ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ И ПЛАСТМАСС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ИЛИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (ИТС 36-2017)

Окончание таблицы 2.18

Компоненты электролита

Номер и состав электролитов, г/л

и режим

Уротропин

15-20

90-100

Клей мездровый

1-2

Тиомочевина

7-10

ОС-20

0,7-1,2

Фурфурол

8-10

Добавка ДХТИ 203-А

20-30

Добавка ДХТИ 203-Б

30-50

Добавка ЦКН-04

7-15

Добавка ЦКН-04С

10-20

4,0-4,5

1-3

3-5

4,0-5,5

7,2-8,0

5,0-6,8

4,0-4,5

Температура, °С

18-25

15-35

18-30

18-25

20-30

18-25

15-30

Плотность тока, А/дм²

0,8-1,2

1-3

0,1-4,0

0,8-1,2

0,7-1,3

0,7-1,0

1,5-2,0

Экологическая опасность

5,1 · 10⁶

5,4 · 10⁶

5,7 · 10⁶

6,4 · 10⁶

7,2 · 10⁶

7,6 · 10⁶

электролита

2.3.7 Меднение

В таблице 2.19 представлены составы и экологическая опасность некоторых из-

вестных кислых, в таблице 2.20 - цианистых, в таблице 2.21 - пирофосфатных элек-

тролитов меднения.

Таблица 2.19 - Составы кислых электролитов меднения, их экологическая

опасность и режимы осаждения

Номер и состав электролита, г/л

Компоненты элек-

тролитов и режим

на

сталь

CuSO4·5H2O

180-200

180-220

190-230

200-250

Cu(BF4)2·6H2O

200-225

Cu(SiF6)·6H2O

250-300

Cu(NO3)2·3H2O

500-600

CuCl2·2H2O

0,4

H2SO4

60-80

50-60

60-80

50-60

35-70

HBF4

5-20

H3BO3

20-35

Н2SiF6

10-15

Ион Cl^-, мг/л

40-70

40-60

30-70

ЭКОМЕТ-М2, мл/л

10-12

ЭКОМЕТ-М24, мл/л

8-10

Limeda L-2A, мл/л

4-6

ЦКН-72, мл/л

4-8

ЦКН-73, мл/л

0,5-2,0

RV, мл/л

3-6

БC-1, ЛТИ, мл/л

3-5

1,3-1,7

1-2

Температура, °С

15-30

18-25

20-35

20-28

15-45

18-30

18-25

Окончание таблицы 2.19

Номер и состав электролита, г/л

Компоненты элек-

тролитов и режим

на

сталь

Плотность тока,

2-6

1-2

1-8

0,1-10,0

5-7

1-7

5-20

А/дм²

Экологическая опас-

41,4 · 10⁶

50,9 · 10⁶

53,5 · 10⁶

58,5 · 10⁶

60,8 · 10⁶

63,6 · 10⁶

158 · 10⁶

ность электролита

Таблица 2.20 - Составы цианистых электролитов меднения, их экологическая

опасность и режимы осаждения

Компоненты электролитов и

Номер и состав электролита, г/л

режим

Cu(CN)2

20-30

40-60

50-70

80-90

NaCNсвоб (KCNсвоб)

5-10

10-15

5-10

10-25

5-7

NaOH

5-10

10-15

KNaC4H4O6·4H2O

30-60

KCNS

40-45

NH4CNS

10-15

Na2C4H4O6·2H2O

3-10

MnSO4·5H2O

0,03-0,5

Фурфуриловый спирт

0,3-0,6

Температура, °С

15-55

50-60

40-50

15-30

Плотность тока, А/дм²

0,3-2,0

0,5-3,5

1-3

1-5

2-6

Экологическая опасность элек-

16,9 · 10⁶

33,7 · 10⁶

39,2 · 10⁶

39,4 · 10⁶

50,4 · 10⁶

тролита

Таблица 2.21 - Составы пирофосфатных электролитов меднения, их экологическая

опасность и режимы осаждения

Номер и состав электролита, г/л

Компоненты электролитов

и режим

CuSO4·5H2O

45-55

50-80

70-90

80-90

75-100

117-137

K4P2O7·3H2O

350-400

370

330-370

350-380

300-375

470-530

Na4P2O7·10H2O

200-240

KNO3

10-20

Натрий сульфосалицилово-

25-35

кислый

NH4NO3

20-30

Na2SeO3

0,002

Кислота триоксиглутаровая

ЭКОМЕТ-М5

40-50

NH4OH (25 %), мл/л

2-15

Аммоний лимоннокислый

15-25

Кислота лимонная

12-20

H4P2O7

1-10

Моноэтаноламин

8-23

7,8-8,5

8,4-9,0

8,5

8,3-8,5

8,0-8,5

8,3-8,5

8-9

Окончание таблицы 2.21

Компоненты электролитов

Номер и состав электролита, г/л

и режим

Температура, °С

50-60

18-50

≈50

30-50

50-60

50-75

50-60

Плотность тока, А/дм²

0,5-1,5

до 5

до 3,5

0,8-3,5

1-2

0,5-5,0

0,5-3

Экологическая опасность

14,0 · 10⁶

20,4 · 10⁶

22,9 · 10⁶

25,5 · 10⁶

37,2 · 10⁶

электролита

Вследствие низкого значения предельно допустимой концентрации меди в воде

водоемов рыбохозяйственного назначения подавляющее значение в формировании

экологической опасности электролитов меднения имеет концентрация меди. Поэтому

цианистые и пирофосфатные электролиты меднения из-за меньшего содержания в них

меди обладают меньшими значениями экологической опасности, чем кислые электро-

литы.

2.3.8 Никелирование

Составы и экологическая опасность некоторых известных электролитов матового

никелирования приведены в таблице 2.22, блестящего и сульфаматного никелирова-

ния - в таблице 2.23. Присутствие в электролитах никелирования катионов щелочных

металлов приводит к снижению их стабильности, что частично может свести на нет их

экологическое преимущество.

Таблица 2.22 - Составы электролитов матового никелирования, их экологическая

опасность и режимы осаждения

Компоненты электроли-

Номер и состав электролита, г/л

тов и режим

1 (на ЦАМ)

3 (на Al)

NiSO4·7H2O

90-120

150-200

180-220

300-350

240

NiCl2·6H2O

200-250

45-60

NaCl

10-15

1,5-2,5

H3BO3

15-20

25-30

25-40

30-40

Na2SO4·10H2O

40-50

40-60

MgSO4·7H2O

50-60

ЭКОМЕТ-Н4

110-140

ЭКОМЕТ-Н1А

1,0-1,5

K2S2O8

1-3

KF·2H2O (NaF)

1,5-2,5

HCl

50-100

Янтарная кислота

Лаурилсульфат натрия

0,05-0,1

5,0-5,5

4,0-5,5

1,5-4,5

2,5-3,5

Температура, °С

25-35

20-30

20-45

15-30

45-65

50-60

Плотность тока, А/дм²

1-3

0,5-2,0

1-2

1,5-5,0

2,5-10

5-30

Экологическая опасность

2,5 · 10⁶

4,2 · 10⁶

4,6 · 10⁶

6,2 · 10⁶

8,8 · 10⁶

электролита

Таблица 2.23 - Составы электролитов блестящего и сульфаматного

никелирования, их экологическая опасность и режимы осаждения

Компоненты

Номер и состав электролита, г/л

электролитов

и режим

250-

200-

250-

280-

NiSO4·7H2O

120-180

300

250-300

250

300

320

230-320

Ni(NH2SO3)2·4H2O

300-800

300-400

NiCl2·6H2O

50-60

40-60

50-60

50-55

30-60

12-15

H3BO3

30-40

25-40

30-40

25-35

25-40

35-40

30-40

25-40

NaCl

10-15

NH4Cl

20-25

Барбитуровая

0,03-

кислота

0,09

1,4-Бутиндиол

0,15-

0,027-

(100 %)

0,3-0,5

0,2-0,5

0,30

0,135

Сахарин

0,8-1,2

1,5-2,0

0,3-2,0

0,25-0,5

0,5-1,5

Хлорамин Б

2,0-2,5

Формальдегид

0,5-1,2

RADO-57M

3-6

RADO-2

2-3

RADO-1

0,5-1,0

0,08-

Фталимид

0,12

«Прогресс»

0,1-0,2

ЦКН-11

15-20

ЦКН-12

0,5-1,5

ЦКН-14

2-10

ЭКОМЕТ-Н1 а

1,5-2,0

ЭКОМЕТ-Н1 б

5-10

Limeda НИБ-3,

мл/л

6-12

Limeda НИБ-12,

0,003-

мл/л

0,015

3,5-5,8

4,5-5,5

4,0-4,8

3,8-4,5

3,5-5,5

4,2-4,8

3-5

3,6-4,5

3,0-4,2

Температура, °С

20-60

40-50

50-65

45-65

50-60

Плотность тока,

5-12

3-20

А/дм²

0,5-1,0

0,8-3,5

2-6

1-6

3-8

0,2-8,0

2-7

Экологическая

опасность элек-

3,8 · 10⁶

6,3 · 10⁶

7,8 · 10⁶

8,1 · 10⁶

8,2 · 10⁶

8,23 · 10⁶

тролита

Сульфаматные электролиты никелирования содержат соль никеля сульфамино-

вой кислоты Ni(NH2SO3)2·4H2O, хлорид никеля NiCl2·6H2O, борную кислоту H3BO3,

pH 3,6-4,5 (корректируют сульфаминовой кислотой). Растворимость сульфамата нике-

ля значительно выше, чем сульфата, поэтому сульфаматные электролиты обычно бо-

лее концентрированные по металлу и, следовательно, позволяют осаждать никель при

более высоких плотностях тока. Рабочий интервал катодных плотностей тока состав-

ляет от 3 до 20 А/дм² (зависит от концентрации солей никеля, pH, температуры, интен-

сивности перемешивания раствора). Выход по току - около 98 % - 99 %.

Сульфаматные электролиты имеют лучшие буферные свойства, чем сульфатно-

хлоридные с борной кислотой, но по склонности к образованию питтинга они не имеют

преимуществ перед другими электролитами и антипиттинговые добавки обязательно

входят в их состав.

Осадки никеля, полученные из сульфаматных электролитов, отличаются от

осадков из сульфатно-хлоридных электролитов низкими внутренними напряжениями, а

также высокой твердостью (2,3-2,5 ГПа) и высоким электрическим сопротивлением.

Благодаря низким внутренним напряжениям никелевые покрытия из сульфамат-

ных электролитов применяют в гальванопластике для нанесения толстых осадков.

Повышенное электрическое сопротивление (8,6 мкОм/см против 7 мкОм/см для

металлургического никеля) обусловлено большим количеством посторонних включе-

ний: водорода, кислорода, азота и серы.

Сульфаматные электролиты применяют также для никелирования стальных де-

талей, подвергающихся при эксплуатации ударным нагрузкам; в электролитическом

формовании при изготовлении емкостей для хранения низкотемпературных жидкостей,

а также для изготовления деталей аппаратов авиакосмической техники.

Экологическая опасность электролитов никелирования определяется исключи-

тельно концентрацией ионов никеля. Органические добавки присутствуют в электроли-

тах никелирования в малых концентрациях, поэтому практически не оказывают влия-

ние на экологическую опасность растворов.

Таким образом, с точки зрения снижения экологической опасности технологии

никелирования целесообразно использовать электролиты с меньшей концентрацией

никеля.

2.3.9 Хромирование

В таблице 2.24 представлены составы и значения экологической опасности неко-

торых известных электролитов хромирования.

Таблица 2.24 - Составы электролитов хромирования, их экологическая опасность и

режимы осаждения

Компоненты

Номер и состав электролитов, г/л

электролита и

режим

CrO3

120-

125-

230-

225-

270-

80-150

250

200-400

350-400

200

250

280

300

350

H2SO4

0,5-0,8

1,2-2,5

2-4

2,5-2,7

Ch-2

2-5

Ch-80

12-15

Ch-3

2-5

ДХТИ-хром-11

8-10

ЦКН-41

5-10

SrSO4

5,5-6,5

K2SiF6

18-20

H2SiF6

5-10

СаF2

8-10

NaOH

40-60

Окончание таблицы 2.24

Компоненты

Номер и состав электролитов, г/л

электролита и

режим

Cr³⁺(в пересчете

10-15

на Cr2O3)

Температура, °С

20-55

40-60

45-75

18-25

50-70

55-60

55-65

40-60

20-60

18-22

Плотность тока,

7-30

10-50

20-60

5-10

30-80

30-60

10-100

5-80

2-80

10-80

А/дм²

Экологическая

опасность элек-

3,9 · 10⁶

5,2 · 10⁶

6,5 · 10⁶

6,8 · 10⁶

7,3 · 10⁶

7,8 · 10⁶

9,1 · 10⁶

10,4 · 10⁶

тролита

В противовес общепринятому мнению о высокой экологической опасности элек-

тролитов хромирования из представленной таблицы видно, что по экологической опас-

ности они не отличаются от электролитов цинкования. Мало того, в сточных водах

гальванического производства, прошедших очистку, обычно не наблюдается превыше-

ние концентрации шестивалентного хрома над его ПДК. Наоборот, часто наблюдается

значительное превышение ПДК концентрации ионов меди, никеля, цинка и трехва-

лентного хрома в сточных водах из-за плохой работы системы реагентной очистки кис-

ло-щелочных стоков.

Таким образом, технология хромирования совместно с технологией обезврежи-

вания шестивалентного хрома в силу разных причин (в том числе вышеперечисленных)

не отличается особой экологической опасностью по сравнению с другими технология-

ми обработки поверхности.

2.3.10 Оловянирование

В таблице 2.25 представлены составы и экологическая опасность некоторых из-

вестных кислых, в таблице 2.26 - пирофосфатных, в таблице 2.27 - станнатных элек-

тролитов оловянирования.

Таблица 2.25 - Состав кислых электролитов оловянирования, их экологическая

опасность и режимы осаждения

Компоненты электролитов и

Номер и состав электролита, г/л

режим работы

Сернокислое олово

40-50

50-60

36-45

Фторборат олово

180-200

Хлористое олово

40-50

40-60

Серная кислота

50-80

100-140

100-150

Фенолсульфоновая кислота

Борфтористоводородная кис-

лота

45-60

Борная кислота

25-30

Соляная кислота

0,5-1,0

0-30

12-15

Сернокислый натрий

30-50

Фтористый натрий

50-60

40-60

35-40

Хлористый натрий

5-7

20-40

20-22

Окончание таблицы 2.25

Компоненты электролитов и

Номер и состав электролита, г/л

режим работы

Препарат ОС-20

2-5

Сиптанол ДС-10

3-5

Днепрол, мл/л

8-10

Синтанол АЛМ-10 или ОС-20

20-40

ОП-10 или ОЛС-20

0,5-5,0

Формальдегид (40%-ный рас-

0-4

твор), мл/л

Желатин

1,0

Дисульфонафталин

1,0

Роданистый аммоний

0,25

Добавка ЦКН-31, мл/л

2-6

Добавка ЦКН-32

3-5

Диоксидифенилсульфон

«Арескап 100»

Ингибитор И1-А

2-3

Температура, °С

15-25

18-25

18-35

20-25

20-35

30-45

Плотность тока, А/дм²

1-2

1-5

1-10

до 10

2-3

0,5-3,0

до 50

Выход по току, %

95-98

90-96

90-95

Экологическая опасность

0,5 · 10⁶

10 · 10⁶

4 · 10⁶

0,3 · 10⁶

0,5 · 10⁶

0,1 · 10⁶

электролита

Таблица 2.26 - Состав пирофосфатных электролитов, их экологическая опасность и

режимы осаждения

Номер и состав электролита, г/л

Компоненты электролитов и режим работы

Олово (в пересчете на металл)

65-75

Пирофосфат олова

Хлорид олова

112

Пирофосфат калия

520-560

Пирофосфат натрия

360

Пирофосфат натрия свободный

116

Триполифосфат калия

720

Хлористый аммоний

Солянокислый гидразин

8-12

Желатин

2,0-2,5

Столярный клей

Эмульгатор «Прогресс-2», мл/л

3-5

Декстрин

Йодит калия

0,5

8,0-8,5

7,8-8,5

Температура, °С

25-70

60-80

50-60

Плотность тока, А/дм²

До 6

До 5

До 10

Выход по току

80-90

91-100

Экологическая опасность электролита

>1 · 10⁵

Таблица 2.27 - Состав станнатных электролитов, их экологическая опасность и

режимы осаждения

Компоненты электролитов и

Номер и состав электролита, г/л

режим работы

Станнат натрия

50-100

60-100

Станнат калия

150-165

105

210

420

Едкий натр свободный

10-25

Едкий калий свободный

20-25

Уксуснокислый натрий

15-20

Перекись водорода

1-2

2-3

ЭКОМЕТ-Л7, мл/л

75-80

Температура, °С

60-80

80-90

66-88

80-90

70-75

Плотность тока, А/дм²

0,5-2,0

1-10

3-10

8-17

16-40

0,8-1,5

Выход по току

70-50

90-80

80-50

90-50

Экологическая опасность элек-

>1 · 10⁵

тролита

В таблице 2.28 представлены составы некоторых известных электролитов нане-

сения сплавов олово-свинец, в таблице 2.29 - сплавов олово-висмут.

Экологическая опасность электролитов нанесения сплавов олово-свинец опре-

деляется содержанием в них свинца (ПДКрыб. хоз = 0,1 мг/л), а также фторидов, а спла-

вов олово-висмут - содержанием препарата ОС-20 (ПДКрыб. хоз = 0,01 мг/л) и синтанола

ДС-10 (ПДКрыб. хоз = 0,000 5 мг/л), которые рекомендуется заменить на другие вещества

(например: ОС-20 на ОП-7, ДС-10 на ДТ-7).

Таблица 2.28 - Составы электролитов нанесения сплавов олово-свинец, их

экологическая опасность и режимы осаждения

Компоненты элек-

Номер и состав электролитов, г/л

тролита и режим

Sn(BF4)2

10-22

20-25

25-75

Pb(BF4)2

7-17

50-60

100-200

SnSiF6

70-100

40-60

PbSiF6

70-100

100-150

Sn2P2O7

20-22

Pb(NO3)2

15-18

Sn(HOC6H4SO3)2

Pb(HOC6H4SO3)2

100-130

Sn(NH2SO3)2

105

Pb(NH2SO3)2

H3BO3

5-15

HBF4. своб.

100-150

40-100

H2SiF6 своб.

60-120

60-100

Na4P2O7·10H2O

120

HOC6H4SO3H своб.

60-95

NH2SO3H своб.

АО-10

6-10

POS-1

0,2-1,0

Клей столярный

1-3

Желатин

Окончание таблицы 2.28

Компоненты элек-

Номер и состав электролитов, г/л

тролита и режим

Пептон

Температура, °С

15-30

18-25

20-40

18-25

15-25

Плотность тока,

А/дм²

1-8

0,5-4,0

4-5

1-2

4-5

1-2

4-5

До 2

Содержание олова

в покрытии, %

1-12

18-25

8-12

50-60

16-18

5-17

Экологическая

опасность электро-

0,1 · 10⁶

0,12 · 10⁶

0,33 · 10⁶

0,49 · 10⁶

0,59 · 10⁶

0,62 · 10⁶

0,89 · 10⁶

1,1 · 10⁶

лита

Таблица 2.29 - Составы электролитов нанесения сплавов олово-висмут, их

экологическая опасность и режимы осаждения

Номер и состав электролитов, г/л

Компоненты электролита

и режим

SnSO4

40-50

45-55

40-60

30-50

36-45

35-45

SnCl2·2H2O

45-55

Bi2(SO4)3·3H2O

0,8-1,5

1,8-7,3

0,5-2,0

Bi(NO3)3·5H2O

5-6

0,5-5,0

BiCl3

0,15-1,0

H2SO4

90-100

90-105

100-110

100-140

100-150

120-180

NaCl

2-5

0,3-0,8

0,4-0,8

Na4P2O7·10H2O

140-175

ОП-10

2,5-5,0

Аскорбиновая кислота

1-2

Трилон Б

5-10

Столярный клей

0,2-5,0

Желатин

0,2-0,5

Препарат ОС-20

2,0-2,5

4-5

10-12

20-40

4,4-диамино-3,3-диметокси-

дифенилметан (ДДДМ)

2-5

ЦКН-31 (МХТИ-М4)

3-12

ЦКН-32

1-2

ЭКОМЕТ-Л6

30-45

Синтанол ДС-10

5-15

Limeda Sn-2

5-10

Формалин техн., мл/л

4-6

0-4

3-5

Температура, °С

20-22

50-65

18-25

15-25

Плотность тока, А/дм²

0,3-0,5

1-2

0,5-2,0

1-2

1-4

2-8

2-4

Экологическая опасность

0,04 · 10⁶

0,07 · 10⁶

0,25 · 10⁶

0,5 · 10⁶

1,2 · 10⁶

4,0 · 10⁶

30,0 · 10⁶

электролита

2.3.11 Серебрение

В таблице 2.30 представлены некоторые электролиты серебрения, режимы оса-

ждения и их экологическая опасность. Из таблицы видно, что экологическая опасность

электролитов определяется главным образом концентрацией цианидов, роданидов,

йодидов и препарата ОС-20.

Таблица 2.30 - Составы и экологическая опасность электролитов серебрения,

режимы осаждения растворов

Компоненты

Номер и состав электролитов, г/л

электролита и

режим

KAg(CN)2

(в пересчете на

20-30

45-60

40-50

Ag)

AgNO3

(в пересчете на

35-40

25-30

15-20

20-30

Ag)

KCN свободный

140-

20-40

90-100

160

KCNS

200-

250-

80-100

250

300

K2CO3

20-30

50-60

20-40

35-40

K4Fe(CN)6∙3H2O

35-40

K4P2O7·3H2O

100-110

230-

300

(NH4)2CO3

20-25

20-30

(NH4)2SO4

45-70

Аммиак водный

До

(25%-ный)

pH 9,0

Сульфосалицило-

70-90

вая кислота

Каптакс

0,25-

0,50

Селен металличе-

0,03-

ский

0,05

Диспергатор НФ-Б

0,080-

0,125

Этамон ДС

~0,4

Препарат ОС-20

5-10

9-10

8,5-8,7

9,0-9,5

Температура, °С

18-25

20-25

Плотность тока,

0,2-

0,3-1,5

2-3

1,0-1,5

1-2

0,5-0,7

1,5

А/дм²

0,3

Экологическая

опасность элек-

1 · 10⁶

1,6 · 10⁶

2,3 · 10⁶

2,8 · 10⁶

1,2 · 10⁶

0,02 · 10⁶

3 · 10⁶

0,2 · 10⁶

тролита

2.3.12 Золочение

В таблице 2.31 представлены некоторые электролиты золочения, режимы оса-

ждения и их экологическая опасность. Из таблицы видно, что экологическая опасность

электролитов определяется главным образом концентрацией цианидов, роданидов и

ферроцианидов.

Таблица 2.31 - Составы и экологическая опасность электролитов золочения,

режимы осаждения растворов

Номер и состав электролитов, г/л

Компоненты электролита и режим

KAu(CN)2 (в пересчете на Au)

4-10

8-10

10-12

1-2

AuCl2∙HCl∙4H2O (в пересчете на Au)

4-5

KCN свободный

10-20

NiSO2∙7H2O или

1-3

CoSO2∙7H2O

1-2

Калия цитрат

30-40

Лимонная кислота

30-40

8-10

K2HPO4∙3H2O

10-12

KH2PO4∙

25-50

KCNS

100

K2CO3

K4Fe(CN)6∙3H2O

150-200

Трилон Б

10-15

Аминоуксусная кислота

30-40

11-12

4,5-5,0

6-7

6,5-7,0

Температура, °С

18-65

35-45

60-65

55-65

18-22

Плотность тока, А/дм²

0,1-0,5

0,5-0,7

0,3-0,5

0,2-0,3

0,3-0,6

Экологическая опасность электролита

0,24 · 10⁶

0,08 · 10⁶

0,09 · 10⁶

3 · 10⁶

0,05 · 10⁶

2.3.13 Палладирование

Таблица 2.32 - Составы и экологическая опасность электролитов палладирования,

режимы осаждения растворов

Компоненты электролита и

Номер и состав электролитов, г/л

режим

Палладия соль (в пересчете на

10-14

6-15

металл)

Палладия хлорид

5-10

20-50

Палладия терааминохлорид

25-35

NH4Cl

13-18

50-60

20-40

(NH4)2SO4

20-30

NH4ОН

40-55

Сульфаминовая кислота

70-100

Натрия нитрит

40-80

30-100

Аммиак водный (25%-ный)

До pH 8-9

150-200

Аммония фосфат

Натрия гидрофосфат

100

Бензойная кислота

2,00-2,25

HCl

10-60

0,7

10-25

Н3ВО3

Сахарин

0,3-1,0

9,0-9,5

8-9

6,5-7,0

0,5-1,0

4,6

8,0-9,6

Температура, °С

17-20

28-35

45-55

30-50

25-50

18-25

Плотность тока, А/дм²

1-2

0,5-1,5

0,1

0,5-1,0

0,25-1,0

0,2-1,6

Экологическая опасность элек-

0,1 · 10⁶

1 · 10⁶

0,3 · 10⁶

0,03 · 10⁶

0,8 · 10⁶

0,3 · 10⁶

тролита

2.3.14 Химическое нанесение покрытий Ni-P, Ni-B

В таблице 2.33 приведены составы и экологическая опасность некоторых рас-

творов для осаждения Ni-P покрытия, а в таблице 2.34 - оставы и экологическая опас-

ность некоторых растворов для осаждения Ni-B покрытия.

Таблица 2.33 - Составы растворов для осаждения Ni-P покрытия, их экологическая

опасность и режимы осаждения

Компоненты электроли-

Номер и состав электролита, г/л

тов и режим

Никеля сульфат или хло-

20-25

20-50

20-30

25 *

рид

Гипофосфит натрия

25-30

20-25

15-20

10-25

15-25

(техн.)

Малеиновый ангидрид

1,5-2,0

Аммония сульфат

45-50

Аммония хлорид

35-55

Аммония оксалат

Аммиак (25%-ный), мл/л

Уксусная кислота (ледя-

20-25

6-10

ная)

Натрий уксуснокислый

10-15

8-15

Натрий лимоннокислый

35-55

трехзамещенный

Натрия гидроксид

Натрия фторид

1-2

Свинец (II) сернокислый

0,001-0,050

Тиомочевина

0,001

0,001-0,002

Борная кислота

5-15

Аминоуксусная кислота

7-20

Молочная кислота

35-45

(40%-ная)

Янтарная кислота

8-12

5,0-5,5

5-6

4,6-5,0

7,5-9,0

4,1-5,0

4,8

8,2

Температура, °С

90-95

88-92

78-88

85-95

Экологическая опасность

3,2 · 10⁶

0,6 · 10⁶

0,5 · 10⁶

1,1 · 10⁶

1,6 · 10⁶

0,9 · 10⁶

0,5 · 10⁶

электролита

Таблица 2.34 - Составы растворов для осаждения Ni-B покрытия, их экологическая

опасность и режимы осаждения

Номер и состав электролита, г/л

Компоненты электроли-

тов и режим

Хлористый никель (кри-

25-35

24-48

170

сталлогидрат)

Борогидрид натрия

0,7

1,0-1,5

0,7

Диметилборазан

3,0-4,8

Триметилборазан

Гидроксид натрия

35-40

Аммиак (25%-ный), мл/л

12-14

Окончание таблицы 2.34

Компоненты электроли-

Номер и состав электролита, г/л

тов и режим

Этилендиамин (98%-ный),

55-65

мл/л

Сегнетова соль

Хлорид свинца

0,02-0,04

2-меркаптобензотиазол

0,005-0,010

Нитрат таллия

0,08-1,20

Уксусная кислота +

уксуснокислый натрий,

0,15-0,3

моль/л

Борная кислота

Лимоннокислый натрий

13-14

5,0-5,5

4,3

6,5

Температура, °С

90-95

85-95

70-75

Экологическая опасность

45,7 · 10⁶

66,3 · 10⁶

66,5 · 10⁶

0,8 · 10⁶

2,6 · 10⁶

6,5 · 10⁶

0,9 · 10⁶

электролита

2.3.15 Металлизация пластмасс

Нанесение металлических покрытий на пластмассы и другие диэлектрики позво-

ляет получать специфические композиционные материалы с ценным сочетанием

свойств металла пластмассы в одной детали. Этим сочетанием не обладает ни один из

исходных материалов, взятых отдельно. Применение пластмасс с металлическими по-

крытиями позволяет заменять цветные металлы, резко снижать массу и себестоимость

конструкций, соединять детали пайкой, значительно расширять ассортимент декора-

тивной отделки поверхности, предохранять пластмассы от старения и механических

повреждений, придавать им негорючесть, а также стабильность формы и размеров при

тепловых нагрузках.

В зависимости от способа получения различают химические, гальванические,

конденсационные, металлизационные и другие металлопокрытия пластмасс, а также

сочетания некоторых из них (например, химических и гальванических). По назначению

гальванические металлопокрытия, получаемые на пластмассах, делят на защитно-

декоративные и специальные. Первые предназначены для придания поверхности де-

коративных свойств с одновременной защитой ее от воздействия окружающей среды,

вторые - для решения разнообразных технических задач, определяемых в основном

природой металлов и структурой покрытия: обеспечения электропроводимости, тепло-

проводности, магнитных и оптических свойств, экранирования от электромагнитных

воздействий и излучения, увеличения химической стойкости и др.

Наиболее употребительными в технике гальваническими покрытиями на пласт-

массах являются: никелевое блестящее, хромовое блестящее, медное, серебряное,

олово-свинец и др.

Из пластмасс, на которые наносят гальванические покрытия, практическое при-

менение получили пластики, полипропилен, полисульфон, поликарбонат полиацетали,

поливинилхлорид и др.

Технологический процесс получения гальванических покрытий на любых пласт-

массах включает все операции обработки: подготовку поверхности, получение элек-

тропроводного подслоя, нанесение гальванических покрытий.

Подготовка поверхности: механическая, обезжиривание; промывка в теплой

воде; промывка в холодной воде; предтравление; травление; улавливание; обезврежи-

вание; промывка в холодной воде; контроль качества подготовки поверхности.

Получение электропроводного подслоя: обезвреживание в растворе соляной

кислоты, активирование; улавливание; промывка в холодной воде; акселерация; про-

мывка двухкаскадная в холодной воде; никелирование (меднение) химическое; про-

мывка в холодной воде; контроль качества подслоя.

Нанесение гальванических покрытий: активация; промывка в холодной воде;

меднение матовое (никелирование матовое или полублестящее); меднение блестя-

щее; улавливание; промывка двухкаскадная в холодной воде; никелирование блестя-

щее; улавливание; промывка двухкаскадная в холодной воде; хромирование; улавли-

вание; промывка в холодной воде; промывка в горячей воде; сушка; контроль качества

покрытия.

В зависимости от природы пластмасс, принятой системы покрытия, способов ак-

тивации получения электропроводного подслоя и других факторов выполняемые опе-

рации и их последовательность могут существенно изменяться.

2.3.15.1 Подготовка поверхности

Механическая подготовка, осуществляемая с целью получения микрошерохо-

ватости поверхности, часто представляет собой мокрую или сухую абразивную обдувку

сжатым воздухом. В условиях единичного или опытного производства применяют об-

работку шлифовальной шкуркой, пемзой, абразивной пастой, стальной щеткой и т. п.

Мелкие детали массового производства обрабатывают с абразивом во вращающихся

барабанах или колоколах. В качестве абразива используют кварцевый песок, наждач-

ный порошок, электрокорунд, пемзу и другие вещества.

Однако механическая обработка не всегда обеспечивает достаточное сцепление

покрытия со многими диэлектриками и значительно ухудшает декоративные свойства

поверхности. По этим причинам ее применяют ограниченно.

Обезжиривание пластмасс проводят в щелочных растворах или в органических

растворителях. При этом подбирают такие составы, которые не растворяют обрабаты-

ваемый материал и не вызывают заметного его набухания или растрескивания. Для

обезжиривания в щелочных растворах применяют те же растворы, что и для обработки

металлов.

В качестве органических растворителей применяют фреоны, бензин, керосин,

ацетон, метиловый и этиловый спирты, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен и др.

При незначительных загрязнениях поверхности пластмасс операцию обезжири-

вания совмещают с операцией травления в растворах, содержащих СrО3.

Предтравление обычно проводят непосредственно перед травлением. Эта опе-

рация включает обработку поверхности полимера органическими растворителями, их

смесями или эмульсиями, а также растворами кислот, щелочей, солей.

Состав смеси растворителей и режим обработки зависят главным образом от

природы полимера и чаще всего устанавливаются экспериментально.

Травление - химический процесс, в результате выполнения которого происхо-

дит изменение структуры и химических свойств поверхности диэлектрика.

Травление обычно стремятся проводить в растворах, которые избирательно (се-

лективно) действуют на разные компоненты одного и того же диэлектрика. Поэтому со-

ставы этих растворов и режимы обработки в них часто весьма специфичны и опреде-

ляются природой, структурой и свойствами поверхности диэлектрика.

Обезвреживание выполняют для удаления ионов Сr (VI), остающихся на по-

верхности диэлектрика после выполнения операции улавливания и промывки. Опера-

ция обезвреживания заключается в обработке поверхности раствором, содержащим

восстановитель, например сульфат двухвалентного железа.

Активация - процесс, в результате выполнения которого обрабатываемой по-

верхности диэлектрика придают каталитические свойства, обеспечивающие иницииро-

вание реакции химического восстановления металла: на поверхность пластмассы

наносят активатор, из которого образуются каталитически активные частицы.

В качестве активатора может быть использован раствор благородного металла (Pd, Ag,

Au, Pt и др.).

Сенсибилизация представляет собой обработку поверхности диэлектрика рас-

твором восстановителя. В качестве последнего чаще всего используют кислые раство-

ры двухлористого олова.

После активирования проводят промывку в непроточной обессоленной воде

с целью улавливания благородного металла. Затем следует промывка в проточной во-

де и загрузка в ванну химического покрытия.

2.3.15.2 Получение электропроводного подслоя

Придание поверхности пластмассы электропроводных свойств с целью после-

дующего нанесения гальванических покрытий достигают разными способами: химиче-

ским восстановлением металла из раствора его соли, электрохимическим восстанов-

лением металла из окислов, введенных в состав поверхностного слоя пластмассы или

промежуточного покрытия, образованием электропроводных соединений (фосфидов,

сульфидов и др.), нанесением электропроводных эмалей или металлических покрытий

конденсационным способом и т. д. Из них самое широкое промышленное применение

нашел способ химического восстановления металлов, например Ni, Сu и Ag.

Из этих способов наиболее часто применяют химическое никелирование.

В некоторых случаях в качестве подслоя более предпочтительно медное покрытие,

например при наличии пластичного слоя меди детали с покрытиями легче переносят

резкие колебания температуры. Вследствие тех же причин химическое меднение пред-

почитают использовать и при нанесении покрытий на детали с большой площадью по-

верхности. Кроме того, на медь легче, чем на никель, наносить гальванические покры-

тия, так как полученные химическим способом слои никеля быстрее пассивируются.

Для химического никелирования пластмасс используют низкотемпературные ги-

пофосфитные, как кислые (pH 4-7), так и щелочные (pH 8-11), растворы.

2.3.15.3 Нанесение гальванических покрытий

Особенностью химико-гальванического способа получения покрытий является

создание тонкого электропроводного подслоя, который легко повреждается при меха-

нических воздействиях и растворяется в агрессивных электролитах, имеет ограничен-

ную электропроводимость (особенно подслой сульфидов). Особенностями пластмасс

являются малая их плотность (ниже, чем у электролитов), повышенная деформируе-

мость (особенно у термопластических пластмасс при повышенной температуре элек-

тролитов), более высокий, чем у наносимых покрытий коэффициент линейного расши-

рения.

Для усиления электропроводного подслоя в большинстве случаев дополнитель-

но наносят матовую медь. Это позволяет повысить прочность сцепления между элек-

тропроводным подслоем и последующими слоями покрытия. Необходимость нанесе-

ния слоя меди вызывается еще и тем, что она служит буфером между пластмассой и

блестящим никелевым покрытием при резком изменении температуры.

2.3.16 Оксидирование (алюминия, стали, меди)

2.3.16.1 Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Электролиты защитного и защитно-декоративного анодирования алюминия и его

сплавов (см. таблицу 2.35) обладают низкой экологической опасностью, за исключени-

ем электролитов, содержащих хромовый ангидрид, который увеличивает их экологиче-

скую опасность на три порядка.

Электролиты эматалирования алюминия и его сплавов (см. таблицу 2.36) обла-

дают более высокой экологической опасностью как за счет содержания хромового ан-

гидрида, так и за счет содержания соединений титана (ПДКрыб.хоз. = 0,06 мг/л).

Таблица 2.35 - Составы электролитов защитного и защитно-декоративного

анодирования, их экологическая опасность и режимы обработки

Компоненты элек-

Номер и состав электролитов, г/л

тролита и режим

H2SO4

100

180-200

6-12

H2C2O4·2H2O

30-35

16-22

CrO3

80-100

30-100

HSO3C7H5O3·2H2O

100-200

Температура, °С

38-42

30-45

13-25

18-25

27-35

20-40

Плотность тока, А/дм²

0,2-0,6

1,2

0,8-1,5

1,0-1,5

до 2,5

Напряжение, В

0-40

5-45

20-50

13-24

12-20

30-45

0-40

Экологическая опас-

0,1 · 10³

0,13 · 10⁶

2 · 10³

2,60 · 10⁶

ность электролита

Таблица 2.36 - Составы электролитов эматалирования, их экологическая опасность

и режимы электролиза

Компоненты

Номер и состав электролитов, г/л

электролита и

режим

KTiO(C2O4)2 · 2H2O

40-43

40-45

NaZrO(C2O4)2 · 2H2O

1,2

H2C2O4 · 2H2O

1-3

1-2

H3BO3

8-10

1-2

2-5

3-4

Лимонная кислота

1-2

Окончание таблицы 2.36

Компоненты

Номер и состав электролитов, г/л

электролита и

режим

Глицерин

CrO3

6-8

30-35

100-110

Na2B4O7 · 10H2O

Торий-аммоний ок-

салат

Температура, °С

55-65

40-50

50-60

40-45

30-50

41-48

Плотность тока,

А/дм²

3-1

0,3-1,0

0,8-1,0

0,7-1,4

Напряжение, В

120

70-120

≤300

0-120

40-80

25-40

40-45

Экологическая

опасность электро-

0,05 · 10⁶

0,09 · 10⁶

0,11 · 10⁶

0,33 · 10⁶

0,91 · 10⁶

1,30 · 10⁶

2,86 · 10⁶

лита

2.3.16.2 Химическое оксидирование алюминия, магния и их сплавов

Экологическая опасность растворов химического оксидирования алюминия, маг-

ния и их сплавов (см. таблицы 2.37 и 2.38) определяется концентрацией соединений

шестивалентного хрома, являющихся основными компонентами этих растворов. По-

этому практически невозможно реально снизить их экологическую опасность.

Таблица 2.37 - Составы растворов химического оксидирования алюминия и его

сплавов, их экологическая опасность и режимы процессов

Компоненты электроли-

Номер и состав электролитов, г/л

та и режим

Na2CO3·10H2O

40-60

NaOH

2,5

2-3

Na2CrO4·10H2O

10-20

CrO3

3-4

5-8

5-7

5-10

Na2SiF6

3-4

NaF

3-5

KHF2

1,5-2,0

3-5

H3PO4

40-50

40-60

K4[Fe(CN)6]·3H2O

0,5-1,0

Температура, °С

15-30

80-85

80-100

20-25

15-30

15-25

15-30

Продолжительность, мин

8-15

3-5

3-10

10-15

1-5

5-7

5-20

Экологическая опасность

0,10 · 10⁶

0,11 · 10⁶

0,15 · 10⁶

0,24 · 10⁶

0,25 · 10⁶

0,31 · 10⁶

раствора

Таблица 2.38 - Составы растворов химического оксидирования магния и его

сплавов, их экологическая опасность и режимы процессов

Компоненты электро-

Номер раствора

литов и режим

7 а

7 б

K2Cr2O7

20-25

25-30

40-50

30-50

70-100

100-150

HNO3

30-35

75-90

NH4Cl

1-1,5

0,8-1,2

Окончание таблицы 2.38

Компоненты электро-

Номер раствора

литов и режим

7 а

7 б

MgSO4·7H2O

40-50

СrO3

Н2SO4

1,5

(NH4)2SO4

25-30

40-50

CH3COOH (60 %)

5-8

KАl(SO4)2·12H2О

8-12

HF (40 %)

150-200

MgO

NH3 (25 %)

4-6

Температура, °С

70-80

90-100

70-80

18-25

15-30

60-80

18-25

90-100

Продолжительность,

2-5

1-2

1-3

10-35

1-2

3-10

40-50

мин

Экологическая опас-

0,4 · 10⁶

0,6 · 10⁶

0,9 · 10⁶

1,2 · 10⁶

1,4 · 10⁶

1,8 · 10⁶

1,6 · 10⁶

2,7 · 10⁶

ность раствора

2.3.16.3 Химическое оксидирование сталей

Наиболее широко применяемым раствором химического оксидирования являет-

ся раствор следующего состава, г/л: едкий натр 600-700, нитрат натрия 50-80, нитрит

натрия 200-250. Его экологическая опасность определяется концентрацией нитритов и

составляет 2,13 · 10⁶. В таблице 2.39 представлены разновидности раствора химиче-

ского оксидирования.

Таблица 2.39 - Составы растворов и режимы химического оксидирования стали и

чугуна

Концентрация компонентов, г/л

Время

Темпера-

Сталь и чугун

обработки,

NaOH

NaNO3

NaNO2

Na3PO4

тура, °С

мин

Высокоуглеродистая и чугун

550-700

50-100

200-250

135-145

10-30

Среднеуглеродистая

550-700

50-100

200-250

135-145

30-50

Низкоуглеродистая

550-700

50-100

200-250

145-155

40-60

Низко- и среднелегированная

550-700

50-100

200-250

145-155

60-90

Углеродистая низколегированная

450-600

50-100

125-135

~30

Углеродистая среднелегирован-

650-800

75-125

135-155

30-60

ная

Углеродистая, низко- и среднеле-

600-700

120-160

20-60

137-143

15-30

гированная и чугун

2.3.17 Фосфатирование сталей

Экологическая опасность растворов фосфатирования (см. таблицу 2.40) опреде-

ляется содержанием в них соединений цинка и марганца и не может быть произвольно

снижена без изменения технологических характеристик растворов.

Таблица 2.40 - Составы растворов фосфатирования, их экологическая опасность и

режимы обработки

Компоненты электро-

Номер и состав электролитов, г/л

лита и режим

Мажеф

28-35

30-35

35-40

Zn(H2PO4)2·2H2O

10-15

8-12

28-36

45-55

60-70

Zn(NO3)2·6H2O

10-20

55-65

42-58

45-55

70-90

80-100

H3PO4

9,5-15

11-17

NaNO2

0,2-1,0

NaF

4-6

Ba(NO3)2

30-40

NH4H2PO4

10-15

Mg(NO3)2·2H2O

50-70

До

Zn(C2O4)·2H2O

0,1-0,2

насыщ

«Прогресс»

3-5

Температура, °С

75-80

95-99

75-85

85-95

55-65

20-40

15-30

Ко, точки

40-60

60-80

80-100

75-95

Ксв, точки

3-4

2,5-5,0

12-16

8-12

Продолжительность,

5-15

40-50

3-10

10-25

3-10

20-40

15-25

мин

Экологическая опас-

0,3 · 10⁶

0,5 · 10⁶

0,7 · 10⁶

1,9 · 10⁶

2,1 · 10⁶

2,4 · 10⁶

2,6 · 10⁶

3,8 · 10⁶

ность раствора

2.3.18 Пассивирование (хроматирование)

В таблице 2.41 приведены составы некоторых растворов хроматирования цинко-

вых и кадмиевых покрытий, а в таблице 2.42 - хроматирования алюминия и его спла-

вов. Их экологическая опасность определяется концентрацией соединений шестива-

лентного хрома.

Таблица 2.41 - Составы растворов хроматирования цинка и кадмия, их

экологическая опасность и режимы обработки

Компоненты электроли-

Номер и состав электролитов, г/л

та и режим

CrO3

5-20

15-25

80-110

100-150

K2Cr2O7 или Na2Cr2O7

15-25

25-35

150-200

H2SO4

3-5

8-12

Na2SO4

10-20

5-20

10-15

HNO3

15-30

2,5-4,0

3-7

1,5-4,0

25-35

Температура, °С

15-30

Продолжительность, мин

0,1-0,5

0,1-0,3

0,5-1,0

0,1-0,3

0,05-0,1

0,1-0,3

До 0,2

Экологическая опасность

0,44 · 10⁶

0,52 · 10⁶

0,62 · 10⁶

0,65 · 10⁶

2,9 · 10⁶

3,5 · 10⁶

3,9 · 10⁶

Таблица 2.42 - Составы растворов хроматирования алюминиевых сплавов, их

экологическая опасность и режимы обработки

Компоненты электролита и

Номер и состав электролитов, г/л

режим

CrO3

3-4

3,5-4,5

5-8

5-10

Na2CrO4·10H2O

3,0-3,5

10-20

180-200

NaF

0,8

3-5

НF

1-2

KHF2

1,5-2,0

Na2SiF6

3-4

K4[Fe(CN)6]·3H2O

0,-1,0

H3PO4

40-60

Na2CO3·10H2O

40-50

NaOH

2-3

Температура, °С

18-25

15-30

Продолжительность, мин

8-20

8-10

1-5

5-20

10-60

6-10

Экологическая опасность

0,12 · 10⁶

0,18 · 10⁶

0,23 · 10⁶

0,31 · 10⁶

0,35 · 10⁶

3,50 · 10⁶

В таблице 2.43 приведены составы некоторых растворов хроматирования магния

и его сплавов. Их экологическая опасность определяется содержанием не только со-

единений шестивалентного хрома, но и концентрацией уксусной кислоты

(ПДКрыб.хоз. = 0,01 мг/л) и марганца (ПДКрыб.хоз. = 0,01 мг/л).

Таблица 2.43 - Составы растворов хроматирования магниевых сплавов, их

экологическая опасность и режимы обработки

Компоненты электролита и

Номер и состав электролитов, г/л

режим

Na2Cr2O7·2H2O

15-20

25-30

30-50

70-100

80-100

150-160

HNO3

25-30

NH4Cl

1,0-1,5

CrO3

1-3

(NH4)2SO4

25-30

40-50

3-4

NH4OH (25 %), мл/л

4-6

CH3COOH (60 %)

5-10

10-22

KAl(SO4)2·12H2O

8-12

MnSO4·5H2O

30-50

MgSO4·7H2O

40-50

30-50

Температура, °С

70-80

Кип.

18-20

15-30

65-80

5,6-6,5

3,0-3,5

3-4

4-5

Продолжительность, мин

1-2

5-15

10-35

10-60

1-2

Экологическая опасность рас-

0,4 · 10⁶

0,5 · 10⁶

1,5 · 10⁶

1,8 · 10⁶

2,9 · 10⁶

4,1 · 10⁶

твора

Одной из альтернатив хроматированию в растворах шестивалентного хрома яв-

ляется формирование защитных пленок на основе соединений трехвалентного хро-

ма - хромитов. Соединения трехвалентного хрома не являются канцерогенами.

В растворах на основе трехвалентного хрома образуются пленки, в которых Cr (III)

находится в виде стабильных комплексов. Такие пленки называют хромитными.

В отличие от традиционных хроматных хромитные пленки не теряют коррозион-

ную стойкость после термического воздействия.

Достижения в области хромитирования позволяют получать при определенных

условиях бесцветные, радужные и черные конверсионные пленки с более высокой кор-

розионной стойкостью, чем традиционные хроматные.

По техническим характеристикам хромитные пленки можно объединить в следу-

ющие основные поколения:

Первое поколение: бесцветно-голубые пленки толщиной до 60 нм с невысокими

защитными способностями (3-4 ч в солевом тумане до начала белой коррозии). Состав

хромитирующего раствора и условия эксплуатации: хромитирующая композиция - 20-

60 мл/л, длительность обработки - 30-60 с, температура раствора - 18 °C - 30 °C.

Второе поколение: пленки с повышенной толщиной (около 100 нм), достигаемой

за счет увеличения концентрации компонентов и температуры раствора. Коррозионная

стойкость таких покрытий составила 24-48 ч в солевом тумане до 5 % белой коррозии.

Состав хромитирующего раствора и условия эксплуатации: хромитирующая компози-

ция - 40-100 мл/л, длительность обработки -

30-80 с, температура раствора -

18 °C - 45 °C.

Третье поколение: так называемые толстослойные пленки (до 400 нм), имеющие

коррозионную стойкость порядка 300 ч в солевом тумане до 5 % белой коррозии. Плен-

ки третьего поколения получают в растворах с высокой рабочей температурой при

времени обработки 60-120 с. Состав хромитирующего раствора и условия эксплуата-

ции: хромитирующая композиция - 70-120 мл/л, длительность обработки - 30-120 с,

температура раствора - 30 °C - 60 °C.

Четвертое поколение хромитных пленок отличается тем, что благодаря введе-

нию в состав хромитирующих растворов наночастиц кремния удалось получить уни-

кальные свойства хромитных пленок. По коррозионной стойкости пленки с наночасти-

цами превосходят пленки третьего поколения и обладают эффектом самозалечивания,

подобно шестивалентным хроматным пленкам. Состав хромитирующего раствора и

условия эксплуатации: хромитирующая композиция - 70-120 мл/л, композиция нано-

частиц - 10-120 мл/л, длительность обработки - 30-120 с, температура раствора -

30 °C - 60 °C.

2.4 Операции промывки и унос

В гальваническом производстве при нанесении покрытий детали обрабатывают-

ся поочередно в нескольких растворах, имеющих, как правило, отличающиеся друг от

друга составы с четкими границами интервалов концентраций веществ. При переносе

деталей из одной технологической ванны в другую вместе с ней на ее поверхности вы-

носится тонкая пленка раствора, которая в отсутствие промежуточной промывки за-

грязняет раствор технологической ванны, что в большинстве случаев приводит к появ-

лению брака. В то же время вынесенный деталями раствор из последней технологиче-

ской ванны в отсутствие промывки при сушке деталей образует на их поверхности тон-

кий налет сухих веществ, которые при эксплуатации изделий растворяются в конден-

сирующейся на поверхности деталей влаге и образуют раствор, способствующий кор-

розии покрытия и основы [33].

Для предотвращения загрязнения технологических растворов и обеспечения чи-

стоты поверхности готовых изделий применяется межоперационная и окончательная

промывки деталей.

Промывка может осуществляться объемным, поверхностным и комбинирован-

ным способами. По объемному (погружному) способу детали погружаются в заполнен-

ные промывной водой ванны, где происходит разбавление принесенного поверхностью

деталей раствора. По поверхностному (струйному, пленочному, аэрозольному и т. п.)

способу потоком воды или смеси воды с воздухом производится вытеснение пленки

раствора, покрывающей поверхность деталей, за счет гидродинамического воздей-

ствия струи воды и замещение ее чистой водой. Комбинированный способ заключается

в предварительной промывке деталей погружным способом с последующим душиро-

ванием их над промывной ванной.

Струйные промывки характеризуются возможностью практически идеальной

очистки поверхности деталей от вынесенного раствора.

Основной областью применения струйной промывки является производство пе-

чатных плат, нанесение покрытий на полосы, ленты, проволоку.

В гальванических цехах вследствие большого разнообразия форм и конфигура-

ции обрабатываемых деталей главным и практически единственным способом про-

мывки деталей является объемный (погружной).

В процессе промывки происходит удаление внешнего слоя пленки вынесенного

раствора с поверхности деталей за счет движения промывной воды и разбавление

оставшейся части вынесенного раствора за счет диффузии компонентов раствора в

промывную воду. Так как скорость диффузии компонентов раствора значительно

меньше скорости их конвективного переноса движущейся промывной водой, то повы-

шение интенсивности перемешивания промывной воды резко увеличивает скорость

выравнивания концентрации компонентов вынесенного раствора на поверхности дета-

ли и в глубине ванны промывки. В результате промывки происходит снижение концен-

трации веществ в приповерхностном слое раствора. Этот разбавленный раствор по-

верхностью деталей переносится в следующую технологическую ванну. Поэтому раз-

бавление следует проводить до достижения такой концентрации, которая

не вредила бы работе последующей технологической ванны или, если промывка осу-

ществляется перед сушкой, не снижала бы качество готовых деталей. Другими слова-

ми, при промывке концентрация раствора на поверхности обрабатываемых деталей

должна быть снижена до величины ниже допустимой, не оказывающей влияния на ра-

ботоспособность последующей технологической ванны и не сказывающейся на каче-

стве покрываемых деталей.

Таким образом, промывка предназначена для предотвращения загрязнения тех-

нологических растворов и обеспечения чистоты поверхности готовых деталей.

Требования к качеству промывной воды. Требования к качеству промывной

воды определяются предельной концентрацией примесей в технологических растворах

и свойствами и назначением покрытий.

Эффективность работы электролитов и качество получаемых осадков в значи-

тельной степени определяются чистотой растворов с точки зрения наличия или отсут-

ствия в них посторонних неорганических и органических загрязнений. Загрязнения рас-

творов далеко не всегда вызывают видимые невооруженным глазом дефекты, часто

брак оказывается «скрытым» и выявляется при эксплуатации изделия. Например, не-

редки случаи, когда никелевые покрытия, удовлетворяющие требованиям по внешнему

виду, не обладают паяемостью, являются хрупкими, не обеспечивают необходимой ад-

гезии к ним последующих покрытий никеля, хрома, золота, серебра, палладия и др.,

имеют повышенное переходное сопротивление, не обеспечивают получение каче-

ственных сварных швов и т. п. Различные электролиты могут быть в большей или

меньшей степени чувствительны к загрязнениям, но всегда загрязнения сказываются

на свойствах покрытий. Для наиболее распространенных растворов и электролитов в

таблице 2.44 приведены примерные допустимые концентрации вредных примесей,

влияющих на качество обработки поверхности и наносимых покрытий.

Таблица 2.44 - Примерные допустимые концентрации вредных неорганических

примесей в технологических растворах и электролитах

Примерная допустимая

Вредные примеси

Типы электролитов

концентрация вредной

(ионы)

примеси, г/л

Электролиты

Щелочной

Медь

0,1

цинкования

Свинец

0,03

Хром (VI)

0,1

Аммиакатный

Железо

0,05

Медь

0,2

Свинец

0,06

Сурьма

0,1

Олово

0,4

Цианидный

Медь

0,1

Олово

0,05

Свинец

0,05

Кадмий

0,05

Алюминий

0,05

Карбонаты

Хлоридный

Медь

0,08

Свинец

0,05

Сурьма

0,05

Олово

0,8

Мышьяк

0,005

Электролиты

Аммиакатный

Свинец

0,02

кадмирования

Олово

0,02

Сурьма

0,02

Мышьяк

0,02

Железо

0,5

Медь

0,1

Никель

0,5

Электролиты

Цианидный

Свинец

0,05

кадмирования

Олово

0,05

Сурьма

0,05

Медь

0,05

Продолжение таблицы 2.44

Примерная допустимая

Вредные примеси

Типы электролитов

концентрация вредной

(ионы)

примеси, г/л

Мышьяк

0,005

Сернокислый

Железо

Мышьяк + сурьма

0,01

Электролиты

Цианидный

Свинец

меднения

Сурьма

Мышьяк

Карбонаты

100

Сульфатный (универсальный) элек-

Железо

тролит хромирования

Медь

Хлориды

0,08

Электролит для осаждения сплава

Медь

0,1

олово-свинец О-С (60)

Олово (IV)

Цинк

0,3

Электролиты никелирования

Медь

0,02

Кадмий

0,02

Цинк

0,01

Железо

0,05

Хром (VI)

0,001

Кальций

0,01

Алюминий

0,1

Свинец

0,001

Олово

0,001

Мышьяк

0,005

Нитраты

0,005

Фосфаты

0,005

Силикаты

0,3

Сера (S2O42-, SO32-,

0,005

S^2-)

Электролит для осаждения сплава

Кадмий

0,25

олово-свинец О-С (60)

Железо

0,6

Растворы химического никелирова-

Медь

0,005

ния (Ni-P)

Цинк

0,5

Кадмий

0,05

Железо (II)

0,05

Свинец

0,07

Сульфаты

Роданиды

0,07

Цианиды

0,05

Цианидый электролит серебрения

Медь

Железо

Окончание таблицы 2.44

Примерная допустимая

Вредные примеси

Типы электролитов

концентрация вредной

(ионы)

примеси, г/л

Цитратный электролит золочения

Медь

0,1

Железо

0,1

Электролиты

Хромовый

Алюминий

анодирования

Хлор-ионы

0,2

алюминия и

Сернокислый

Алюминий

его сплавов

Медь

Магний

Железо

Оксиды азота

0,2

Хлор-ионы

0,1

Сульфосалицило-

Алюминий

2,5

вый

Щавелевокислый

Алюминий

В процессе эксплуатации растворов содержание примесей в них колеблется в

очень широких пределах, различающихся на 3-4 порядка в зависимости от состава

электролита, покрываемых деталей, условий электролиза, случайных факторов. Мно-

гие металлические примеси соосаждаются совместно с основным металлом, некото-

рые вещества разрушаются на электродах, поэтому их концентрация в ванне постоян-

но уменьшается. Если скорость поступления в электролит таких примесей ниже скоро-

сти их удаления из электролита тем или иным способом (например, окислением на

аноде), то можно считать такой источник загрязнений несущественным.

Однако некоторые примеси не захватываются покрытием и не разрушаются на

электродах; такие примеси при длительной эксплуатации раствора постоянно накапли-

ваются - их концентрация в ванне стремится к значению концентрации в источнике за-

грязнений. Одним из главных источников загрязнений, причем постоянным во времени,

является промывная вода. Таким образом, концентрация вредных примесей в промыв-

ной воде должна быть ниже допустимых концентраций вредных примесей в растворах

и электролитах. Легче предотвратить попадание и накопление примесей в электроли-

тах, чем их удалять, так как многие примеси удаляются с большим трудом, например

хлор-ионы, а есть практически не удаляемые, например ионы аммония.

Из вышеизложенного вытекает главный принцип определения качества воды для

промывки: качество промывной воды определяется главным образом составом рас-

твора, перед которым производится промывка. Качество воды в последней промывной

ванне перед сушкой готовых деталей определяется свойствами и назначением покры-

тия. Так, например, после фосфатирования деталей под промасливание перед сушкой

струей горячего воздуха промывку можно не проводить. В то же время детали с деко-

ративными и функциональными покрытиями требуют перед сушкой тщательной про-

мывки, причем повышенное содержание кальция и магния в промывной воде может

вызвать образование пятен на поверхности покрытия.

Используемая для промывки деталей вода должна быть безопасной в эпиде-

миологическом отношении и химически инертной к покрытию.

В соответствии с ГОСТ 9.314-90 «Вода для гальванического производства и

схемы промывок. Общие требования» в гальваническом производстве может исполь-

зоваться вода трех категорий: из них вода 1-й категории по своим физико-химическим

показателям соответствует питьевой воде, а вода 3-й категории - дистиллированной

воде [34]. В таблице 45 приведены физико-химические показатели воды.

Таблица 2.45 - Физико-химические показатели воды

Допустимые значения показателей качества

и ингредиентов по категориям

Дистилли-

Показатели качества воды,

1-я кат.

Питьевая

2-я кат.

3-я кат.

рованная

ингредиенты

по

вода

по

вода

ГОСТ

по СанПиН

ГОСТ

по ГОСТ

9.314

2.1.4.1074-01

9.314

6709

Сухой остаток, мг/л

1000

400

5,0

Мутность, мг/л

2,0

1,5

Жесткость, мг-экв/л

7,0

6,0

6,0-9,0

6,5-8,5

5,4-6,6

Удельная электрическая проводимость,

2 · 10^-3

1 · 10^-3

5 · 10^-4

См/м (при 20 °C)

Сульфаты, мг/л

500

0,5

Хлориды, мг/л

350

0,02

Нитраты, мг/л

0,2

Фосфаты, полифосфаты (по РО43-), мг/л

3,5

1,0

Аммиак и аммонийные соли, мг/л

5,0

0,02

Нефтепродукты, мг/л

0,5

0,1

0,3

ПАВ (анионоактивные), мг/л

5,0

0,5

1,0

Химическая потребность в кислороде

150

(ХПК), мг/л

Окисляемость перманганатная, мг/л

5,0

0,08

своб.

0,3-0,5

, мг/л

1,7

Остаточный хлор (

связ.

)

0,8-1,2

Ионы тяжелых металлов суммарно, мг/л

5,0

0,4

Железо (Fe), мг/л

0,3

0,1

0,05

Медь (Cu), мг/л (суммарно)

1,0

0,3

0,02

Цинк (Zn²⁺), мг/л

5,0

1,5

0,2

Кадмий (Cd), мг/л (суммарно)

0,001

Никель (Ni²⁺), мг/л

5,0

0,1

1,0

Хром (Cr⁶⁺), мг/л

0,05

Хром (Cr³⁺), мг/л

5,0

0,5

Свинец (Pb), мг/л (суммарно)

0,03

0,05

Мышьяк (As), мг/л (суммарно)

0,05

Сурьма (Sb), мг/л

0,05

Алюминий (Al³⁺), мг/л

0,5

0,05

Кремний (Si), мг/л

10,0

Кальций (Са), мг/л

0,8

Перед многими операциями для промывки регламентируется применение воды

только 3-й категории (см. таблицу 2.46), т. е. дистиллированной. Чем чище промывная

вода, тем лучше промываются детали и тем качественнее получаются покрытия. Одна-

ко, учитывая практику работы гальванических цехов, применение дистиллированной

воды для промывки деталей в большинстве случаев излишне.

Таблица 2.46 - Область применения воды по ГОСТ 9.314-90

Катего-

рия

Область применения

Дополнительные указания

воды

Промывка деталей после операций подготовки

поверхности к покрытию, кроме операций, где

используется вода категорий 2 и 3

Приготовление электролитов и промывка во

Вода, использованная на

всех случаях, кроме перечисленных в области

промывку, может быть при-

применения воды 3-й категории

менена повторно как вода

1-й категории

Приготовление электролитов и промывка пе-

Вода, использованная на

ред обработкой в электролитах, составленных

промывку, может быть при-

на воде 3-й категории *, а также при специаль-

менена повторно как вода

ных требованиях к качеству и внешнему виду,

1-й и 2-й категорий

для особо ответственных деталей

* В этом месте в ГОСТ 9.314-90 дается перечень составов электролитов со ссыл-

кой на ГОСТ 9.305-84.

Учитывая, что назначение промывки заключается в предупреждении загрязнения

раствора следующей технологической ванны, а также то, что реально в гальванические

цеха подается только питьевая водопроводная вода, можно предложить следующие

рекомендации по использованию воды различного качества.

1) Для приготовления технологических растворов необходимо использовать ди-

стиллированную воду в тех случаях, когда об этом указано в технологической докумен-

тации; в остальных случаях следует использовать конденсат или питьевую водопро-

водную воду.

2) Для промывки в проточных ваннах перед всеми технологическими ваннами

можно использовать обычную питьевую водопроводную воду. Когда предельная кон-

центрация какого-либо вещества в технологическом растворе меньше, чем нормируе-

мая концентрация этого вещества в питьевой воде, или в питьевой воде она

не нормируется, в этом случае потребляемая водопроводная вода подвергается ана-

лизу на содержание в ней этого вещества и в случае необходимости подвергается

очистке именно от этого вещества. Одним из наиболее часто встречающихся случаев в

практике работы гальванических цехов является высокое содержание в водопроводной

воде ионов железа, что может негативно сказаться на качестве многих, особенно нике-

левых и хромовых, покрытий. В этом случае перед подачей воды на промывку перед

ванной нанесения покрытий необходимо подвергать воду очистке от железа любым

доступным методом (например, аэрацией с последующей фильтрацией).

3) Для промывки в непроточных ваннах дистиллированную воду необходимо ис-

пользовать лишь в том случае, когда промывная вода из этих ванн улавливания служит

для подпитки технологической ванны, раствор в которой готовится на дистиллирован-

ной воде. Например, ванны улавливания после никелирования и хромирования запол-

няются дистиллированной водой, так как промывную воду из этих ванн улавливания

постоянно подливают в ванны соответственно никелирования и хромирования для

компенсации потерь растворов на испарение и унос в вентиляцию. Для промывки в

проточных ваннах дистиллированную воду необходимо использовать в технологиче-

ских процессах, в которых это особо оговаривается (микроэлектроника, радиотехника

и т. п.). Кроме того, дистиллированную воду желательно использовать в схемах про-

точной промывки с очень малым расходом воды (1-5 л/ч). Вместо дистиллированной

воды можно использовать конденсат, образующийся в системе подогрева растворов

насыщенным или перегретым паром, а также воду, очищенную различными методами

до показателей качества воды 3-й категории.

Использованная для промывки вода может быть повторно применена для других

операций при условии выполнения требований по качеству воды для этих операций

(см. таблицу 2.46).

Требования к качеству промывки. Главным требованием является исключе-

ние критического (свыше допустимого) загрязнения технологических растворов и обес-

печение надлежащего качества поверхности готовых деталей. Однако в отличие от

требований к качеству промывной воды здесь рассматривается вклад в загрязнение

последующего технологического раствора не только компонентами, содержащимися в

исходной воде, применяемой для промывки, но и компонентами, вынесенными поверх-

ностью деталей из предыдущей технологической ванны. При промывке в ванне непро-

точной промывки раствор, вынесенный из технологической ванны с деталями, и рас-

творенные в нем вещества полностью с поверхности деталей не удаляются, а лишь

снижается их концентрация путем разбавления промывной водой. Первая партия де-

талей промывается чистой водой, а последующие - водой, загрязненной веществами,

смытыми с поверхности предыдущих деталей. Таким образом, в промывной воде по-

стоянно увеличивается концентрация компонентов раствора из предыдущей ванны.

При отсутствии постоянного или периодического обмена загрязненной промывной во-

ды на чистую может наступить такой момент, когда состав промывной воды сравняется

с составом предыдущего технологического раствора и промывная ванна полностью

прекратит выполнять свое назначение. Поэтому загрязненная промывная вода должна

частично или полностью обмениваться на чистую. Скорость обмена промывной воды

должна быть такой, чтобы вынесенное поверхностью деталей количество компонентов

предыдущего технологического раствора не повлияло на работу последующего техно-

логического раствора, т. е. в промывной ванне необходимо поддерживать концентра-

цию компонентов предыдущего технологического раствора меньше предельной. Для

окончательной промывки готовых деталей предельная концентрация компонентов рас-

твора в последней ванне промывки определяется назначением и свойствами покрытия.

Таким образом, основным критерием качества промывки являются величины

предельных концентраций отмываемых веществ (компонентов предыдущего техноло-

гического раствора) в промывной воде последней по ходу движения деталей ступени

промывки (а значит, и на поверхности детали), которые представлены в таблице 2.47 и

соответствуют ГОСТ 9.314-90.

Таблица 2.47 - Величины предельных концентраций отмываемых веществ

Наименование основ-

Предельная концен-

ного * отмываемого

Наименование операции, перед которой

трация отмываемого

компонента или иона

производится промывка, и тип электролита,

вещества в промыв-

технологического

используемого в этой операции

ной воде последней

раствора

ступени промывки, г/л

Общая щелочность

Щелочной электролит

0,800

в пересчете на

Кислый или цианистый электролит

0,100

NaOH

Анодирование алюминия

0,050

Сушка

0,100

Промывка в мыльной воде

0,200

Кислота в пересчете

Кислый электролит

0,100

на H2SO4

Щелочной электролит

0,050

Цианистый электролит

0,010

Наполнение, сушка

0,010

CN-общ.

Межоперационная промывка, сушка

0,010

Cr⁶⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Sn²⁺,

Межоперационная промывка, сушка

0,010

Sn⁴⁺

CNS^-, Cd²⁺

Межоперационная промывка, сушка

0,015

Cu²⁺, Cu⁺

Никелирование

0,002

Другие операции, сушка

0,010

Ni²⁺

Меднение

0,020

Хромирование, сушка

0,010

Соли драгоценных

Сушка

металлов в пере-

0,001

счете на металл

Fe²⁺

Межоперационная промывка, сушка

0,030

Красители

Межоперационная промывка, сушка

0,005

* За основной отмываемый компонент (ион) данного технологического раствора

принимают тот, для которого кратность разбавления является наибольшей.

На качество промывки после некоторых операций влияет температура воды. Так,

например, щелочные растворы плохо смываются с деталей холодной водой, и поэтому

после химического и электрохимического обезжиривания, травления алюминия и т. п.

промывку ведут в горячей воде (60 °C - 90 °C). В то же время после обработки в горя-

чем растворе щелочного оксидирования стальные детали нежелательно промывать

в горячей воде, так как она может вскипеть вследствие опускания в нее горячих дета-

лей (нагретых до 140 °C).

Если после горячей промывки следует активация, то перед этой операцией

необходимо предусмотреть промывку в холодной воде, что исключает быстрое высы-

хание деталей после промывки в горячей воде и окисления, а также перетравливания

горячей поверхности деталей в ванне активации. В соответствие с ГОСТ 9.314-90 го-

рячая вода (выше 60 °C) применяется после операций обезжиривания, травления и

снятия травильного шлама в щелочных растворах, при наличии на поверхности значи-

тельного количества масел или смазок, перед химическим обезжириванием или перед

одновременным обезжириванием-травлением, перед нанесением покрытий в теплых и

горячих растворах, перед сушкой.

Горячая вода не рекомендуется к применению после операций хроматирования

по цинковому и кадмиевому покрытиям и химического оксидирования стали, алюминия

и его сплавов.

Теплая вода (40 °C - 60 °C) применяется после операций обезжиривания, хро-

матирования, травления легких сплавов, снятия шлама, анодирования, перед и после

химического оксидирования. В остальных случаях рекомендуется применять для про-

мывки деталей холодную воду.

Характеристика систем промывки. Системы промывки могут выполнять две

функции - промывки и улавливания. Улавливание предполагает последующий воз-

врат уловленного раствора в технологическую ванну.

Наиболее распространенным является погружной способ промывки, который

осуществляется в проточных и непроточных условиях.

При промывке в проточной воде после технологической ванны применяют три

основные схемы (см. рисунок 2.2): одноступенчатая промывка в одной (одинарной)

ванне (а); многоступенчатая прямоточная промывка в нескольких последовательно

устанавливаемых ваннах (ступенях) * промывки, оборудованных самостоятельной си-

стемой подачи и слива воды (б); многоступенчатая противоточная (многокаскадная)

промывка (в, г), при которой направление потока воды (на рисунке 2.2 справа налево)

противоположно направлению движения деталей.

а - одноступенчатая (одинарная); б - двухступенчатая прямоточная;

в - двухступенчатая противоточная (двухкаскадная); г - трехступенчатая

противоточная (трехкаскадная) ванна промывки; Т - технологическая

ванна

Рисунок 2.2 - Схемы промывок

* Ступень промывки - изолированная емкость с водой, в которой осуществляется

однократная промывка; ванна промывки - емкость с водой, которая может быть как

изолированной, так и содержащей несколько отделенных друг от друга отсеков с во-

дой, но объединенных в одном корпусе.

Многокаскадная противоточная промывка, при прочих равных условиях, обеспе-

чивает меньший расход воды, но бóльшие концентрации загрязнений в сточных водах,

поступающих на очистку.

Широкое внедрение многокаскадной промывки сдерживается трудностями в из-

готовлении многокаскадных ванн, а также недостатком производственных площадей в

действующих цехах. Однако применение многокаскадных ванн промывок не только со-

кращает расход промывной воды (а значит, и объем сточных вод), но и приводит к со-

вершенствованию работы очистных сооружений, а в некоторых случаях к резкому со-

кращению количества очистного оборудования и производственных площадей, предна-

значенных для очистки сточных вод. Выбор схемы промывки определяется составом

технологических ванн, требуемым качеством промывки деталей, характеристиками

очистного оборудования, величиной площади гальванического цеха, платежеспособно-

стью предприятия.

Изменение схем промывки может в десятки раз сократить затраты на очистку

сточных вод, а в некоторых случаях вообще свести их к нулю.

Промывка в ваннах с проточной водой обеспечивает не только удаление компо-

нентов растворов с поверхности деталей, но и постоянное поддержание минимальной

загрязненности промывной воды.

На рисунке 2.3 представлены варианты организации налива чистой и слива от-

работанной промывной воды из ванн промывки. Стрелками показано направление

движения воды.

Рисунок 2.3 - Варианты организации налива чистой и слива отработанной

промывной воды из ванн промывки

Варианты слива и налива (а, б, в) не способствуют качественной промывке дета-

лей, так как вода обменивается лишь в мéньшей части объема ванны, и образуются

застойные зоны с повышенным загрязнением воды. Варианты (г, д и е) характерны для

ванн со сливным карманом: вариант (г) характерен для малых и средних ванн, вариант

(е) с донным барботером характерен для длинных ванн, вариант (д) сложен в изготов-

лении. Вариант (ж) прост в изготовлении и наиболее удобен при ручном обслуживании

ванн и сильной неравномерности загрузки ванны, когда необходимы частые смены

промывной воды или имеется возможность организовать периодически непроточный

режим промывки. Для варианта (з) затруднена корреляция регулировок кранов на по-

дающем и сливном трубопроводах для поддержания требуемого уровня воды в ванне.

Ванны промывки в непроточной воде с периодическим сливом промывной воды

(периодически непроточный режим промывки) используют для улавливания ценных

или высокотоксичных компонентов (драгметаллов, соединений хрома и т. п.).

В большинстве случаев (кроме нанесения драгметаллов) применяется одна ванна не-

проточной промывки - ванна улавливания, после которой устанавливаются ванны

проточной промывки. Без последующей ванны проточной промывки одна ванна улав-

ливания используется при мелкосерийном производстве, в случае малых (менее

10 л/ч) нерегулируемых расходов воды. В остальных случаях без последующей ванны

проточной промывки одна ванна улавливания не применяется, так как в ней очень

быстро накапливается предельная концентрация отмываемого вещества и промывная

вода подлежит довольно частой смене - продолжительность непроточного режима

соответствует времени обработки нескольких загрузок, т. е. порядка нескольких часов.

При работе ванны улавливания совместно с ваннами проточной промывки кон-

центрация отмываемых веществ в уловителе не ограничивается предельной концен-

трацией отмываемого вещества (см. таблицу 2.47), а достигает половинной концентра-

ции компонентов в технологической ванне. Поэтому вода в ванне улавливания, ис-

пользуемой совместно с ваннами проточной промывки, меняется значительно реже -

продолжительность непроточного режима может составить несколько месяцев и зави-

сит от назначения ванны улавливания.

Последовательная промывка в нескольких непроточных ваннах может использо-

ваться в качестве самостоятельной схемы, так как в этом случае продолжительность

непроточного периода (время работы между сменой воды) значительно увеличивается:

при промывке в двух ваннах улавливания - до нескольких суток, при промывке в трех

ваннах улавливания - до нескольких недель, а при промывке в четырех ваннах улав-

ливания - до нескольких месяцев. В связи с этим перевод нескольких проточных ванн

в периодически непроточный режим промывки значительно облегчает регулирование

расхода воды, так как в этом случае расход воды определяется объемом ванн улавли-

вания и частотой смены промывной воды. Работа нескольких ванн промывок в перио-

дически непроточном режиме за счет исключения нерационального использования во-

ды (особенно во время простоев оборудования) позволяет дополнительно сократить

расход воды на 20 % - 30 %.

Основные способы сокращения расхода воды на промывку (рационализа-

ция водопотребления). Система промывки считается рациональной в том случае, ес-

ли она обеспечивает достижение требуемого качества промывки с наименьшими капи-

тальными и эксплуатационными затратами при безопасных условиях труда и без эко-

логического ущерба окружающей среде.

В соответствии с формулой (2.1) расход воды на промывку после технологиче-

ской операции зависит как от количества ванн промывки с собственной подачей воды

(одинарных прямоточных или каскадных ванн), так и от количества ступеней (емкостей,

секций и т. п.) проточной промывки.

Формула для расчета расхода воды на промывку:

Q = n · q · F · α ·

c^o,

(2.1)

где Q - минимально необходимый расход воды на промывку, л/ч;

n - количество ванн промывки с собственной подачей воды (одинарных прямо-

точных или каскадных ванн);

q - удельный вынос (унос) раствора из ванны поверхностью деталей, л/м²;

F - производительность линии или технологической ванны, м²/ч;

α - коэффициент, учитывающий наличие (работу) ванн улавливания: α = 1 в от-

сутствие ванн улавливания, α = 0,4 при одной, α = 0,15 при двух и α = 0,06 при

трех ваннах улавливания;

co - концентрация отмываемого компонента в технологической ванне, г/л;

сn - предельная концентрация отмываемого компонента в последней (по ходу

движения деталей) ступени промывки, г/л;

N - количество ступеней (емкостей, секций и т. п.) проточной промывки.

Более наглядно проиллюстрировать характер такой зависимости можно на при-

мере расчетных значений расхода воды на промывку после операции электрохимиче-

ского никелирования с концентрацией ионов никеля в электролите 60 г/л, удельным

уносом электролита 0,2 л/м², предельной концентрацией ионов никеля в последней

ступени промывки

0,01 г/л, производительностью по никелированию

1 м²/ч

(см. таблицу 2.48).

Таблица 2.48 - Расход воды, л/ч, для различных схем промывки после

электрохимического никелирования: F = 1 м²/ч, q = 0,2 л/м², сn = 60 г/л, со = 0,01 г/л

Количество ступеней промывки

Режим промывки

Прямоточный

1200

31,0

10,9

5,7

5,1

Противоточный

1200

15,5

3,6

1,8

1,1

0,9

Периодически непроточный со

сбросом воды из всех ступе-

ней/только с первой ступени

1200

11/22

2/6

0,8/30

0,4/2,0

0,25/1,5

Из данных, представленных в таблице 2.48, можно сделать следующие выводы:

- чем больше ванн (ступеней) промывки, тем меньше требуемый расход воды;

- при замене прямоточной промывки на противоточную расход воды сокращает-

ся пропорционально количеству ступеней промывки;

- увеличение ступеней промывки приводит к разному сокращению расхода воды:

большее сокращение расхода воды на промывку (в десятки раз) достигается при за-

мене одноступенчатой ванны промывки (одинарной) на двухступенчатую (прямоточную

или каскадную). Увеличение ступеней промывки еще на одну приводит к менее значи-

тельному сокращению расхода воды - в 3-4 раза. При переходе от трехступенчатой к

четырехступенчатой промывке водопотребление сокращается лишь на 30 % - 50 %.

Дальнейшее увеличение ступеней промывки не имеет практического смысла, так как

малая экономия воды достигается значительным увеличением занятой производ-

ственной площади цеха. Поэтому на практике больше трех ступеней проточной про-

мывки устанавливать не рекомендуется.

Таким образом, можно определить три группы способов, с помощью которых

можно регулировать водопотребление: изменение количества ступеней промывки N,

замена прямотока на противоток (n при N = const) и перевод проточных ванн в непро-

точные, т. е. увеличение ванн улавливания α.

В таблице 2.49 приведены значения расчетного удельного расхода воды на про-

мывку после наиболее распространенных операций обработки поверхности для одно-,

двух- и трехступенчатых прямоточных и противоточных промывок. Химическая форму-

ла отмываемого вещества указана в таблице 2.47.

Таблица 2.49 - Расчетный удельный расход воды на промывку после наиболее

распространенных операций обработки деталей на подвесках для одно-, двух- и

трехступенчатых прямоточных и противоточных промывок

Удельный расход воды, л/м²

Концентрация отмы-

Количество ступеней

ваемого вещества, г/л

Наименование опера-

Прямоточная

Противоточная

ции, после которой про-

Одинарная

в техно-

предельная

промывка

изводится промывка

промывка

логиче-

в последней

ской

ступени

ванне

промывки

Анодирование

200

0,01

4000

56,6

16,2

28,3

5,4

Активация перед ван-

ной с кислым раство-

ром

100

0,1

200

12,6

6,0

6,3

2,0

Активация перед ван-

ной с цианидным рас-

твором

100

0,01

2000

6,0

20,0

2,0

Активация перед ван-

ной с щелочным рас-

твором

100

0,05

400

17,8

7,5

8,9

2,5

Железнение

200

0,15

267

14,6

6,6

7,3

2,2

Кадмирование кислое

0,015

347

16,6

7,2

8,3

2,4

Кадмирование кислое

с ванной улавливания

0,015

139

10,6

5,4

5,3

1,8

Кадмирование циа-

нидное

0,01

2400

53,6

18,0

26,8

6,0

Кадмирование циа-

нидное с улавливани-

ем

0,01

960

13,2

17,0

4,4

Латунирование циа-

нидное

0,01

450

23,2

10,2

11,6

3,4

Меднение кислое

0,01

1200

31,0

10,8

15,5

3,6

Меднение перед нике-

лированием

0,002

6000

69,2

18,6

34,6

6,2

Продолжение таблицы 2.49

Удельный расход воды, л/м²

Концентрация отмы-

Количество ступеней

ваемого вещества, г/л

Наименование опера-

Прямоточная

Противоточная

ции, после которой про-

Одинарная

в техно-

предельная

промывка

изводится промывка

промывка

логиче-

в последней

ской

ступени

ванне

промывки

Наполнение хромпи-

ком

0,01

1200

38,0

14,4

19,0

4,8

Наполнение хромпи-

ком с улавливанием

0,01

480

24,0

10,5

12,0

3,5

Наполнение красите-

лем

0,005

400

17,8

7,5

8,9

2,5

Никелирование

0,01

1040

28,8

10,5

14,4

3,5

Никелирование перед

меднением

0,02

520

20,4

8,4

10,2

2,8

Никелирование с

улавливанием

0,01

416

18,2

7,8

9,1

2,6

Обезжиривание

0,1

150

13,4

7,2

6,7

2,4

Обезжиривание перед

анодированием алю-

миния

0,05

300

19,0

9,0

9,5

3,0

Оксидирование стали

щелочное

750

0,2

1140

37,0

14,1

18,5

4,7

Оксидно-фосфатное

покрытие алюминия

0,01

150

13,4

7,1

6,7

2,4

Осветление алюминия

950

0,2

960

28,8

10,2

14,4

3,4

Осветление цинковых

и кадмиевых покрытий

0,2

6,4

3,3

3,2

1,1

Пассивирование цин-

ковых и кадмиевых по-

крытий

0,01

2550

55,4

18,3

27,7

6,1

Пассивирование меди

0,01

1500

42,4

51,3

21,2

17,1

Полирование электро-

химическое

0,01

2550

55,4

18,3

27,7

6,1

Серебрение с двумя

ваннами улавливания

0,001

2250

17,7

26,0

5,9

Снятие травильного

шлама со стали хими-

ческое

0,01

1800

46,4

16,5

23,2

5,5

Снятие травильного

шлама со стали анод-

ное

100

0,1

300

19,0

9,0

9,5

3,0

Окончание таблицы 2.49

Удельный расход воды, л/м²

Концентрация отмы-

Количество ступеней

ваемого вещества, г/л

Наименование опера-

Прямоточная

Противоточная

ции, после которой про-

Одинарная

в техно-

предельная

промывка

изводится промывка

промывка

логиче-

в последней

ской

ступени

ванне

промывки

Травление алюминия

150

0,1

450

23,2

10,2

11,6

3,4

Травление цветных

металлов

900

0,15

1200

31,0

11,1

15,5

3,7

Травление черных ме-

таллов

430

0,05

1720

37,0

12,3

18,5

4,1

Фосфатирование

0,01

500

20,0

8,1

10,0

2,7

Хромирование

205

0,01

6150

86,0

24,6

43,0

8,2

Хромирование с ван-

ной улавливания

205

0,01

2460

54,4

18,3

27,2

6,1

Цинкование кислое

0,01

1000

28,4

10,2

14,2

3,4

Цинкование цианидное

0,01

1500

42,6

15,3

21,3

5,1

Дополнительные меры по рационализации водопотребления действующе-

го гальванического цеха. Выше были описаны основные меры по сокращению расхо-

да воды на промывку, заключающиеся в выборе наиболее оптимальной из одинарных,

ступенчатых прямоточных и противоточных (каскадных) ванн промывки. Чем больше

количество ступней промывки, тем меньше расход воды на промывку; при этом наибо-

лее эффективными являются противоточные (каскадные) ванны промывки.

С повышением количества ступеней промывки разница в расходах воды для разных

типов промывных ванн резко снижается.

Увеличение количества ванн или замена типа ванн промывки требует дополни-

тельной производственной площади. Кроме того, это связано с работами по значи-

тельной переделке металлоконструкции гальванической линии, трубопроводов, а также

канализационной и вентиляционной систем.

Во избежание значительных затрат на перемонтаж гальванической линии вместо

увеличения числа ступеней промывки можно предложить ряд дополнительных мер по

рационализации водопотребления, осуществление которых не требует значительных

дополнительных капитальных затрат, но которые значительно оптимизируют суще-

ствующие в цехе системы промывки. К таким мерам относятся: использование воды из

систем охлаждения и нагрева, интенсификация промывки, изменение последователь-

ности промывных операций, повторное использование промывной воды на других опе-

рациях промывки.

Использование воды из систем охлаждения и нагревания. В случае отсут-

ствия на предприятии оборотного водоснабжения в системах охлаждения и нагрева на

промывных операциях целесообразно использовать воду после охлаждения выпрями-

телей, ванн анодирования, хромирования и т. д. и горячую воду после нагрева ванн

промывки, обезжиривания, хромирования, никелирования и т. д. При паровом нагреве

ванн образующийся конденсат лучше использовать для приготовления или корректи-

ровки технологических ванн.

Здесь следует отметить, что хотя использование данного способа сокращения

расхода воды на промывку не приводит к сокращению объемов сточных вод, зато сни-

жает плату за потребляемую воду.

Интенсификация промывки. Идеальная промывка предполагает полное вы-

равнивание состава раствора на поверхности детали с составом промывной воды в

объеме промывной ванны. В действительности раствор, приносимый деталями в про-

мывную ванну, смешивается с промывной водой не мгновенно, а по прошествии неко-

торого промежутка времени, определяемого скоростью диффузионных процессов. Ре-

комендуемая продолжительность промывки деталей на подвесках в спокойной воде

составляет не менее 60-100 с в зависимости от свойств отмываемых растворов и тем-

пературы промывной воды. В то же время в соответствии с ГОСТ 9.305-84 и

ГОСТ 9.314-90 продолжительность промывки деталей на подвесках может составлять

20 с, что явно мало. При недостаточной продолжительности промывки отмываемые

ионы и частицы не успевают диффундировать с поверхности деталей в объем про-

мывной ванны, что приводит к повышенному переносу отмываемых веществ в после-

дующие ванны, т. е. к некачественной промывке. На практике для частичного снятия

диффузионных ограничений за счет более интенсивного омывания деталей обычно

увеличивают подачу воды, что приводит к ее перерасходу. Для исключения этого ре-

комендуется интенсифицировать промывку путем перемешивания промывной воды

с помощью барботеров в ванне подвесочного типа, а в барабанных ваннах - путем

не менее чем двукратного погружения вращающегося барабана в ванну промывки на

10-15 с с последующей выдержкой его над ванной до прекращения стекания жидкости.

Изменение последовательности промывных операций. После технологиче-

ской операции детали дополнительно промывают в ваннах промывки по одному из

трех вариантов: после предыдущей (см. рисунок 2.4, а)), либо после последующей тех-

нологической ванны (см. рисунок 2.4, б)), либо после предыдущей и после последую-

щей ванн (см. рисунок 2.4, в)). В первом и во втором вариантах изменения последова-

тельности промывки число прямоточных ступеней промывки увеличивается на одну, в

третьем - на две ступени.

В первом варианте в качестве рассматриваемой (Т2) технологической ванны мо-

гут служить ванны активации, бесцианистого меднения и никелирования и некоторых

других операций нанесения покрытий. Во втором варианте в качестве рассматривае-

мой (Т2) технологической ванны могут служить ванны обезжиривания, активации, цин-

кования и никелирования перед хромированием и некоторых других операций нанесе-

ния покрытий перед их финишной обработкой. Третий вариант (см. рисунок 2.4, в))

применим для ванны никелирования перед хромированием и осветления цинковых и

кадмиевых покрытий.

Таким образом, без каких-либо затрат можно в десятки раз сократить водопо-

требление только за счет изменения маршрута движения деталей.

Перечисленный список операций, для которых рекомендуются измененные по-

следовательности промывных операций, не является исчерпывающим - возможны и

другие варианты. В качестве примера в таблице 2.50 представлены удельные нормы

расхода воды на промывку при традиционной и измененной последовательности про-

мывных операций в одинарных ваннах промывки по рисунку 2.4 после некоторых тех-

нологических ванн.

а) Дополнительная промывка деталей в

промывной ванне, установленной перед

технологической ванной (Т2)

б) Дополнительная промывка деталей в

промывной ванне, установленной после

последующей технологической ванны (Т3)

в) Дополнительная промывка деталей в

ваннах промывки после предыдущей (Т1)

и после последующей (Т3) технологиче-

ских ванн

Т1 - предыдущая; Т2 - рассматриваемая;

Т3 - последующие технологические ванны; П - ванны промывки

Рисунок 2.4 - Изменение последовательности промывочных операций

Таблица 2.50 - Удельные нормы расхода воды на промывку при традиционной и

измененной последовательностях промывных операций (см. рисунок 2.4) в одинарных

ваннах после некоторых технологических операций

Удельный расход воды, л/м²

Сокращение расхода

воды по сравнению с

Наименование рас-

по традиционной по-

по измененной после-

расходом воды по

сматриваемой техно-

следовательности

довательности про-

традиционной после-

логической операции

промывных операций

мывных операций

довательности про-

мывных операций

Первый вариант изменения последовательности промывок

Активация

200

~ в 28 раз

Цинкование кислое

1000

~ в 66 раз

Кадмирование кис-

лое

350

~ в 38 раз

Меднение кислое

1200

в 75 раз

Никелирование

1040

~ в 69 раз

Осветление цинко-

вых и кадмиевых

покрытий

в 9 раз

Окончание таблицы 2.50

Удельный расход воды, л/м²

Сокращение расхода

воды по сравнению с

Наименование рас-

по традиционной по-

по измененной после-

расходом воды по

сматриваемой техно-

следовательности

довательности про-

традиционной после-

логической операции

довательности про-

промывных операций

мывных операций

Второй вариант изменения последовательности промывок

Обезжиривание

150

~ в 21 раз

Активация

200

~ в 28 раз

Цинкование кислое

1000

~ в 66 раз

Кадмирование кис-

лое

350

~ в 38 раз

Никелирование пе-

ред хромированием

1040

~ в 69 раз

Осветление цинко-

вых и кадмиевых

покрытий

в 9 раз

Анодирование

4000

~ в 137 раз

Совмещенный вариант изменения последовательности промывок

Активация

200

в 100 раз

Цинкование кислое

1000

в 250 раз

Кадмирование кис-

лое

350

~ в 116 раз

Никелирование пе-

ред хромированием

1040

в 260 раз

Осветление цинко-

вых и кадмиевых

покрытий

в 18 раз

Следует еще раз отметить, что наибольший эффект сокращения расхода воды

на промывку за счет изменения последовательности промывных операций достигается

в случае, когда после рассматриваемой технологической ванны установлена одинар-

ная промывка. Применение измененных схем промывок в случае одинарной ванны

промывки (в том числе с ванной улавливания) позволяет в десятки раз сократить водо-

потребление. Для более экономичных двухступенчатой прямоточной и двухкаскадной

противоточной промывок изменение последовательности промывных операций приво-

дит к сокращению расхода вода в несколько раз.

Однако так как при изменении последовательности промывок происходит сме-

шение компонентов нескольких технологических ванн в одной промывной воде, то

необходимо учитывать следующие ограничения:

- недопустимо после обработки в цианистых растворах детали промывать в ван-

нах промывки, используемых после технологических ванн с кислыми растворами, и

наоборот, в противном случае в атмосферу будет выделяться сильно токсичное веще-

ство - цианистый водород;

- при раздельном обезвреживании кисло-щелочных и хромсодержащих стоков

недопустимо после обработки в хромовых растворах детали промывать в ваннах про-

мывки, используемых после технологических ванн, не содержащих соединения шести-

валентного хрома, и наоборот, в противном случае соединения шестивалентного хро-

ма попадут в кисло-щелочные стоки.

Следует предотвращать ухудшение качества обработки поверхности из-за:

- растравливания покрытий (например, при дополнительной промывке деталей

с цинковым покрытием в промывной ванне после активации по первому варианту из-

менения последовательности промывок (см. рисунок 2.4, а)) может произойти некото-

рое подтравливание цинкового покрытия);

- контактного выделения металлов (например, если в линии нанесения покрытий

на детали из стали и медных сплавов после активации деталей из медных сплавов и

активации стальных деталей дополнительная промывка осуществляется в одной про-

мывной ванне, то в ней на стальных деталях будет происходить контактное выделение

меди);

- осаждения на поверхности деталей малорастворимых соединений (например,

при дополнительной промывке деталей после кислого активирования в промывной

ванне после щелочного обезжиривания с высоким содержанием силикатов по первому

варианту изменения последовательности промывок (см. рисунок 2.4,а)) может произой-

ти образование на поверхности деталей пленки нерастворимой кремниевой кислоты,

которая будет препятствовать дальнейшему нанесению покрытия).

Необходимо обеспечивать выдержку деталей над ваннами для исключения по-

падания капель промывной воды в технологические растворы при переносе деталей

над технологическими ваннами по второй и третьей схемам, так как по этим схемам

в ванне промывки после рассматриваемой технологической операции используется

более загрязненная промывная вода.

Повторное использование промывной воды. Промывная вода после основ-

ных технологических операций за счет изменения обвязки трубопроводов может ис-

пользоваться вторично в ваннах промывки после подготовительных операций перед

этими же основными технологическими операциями по схеме, представленной на ри-

сунке 2.5.

Т1 и Т2 - ванны подготовительных операций; Т3 - ванна основной

операции нанесения покрытия; П - ванны промывки: вариант «А» -

перекачка промывной воды с помощью эрлифта, вариант «Б» -

соединение промывных ванн по схеме сообщающихся сосудов

Рисунок 2.5 - Варианты обвязки ванн промывки для повторного

использования промывной воды

Вода подается в ванну проточной промывки после основной ванны нанесения

покрытия Т3 (цинкования, кадмирования, меднения, никелирования, оловянирования,

нанесения сплавов олова, фосфатирования, оксидирования и анодирования). Затем

промывная вода последовательно проходит через ванны промывки после подготови-

тельных операций Т1 и Т2 (активации и обезжиривания или осветления и травления

алюминия), после чего сбрасывается на очистные сооружения. В этом случае общий

расход воды определяется потреблением воды на промывку после операции нанесе-

ния покрытий.

Экономия воды для представленной на рисунке 2.5 линии с одинарными про-

мывками составляет сумму расходов промывной воды после обезжиривания и актива-

ции для нанесения гальванических покрытий до 700 л/м², а после травления и освет-

ления при анодировании алюминия - до 1500 л/м².

Перекачка промывной воды осуществляется либо с помощью воздушных эрлиф-

тов (см. рисунок 2.5, вариант А)), либо объединением ванн по схеме сообщающихся

сосудов, (рисунок 2.5, вариант Б)).

Внедрение повторного использования воды требует лишь незначительных работ

по изменению обвязки трубопроводов на ваннах промывки, но позволяет снизить рас-

ход воды по отдельным линиям покрытия в 2-4 раза в зависимости от количества и ти-

па объединенных ванн промывки.

Например, для представленной на рисунке 2.6 гальванической линии никелиро-

вания общий расход воды при объединении ванн промывки равен расходу воды на

промывку после операции никелирования, у которой удельный расход воды макси-

мальный и составляет ~420 л/м².

Об - ванна электрохимического обезжиривания; Акт - ванна активации;

Ni - ванна никелирования; У - ванна улавливания; П - ванны промывки

Рисунок 2.6 - Схема многократного использования промывной воды в

гальванической линии никелирования

Без объединения промывочных ванн общий для всей линии удельный расход

воды составил бы 770 л/м². На практике, когда во все промывные ванны вода льется

одинаково и без регулировки, сокращение расхода воды достигается ровно в 3 раза: из

трех водопроводных кранов закрываются два. При этом требуется проведение лишь

незначительных работ по изменению обвязки трубопроводов на ваннах промывки.

Представленные на рисунках 2.5 и 2.6 схемы многократного использования промывной

воды - не что иное, как схемы частичного водооборота: вода, использованная в одной

промывной ванне, без очистки направляется на промывку в другую ванну и далее

в третью, т. е. хотя вода используется всего три раза, но зато без какой-либо очистки и

без подпитки, что требуется для классического водооборота.

Применение схемы многократного использования промывной воды (как и в слу-

чае изменения последовательности промывочных операций) требует учитывать огра-

ничения, аналогичные ограничениям для изменения последовательности промывных

операций. Эти ограничения приведены ниже:

1) недопустимо после обработки в кислых растворах детали промывать в воде из

ванн промывки после технологических ванн, содержащих цианистые соединения;

2) недопустимо при раздельном обезвреживании кисло-щелочных и хромсодер-

жащих стоков смешивать кисло-щелочные и хромсодержащие промывные воды;

3) следует исключать ухудшения качества обработки поверхности за счет:

а) растравливания покрытий (например, повторное использование промывной

воды из ванны промывки после осветления для промывки деталей после цинкования

может привести к некоторому подтравливанию цинкового покрытия);

б) контактного выделения металлов (например, если в линии нанесения по-

крытия на детали из стали и медных сплавов стальные детали промываются в воде из

ванны промывки активированных деталей из медных сплавов, то в ней на стальных де-

талях будет происходить контактное выделение меди);

в) осаждения на поверхности деталей малорастворимых соединений (напри-

мер, поступление кислой промывной воды после операции активации деталей в ванну

промывки после обезжиривания в ванне с высоким содержанием силикатов может при-

вести к образованию на поверхности деталей пленки нерастворимой кремниевой кис-

лоты, которая будет препятствовать дальнейшему нанесению покрытия);

4) необходимо учитывать влияние посторонних примесей на работоспособность

технологических растворов, например:

а) если объединить промывные ванны после обезжиривания, активации, ни-

келирования и оловянирования в линии оловянирования латунных деталей, то про-

мывная вода после оловянирования, загрязненная соединениями олова, будет исполь-

зоваться для промывки деталей перед никелированием. В этом случае соединения

олова с деталями попадут в ванну никелирования и отрицательно повлияют на ее ра-

ботоспособность;

б) если объединить все промывные ванны в линии нанесения многослойного

покрытия никель-медь-никель-хром на стальные детали, то промывная вода после

меднения, загрязненная соединениями меди, будет использоваться для промывки де-

талей перед никелированием. В этом случае произойдет загрязнение электролита ни-

келирования ионами меди, что приводит к появлению бракованных покрытий.

Снижение уноса химических веществ из рабочих ванн в сбрасываемые

промывные воды. Уменьшение уноса раствора из технологических ванн достигается

оптимизацией конструкции подвесок и размещения на них деталей, устройством до-

полнительных отверстий в барабанах для облегчения вытекания из них раствора,

устройством между технологическими и промывными ваннами козырьков с наклоном

в сторону технологических ванн, увеличением времени выдерживания деталей над по-

верхностью ванны (времени стекания), а также применением обдува, встряхивания

и т. п.

Из рисунка 2.7 видно, что при прочих равных условиях увеличение времени вы-

держки деталей над ваннами с 4 до 16 с сокращает унос раствора в 3 раза.

Рисунок 2.7 - Зависимость удельного уноса раствора деталями от

времени стекания раствора

Одним из наиболее эффективных способов снижения уноса растворов является

душирование деталей малым количеством воды в момент извлечения их из технологи-

ческой ванны.

Другим способом является подпитка технологических ванн водой из ванн улав-

ливания. Ванны улавливания обычно устанавливают в том случае, если происходит

заметное суточное уменьшение объема электролита в технологических ваннах. Основ-

ной причиной уменьшения объема раствора в технологической ванне является нагрев

электролитов и испарение воды. В таблице 2.51 представлены ориентировочные зна-

чения скоростей испарения воды из ванн в зависимости от температуры раствора.

С такой же скоростью промывную воду (вручную или механизировано) рекомен-

дуется переливать из уловителя в технологическую ванну.

Таблица 2.51 - Ориентировочные значения скоростей испарения воды из ванн в

зависимости от температуры раствора

Температура

раствора, °С

Скорость испаре-

ния воды, л/(ч·м²

зеркала раствора)

0,39

1,05

2,1

3,91

5,87

8,32

13,5

С такой незначительной экономией воды можно было бы и не считаться. Однако

одновременно с переносом промывной воды из ванны улавливания в технологическую

ванну возвращаются компоненты электролита. Это, с одной стороны, снижает потери

химикатов и экологическую опасность производства, а с другой стороны, в ванне улав-

ливания снижается концентрация отмываемых компонентов растворов и, следователь-

но, сокращается унос компонентов растворов в последующие проточные промывные

ванны, что влечет за собой уменьшение расхода воды на промывку.

Перелив промывной воды из уловителя в технологическую ванну можно осу-

ществлять с помощью простейшего воздушного эрлифта, действие которого основано

на захвате и подъеме воды сжатым воздухом, подаваемым в нижний конец вертикаль-

ного участка трубопровода, подающего воду в ванну.

Ориентировочные значения скоростей испарения воды из ванн можно использо-

вать для расчетов водного баланса отдельных операций, так как ошибки в расчетах,

возникающие из-за игнорирования влияния состава раствора, температуры и влажно-

сти окружающего воздуха на скорость испарения воды, на практике легкоустранимы

регулировкой скорости перелива воды, обеспечивающей поддержание постоянного

уровня раствора в технологической ванне.

Чтобы снизить унос компонентов технологических растворов из ванны улавлива-

ния в сточные воды, желательно постоянно производить их извлечение из промывной

воды с помощью химических, электрохимических, сорбционных, мембранных и терми-

ческих методов. В ванне улавливания установится концентрация компонентов раство-

ра на более низком уровне, чем половинная концентрация в технологической ванне, -

остаточная концентрация компонентов технологического раствора в ванне улавлива-

ния будет определяться производительностью локального очистного оборудования.

Для того чтобы совсем исключить унос компонентов технологического раствора

в сточные воды, необходимо постоянно поддерживать в ванне улавливания их концен-

трацию на уровне (или ниже) предельных концентраций отмываемых компонентов.

В этом случае промывная вода, уносимая деталями, не повлияет на работу последую-

щих технологических ванн и, следовательно, детали не нуждаются в дополнительной

промывке в проточной воде. Таким образом можно полностью исключить сброс про-

мывной воды в стоки. На это и рассчитывают многие разработчики локального очист-

ного оборудования, предлагая способы организации бессточных технологий за счет

подключения своих установок к ваннам улавливания. Для реализации бессточной схе-

мы промывки, состоящей из одной ванны улавливания, необходимо использовать та-

кое локальное очистное оборудование, производительность которого в диапазоне кон-

центраций загрязнений 1-10 мг/л превышала бы скорость приноса компонентов элек-

тролитов в ванну улавливания (1-100 г/ч).

Однако практически ни одним из известных методов очистки промывных вод

не удается поддерживать такую концентрацию всех компонентов технологического

раствора в одной ванне улавливания, особенно при полной загрузке технологических

ванн.

С увеличением количества ванн улавливания или ванн промывки, работающих

в периодически непроточном режиме ^, резко увеличивается время работы ванн в не-

проточном режиме и сокращается расход воды на промывку. Несмотря на то, что уста-

новка дополнительных ванн вызывает на практике значительные трудности, в этом

случае количество переходит в качество. При расходах воды 1-3 л/ч не только воз-

можно по-новому организовать работу очистных сооружений, но и вообще отказаться

от них, как показано ниже.

Снижение уноса химических веществ из растворов с повышенной темпера-

турой. К технологическим растворам, работающим при повышенной (более 25 °C) тем-

пературе и содержащим ионы тяжелых металлов и цианид-ионы, относятся электроли-

ты оловянирования, меднения, никелирования, хромирования, нанесения сплавов,

анодного оксидирования алюминия, магния, меди и их сплавов, фосфатирования, по-

лирования, хромсодержащие растворы наполнения и пассивирования.

Сброс промывной воды на очистку отсутствует в том случае, когда вся промыв-

ная вода возвращается в технологическую ванну и ее объем не превышает объема ис-

паряемой воды из технологической ванны.

Таким образом, для исключения сброса промывной воды на очистные сооруже-

ния необходимо обеспечить как минимум равенство скорости испарения воды (расхода

воды на испарение) и расхода воды на промывку, чему способствуют повышенная тем-

пература раствора в технологической и промывных ваннах, а также увеличение коли-

чества ванн промывки.

Обеспечить получение минимального и строго нормированного расхода воды на

промывку позволяет схема промывки, состоящая из нескольких ванн, работающих

в периодически непроточном режиме.

Порядок организации бессточной операции заключается в расчете скорости ис-

парения воды из технологической ванны и подборе такого количества периодически

непроточных ванн промывки, которое требует расхода промывной воды меньше вели-

чины потерь воды из технологической ванны за счет испарения и уноса в вентиляцию.

* Периодически непроточный режим заключается в переводе проточных ванн

промывки в ванны улавливания до того момента, когда в последней по ходу движения

деталей ванне улавливания концентрация отмываемых компонентов достигнет пре-

дельной концентрации сn; после этого загрязненная вода меняется на чистую. Продол-

жительность периодически непроточного периода соответствует времени работы ван-

ны между сменами в ней воды.

Для уменьшения числа ванн периодически непроточной промывки, обеспечива-

ющих бессточность операций, необходимо увеличить потери воды на испарение - ли-

бо за счет увеличения температуры технологических растворов (что не всегда допу-

стимо), либо за счет организации нагрева (до температуры ниже температуры разло-

жения компонентов растворов) в ваннах промывки или в сборнике промывной воды из

первой ванны. Так, чтобы в рассмотренных примерах обеспечить бессточную промывку

только с помощью трех ванн промывки, после хромирования необходимо осуществлять

нагрев воды в каждой из ванн не ниже 60 °C (или не ниже 70 °C в двух ваннах), а после

никелирования достаточно подогревать воду не ниже 60 °C в одной-двух ваннах про-

мывки.

Если же в ваннах улавливания постоянно производить извлечение компонентов

технологического раствора из промывной воды с помощью электрохимических и мем-

бранных (в первых ваннах улавливания) или сорбционных методов (в последней ванне

улавливания), то и без нагрева промывной воды в ваннах улавливания, и при работе

с холодным технологическим раствором возможно снижение количества необходимых

ванн улавливания до 2-3 шт. в зависимости от эффективности и производительности

локального очистного оборудования.

Конкретное воплощение схем бессточных операций зависит от многих факторов:

производительности технологической ванны, объема ванн периодически непроточной

промывки, площади зеркала технологического раствора, концентрации и температуры

электролита, сложности профиля обрабатываемых деталей, температуры, влажности и

давления окружающего воздуха, эффективности работы бортовых отсосов, времени

выдержки деталей над технологической ванной, продолжительности и интенсивности

промывки.

2.5 Оборудование, применяемое при гальваническом

производстве и производстве печатных плат

Оборудование, применяемое при гальваническом производстве и производстве

печатных плат, отличается большим многообразием, что вызвано очень широким диа-

пазоном технических требований, которые не могут быть обеспечены в оборудовании

какого-то одного типа. Конструкция оборудования зависит от характера технологиче-

ского процесса, его стабильности, числа видов покрытий, номенклатуры обрабатывае-

мых изделий и ряда специальных требований. На него оказывают влияние и условия

размещения - отводимая площадь, высота помещения, встраиваемость в поточную

линию и другие факторы.

2.5.1 Оборудование, применяемое при гальваническом производстве

Оборудование, применяемое при гальваническом производстве и производстве

печатных плат, классифицируется по ряду признаков. Основными из них являются:

степень автоматизации и механизации, возможность перепрограммирования (перена-

ладки), конструкция основного транспортирующего органа и его расположение, систе-

ма управления, конструкция и форма переносного устройства для размещения обраба-

тываемых изделий [26].

По степени автоматизации можно выделить следующие виды оборудования: ав-

томатические и механизированные линии, оборудование малой механизации, ванны,

обслуживаемые с помощью электротельфера или вручную.

Автоматическое и механизированное оборудование разделяется на линии:

с подъемным мостом, автооператорные автоматические, автооператорные механизи-

рованные, специального назначения. Среди линий с подъемным мостом различают ка-

реточные тележечные, кареточные бестележечные и бескареточные. Автооператорные

линии исходя из конструкции и формы автооператоров и их размещения подразделя-

ются на линии с подвесными, консольными и портальными автооператорами.

По форме переносного устройства для размещения обрабатываемых изделий

различают линии: подвесочные, барабанные, барабанно-подвесочные, колокольные,

для обработки изделий в корзинах.

Специальные линии применяют при особых условиях производства, к которым

относятся: необходимость изменения пространственного положения изделий в процес-

се обработки, применение технологических спутников особой формы, непригодность

традиционного метода нанесения покрытий (погружением в электролит) для некоторых

изделий и др.

Ввиду большого многообразия оборудования малой механизации трудно вы-

брать какие-либо основные критерии его классификации. Наиболее распространенны-

ми в промышленности являются следующие типы этого оборудования: колокольные

ванны, ванны с качающимися штангами, стационарные колокола, переносные бараба-

ны, барабанные ванны, установки для хромирования деталей насыпью.

Ванны. Ванны, т. е. емкости, содержащие рабочие растворы, в которых выпол-

няются подготовительные, основные (процессы покрытия) и заключительные операции

химической или гальванической (электрохимической) обработки поверхности деталей,

являются основным видом оборудования гальванических цехов и участков. Несмотря

на чрезвычайное разнообразие применяемых ванн, к ним предъявляется ряд общих

требований: герметичность, химическая инертность материала ванны к содержащему-

ся в ней раствору, возможность создания и поддержания заданного теплового режима;

удобство и безопасность обслуживания. Различие в конструкции ванн определяется

прежде всего особенностями технологического процесса, требующими подогрева или

охлаждения электролита, перемешивания, качания штанг, непрерывной фильтрации,

наложения различных физических факторов (ультразвука, магнитного поля, протока

электролита и т. п.). Кроме того, для электрохимических ванн необходим также подвод

электрического тока требуемой полярности и силы с возможно большей равномерно-

стью распределения тока по поверхности деталей и меньшими потерями электрическо-

го напряжения.

Применяемые в гальванических цехах ванны по способу загрузки принято разде-

лять на две группы: ванны ручной загрузки и ванны с механизированной загрузкой.

В зависимости от назначения ванн применяются различные типы корпусов

(см. рисунок 2.8): ванны без кармана (электролитическое нанесение покрытий,

травление, улавливание, активирование (декапирование), пассивирование, осветление,

оксидирование, окрашивание алюминия, нейтрализация, химическое и электро-

химическое полирование, удаление некачественных покрытий, снятие шлама) и ванны

с карманом (холодная и горячая промывка, химическое и электрохимическое обезжи-

ривание и травление алюминия). Высота сливного кармана должна составлять

не менее 10 % - 20 % высоты ванны для исключения перелива жидкости из кармана

обратно в ванну при погружении в нее крупногабаритных деталей.

Корпус ванны

Корпус ванны Корпус ванны двухкас-

Корпус ванны

без кармана

с карманом

кадной промывки

трехкаскадной промывки

Рисунок 2.8 - Типы корпусов ванн

Для промывки деталей помимо обычных ванн с карманами применяют ванны

двух- и трехступенчатой противоточной (двух- и трехкаскадной) промывки

(см. рисунок 2.2). Из «чистой» секции вода равномерно переливается через специаль-

ные перегородки в нижние части следующих секций, вытесняя в канализацию через

карманы верхние, более грязные слои воды. Эти перегородки устанавливаются на рас-

стоянии 50 мм от разделительных стенок секций и несколько выше их.

Корпусы электролитических ванн, подключенных к источникам питания постоян-

ного тока, во избежание утечки тока, а также для защиты от блуждающих токов следует

устанавливать на изолирующие опоры из фарфора. Марка изолятора - СН-6 (изоля-

торы опорные внутренней установки). Корпусы остальных ванн устанавливают на ме-

таллические опоры.

Дно корпуса должно иметь уклон 1:100 или 1:50 в сторону патрубка донного сли-

ва. Для уменьшения потери полезной высоты в ваннах длиной 2 м и более дно корпуса

делают с уклоном 1:100.

Стенки ванн, в которых рабочая температура растворов превышает 60 °C, для

уменьшения потерь тепла изолируют с помощью минеральной ваты и закрывают

стальными листами. Дно ванны и карманы теплоизоляции не имеют. При наличии на

боковых стенках сливных патрубков, карманов и др. в теплоизоляции для них делаются

вырезы.

Для увеличения жесткости верхних краев боковых стенок ванн производят об-

вязку их по периметру уголком размером от 50 × 50 × 5 до 100 × 100 × 10 мм или швел-

лером высотой от 80 до 120 мм. Полученная таким образом отбортовка может служить

для установки на них барботеров, нагревателей, бортовых отсосов, опор для штанг

и т. п.

Корпусы ванн высотой 1250 мм и выше рекомендуется обвязывать примерно по

середине высоты дополнительными поясами из швеллера для предотвращения обра-

зования бочкообразности. Корпусы ванн длиной 2,5 м и более рекомендуется обвязы-

вать дополнительно вертикальными стойками.

Ванны из углеродистой стали. Сталь марки Ст-3 является до сих пор достаточ-

но распространенным материалом для изготовления ванн. Толщину стального листа

для ванн объемом менее 600 л следует брать не менее 5 мм, для ванн объемом 600 л

и более - не менее 7 мм. Внутренние стороны стенок ванн футеруют полимерными

материалами как в виде свободного вкладыша, так и в виде футеровки, жестко при-

крепленной к стенкам ванн. Практика показала, что при длине ванны 6 м и более

наблюдается растрескивание жесткого полимера при защите ванны свободным вкла-

дышем. В этом случае наиболее приемлема конструкция футеровки с приклеенной или

другим путем плотно закрепленной футеровкой на стенках ванны. Механическая проч-

ность обеспечивается металлическим корпусом ванны, а футеровка выполняет лишь

функцию защитного слоя.

Наиболее распространенный в России футеровочный материал - листовой ви-

нипласт. Он представляет собой окрашенный или неокрашенный непластифициро-

ванный твердый поливинилхлорид (ПВХ), изготовленный методом прессования. Вини-

пласт стоек практически во всех растворах электролитов, применяемых в гальванотех-

нике, однако нестоек к действию концентрированной азотной кислоты. Большим пре-

имуществом винипласта является то, что он легко сваривается, формуется и обраба-

тывается механически; это позволяет использовать его как для футеровки ванн, так и

в качестве самостоятельного конструкционного материала. Прочность сварного шва

достигает 80 % - 85 % прочности основного материала. Недостатками винипласта яв-

ляются его невысокая теплостойкость и низкая ударопрочность. Винипласт хрупок. При

нагревании он размягчается и может принимать любую форму. Температурный интер-

вал применения - от 0 °C до 60 °C, при температурах ниже нуля его хрупкость возрас-

тает, при температурах выше 60 °C винипласт размягчается.

В механических и автоматизированных линиях для футеровки ванн используют

полихлорвиниловый пластикат. Он представляет собой неокрашенный пластифици-

рованный эластичный поливинилхлорид. Пластикат устойчив во всех обычных гальва-

нических электролитах, включая хромовый и травильный (сернокислый), при темпера-

турах до 70 °C. Перспективным для футеровки гальванических ванн является пласти-

кат ПХ-2, который обладает высокой химической стойкостью при температурах до 90 °,

в том числе в электролитах хромирования, блестящего кислого меднения и никелиро-

вания, электрохимического и химического обезжиривания, в серной, соляной и азотной

кислотах, щелочах, окиси хрома и др. Пластикат ПХ-2 нестоек в растворах хлористого

железа и азотнокислого натрия. Кроме несколько большей термостойкости и химиче-

ской стойкости пластиката, его существенным преимуществом по сравнению с вини-

пластом является гибкость, благодаря которой устраняется нетеплопроводная воз-

душная прослойка между футеровкой и ванной. Эта прослойка делает неприменимой

винипластовую футеровку в ваннах с обогревом пароводяной рубашкой. Кроме того,

гибкость, пластичность и хорошая стойкость к истиранию позволяют применять пласти-

кат толщиной 2 мм (против 5-7 мм винипласта), что при одинаковой стоимости едини-

цы массы дает существенную экономию.

Ванны из коррозионно-стойкой стали. В некоторых случаях, например для хи-

мического полирования в концентрированных кислотах, необходимо делать ванны из

коррозионно-стойкой хромоникелевой стали, которая устойчива в смеси крепких кислот,

содержащей хотя бы несколько процентов азотной кислоты или иного сильного окисли-

теля, но в отсутствие соляной или плавиковой кислоты. Добавка в сталь титана предо-

храняет ее от межкристаллитной коррозии. Для изготовления корпусов ванн обезжири-

вания и горячей промывки применяют без футеровки следующие стали: Х18Н9Т,

12Х18Н10Т, ОХ18Н10Т, Х18Н12Т, ОХ18Н12Б, ОХ21Н15Т, ОХ17Т, Х25Т, 08Х22Н6Т.

Ванны из титана. Универсальным материалом для изготовления ванн является

титан, обладающий высокой химической стойкостью во многих агрессивных средах.

Срок службы титановых ванн в 5-7 раз больше, чем стальных. Высокая коррозионная

стойкость и физико-механические характеристики титана позволяют уменьшить тол-

щину стенок ванн более чем в 2 раза. Для изготовления корпусов ванн применяют ти-

тановые сплавы следующих марок: ВТ0, ОТ4-0, ВТ1, ОТ4, ВТ1-0 (ГОСТ 19807-91) [85].

Футеровка стенок ванн не требуется, за исключением электролитических ванн.

Ванны из полипропилена (см. рисунок 2.9). Полипропилен - наиболее перспек-

тивный материал, обладающий высокой химической стойкостью, износостойкостью,

термостойкостью (до 130 °C без механических нагрузок), высоким сопротивлением

ударным нагрузкам, удовлетворительной механической прочностью, низким водопо-

глощением, низкой водо- и паропроницаемостью, высокими диэлектрическими свой-

ствами. Полипропилен устойчив к воздействию водных растворов неорганических со-

единений (солей) и к воздействию почти всех кислот и щелочей, даже при высокой их

концентрации и температуре выше 60 °C. Сильные окислители, такие как хлорсульфо-

новая кислота, концентрированная серная и азотная кислоты, растворы хромовой кис-

лоты (свыше 50 г/л), могут разрушать полипропилен при комнатной температуре. Не-

прерывное понижение химической стойкости полипропилена с последующим лавино-

образным разрушением имеет место только в электролите для электрополирования

коррозионно-стойких сталей при температуре 80 °C. В этом растворе аналогично ведет

себя и винипласт, но уже при температуре 60 °C. Полипропилен особенно чувствите-

лен к воздействию света, это надо учитывать во всех областях применения продукта.

Полипропилены имеют хорошую устойчивость к световому излучению видимой обла-

сти спектра. Воздействие же (даже кратковременное) ультрафиолетового излучения

(излучения с длиной волны 290-400 нм) и кислорода воздуха делает полипропилен

хрупким и приводит к повреждению поверхности: потере блеска, растрескиванию и

«мелованию» поверхности, ухудшению механических и физических свойств полимера.

Этот процесс ускоряется при повышенной температуре окружающей среды.

Рисунок 2.9 - Общий вид ванны из полипропилена

Высокая химическая стойкость полипропилена в электролитах для нанесения

покрытий дополняется тем, что в силу диэлектрических свойств полностью исключена

возможность пробоя электричества на корпус ванны. Ванны из полипропилена, как

правило, изготавливаются из блочных конструкций, уже имеющих ребра жесткости, и

поэтому не требуют дополнительной обвязки.

ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ И ПЛАСТМАСС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ИЛИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (ИТС 36-2017) - часть 2