Нікелювання

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Міністерство освіти і науки РФ
Федеральне агентство з освіти
Саратовський державний технічний університет
Енгельський технологічний інститут (філія)
Кафедра Технологія електрохімічних виробництв
Контрольна робота
з дисципліни
«Основи електрохімічної технології»
Варіант 2

Роботу виконав: студент

V курсу заочного навчання
групи ТЕП
Скобенко М.А.
Керівник: доцент
Целуйкіна Г.В.
Енгельс 2008

Варіант 2
1. Електрохімічне осадження нікелю. Призначення і властивості електролітичних нікелевих покриттів. Двошарові і тришарові накриття на основі нікелю. Технологічні особливості нанесення цих покриттів. Призначення компонентів електроліту. Основні та побічні процеси, що протікають на електродах.
2. Електрохімічне знежирення. Призначення операції. Механізм процесу електрохімічного знежирення. Порівняльна характеристика розчинів для електрохімічного знежирення кольорових металів.
3. Яка тривалість електролітичного осадження шару міді товщиною 25 мкм з мідно-ціаністих ванн при щільності катодного струму i к = 3,0 А / дм 2 і виходу по струму Вт = 75%?

1. Електрохімічне осадження нікелю. Призначення і властивості електролітичних нікелевих покриттів. Двошарові і тришарові накриття на основі нікелю. Технологічні особливості нанесення цих покриттів. Призначення компонентів електроліту. Основні та побічні процеси, що протікають на електродах.
Нікель (лат. Niссolum), Ni, хімічний елемент з атомним номером 28, атомна маса 58,69. Хімічний символ елемента Ni вимовляється так само, як і назва самого елементу. Природний нікель складається з п'яти стабільних нуклідів: 58Ni (67,88% за масою), 60Ni (26,23%), 61Ni (1,19%), 62Ni (3,66%) і 64Ni (1,04%). У періодичній системі Д. І. Менделєєва нікель входить до групи VIII і разом з залізом і кобальтом утворює в 4-му періоді в цій групі тріаду близьких за властивостями перехідних металів. Конфігурація двох зовнішніх електронних шарів атома нікелю 3s2p6d84s2. Утворює сполуки найчастіше в ступені окислення +2 (валентність II), рідше - в ступені окислення +3 (валентність III) і дуже рідко в ступенях окислення +1 та +4 (валентності відповідно I і IV).
Радіус нейтрального атома нікелю 0,124 нм, радіус іона Ni2 + - від 0,069 нм (координаційне число 4) до 0,083 нм (координаційне число 6). Енергії послідовної іонізації атома нікелю 7,635, 18,15, 35,17, 56,0 і 79 еВ. За шкалою Полінга електронегативність нікелю 1,91. Стандартний електродний потенціал Ni0/Ni2 + -0,23 B.
Проста речовина нікель у компактному вигляді - блискучий сріблясто-білий метал.
Нікель - метал сріблясто-білого кольору з уд. вагою 8,9 і температурою плавлення 1452 ° С. Мікротвердість електролітичних обложених і хімічних нікелевих покриттів залежить від складу електроліту і може коливатися за рахунок введення добавки фосфору до складу покриття.
Після термообробки нікелевих покриттів, що містять фосфор, мікротвердість їх зростає ще більше.
Нікелеві покриття добре поліруються до дзеркального блиску і набувають красиву декоративну зовнішність, не змінюються від часу.
Будучи головним чином захисно-декоративним покриттям, нікель здатний надійно захистити залізо від корозії лише за умови його безпористу. Тому нікелювання як захисно-декоративне покриття застосовують звичайно з подслоем міді. Електролітичні покриття завжди мають деякою пористістю, і для отримання безпористу покриттів використовують поперемінне осадження декількох шарів металів, у таких багатошарових покриттів пори кожного шару зазвичай не збігаються. Крім того, багатошарові покриття дозволяють знизити питома витрата нікелю за рахунок більш дешевої міді.
Нікелювання отримало широке застосування в хімічній промисловості товщиною покриття без підшару міді до 0,20-0,30 мкм.
Висока твердість і зносостійкість нікелевих покриттів використовуються в промисловості.
Багатошарове нікелювання застосовується для підвищення корозійної стійкості нікелевих покриттів у порівнянні з одношаровими покриттями. Це досягається послідовним осадженням шарів нікелю з декількох електролітів з різними фізико-хімічними властивостями покриття. До багатошаровим нікелевими покриттям відносяться: бі-нікель, три-нікель, сил-нікель.
Корозійна стійкість покриттів бі-нікель у 1,5-3 рази вище одношарових покриттів. Їх доцільно застосовувати замість одношарових матових і блискучих нікелевих покриттів. Для досягнення високої корозійної стійкості перший шар нікелю (матовий або полублестящій), що складає не менше 1/2-2/3 загальної товщини покриття, обкладена з стандартного електроліту, практично не містить сірки. Другий шар нікелю осаджують з електроліту блискучого нікелювання; сірка, що міститься в органічних блескообразователях, входить до складу нікелевого покриття, при цьому електродний потенціал другого блискучого шару зсувається на 60-80 мВ у бік електронегативних значень по відношенню до першого шару. Таким чином, блискучий шар нікелю стає анодом в гальванічній парі і захищає перший шар від корозії.
Тришарове нікелювання має найвищу корозійною стійкістю. При цьому методі після осадження першого шару нікелю з того ж електроліту, що і при двошаровому нікелювання, осідає середній шар нікелю з електроліту, до складу якого входить спеціальна сірковмісна добавка, що забезпечує включення великої кількості сірки (0,15-0,20%) У склад проміжного шару нікелю. Потім наноситься третього верхній шар з електроліту для одержання блискучих покриттів. При цьому проміжний шар, набуваючи найбільш електронегативний потенціал, охороняє контактують з ним шари нікелю: від корозії.
В автомобільній промисловості застосовують двошарове нікелювання типу сил-нікель. Перший шар нікелю наноситься з електроліту блискучого нікелювання. Потім деталі переносять у другій електроліт, де відбувається осадження сил-нікелю. До складу цього електроліту вводять струмонепровідних високодисперсний порошок каоліну в кількості 0,3-2,0 г / л. Температура 50-60 ° С, щільність струму 3-4 А / дм 2. Процес ведуть без безперервної фільтрації. Для забезпечення рівномірного розподілу часток каоліну по всьому об'єму електроліту при міняють інтенсивне повітряне перемішування. Шар сил-нікелю підвищує зносостійкість покриття і володіє високо корозійною стійкістю.
Сил-нікель застосовують як останній шар перед хромом в захисно-декоративному покритті. Внаслідок високої дисперсності інертних частинок тонкий шар сил-нікелю (1-2мкм) не змінює декоративного виду блискучою нікельованої поверхні, а при подальшому хромуванні дозволяє отримати мікропористий хром, що збільшує корозійну стійкість покриття.
На наших підприємствах, зокрема на Волзькому автомобільному заводі в м. Тольятті, прийнято двошарове нікелювання, при якому перший шар нікелю осаджують за подслое міді з нікелевого електроліту наступного складу (г / л):
Сірчанокислий нікель NiS0 4 · 7Н 2 О ... ... .. ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. 300
Хлористий NiCI 2 ∙ 6Н 2 О ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 60
Борна кислота Н 3 ВО 3 .... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 40
1,4-бутіндіол ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .0,15
Сахарин ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1,5
Фталімідів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 0,12
Процес осадження ведуть при температурі 55 ° С і перемішуванні електроліту з щільністю струму 4-5 А / дм 2 протягом 0,5 год, після чого деталі промивають у воді і переносять у другій електроліт нікелювання для процесу «нікель-сил». Склад електроліту прийнятий той же, що і для першого електроліту, але натомість фталіміду в нього вводять взмученной порошок каоліну певної міри дисперсності. Каолін вводять в кількості 0,5 г / л. Процес ведуть при температурі 50 ° С і щільності струму 4-5 А / дм 2 протягом 3 хв.
Зняття дефектних нікелевих покриттів проводиться анодним розчиненням нікелю в електроліті, що складається з сірчаної кислоти, розведеної до щільності 1,5-25 ° С кг / м 3. Температура 15-25 ° С, анодна щільність струму 2-5 А / дм 2.
Для осадження електролітичних нікелевих покриттів у промисловості застосовують наступного електроліти: сірчанокислі електроліти, електроліти блискучого нікелювання, борфтористоводородной електроліти, кремнефтористоводородной електроліти, сульфамінової електроліти.

Склад сернокіслового електроліту
Таблиця 1
Компоненти
електроліти (г / л)
 
Номер електроліту
1
2
3
4
Сірчанокислий нікель
70-75
140-150
280-300
400-420
Сірчанокислий натрій
40-50
40-50
_
_
Сірчанокислий магній
_
25-30
50-60
_
Борна кислота
20-25
20-25
25-30
25-30
Хлористий натрій
5-10
5-10
3-5
_
Фтористий натрій
_
_
2-3
2-3
Сірчанокислий натрій і сірчанокислий магній вводять в електроліт для підвищення електропровідності розчину. Провідність розчинів натрію вище, але в присутності сірчанокислого магнію виходять більш світлі, м'які і легко поліруються опади.
Нікелевий електроліт дуже чутливий навіть до невеликих. Змін кислотності. Для підтримки величини рН в необхідних межах необхідно застосовувати буферні з'єднання. В якості такого з'єднання, що перешкоджає швидкому зміни кислотності електроліту, застосовують борну кислоту.
Для полегшення розчинення анодів у ванну вводять хлористі солі натрію.
Для приготування сірчанокислих електролітів нікелювання необхідно розчинити в окремих ємностях в гарячій воді всі компоненти. Після відстоювання розчини фільтрують у робочу ванну. Розчини перемішують, перевіряють рН електроліту і при необхідності корегують 3%-ним розчином їдкого натру або 5%-ним розчином сірчаної кислоти. Потім електроліт доводять водою до необхідного обсягу. При наявності домішок необхідно перед початком експлуатації електроліту зробити його опрацювання, так як нікелеві електроліти надзвичайно чутливі до сторонніх домішок як органічним, так і неорганічним.
Дефекти при експлуатації сірчанокислих електролітів нікелювання і способи їх усунення наведені в табл. 4.
При нікелювання застосовують гарячекатані аноди марок НПА-1, НПА-2, а також непассівірующіеся аноди марки НПНА. Застосовують також аноди в формі пластинок (карток), які завантажують у зачохлені титанові кошика. Карткові аноди сприяють рівномірному розчинення нікелю. Щоб уникнути забруднення електроліту анодним шламом нікелеві аноди слід укладати в чохли з тканини «хлорин» або «бельтинг», які попередньо обробляють 2-10%-ним розчином соляної кислоти.
Ставлення анодної поверхні до катодного при електролізі 2: 1.
Склад електроліту блискучого нікелювання.
Нікель сірчанокислий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 280-300
Нікель хлористий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50-60
Кислота борна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25-40
Сахарин ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 1-2
1,4-бутіндінол, мл / л ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 0,15-0,18
Флалімід ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 0,02 - 0,04
Для отримання блискучих нікелевих покритті використовують також електроліти з іншими блискоутворюючими добавками: хлораміну Б, пропаргілового спирту, бепзосульфаміда та ін
Електроліт готують таким чином. У дистильованої або деіонізованою гарячої (80-90 ° С) воді розчиняють при перемішуванні сірчанокислий і хлористий нікель, борну кислоту. Доведений водою до робочого об'єму електроліт піддають хімічній і селективної очищенню. Для видалення міді та цинку електроліт підкисляють сірчаної кислотою до рН 2-3, завішують катоди великої площі з рифленою сталі і опрацьовують електроліт протягом доби при температурі 50-60 ° С, перемішуючи стисненим повітрям. Щільність струму 0,1-0,3 А / дм 2 • Потім рН розчину доводять до 5,0-5,5, після чого в нього вводять перманганат калію (2 г / л) або 30%-ний розчин перекису водню (2 мл / л). Розчин перемішують протягом 30 хв, додають 3 г / л активованого вугілля, обробленого сірчаної кислотою, і перемішують електроліт 3-4 за допомогою стиснутого повітря. Розчин відстоюється 6-12 годин, потім фільтрується в робочу ванну.
У очищений електроліт вводять блескообразователі: сахарин та 1 ,4-бутіндіол - безпосередньо, фталімідів - попередньо розчинивши в невеликій кількості електроліту, підігрітого до 70-80 ° С. Доводять рН до необхідного значення і приступають до роботи. Витрата блескообразователей при коригуванні електроліту становить: сахарин 0,01-0,012 г / (А · год); 1,4-бутіндіол (35%-ний розчин) 0,7-0,8 мл / (А · год); фталімідів 0 , 0030,005 г / (А · год).
Склад борфтористоводородной електролітів.
Електроліт містить 300-400 г / л борфторістого нікелю і по 10-15 г / л хлористого нікелю і борної кислоти. Величина рН 3-3,5. Робоча температура 45-55 ° С, щільність струму D до до 20 а / дм 2, вихід по струму 95-98%.
Обложений нікель виходить світлим, еластичним, володіє мікротвердістю 300-350 кг / мм 2.
Склад кремнефтористоводородной електроліти
Кремнефтористоводородной нікель NiSiF 6 ... ... ... ... ... ... ... 400-700
Нікель хлористий NiCl 2 ∙ 6H 2 O ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25-50
Кислота борна H 3 BO 3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 30-40
Робоча температура, ° С ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .20-50
Величина рН ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 0,5-1
Щільність струму D k, А / дм 2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... До 15
Склад сульфамінова електроліту
Великий практичний інтерес представляють також сульфамінова електроліти, що складаються на основі сульфамінової кислоти SОзОНNН 2, електроліт наступного складу: 280-300 г / л сульфаміновокіслого нікелю; 25-30 г / л борної кислоти; 12-15 г / л хлористого натрію; 2-3 мл / л миючого засобу «Прогрес»; 1,5-2 г / л паратолуолсульфаміда. Величина рН 3 - 4,5. Робоча температура 40-45 ° С, густиною струму D k до 5 а / дм 2, вихід по струму 98-99%. При зазначених низьких плотностях струму виходять досить пластичні покриття без внутрішніх напружень, особливо придатні для цілей гальванопластики.
2. Електрохімічне знежирення. Призначення операції. Механізм процесу електрохімічного знежирення. Порівняльна характеристика розчинів для електрохімічного знежирення кольорових металів
Електрохімічне знежирення проводять зазвичай після хімічного знежирення. На відміну від хімічного знежирення в міцних розчинах лугів швидкість електрообезжірованія майже не залежить від температури і концентрації електроліту, а визначається щільністю струму при катодному процесі. Сутність електрохімічного знежирення полягає в тому, що на електродах виділяються бульбашки газу (водень при катодному і кисень при анодному знежирюванні), які значно полегшують відрив крапельок масла від поверхні деталей. При цьому вони протягом перших же секунд розривають і видаляють плівку жирових забруднень, а роль лужного розчину є допоміжною і полягає в обволікання частинок масел з утворенням емульсії, а також у омиленні органічних і тваринних жирів. Найбільш економічним складом електроліту є наступний: 20-30 г / л каустичної соди, 30-40 г / л кальцинованої соди, 5 - 10 г / л тринатрійфосфату або рідкого скла. Робоча температура 60-70 ° С, щільність струму 5-10 а / дм 2; тривалість процесу 5-6 хв, з них 4-5 хв па катоді і 1 -2 хв на аноді. Емульгатори при електрохімічному знежирюванні вводять у розчин в менших кількостях, ніж при хімічному знежирення, так як надмірна кількість піни затримує виділяються гази.
Підвищення температури, як і при хімічному знежирення, прискорює процес очищення і підвищує електропровідність розчину. Швидкість електрохімічного знежирення деталей значно зростає із збільшенням щільності струму, яка зазвичай знаходиться в межах 2-10 А / дм 2, а для дроту і стрічки до 50 A / дм 2.
У залежності від металу деталей і способу їх обробки розрізняють катодне й анодне знежирення або послідовне комбінування того й іншого. Знежирення на катоді застосовують найбільш часто, так як кількість виділяється на катоді водню у два рази більше, ніж кількість виділяється на аноді кисню, тому знежирення на катоді відбувається з більшою швидкістю. Як анода при катодному знежирюванні використовують нікельовану або нержавіючу сталь. Електрохімічне знежирення деталей з міді, цинку, алюмінію та їх сплавів здійснюється тільки на катоді. Недоліком процесу катодного знежирення є наводороживания сталевих деталей внаслідок дифузії виділяється водню в поверхневий шар металу. Це шкідливо позначається на механічних властивостях загартованих і високоміцних сталей, які набувають крихкість. Тому сталеві пружини, тонкі пружні пластини і тонкостінні деталі (до 1 мм) знежирюють тільки на аноді. Для ослаблення наводороживания застосовують комбіновану обробку - спочатку знежирення на катоді, потім на аноді. Однак при цьому пружні властивості металу не завжди відновлюються.
При анодному знежирюванні в якості катода застосовують сталь. При зміні полярності електродів тривалість обробки деталей на аноді зазвичай у кілька разів більше, ніж на катоді.
При електрохімічному знежирюванні поверхню деталей очищається швидше, ніж при хімічному. Проте ефективність електрохімічного знежирення деталей складної форми нижче, ніж при хімічному способі. Тому якщо поверхня деталей значно забруднена маслами та жирами, то застосовують попереднє хімічне, а потім електрохімічне знежирення. Тривалість обробки залежить від ступеня забруднення і застосовуваної щільності струму. Не допускається тривале ведення процесу, так як це призводить до насичення деталей воднем і потемнінню поверхні.
В якості електродів завішують листи нікельованого заліза. У разі необхідності, наприклад при знежирюванні деталей з місцевою ізоляцією парафіновими сплавами. електролітом можна користуватися без підігріву.
Для отримання хороших результатів, слід дотримуватись таких правил.
1. Не допускати тривалої перетримки процесу, так як це приходить до насичення деталей воднем і потемнінню поверхні.
2. Тонкостінні сталеві гартовані деталі, наприклад пружини всіх видів, слід знежирювати лише на аноді для усунення насичення воднем.
3. Деталі з міді та її сплавів знежирювати тільки на катоді, так як при анодному процесі деталі оксидується і чорніють.
4. Перед знежиренням з підвісок повинні бути стравлени такі покриття, як цинк, олово, свинець і хром, забруднюючі електроліт при їх розчиненні.
5. З поверхні електроліту повинна систематично віддалятися піна жирів і масел.

3. Яка тривалість електролітичного осадження шару міді товщиною 25 мкм з мідно-ціаністих ванн при щільності катодного струму i к = 3,0 А / дм 2 і виходу по струму Вт = 75%?
За законом Фарадея
m = g ∙ I ∙ t ∙ Вт
m = V ∙ ρ = l ∙ s ∙ ρ → l ∙ s ∙ ρ = g ∙ I ∙ t ∙ Вт
t = (l ∙ s ∙ ρ) / (g ∙ I ∙ t ∙ Вт) I / S = D
t = (l ∙ ρ) / (g ∙ D ∙ Вт)
ρ (Cu) = 8,9 г / см 3 g Cu = 1,185 г / А ∙ ч
l = 25 мкм = 2,5 ∙ 10 см -3 D = 0,03 A / см 2
t = 2,5 ∙ 10 -3 ∙ 8,9 / (1,185 ∙ 0,03 ∙ 0,075) = 0,83 год = 50хв

Список літератури
1. Довідник з гальванотехніки. Перши. з нім. Вид-во «Металургія», 1972, с. 424.
2. Черкез М. Б., Богорад Л. Я. Хромування. Вид. 4-е, перероб. і доп. Л., «Машинобудування» (Ленінгр. Від. - Ня), 1978.
3. Короткий довідник гальванотехніка. Ямпільський А.М., Ільїн В. А., «Машинобудування», 1972 р. 224 стор Табл. 103. Іл. 44. Бібл. 32.
4. Гріліхес С. Я., Тихонов К. І. Електролітичні та хімічні покриття. Теорія і практика. - Л.: Хімія, 1990 - 288 с.: Іл.
5. Коротін А. І. Технологія нанесення гальванічних покриттів: Учеб. посібник. - М.: Вищ. Шк., 1984. - 200 с., Іл.
6. Флеров В. Н. Збірник задач з прикладної електрохімії. Учеб. посібник для вузів. Вид. 2-е, перероб. і доп. М., «Вищ. школа », 1976.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Контрольна робота
51.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Нікелювання і хромування
Витяг нікелю з полірувальних ванн для нікелювання
© Усі права захищені
написати до нас