Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

ОГЛАВЛЕНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ. 1

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. 7

1.1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ. 7

1.2 СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. 11

2. РАСЧЕТ УЧАСТКА ОСАЖДЕНИЯ ДВОЙНОГО ПОКРЫТИЯ МЕДЬ-НИКЕЛЬ. 13

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНДОВ РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ. 13

2.2 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ. 15

2.3 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ. 16

2.4 РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УЧАСТКА. 17

2.5 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ БАРАБАНА. 18

2.6 РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ ВАННЫ. 19

2.7 ЭНЕРГЕТИКА ЦЕХА. 20

2.7.1 ПОВЕРХНОСТЬ ЗАГРУЗКИ И СИЛЫ ТОКА. 20

2.7.2 БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ ВАННЫ. 20

2.7 РАСХОД ВОДЫ. 22

2.7 РАСЧЕТ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ. 24

2.7.1 РАСЧЕТ РАСХОДА ХИМИКАТОВ. 24

2.7.2 РАСЧЕТ РАСХОДА АНОДОВ. 26

2.7.3. СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ. 28

2.8 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ. 29

2.8.1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ. 29

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ МЕДНЕНИЯ. 33

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ НИКЕЛИРОВАНИЯ. 37

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 42

ВВЕДЕНИЕ.

Гальваническое покрытие медь никель широко применяется для защиты от коррозии стальных деталей.

Т.к. медь имеет более положительный потенциал, чем железо, то по отношению к железу и его сплавам является катодным покрытием. Т.е. может защищать лишь при отсутствии пор. Пористые медные покрытия, наоборот, приводят к ускорению коррозии железа и его сплавов. Никель также имеет более положительный потенциал, чем железо, т.е. защищает только механически. Никелевые покрытия должны быть беспористыми. Поэтому никелевые покрытия многослойны (у многослойных покрытий поры каждого слоя обычно не совпадают с порами соседних слоев). Для получения многослойных покрытий никель осаждают из нескольких электролитов или на другой металл (например, медь). Многослойность таких покрытий позволяет также снизить расход никеля в результате применения более дешевой меди.

Широкое применение медных покрытий в качестве промежуточных слоев в значительной мере обусловлено хорошим сцеплением меди с различными металлами. При электролитическом осаждении меди на сталь не образуется диффузионного слоя. Решающую роль для обеспечения прочного сцепления играет тщательная подготовка поверхности основного металла (обезжиривание, травление). Причем, при применении химического или электрохимического удаления деформированного слоя, часто наблюдается продолжение структуры основного металла в покрытии.

При защитно-декоративном никелировании роль медного слоя – максимальная экономия стратегического никеля из-за перекрытия пор, а также снижение трудоемкости операций механической подготовки поверхности деталей.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ МЕДНЕНИЯ

Для меднения применяют как кислые (простые), так и щелочные (комплексные) электролиты. Из кислых электролитов невозможно получить осадки с прочным сцеплением на стальных и цинковых изделиях. Это объясняется контактным вытеснением железом и цинком меди, а также работой коротко замкнутых гальванических элементов Fe – Cu и Zn – Cu. Т.к. в этих системах анодами являются железо и цинк, то вне зависимости от продолжительности электролиза железо и цинк, находящиеся в контакте с медью в кислом электролите, растворяются, что обуславливает отслаивание покрытия. По этой причине предварительно наносят тонкий слой меди из щелочного электролита, затем медь наращивают до нужной толщины в кислом электролите.

Простые (кислые) электролиты.

К простым электролитам относится целый ряд кислых электролитов: сернокислые, борфтористоводородные, кремнийфтористоводородные, сульфамидные, нитратные и хлористые. Они просты по составу и допускают работу при высоких плотностях тока, особенно при условии перемешивания и повышенной температуре. Осаждение меди происходит, в основном, при разряде двухвалентных ионов меди. Простые электролиты отличаются малой катодной поляризацией (не превышает 5060 мВ). Поэтому осадки меди из таких электролитов имеют крупнозернистую, грубую, но вместе с тем плотную структуру. Электролиты отличаются высоким выходом меди по току (95100%) и значительной скоростью осаждения. Эти электролиты устойчивы и не токсичны, а также обладают хорошей выравнивающей способностью. К недостаткам кислых электролитов следует отнести их низкую рассеивающую способность, и невозможность непосредственного нанесения на изделия из железа и цинка. Но при введении в кислые электролиты некоторых органических добавок (столярного клея, сахаромицетов, и т.д.), тормозящих процесс контактного обмена, то можно получить медные осадки, прочно сцепленные со сталью.

Составы кислых электролитов:

Сульфатный электролит:

CuSO4*5H2O – 180  220 г/л.

Н2SO4 – 40  60 г/л.

NaCl – 0,03  0,06 г/л.

Блескообразователи Б-7211 или ЛТИ 3  5 мг/л.

Электролиз ведется при температуре 18  50С, iк – 1  5 А/дм2, iа – до 5 А/дм2. При работе с высокими плотностями тока следует перемешивать электролит сжатым очищенным воздухом. Анод – медь. Выход меди по току близок к 100%. Скорость осаждения меди при плотности тока 4,5 А/дм2 составляет 1 мкм/мин. Электролит отличаются относительно хорошей рассеивающей способностью. Осадки получаются с высоким блеском (до 95% по серебряному зеркалу), хорошей выравнивающей способностью (до 85% при толщине слоя 200 мкм), а также с относительно невысокими внутренними напряжениями (до 1100 мПа).

Борфтористоводородный электролит:

Cu(BF4)2 – 450 г/л.

НBF4 – 30 г/л.

Н3BO3 – 15  20 г/л.

Электролиз ведется при температуре 20  40С, iк – до 40 А/дм2, iа – 5 20 А/дм2. Анод – медь. Выход меди по току 95  100%. К достоинствам электролита относятся: высокая устойчивость раствора, нетоксичность, плотная мелкокристаллическая структура осадков при плотностях тока, значительно превосходящих обычные. Концентрационная поляризация и склонность к шламообразованию у борфтористоводородного электролита меньше, чем у слабокислого, он дороже, однако, этот электролит обладает большой производительностью. Поэтому рекомендуется его применение для нанесения меди на движущуюся проволоку, ленту, а также для восстановления изношенных деталей.

Кремнефтористый электролит:

CuSiF6 – 250  300 г/л

H2SiF6 – 10  15 г/л

Электролиз ведется при температуре 20  60С, iк – до 40 А/дм2, iа – 10 20 А/дм2. Анод – медь. Электролит готовят, растворяя кремнефтористую медь небольшими порциями в кремнефтористой кислоте, затем раствор фильтруют.

Хлоридный электролит:

CuCl2*2H2O – 20  30 г/л.

НCl – 400  550 г/л.

HCOOH – 5  10 г/л.

Электролиз ведется при температуре 18  25С, iк – 1  1,5 А/дм2. Анод – медь.

Нитратный электролит:

CuCl2*2H2O – 0,4 г/л.

Cu(NO3)2 *3H2O – 500  600 г/л.

Электролиз ведется при температуре 18  25С, iк – 5  20 А/дм2, рН – 1 2. Анод – медь.

При работе с кислыми электролитами важно использовать специальные, не дающие шлама медные аноды, содержащие 0,03  0,06 % фосфора. Рекомендуется также использовать анодные чехлы из кислотостойкого материала (например, из полипропиленового волокна) и вести электролиз при непрерывной фильтрации.

Комплексные (щелочные) электролиты.

В комплексных электролитах разряжается комплексный ион меди (Cu(CN3)2-; CuNH2CH2CH2NH22+; Cu(C4H4O6)2-; Cu(NH3)42+; Cu(P2O7) 26-; Cu(P3O10) 28-). Степень диссоциации этих ионов мала, поэтому потенциал становится электроотрицательнее (в цианидных электролитах на 0,9  1,2 В). Из-за этого не происходит контактного осаждения меди. Щелочные электролиты обладают очень высокой катодной поляризацией. Поэтому осадки получаются мелкозернистыми. Из комплексных электролитов применяют: цианистые, пирофосфатные, аммиакатные, этилендиамидовые, полиэтиленполиаминовые, гексаметафосфатные, триполифосфатные и т.д. Наиболее широко используются цианидные и пирофосфатные электролиты.

Составы щелочных электролитов:

Цианидный электролит:

CuCN – 90 г/л.

NaCNсвоб. – 5  7 г/л.

КCNS – 40 г/л.

Фурфуриловый спирт – 0,3  0,6 г/л

Электролиз ведется при температуре 60  70С, iк – 2  4 А/дм2. Анод – медь. Выход меди по току 92%. Перемешивание проводят качанием штанг. Цианидные электролиты дают мелкозернистые осадки с хорошим сцеплением со сталью и цинком, обладают очень хорошей рассеивающей способностью. Основные недостатки цианидных электролитов – это токсичность, большие затраты на очистку сточных вод, низкий выход по току, а также относительно низкая устойчивость состава электролита при эксплуатации. Преимуществом цианидных электролитов является также то, что медь восстанавливается из одновалентных ионов, т.е. за 1 А*ч выделяется гораздо больше меди, чем в простых электролитах.

Пирофосфатный электролит:

CuSO4*5H2O – 70  90 г/л.

K4P2O7 – 350 г/л.

NH4OH (25% раствор) – 1  2 г/л.

Кислота лимонная 20 г/л.

Na2SeO3 – 0,002 г/л.

Электролиз ведется при