установок, которые включают в себя источники питания горючими газами, кислородом, сжатым воздухом с устройством для его очистки и газовые металлизационные аппараты.

 

Электролитическое цинкование. Для получения цинковых покрытий электролитическим методом могут быть использованы различные электролиты: кислые или щелочные. По степени токсичности они подразделяются на цианистые (ядовитые) и нецианистые (неядовитые). Цианистые электролиты состоят из следующих компонентов: окись цинка, цианистый натрий, едкий натр, сернистый натрий, глицерин и др. добавки. Состав нецианистых электролитов: сернокислый цинк, окись цинка, сернокислый натрий, сернокислый алюминий, хлористый аммоний, уксуснокислый аммоний, хлористый цинк и др. добавки.

Наиболее качественные покрытия получаются из цианистых электролитов. Их высокая рассеивающая способность позволяет цинковать детали любой конфигурации. Основные недостатки электролитов этого типа – высокая токсичность и повышенное наводороживание, следствием которого является появление хрупкости деталей.

Если по условиям производства использование цианистых электролитов невозможно, могут быть применены нецианистые электролиты.

 

Пассивирование и фосфатирование цинковых покрытий. Для усиления защитных свойств цинковых покрытий применяют пассивирование, то есть обработку деталей в растворах хромовой кислоты или ее солей.

Электролитическое меднение. Различают два основных типа электролитов меднения: кислые и щелочные. Известны цианистые и нецианистые электролиты.

Из нецианистых электролитов чаще применяют пирофосфатные электролиты, в которых можно непосредственно меднить стальные детали и детали из цинкового сплава. У этих электролитов меньшая рассеивающая способность, чем у цианистых, но они нетоксичны, дают плотные светлые мелкокристаллические осадки, устойчивы в эксплуатации.

Непосредственно на стальные детали и детали, изготовленные из цинкового сплава, медь наносят из цианистых или пирофосфатных электролитов, дальнейшее наращивание более толстых слоев меди производят в сернокислых электролитах.

 

Электролитическое никелирование. Известно большое количество различных электролитов никелирования. При получении покрытий в защитно-декоративных целях целесообразно применять ванны блестящего никелирования.

Общий порядок приготовления приведенных электролитов следующий. Рабочую ванну наполняют на 2/3 объема водой, нагревают до 78...80 °С, после чего при интенсивном перемешивании последовательно вводят сернокислый никель, хлористый никель и борную кислоту и перемешивают до полного их растворения. Затем электролит подвергают селективной очистке. Для этого доводят рН электролита до 5...5,5, подогревая электролит до 45...50 °С и вводят в него марганцовокислый калий до 2 г/л или до 2 мл/л 3 %-ного раствора перекиси водорода. Затем в электролит вводят активированный уголь марки БАУ (ГОСТ 6217-74) или марки КАД в количестве 1-2 г/л и перемешивают сжатым воздухом в течение 3...4 ч. После этого дают отстояться в течение не менее 12 ч и фильтруют.

 

Электролитическое хромирование. Для проведения электролитического хромирования используют следующие электролиты:

- стандартный

- сверхсульфатный

- саморегулирующийся с добавкой алюминия

- тетрахроматный.

Тетрахроматный рекомендуется применять для защитно-декоративного хромирования, а остальные – для различных целей как износостойкого, так и защитно-декоративного хромирования. Причем защитные свойства получаемых хромовых покрытий в значительной степени определяются режимами электролиза. Чтобы получить из одной ванны хромовые покрытия, обладающие «универсальными» свойствами, то есть защищающие как от коррозии, так и от износа, применяют комбинированные режимы. Сначала наносят молочный хром толщиной около 20 мкм, затем слой блестящего хрома толщиной 20…30 мкм.

Приготовление стандартного электролита. Расчетное количество хромового ангидрида, исходя из рабочей емкости ванны, растворяют в воде при комнатной температуре, постепенно добавляя хромовый ангидрид из барабана при непрерывном перемешивании раствора деревянной мешалкой. После растворения ангидрида в ванну вводят необходимое количество серной кислоты с учетом ее содержания в хромовом ангидриде. Электролит перемешивают. Ванну доливают водой до нужного уровня и прорабатывают током для накопления трехвалентного хрома 6...8 ч при 45...60 °С сначала при низкой плотности тока 4...6 А/дм², а затем при номинальной. Осадки хрома должны быть блестящими и иметь прочное сцепление с металлом.

Приготовление сверхсульфатного электролита. Хромовый ангидрид растворяют в воде из расчета 270 г/л. После его полного растворения для создания необходимой концентрации трехвалентного хрома в раствор вводят перекись водорода (30 %) или сахар. Для получения в электролите 20 г/л трехвалентного хрома добавляют 80…100 мл/л перекиси водорода или 7 г/л сахара. При этом происходит бурная реакция, поэтому во избежание выброса электролита восстановитель вводят небольшими порциями. После его введения ванну выдерживают 10...12 ч до полной реакции восстановления и вливают расчетное количество серной кислоты. Электролит не требует проработки током.

Приготовление саморегулирующегося электролита с добавкой алюминия. В водопроводной воде растворяют хромовый ангидрид до концентрации 600...800 г/л. После его полного растворения берут пробу и определяют содержание хромового ангидрида и сульфата. Затем в раствор осторожно вводят малыми порциями по 16,3 г углекислого стронция на каждый грамм сульфат-иона для нейтрализации последнего. Раствор тщательно перемешивают и добавляют указанное в рецепте количество сернокислого стронция и кремнефтористого калия. Электролит нагревают до 50...60 °С и выдерживают при этой температуре 16...20 ч при периодическом взмучивании мешалкой осадка через каждые 40...50 мин. При отсутствии кремнефтористого калия и сернокислого стронция их можно приготовить непосредственно в цехе из кремнефтористого натрия, двухромового и углекислого калия, углекислого стронция, серной кислоты и кремнефтористой кислоты. Добавке 0,85 г кремнефтористого натрия и 1,33 г двухромового и углекислого калия соответствует 1 г кремнефтористого калия; добавке 1 г сернокислого стронция – 0,8 г углекислого стронция и 0,53 г серной кислоты.

Приготовление тетрахроматного электролита. В воде растворяют расчетное количество хромового ангидрида, затем добавляют предварительно растворенный в воде едкий натр. Во избежание выброса электролита раствор храмового ангидрида охлаждают по мере добавления едкого натра. В электролит вводят серную кислоту с учетом содержания сульфатов в хромовом ангидриде, а также сахар или глюкозу для образования трехвалентного хрома. Электролит не требует проработки током.

Оксидирование черных металлов. Оксидирование стальных изделий проводят в концентрированных растворах щелочей в присутствии окислителей при температуре кипения, которая повышается вместе с концентрацией раствора щелочи. В качестве окислителей к растворам едкой щелочи добавляют азотнокислый и азотисто-кислый натрий. Стальные изделия после оксидирования окрашиваются в глубокий черный цвет, а полированные чугунные – в коричневый.

Более толстые и стойкие против коррозии оксидные покрытия получаются в более концентрированных щелочных растворах. Вместе с тем с увеличением концентрации в растворе щелочи образуется на поверхности рыхлый налет гидроокиси железа. Для уменьшения его выделения в раствор добавляют хлористый натрий.

Для получения качественных толстых оксидных пленок применяют двухстадийную обработку, заключающуюся в том, что сначала оксидирование проводят в растворе с меньшей концентрацией щелочи в течение 20...30 мин, затем в более концентрированном растворе в течение 30...40 мин. Перед погружением деталей во вторую ванну их промывают водой.

Оксидирование алюминия и его сплавов. Оксидная пленка на алюминии может быть получена химическим или электрохимическим методами. Химическое оксидирование имеет ограниченное применение и производится только для тех деталей, которые невозможно полностью обработать электрохимическим методом (например, длинные трубопроводы).

В отличие от химического оксидирования защитные пленки, полученные электрохимическим способом, обладают достаточной стойкостью, механической прочностью и эффективнее затрудняют протекание процессов коррозии. При электрохимическом способе оксидирования детали обрабатывают в специальных электролитах на аноде.

Для повышения коррозионной стойкости получаемых оксидных пленок их уплотняют путем обработки горячей водой или растворами хроматов. Воду берут конденсатную или дистиллированную при рН 5,5...6,5. Если рН ниже 4, то на пленке могут образовываться беловатые пятна.

Хроматную обработку ведут в растворе, содержащем 80...100 г/л хромовокислого калия, натрия при 80...903 в течение 20...30 мин. При этом оксидная пленка приобретет лимонно-желтый цвет. Для повышения защитной способности оксидных пленок без изменения их внешнего вида может быть применено пропитывание 8... 10%-ным раствором гидрофобизирующей жидкости ГКЖ-94 в бензине с последующей сушкой.

контрольные вопросы

1. Перечислите операции технологического процесса нанесения лакокрасочных покрытий.

2. Какова должна быть долговечность лакокрасочных покрытий сельскохозяйственной техники?

3. В каких случаях проводят профилактическую окраску машин, в каких – ремонтную, в каких – капитальную?

4. Перечислите преимущества и недостатки метода пневматического распыления лакокрасочных материалов?

5. В чем заключается сущность безвоздушного распыления лакокрасочных материалов?

6. В чем заключается сущность электростатического распыления лакокрасочных материалов?

7. Перечислите способы нанесения полимерных покрытий, которые применяют в сельскохозяйственном производстве.

8. В каких целях применяют газопламенное напыление полимерных материалов?

9. Какие полимерные материалы используются для нанесения их в электростатическом поле?

10. Какие операции выполняются в процессе горячего цинкования?

11. Что такое металлизация распылением?

12. Назовите виды металлизации распылением.

13. Какие электролиты используются при электролитическом цинковании?

Лабораторная работа № 3