close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

340.Нанесение покрытий методом электрохимической металлизации

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра технологии машиностроения,
металлообрабатывающих станков и комплексов
Л.Л. Ильичев, А.А. Терентьев
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
Рекомендовано
к
изданию
Редакционно-издательским
советом
федерального
государственного
бюджетного
образовательного
учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский
государственный университет» в качестве методических указаний для
студентов, обучающихся по программам высшего профессионального
образования по направлению подготовки 15.03.05 Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств
Оренбург
2014
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.793:621.357(076.5)
ББК 34.663я7
И 46
Рецензент - доцент, кандидат технических наук В.И. Юршев
И 46
Ильичев, Л.Л.
Нанесение покрытий методом электрохимической металлизации:
методические указания / Л.Л. Ильичев, А.А. Терентьев; Оренбургский
гос. ун-т. – Оренбург : ОГУ, 2014. – 17 с.
В методических указаниях изложены сущность нанесения покрытий
методом электрохимической металлизации, особенности подготовки
поверхности под нанесение покрытий, применяемое оборудование,
используемые материалы.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторного
практикума по дисциплине «Методы повышения работоспособности деталей
машин и режущего инструмента» для студентов направления подготовки
15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных
производств.
УДК 621.793:621.357(076.5)
ББК 34.663я7
© Ильичев Л.Л.,
Терентьев А.А., 2014
© ОГУ, 2014
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
с.
1 Цель работы ……………………………………………………………………….
4
2 Общие положения ……….………………...............................................................
4
3 Оборудование и материалы для электрохимической металлизации …………..
6
3.1 Система металлопокрытий СММ – 100 Рro …………………………………..
6
3.2 Основные технические характеристики устройства …………………………
9
3.3 Применяемые расходные и вспомогательные материалы …………………..
9
4 Работа на оборудовании ………………………………………………………….
10
4.1 Подготовка оборудования к работе ……………………………………………
10
4.2 Золочение хромированных деталей ……………………………………...........
11
5 Порядок выполнения работы …………………………………………………….
15
6 Контрольные вопросы и задания ………………………………………………..
16
Список использованных источников ...……..……………………………………..
17
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 Цель работы
1
Изучить принципы электрохимической металлизации материалов.
2
Изучить технологию подготовки поверхности под электрохимическую
металлизацию.
3
Изучить технологию электрохимической металлизации материалов.
4
Ознакомиться с применяемым оборудованием и материалами для
элекрохимической металлизации.
5
Приобрести практические навыки работы на установке для электро-
химической металлизации СММ – 100 С.
2 Общие положения
Одним из самых современных и эффективных методов нанесения покрытий из
драгоценных и редких металлов – это селективный способ электрохимической
металлизации.
Применение специального источника питания и металлосодержащих гелей
позволяет наносить металл в десятки раз быстрее общепринятого гальванического
способа.
Покрытие
при
применении
этого
способа
металлизации
имеет
низкопористый слой, обладает высокой твердостью благодаря содержанию солей
кобальта (почти в три с половиной раза большей твердостью и износостойкостью по
сравнению
с
аналогичными
покрытиями,
нанесенными
традиционным
гальваническим способом), и, что немаловажно, имеет молекулярную связь с
обработанной поверхностью.
К несомненным плюсам данной технологии относится еще и то, что отпадает
необходимость в резервуаре для золочения (никелирования и др.), а значит,
покрытие можно наносить на изделия любого размера, при этом нет необходимости
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разбирать изделие, так как покрытие наносится только на токопроводящую
поверхность, а остальные поверхности не пострадают. Процессы традиционной
гальваники требуют наличия специального оборудования и проводятся в
гальванических цехах. Для электрохимической металлизации этого не требуется.
В основе этого метода лежит процесс электролитического натирания (еще
одно название - трибогальваника) тампоном, одетым на анодный электрод и
пропитанный электролитом, при котором на токопроводящей поверхности
образуется слой металла.
Области применения электрохимической металлизации самые разнообразные
– от сувенирной продукции до использования в медицине. Так, например, благодаря
позолоте повышаются не только антикоррозионные свойства изделий, их твердость
и износостойкость, но сами изделия получают блеск и благородный внешний вид.
На рисунке 1 представлены образцы деталей после электрохимической
металлизации.
Рисунок 1 – Образцы деталей после электрохимической металлизации
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
Оборудование
и
материалы
для
электрохимической
металлизации
3.1 Система металлопокрытий СММ – 100 Рro
Данное устройство разработано производственной компанией «Goldsteg» (IMP
Gold)
и
предназначено
для
декорирования
металлических
поверхностей.
Используемые жидкие реактивы и металлосодержащие гели обладают высшей
степенью очистки, являются «Know how» компании и позволяют получить низко
пористый, мало напряженный и хорошо структурированный слой металла в десятки
раз быстрее общепринятого гальванического способа.
Оборудование для электрохимической металлизации представляет собой
специально подготовленный источник питания мощностью 550 Вт с регулируемым
выходным напряжением до 12 В, используемый для проведения процесса
электролитического осаждения. В процессе металлизации на электроде, покрытом
специально подготовленным металлосодержащим гелем, создается положительный
заряд. В результате этого металл, содержащийся в химическом реагенте, переходит
в ионную форму и связывается на молекулярном уровне с металлической
поверхностью
детали,
имеющей
отрицательный
заряд,
образуя
покрытие,
обладающее повышенной твердостью, износостойкостью и имеющее улучшенную
микрокристаллическую структуру [1, 2].
Общий вид установки СММ – 100 Pro , вид передней и задней панелей
представлены на рисунке 2.
«Катод» (крайний левый и крайний правый выходные минусовые разъемы,
расположенные на горизонтальной панели устройства) всегда подсоединяется к
детали, на которую будет наноситься покрытие. Для удобства, в зависимости от
расположения детали или изделия, контактный провод может присоединяться к
любому катодному разъему (правому или левому).
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 2 – Система металлопокрытий СММ –100 Pro
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«Удаление хрома / электроочистка» используется для удаления с детали
слоя хрома (выполняется при прямой полярности) или для электроочистки
поверхности детали (выполняется при обратной полярности – зеленый сигнал
индикатора).
Для
изменения
полярности
используется
тумблер,
который
переключает полярность независимо от положения ручки регулятора напряжения.
«Активация» используется для активации (декапирования) металлической
поверхности и служит для удаления плёнок окислов с поверхности металла и
получения на ней микронеровностей перед нанесением металлопокрытий. Для
данного режима соблюдается постоянная прямая полярность независимо от
положения ручки регулятора напряжения.
«Золочение»
применяется
для
нанесения
золота
на
металлические
поверхности, так как в данном режиме выставлены оптимальные выходные
параметры, необходимые для осуществления процесса золочения, исходя из физикохимических свойств золотосодержащего геля. Соблюдается постоянная прямая
полярность (независимо от положения тумблера полярности) и постоянные
выходные параметры (независимо от положения ручки регулятора напряжения).
«Регулируемый выход» используется для покрытия «розовым» или «зеленым»
золотом,
серебром,
медью,
никелем,
кобальтом
и
другими
металлами
с
возможностью установки необходимого напряжения согласно таблице 1.
Таблица 1 – Выходные характеристики при металлопокрытии
Материал покрытия
Никель
Медь
Серебро
Платина
Напряжение, В
11 – 12
5–7
1,5 – 2
5–7
Материал покрытия
Радий
«Зеленое» золото
Золото (щадящий режим)
«Розовое» золото
Напряжение, В
4–6
4–5
7–9
6–7
Тумблер переключения режимов тока находится на задней панели
устройства. Нижнее положение соответствует режиму «Металлопокрытие». В этом
положении устанавливается режим низкой плотности тока, что необходимо для
селективного металлопокрытия при использовании этой технологии. Применяется
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
для покрытия золотом, «розовым» золотом, «зеленым» золотом, серебром, медью,
никелем, кобальтом и другими металлами.
Верхнее положение тумблера соответствует режиму «Гальванопокрытие». В
этом положении устанавливается режим повышенной плотности тока, что
необходимо
для
нанесения металлопокрытия
гальваническим
резервуарным
способом с использованием жидких электролитов.
3.2 Основные технические характеристики устройства
Потребляемая мощность – 650 Вт.
Габаритные размеры – 460 × 320 × 290 мм.
Мощность первого канала – 150 Вт.
Мощность второго канала – 80 Вт.
Регулируемый выход – 0 – 24 Вт.
Максимальное выходное напряжение – 12 В.
Масса – 8 кг.
3.3 Применяемые расходные и вспомогательные материалы
1 Золотосодержащий гель марок 24Кт/999, 18Кт/750, 14 Кт/585.
2 Никельсодержащий гель.
3 Активатор обыкновенный.
4 Активатор для нержавеющей стали.
5 Тампоны хлопковые.
6 Салфетки хлопчатобумажные.
7 Полироль по золоту.
8 Перчатки резиновые.
9 Очки защитные.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 Работа на оборудовании
4.1 Подготовка оборудования к работе
4.1.1 Установка и подключение анодных контактных проводов
Вставьте пластиковые контейнеры с металлосодержащим гелем в отверстия на
внешней поддерживающей панели устройства. Присоедините концы анодных
проводов с закрепленными на них эбонитовыми держателями к выходным разъемам
на горизонтальной рабочей панели устройства.
4.1.2 Подключение катодных контактных проводов
Исходя из формы детали, выберите наиболее удобный для осуществления
постоянства контакта с деталью тип
катодного провода «крокодил» или щуп.
Закрепите кольцевой конец к левому или правому катодному выходному разъему
на горизонтальной рабочей панели устройства. Обеспечьте постоянный контакт с
деталью.
4.1.3 Подготовка анодов к работе
Вставьте металлические аноды в эбонитовые держатели и закрепите их,
используя зажимные винты. Насадите на аноды хлопковые тампоны. Подвесьте
держатели на установленную вспомогательную скобу так, чтобы надетые на
электроды тампоны оказались опущенными в пластиковые контейнеры.
4.1.4 Подготовка устройства к работе
Подключите устройство к сети. При проведении процесса электроочистки или
удаления
хрома,
установите
нужную
полярность.
Для
электроочистки
устанавливается обратная полярность (должен гореть зеленый индикатор), для
удаления хрома – прямая (желтый индикатор).
Налейте химические реактивы в пластиковые контейнеры в соответствии с
обозначениями на устройстве.
Начинайте процесс металлопокрытия.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.2 Золочение хромированных деталей
4.2.1 Удаление хрома
Диски, элементы сантехники, сувениры, детали мебельной фурнитуры и
многие другие изделия, изготовленные из металла или на основе предварительно
металлизированного абс-пластика, всегда имеют промежуточную никелевую
подложку, на которую нанесен декоративный слой хрома. Хром имеет на
поверхности окисную пленку, которая не дает золоту достаточной адгезии
(сцепления) с его поверхностью. Поэтому первой стадией будет удаление слоя
хрома.
Подсоедините
анодный провод к выходному разъему «Удаление хрома /
электроочистка». Катодный провод (типа «крокодил» или щуп) подсоедините к
обрабатываемой детали. Смочите надетый на электрод тампон в реактиве
«очиститель», и, проведя круговыми движениями по поверхности детали, удаляйте
слой хрома. Во время этого процесса при касании тампоном хромированной
поверхности происходит реакция (обильное «пузырение» реактива) и тампон
окрашивается в желтый цвет. Это удаляемый хром и соли неорганического
соединения. Там, где слой хрома удален, поверхность приобретает едва заметный
желтоватый оттенок и реакция протекает уже не столь бурно и тампон перестает
окрашиваться.
Закончив эту стадию, тщательно сполосните деталь дистиллированной водой.
Можно проверить качество выполнения этого шага, распылив на поверхность
детали немного воды. На поверхности хрома из-за наличия окисной пленки вода
собирается капельками (как на жирной поверхности), на никеле – стекает по всей
поверхности.
Удаление хрома – самый важный шаг в процессе золочения хромированной
поверхности. Если на поверхности детали остался хром, золото не будет иметь
достаточной адгезии и будет легко стираться.
4.2.2 Активация (декапирование)
После удаления хрома поверхность детали имеет заметно желтоватый оттенок
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– это никель. Теперь проводится стадия активации или декапирования. Активация
служит для травления и одновременно осветления поверхности металла, создания на
нем микрошероховатости.
Подсоедините
анодный
провод
к выходному
разъему
«Активация».
Катодный провод (типа «крокодил» или щуп) подсоедините к обрабатываемой
детали. Смочите надетый на электрод тампон в реактиве «активатор» и проводите
процесс активации поверхность никеля. Во время этого процесса цвет тампона не
меняется и реакция едва заметна.
Для активации достаточно несколько раз провести тампоном по поверхности
детали, чтобы считать эту стадию завершенной. После проведения активации
сполосните поверхность детали дистиллированной водой.
В некоторых случаях из-за слишком тонкого слоя никеля или чрезмерного
воздействия очистителя активатор взаимодействует с основой, находящейся под
слоем никеля, и на поверхности детали образуются разводы или темные матовые
пятна. В этом случае, после удаления пятен полиролем для металла и удаления
остатков полироля спиртом, проводится электроочистка поверхности, а время
активации сокращается. После тщательного споласкивания поверхности сразу после
очистки проводится процесс золочения.
4.2.3 Золочение гелем 24Кт/999
Перед использованием геля для получения гомогенной смеси необходимо
тщательно взболтать контейнер, в котором находится гель. Подсоедините анодный
контактный провод к выходному разъему «Золочение». Катодный провод (типа
«крокодил» или щуп) подсоедините к обрабатываемой детали. Для улучшения
контакта анода поверхность детали до начала золочения смочите с помощью
тампона дистиллированной водой. Далее смочите надетый на электрод тампон
золотосодержащем гелем и проводите им круговыми движениями по поверхности
детали.
При осуществлении процесса электрохимической металлизации сначала
обрабатывается небольшой участок поверхности. После образования в этом месте
кристаллита металла постепенно расширяют зону обработки. Если наносить гель
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сразу по всей поверхности, то при обработке большой площади полноценное
покрытие не успевает образоваться на всей покрытой гелем поверхности, так как
успевает образоваться пленка окисла, которая снижает дальнейшую адгезию
покрытия с металлом и получается быстро истираемый слой.
При проведении процесса металлопокрытия круговые движения тампоном
должны быть плавными, без остановок. При этом не следует прижимать слишком
сильно электрод к поверхности детали.
По окончании процесса нанесения металлопокрытия необходимо сполоснуть
деталь дистиллированной водой. После этого надо удалить капли воды с
поверхности детали чистой салфеткой. Это поможет избежать появления пятен и
разводов на очищенной поверхности.
Во время процесса металлопокрытия золото, содержащееся в геле, переходит
в ионную форму и при касании с обрабатываемой металлической поверхностью
образует
на
ней
идеально
структурированный
слой
металла,
имеющий
молекулярное сцепление с базовым металлом.
Благодаря данной технологии и дополнительной ионизации геля кобальтом,
золото имеет более чем в три с половиной раза большую твердость и
износостойкость по сравнению с обычным золотом. Увеличивая по времени сам
процесс, можно получить слой золота практически любой толщины. Скорость
нанесения покрытия составляет от 0,8 до 1 микрометра в минуту.
4.2.4 Золочение гелем 18Кт/750
При использовании геля 18Кт на поверхности обрабатываемой детали
получается так называемое «зеленое» золото за счет содержания в реактиве от 20 %
до 25 % серебра, которое придает покрытию зеленоватый оттенок. «Зеленое» золото
наносится на предварительно нанесенный слой золота (гель 24Кт/999), серебра или
никеля. При нанесении «зеленого» золота используется «Регулируемый выход» с
установленным напряжением от 4 до 5 В.
4.2.5 Золочение гелем 14Кт/585
При использовании геля 14Кт на поверхности обрабатываемой детали
получается так называемое «розовое» золото за счет содержания в реактиве от 40 %
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до 45 % меди, которое придает покрытию красноватый оттенок. «Розовое» золото
наносится на предварительно нанесенный слой золота (гель 24Кт/999). При
нанесении «розового» золота используется «Регулируемый выход» с установленным
напряжением от 5 до 6 В.
4.2.6 Золочение стали
Процесс золочения стали состоит из следующих этапов:
1) электроочистки;
2) активации (декапирования);
3) золочения.
Электроочистка служит для предварительного очищения обезжиренной
поверхности металла, удаляя окисные пленки. Процесс проводится при обратной
полярности (индикатор полярности должен быть зеленым). Используется анодный
выход «Удаление хрома / электроочистка».
В зависимости от химического состава металла возможны два варианта
подготовки поверхностей для последующего золочения.
Первый вариант применяется для подготовки поверхностей деталей из
высоколегированных сталей с высоким содержанием хрома. В этом случае
используется «Активатор для стали», который служит для одновременного
очищения, травления поверхности металла и покрытия слоем первичного никеля
для улучшения адгезии золота.
Для подготовки поверхностей деталей из низколегированных сталей с
содержанием хрома менее 10 процентов применяется второй вариант, когда
используется обычный активатор, а затем с помощью никельсодержащего геля
поверхность покрывается тонким слоем никеля.
После активации нужных поверхностей детали проводится процесс их
золочения по технологии приведенной в пункте 4.2.3.
Расход золотосодержащего геля составляет примерно 200 грамм на 1 м2
обрабатываемой поверхности.
На этой же установке при наличии соответствующих гелей можно наносить
покрытия из никеля, серебра, радия и платины.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5 Порядок выполнения работы
1 Подсоединить входные и катодные провода к разъемам устройства и
подвесить их на вспомогательную скобу.
2 Подключить оборудование к внешней электросети напряжением 220 В
(включается лампочка индикатора сети).
3 Обязательно надеть резиновые перчатки, защитные очки и защитную маску,
чтобы избежать попадания химических реактивов на одежду, кожу и в глаза.
4 Открыть контейнеры с золотосодержащим гелем и установить их в
отверстия на внешней поддерживающей панели устройства.
5 В свободные пластиковые контейнеры залить на половину объема активатор
(обычный или для высоколегированных сталей) и установить на внешней
поддерживающей панели устройства.
6
Надеть
на
аноды
хлопковые
тампоны.
Подвесить
держатели
на
вспомогательную скобу так, чтобы надетые на электроды тампоны оказались
опущенными в пластиковые контейнеры.
7 Процесс металлопокрытия проводим по двум вариантам.
1 вариант – образец детали с хромовым покрытием.
Процесс металлопокрытия выполняем по следующей схеме:
- 1 этап – удаление хрома (смотри пункт 4.2.1);
- 2 этап – активация (декапирование) с использованием обычного активатора
(смотри пункт 4.2.2);
- 3 этап – золочение (смотри пункт 4.2.3).
2 вариант – образец детали из нержавеющей стали.
Процесс металлопокрытия выполняем по следующей схеме:
- 1 этап – электроочистка (смотри пункт 4.2.6);
- 2 этап – активация (декапирование) с использованием специального
активатора с получением первичного слоя никеля (смотри пункты 4.2.6 и 4.2.2);
- 3 этап – золочение (смотри пункт 4.2.3).
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
Исследование
топографии
поверхности
покрытия
на
микроскопе.
Установить образец в держатель микроскопа. Сделать снимок и вывести его на
экран монитора персонального компьютера. Оценить сплошность полученного
покрытия.
6 Контрольные вопросы и задания
1 В чем заключается технология электрохимической металлизации?
2 Перечислите меры безопасности при проведении процесса электрохимической металлизации.
3 От чего зависит толщина покрытия?
4 Какие гели используются для золочения и никелирования?
5 За счет чего увеличивается твердость покрытия по сравнению с простым
золотом?
6 Расскажите, каковы входное напряжение и потребляемая мощность
используемого устройства.
7 Перечислите этапы процесса золочения:
а) хромированной поверхности;
б) поверхности стали с низким содержанием хрома;
в) поверхности нержавеющей стали с высоким содержанием хрома.
8 Какими металлами можно осуществлять процесс электрохимической
металлизации?
9 Есть ли ограничения в размерах деталей, подвергаемых электрохимической
металлизации?
10 Каков расход золотосодержащего геля приходится на 1 м2 площади
поверхности обрабатываемой детали?
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список использованных источников
1 Дамаскин, Б.Б. Электрохимия: учебник для вузов / Б.Б. Дамаскин, О.А.
Петрий, Г.А. Цирлина. - М.: Химия, 2006. - 672 с.
2 Лукомский, Ю. Я., Физико-химические основы электрохимии: учебник / Ю.
Я Лукомский, Ю.Д. Гамбург. – Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект»,
2008. – 424 c.
17
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа