Курсовая работа: Технология электроосаждения цинкового покрытия

2.1.2 Выбор типа покрытия и толщины покрытия исходя из условий эксплуатации

Одним из важнейших факторов, определяющих выбор покрытий, являются условия эксплуатации изделий.

Согласно ГОСТ 15150-69, группы условий эксплуатации определяются в зависимости от климатического исполнения и категории размещения.

Условные обозначения покрытий в зависимости от климатических условий их эксплуатации

1. Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках и озерах:

У - для макроклиматического района с умеренным климатом;

УХЛ - для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом;

ТВ - для макроклиматических районов с влажным тропическим климатом;

ТС - для макроклиматических районов с сухим тропическим климатом;

Т - для макроклиматических районов с сухим и с влажным тропическим климатом;

О - для макроклиматических районов на суше, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение).

2. Изделия, предназначенные для эксплуатации макроклиматических районах с сухим климатом:

М - для макроклиматического района с умеренно холодным морским климатом;

ТМ - для макроклиматического района с тропическим морским климатом, в том числе для судов каботажного плавания или иных предназначенных для плавания только в этом районе;

ОМ - для макроклиматических районов с умеренно холодным и тропическим морским климатом, в том числе для судов неограниченного района плавания.

3. Изделия, предназначенные для эксплуатации во всех макроклиматических районах на суше и на море, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (всеклиматическое исполнение).

Условия обозначения изделий в зависимости от категории размещения

Укрупненные категории:

1 - для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности климатических факторов, характерных для данного микроклиматического района).

2 - для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, например в палатках, кузовах, прицепах, металлических помещениях без теплоизоляции, а также в оболочке комплексного изделия категории 1 (отсутствие прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков).

3 - для эксплуатации в закрытых помещениях (объемах) с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например в металлических с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения, существенное уменьшение ветра; существенное уменьшение или отсутствие воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги).

4 - для эксплуатации в помещениях (объемах) с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и др., в том числе хорошо вентилируемых подземных помещениях (отсутствие воздействия прямого солнечного излучения, атмосферных осадков; ветра, песка и пыли, наружного воздуха, существенное уменьшение или отсутствие воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги); для эксплуатации в помещениях (объемах) с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых подземных помещениях, в том числе шахтах, подвалах, в почве, в таких судовых, корабельных и других помещениях, в которых возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах и потолке, в частности, в некоторых трюмах, в некоторых цехах текстильных, гидрометаллургических производств и т.п.)

Дополнительные категории:

1.1 - для хранении в процессе эксплуатации в помещениях категории 4, так и (кратковременно) в других условиях, в том числе на открытом воздухе;

2.1 - для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категории 1; 1,1; 2, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах (например, внутри радиоэлектронной аппаратуры);

3.1 - для эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях (объемах);

4.1 - для эксплуатации в помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом;

5.1 - для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категории 5, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах (например, внутри радиоэлектронной аппаратуры).

Условия эксплуатации

Легкие условия характеризуются содержанием в атмосфере сернистого газа не более 0,02 мг/м3, хлористых солей не более 0,03 мг/ (м2сут), а также тем, что атмосфера не загрязнена газами промышленных объектов. Климат в помещении для хранения изделий должен быть регулярным.

Для средних условий эксплуатации характерна та же атмосфера, но возможно хранение изделий при холодном и умеренном климате под навесом или на открытом воздухе (в том числе и для сухого тропического климата).

Жесткие условия характеризуются: температура максимальная +850С и минимальная - 600С; относительная влажность 98% при температуре 250С (возможно повышение относительной влажности до 100% при температуре 250С); содержание коррозионно-активных агентов (сернистый газ - до 2 мг/м3, хлориды - до 2 мг/ (м3сут); наличие воздействия солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, пыли и конденсации влаги.

Особо жесткая группа эксплуатации характеризуется такими характеристиками: максимальная температура 850С, минимальная - 600С; относительная влажность 98% при температуре 350С (возможно повышение относительной влажности до 100% при температуре 350С); содержание коррозионно-активных агентов (сернистый газ - до 2 мг/м3, хлориды - до 30 мг/ (м3сут); наличие воздействия солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, песка, пыли, плесневых грибков и конденсации влаги.

Кроме того, согласно ГОСТ 15150-69 условия эксплуатации подразделяются на 8 групп.

В зависимости от требований, предъявляемых к эксплуатационным характеристикам деталей, различают покрытия:

защитные (для защиты покрываемого металла от коррозии);

защитно-декоративные (для защиты покрываемого металла от коррозии и придания декоративного вида);

специальные (для придания определенных свойств поверхности покрываемого металла).

Одни и те же покрытия в зависимости от области их применения могут относиться к защитным, защитно-декоративным или специальным.

Выбор типа гальванического покрытия и его толщины в зависимости от условий эксплуатации производится согласно ГОСТ 9.303-84.

Тип покрытия: цинкование.

Условия эксплуатации: для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

Толщина 9 мкм.

2.1.3 Обозначение и шифр покрытия

Покрытия обозначают в зависимости от способа их получения, материала покрытия, признаков, характеризующих их физико-механические и декоративные свойства, а также дополнительной обработки (ГОСТ 9.303-84).

Материал покрытия, состоящий из сплава, обозначают символами компонентов, входящих в состав сплава, разделяя их знаком тире, и в скобках указывают максимальную долю первого или первого и второго (в случае трехкомпонентного сплава) компонентов в сплаве, отделяя точкой с запятой. Например, покрытие сплавом медь-цинк с массовой долей меди 50...60% и цинка 40...50% обозначают М-Ц (60); покрытие сплавом медь-олово-свинец с массовой долей меди 70...78%, олова 10...1 8% и свинца 4... 20% обозначают М-О-С (78, 18).

В обозначении материала покрытия сплавом при необходимости указывают минимальную и максимальную массовые доли компонентов, например, покрытие сплавом золото-серебро-медь с массовой долей золота 98...99,6%, серебра 0,2...1% обозначают Зл-Ср-М (98...99,6; 0,2...1). В обозначении покрытий сплавами на основе драгоценных металлов деталей часов и ювелирных изделий допускается указывать среднюю массовую долю компонентов.

Виды многослойных покрытий и их обозначения приведены в ГОСТ 9.3Q3-84.

Обозначение цинкового покрытия: Ц 8.

2.1.4 Требования, предъявляемые к поверхности детали, предназначенной под покрытие, и методы получения заданного качества покрытия

Качество поверхности определяется двумя основными показателями: шероховатостью и волнистостью.

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности и оказывает существенное влияние на эксплуатационные показатели.

Шероховатость поверхности оценивается значениями, высотных параметров: Ra - среднее арифметическое отклонение профиля; Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам.

Шероховатость поверхности основного металла должна быть не более: Rz 40 мкм - под защитные покрытия; Ra 2,5 мкм - под защитно-декоративные покрытия; Ra 1,25 мкм - под твердые и электроизоляционные анодно-оксидные покрытия.

Волнистость поверхности - совокупность периодически повторяющихся неровностей, которые образуются прежде всего в связи с колебаниями или относительными колебательными движениями в системе станок - инструмент - изделие. Высота неровностей волнистости и высота шероховатости примерно одинаковые.

Поверхность деталей, изготовленных из горячекатаного металла, должна быть чистой, без травильного шлама, окалины, ржавчины и других загрязнений. Неоднородность проката, закатанная окалина, раковины, поры, расслоения, выявляющиеся после травления, полирования или шлифования, являются основанием для бракования детали, если после контрольной зачистки размеры детали выходят за предельные вследствие дефектов. На поверхности литых и кованых деталей не должно быть пор, газовых и усадочных раковин, шлаковых включений, спаев, недоливов, трещин, за исключением допустимых технической документацией на отливки и поковки. Детали после гидрообработки не должны иметь травильного шлама, шлака, окалины, ржавчины и заусенцев. Шлифованные и полированные детали длжны поступать без забоин, вмятин, раковин, расслоений, прижогов, рисок, трещин, заусенцев, пор и дефектов от рихтовочного инструмента.

Независимо от вида механической обработки и подготовки деталей острые углы и кромки деталей должны быть скруглены или иметь фаски, за исключением технически обоснованных случаев. На изделиях, выполненных газовой и дуговой сваркой, угловые, фасонные, радиусные швы стыковых и нахлесточных соединений выполняют непрерывными без непроваров. Сварные и паяные швы должны быть зачищены и не иметь дефектов, кроме допустимых технической документацией на сварку и пайку.

На рабочей поверхности литых деталей допускаются следы швов по разъему форм, следы питателей, зачищенные заподлицо с поверхностью детали, следы от выталкивателя.

Шероховатость поверхности должна быть: Rа=1 мкм; Rz=20 мкм

2.1.5 Требования к гальваническим покрытиям

К покрытиям в процессе производства и приемки предъявляются требования к внешнему виду и, при необходимости, к специальным свойствам.

Кроме того, для металлических покрытий устанавливают требования к толщине, пористости и прочности сцепления и, в случае испытаний сплавами, к химическому составу.

По внешнему виду, по химическому составу, защитным свойствам и пористости покрытие должно соответствовать требованиям ГОСТ 9.301-78.

Покрытие должно быть прочно сцепленным с основным металлом, без шелушения, сколов, вздутий и растрескивания и выдерживать испытания на прочность сцепления в соответствии с ГОСТ 9.302-79.

При выборе покрытий следует помнить, что шероховатость поверхности деталей после нанесения защитно-декоративных покрытий (никелевое, хромовое) остается без изменения, а после нанесения защитных и специальных покрытий (цинк, кадмий, серебро и др.) ухудшается в зависимости от толщины покрытия и технологии его нанесения.

Крепежные детали с толщиной покрытия менее 9 мкм применяют с обязательной дополнительной защитой в сборке от воздействия внешней среды лакокрасочными покрытиями, стойкими в данных условиях.

При предъявлении к покрытиям требований по блеску в обозначении покрытий указывается степень блеска: матовое, блестящее, зеркальное. Зеркальное покрытие получается непосредственно при электролизе или с помощью механических средств до и после нанесения покрытия.

В отверстиях, каналах, пазах, на вогнутых участках профилированных деталей и на внутренних поверхностях допускается уменьшение толщины покрытия до 50% по сравнению с требуемой по чертежу. В глухих узких, гладких и резьбовых отверстиях, каналах и пазах размером менее 12 мм на глубине одной ширины или одного диаметра толщина покрытия не нормируется. Это относится и к сквозным отверстиям (гладким и резьбовым) диаметром менее 6 мм при глубине более одной ширины или диаметра.

На полированной поверхности покрытий, кроме зеркальной, допускаются единичные (не более 5 шт. на 100 см') царапины или точки от полировочных паст и рихтовочного инструмента. На неполированной поверхности покрытия могут быть следы от механической обработки (штамповки, вытяжки и т.д.) в соответствии с требованиями стандарта на металл. В местах соприкосновения покрытых деталей с контактным приспособлением и на рабочей поверхности могут быть участки без покрытия, также возможны пятна вокруг раковин или пор, темные полосы или пятна в труднодоступных для зачистки углублений. Отсутствие покрытия допустимо: в сварных или паяных швах и около них; в порах, свищах, раковинах и местах шлаковых и оксидных включений; в других местах с дефектами поверхности, допустимыми стандартами или техническими условиями на литье или материал, на сварные и паяные соединения, на прокат.

На поверхности покрытия не допускаются пригары, вздутия, следы неотмытых солей, пузыри, отслаивание, шелушение, сколы, рыхлость, растрескивание, видимые следы от рук.

Согласно заданию к выбранному гальваническому покрытию предъявляются следующие требования:

2.2 Технологический процесс

2.2.1 Выбор технологической схемы нанесения покрытий

Технологический процесс нанесения" покрытий состоит из операций, которые можно разделить на механическую подготовку деталей, химическую и электрохимическую подготовку деталей перед покрытием, нанесение покрытий и заключительную обработку.

Выбор технологической схемы нанесения необходимого покрытия на детали определяется многими факторами: видом покрытия; природой металла детали; формой и размерами детали; качеством наружной отделки детали, поступающей на покрытие, и качеством внешнего вида детали после покрытия; экономической целесообразностью выбора этой или иной операции.

Сначала производят подготовительную операцию при помощи сортированной обтирочной ветоши, для этого необходимо широкоуниверсальное рабочее место. Монтаж деталей производят на автооператорной траверсе.

Электрохимическое обезжиривание является наиболее целесообразным видом обезжиривания. Оно почти не зависит от температуры и концентрации электролита, а определяется плотностью тока при катодным процессе. Сущность его заключается в бурном выделении пузырьков водорода на поверхности обезжиривания деталей. При этом они в течение первых же секунд разрывают и удаляют пленку жировых загрязнений, а роль щелочного раствора является вспомогательной и заключается в обволакивании частиц масел с образование эмульсии, а также в омылении органических и животных жиров. Для электрохимического обезжиривания используют раствор состава: натр едкий технический, сода кальцинированная марки Б, тринатрий фосфат технический, стекло натриевое жидкое содовое марки Б, ТМС "Элона".

Затем детали промывают в горячей проточной воде, производят промывку и активацию. В ванне каскадной промывки происходит противоточная двухступенчатая холодная промывка.

Для осаждения цинковых покрытий применяют различные электролиты: кислые, цианистые, аммиакатные, цинкатные и др.

В аммиакатном электролите цинк находится в виде комплексных катионов. Аммиакатные соединения цинка получаются при взаимодействии окиси цинка с аммонийными солями.

Самый распространенный состав аммиакатного электролита (г/л) и режим работы следующие: окись цинка 10-20; хлористый аммоний 200-300; борная кислота 25-30; клей 1-2; рН 5,9-6,5; температура 15-20 0С; i=0,5-1,0 А/дм2. Этот электролит используется при цинковании деталей насыпью при цинковании деталей насыпью в барабанах или колоннах. В стационарных ваннах при цинковании на подвесочных приспособлениях электролит подщелачивают до рН 7,2-7,5. В состав аммиакатных электролитов вводят буферные соединения для стабилизации величины рН в катодной зоне. В качестве буферных соединений используют борную кислоту или уксусные соли.

После цинкования производят улавливание, промывку холодную противоточную, сушку, демонтаж, контроль рабочим, контроль ОТК, упаковывание.

2.2.2 Определение времени обработки детали

Продолжительность электрического осаждения металлов (мин) определяется по формуле:

τ=δ60d/iKqВТ

где δ - толщина покрытия, мкм; d - плотность осаждаемого металла, г/см3; /к - катодная плотность тока, А/дм2; q - электрохимический эквивалент, г/Ач; ВТ - выход по току, %.

τ=9 60 7,14/1 1,3 98=30 мин

При покрытии мелких деталей в барабанах и колоколах происходит неравномерность пересыпания деталей и истирание покрывающегося слоя металла с поверхности деталей. В этом случае следует продолжительность электролиза т увеличить на 20...25%. Плотность тока при обработке мелких деталей в колоколах и барабанах не превышает 1...1,5 А/дм2.

Технологическое время для процессов оксидирования стали, фосфотирования, для подготовительных, заключительных операций, операций промывки и сушки не рассчитывается, а принимается на основе данных, полученных на практике.

2.2.3 Контроль качества покрытия

Самой первой оценкой электролитических покрытий является их внешний вид, который контролируется визуальным осмотром при нормальном дневном или искусственном освещении. Освещенность должна быть не менее 300 лк. В результате оценки по внешнему виду покрытия детали относятся к одной из групп: годные, дефектные, брак, а результаты осмотра оформляются документом.

Дефектными считают детали, с которых необходимо удалить недоброкачественное покрытие и нанести его повторно, а также детали, требующие доработки без снятия покрытия. К браку относятся детали с очагами коррозии, перетравленные, с механическими и другими повреждениями, а также на допускающие переделки со снятием недоброкачественного покрытия.

Во мн6огих случаях решающим признаком качества покрытия, которое должно соответствовать определенным техническим и экономическим требованиям, является его толщина. Выбор методики и приборов и методики для измерения толщины покрытий зависит от многих факторов: рода и формы покрытия и основного металла, необходимой точности и длительности измерения, допустимости или недопустимости разрушения покрытия или всей детали. Необходимо определить не только среднюю, н7о и минимальную толщину покрытия на определенных участках детали, так как даже на плоских деталях толщина слоя металла не одинакова в различных точках.

Методы измерения толщины слоя с разрушением детали делятся на химические, разрушающие только покрытия, и физическ5ие, нарушающие целостность не только покрытия, но и самой детали. Химические методы рекомендуются тогда, когда по производственным условиям допускается разрушение нанесенных на детали покрытий, что связано с потерей некоторых готовых деталей. При химических методах невозможно автоматизировать процесс контроля толщины покрытия в условиях серийного и массового изготовления деталей. Метод снятия заключается в растворении покрытия в таком растворе, который не повреждает основного металла. Растворение может быть химическим и электрохимическим. По массе растворенного покрытия определяют толщину покрытия. Масса покрытия определяется двумя способами: аналитическим и взвешиванием детали до и после покрытия.

2.2.4 Карты технологических процессов

После выбора технологической схемы гальванического покрытия и расчета времени обработки деталей на каждой операции составляют карту технологического процесса для механической подготовки и гальванического покрытия (таблица 2.2).

Таблица 2.2 - Технологическая карта процесса

2.3 Приготовление и корректировка электролита. Химический анализ электролита и покрытия. Удаление недоброкачественных покрытий

Для приготовления электролита, хранения и переработки непригодного для работы электролита используют специальные емкости с насосами. В крупных цехах имеется специальный участок корректировки растворов. Потребное количество емкостей и фильтров определяют на основании объемов производственных ванн. При описании стадии приготовления и корректировки электролитов необходимо пользоваться материалами технологической практики.

Корректировка электролита цинком хлористым производится периодически, так как анодный выход цинка по току несколько превышает катодный, что в основном компенсирует вынос ионов цинка покрываемыми деталями. В случае накопления ионов цинка в электролите, необходимо разбавить электролит.

Калий хлористый и борная кислота выносятся только деталями, и корректирование этими химикатами производится по данным анализа. Следует учесть, что на работу ванны большое влияние оказывает концентрация цинка хлористого и калия хлористого.

Рекомендуется концентрация цинка хлористого 70 г/л, хотя для деталей сложной конфигурации это количество может уменьшиться до 50 г/л.

В случае простых деталей и необходимости высоких плотностей тока его количество доводится до 100 г/л, при этом следует стремиться к тому, чтобы общая концентрация ионов хлора была 150-160 г/л, что компенсируется калием хлористым.

Корректирование блескообразующей добавкой следует проводить по данным теста в ячейке Хула или по действительному расходу добавки на 1 м2 покрываемой поверхности.

Расчетный норматив расхода добавки 20-25 мл/л2. При цинковании в барабанах расход добавки увеличивается в 1,3-1,7 раза.

Соотношение ионов цинка и хлора в электролите должно поддерживаться в пределах 3,0-9,0, при этом оптимальным будет соотношение 4,0 для стационарных ванн и 7,5 - для барабанных.

Электролит с добавками ЦКН, особенно чувствителен к загрязнениям ионами тяжелых металлов и органическими соединениями. К вредным примесям тяжелых металлов относятся медь, хром, свинец, железо, никель, кадмий. Максимально доступные концентрации примесей:

Cu-15 мг/л;

Cr-2 мг/л;

Pb-5 мг/л;

Fe-100 мг/л;

Ni-50 мг/л;

Cd-5 мг/л.

Наиболее часто встречающейся примесью является железо, присутствие которого ухудшает сцепление цинка с основой, увеличивает хрупкость покрытия.

Удаление железа производится в следующей последовательности:

перекачать электролит в запасную емкость;

довести рН электролита до 5,8-6,0;

нагреть электролит до 50-600С;

добавить 1-2 мл/м перекиси водорода;

через несколько часов профильтровать;

охладить электролит и откорректировать рН раствора;

перекачать электролит в основную ванну;

ввести блескообразующую добавку и откорректировать электролит по основным компонентам.

Медь, никель, кадмий, свинец удаляются проработкой электролита при низкой плотности тока 0,1-0,3 А/дм2. Шестивалентный хром удаляется из электролита обработкой его небольшим количеством гидросульфата натрия на основе опытов в ячейке Хула. С целью уменьшения загрязнения электролита ионами тяжелых металлов следует своевременно извлекать упавшие на дно ванны детали.

Если корректированием и фильтрацией не достигается получение доброкачественного покрытия, то электролит заменяют. Для этого насосом электролит перекачивают в ванну промывки, а из нее через нижний сливной штуцер спускают в канализацию. Из ванны извлекают упавшие детали, моют ее, перекачивают приготовленный электролит из запасной емкости.

3. Материальный баланс

3.1 Расчет потребности химикатов и электродов

Расчет потребности в химикатах, катодах, ан6одах и других материалах складывается из потребности на первоначальный пуск ванн и оборудования, и расхода на выполнение годовой программы.

А. Расчет потребности химикатов (кг) на первоначальный пуск ванны производится по формуле

Gп=СVn/1000

где С - концентрация компонента в растворе, г/л;

V - объем ванны, л;

n - количество ванн.

На обезжиривание

натр едкий:

Gп = 15 2,6/1000=0,039

сода кальцинированная:

Gп =25 2,6/1000=0,065

тринатрий фосфат:

Gп =40 2,6/1000=0,104

стекло натриевое:

Gп =4 2,6/1000=0,01

ТМС "Элона":

Gп =2 2,6/1000

На активацию кислота соляная:

Gп =50 2,6/1000=0,13

На цинкование окись цинка:

Gп =20 2,6/1000=0,05

аммоний хлористый:

Gп =270 2,6/1000=0,7

кислота борная:

Gп =30 2,6/1000=0,078

клей мездровый:

Gп =2 2,6/1000=0,005

Б. Расчет потребности химикатов (кг) на выполнение годовой программы ведется по формуле

GГ=Sq/1000

где S - годовая производственная программа цеха, м2;

q - удельная норма расхода химикатов рассчитывается по формуле

q=Р х С

здесь С - концентрация химического компонента в растворе, г/л;

Р - технические неизбежные потери раствора на корректировку, фильтрацию, с воздухом в вентиляцию, с деталями и приспособлениями, л/м2

Следовательно,

GГ=SРС/1000

Активация

GГ=13500 0,5 50/1000=337,5

Обезжиривание натр едкий:

GГ=13500 0,5 15/1000=101,25

сода кальцинированная:

GГ=13500 0,5 25/1000=168,75

тринатрий фосфат:

GГ=13500 0,5 40/1000=270

стекло:

GГ=13500 0,5 4/1000=27

ТМС:

GГ=13500 0,5 2/1000=13,5

Цинкование окись цинка:

GГ=13500 0,2 20/1000=54

аммоний хлористый:

GГ=13500 0,2 270/1000=729

кислота борная:

GГ=13500 0,2 30/1000=81

клей:

GГ=13500 0,2 2/1000=5,4

В. Удельная норма расхода окиси цинка рассчитывается по формуле

q=t ([ZnO] + РВСХА) +СХА (Р Д + Р К),

где [ZnO] - теоретический расход окиси цинка на получение покрытия толщиной 1 мкм, г/м2 мкм;

РВ, РД, РК - потери электролита в вентиляции, с деталями и на корректировку;

СХА - концентрация окиси цинка в электролите, г/л.

Теоретический расход окиси цинка рассчитывают по формуле

[ZnO] =dMХА/МХА,

где d - плотность цинка, г/см3;

МХА и МХ - молекулярный вес окиси цинка и цинка.

[ZnO] =7,14 81,4/65,4=8,9

q=9 (8,9+0,25 20) +20 (0,25+0,25) =135

Г. Расход растворимых анодов (кг) определяется потребностью металла, идущего на получение покрытия на деталях, неизбежным расходом на покрытие подвесок и рассчитывается по формуле

G=1,05 Si td/1000,

где Si - площадь покрываемой поверхности с учетом подвесок, м2;

d - плотность металла, г/см3;

t - толщина покрытия, мкм.

Коэффициент 1,05 учитывает неизбежные потери анодного материала при механическом изготовлении анодов.

G=1,5 1,71 9 7,14/1000=0,12

Д. Расход нерастворимых электродов определяется их механическим и химическим износом в процессе работы ванны по следующей формуле:

САН= (КLHtd) /1000,где К - коэффициент сменяемости анодов (катодов), (раз/год),

L,H,t - длина, ширина (принимается 0,6 от общей длины ванны за вычетом размеров змеевиков) и толщина анода, см;

d - плотность металла анода (катода), г/см3.

L=224 0,6=134,4

H=80 0,6=48

t=20

d=7,8 г/см3

Обезжиривание:

САН= (0,1 134,4 48 20) /1000=13

Активация:

САН= (0,2 134,4 48 20) /1000=25,8

Цинкование:

САН= (2 134,4 48 20) /1000=258

Е. Расход материалов на шлифование и полирование определяют по нормам, приведенным в таблице.

Таблица 3.1

Ж. Расход материалов на изготовление подвесочных приспособлений составляет 5-8 кг на 1 м2 покрываемой поверхности.

З. Данные по расходу химикатов и электродов сводятся в таблице 3.2

Таблица 3.2

Сводная ведомость расхода химикатов и электродов

3.2 Расчет расхода воды

При нанесении гальванических покрытий потребуется большое количество воды, которая расходуется на составление электролитов, растворов, на промывку деталей, охлаждение ванн и источников тока. На промывку деталей расходуется основная масса воды. В целях экономии воды необходимо использовать многоступенчатую промывку и обязательно повторно использовать воду, применяемую на охлаждение оборудования.

Расход воды на приготовление электролита рассчитывается на основании объема и количества соответствующих ванн нанесения покрытия, предварительной подготовки и окончательной обработки поверхности деталей. Расход воды на корректировку растворов и промывку оборудования принимают 20 - 40% от расхода воды на приготовление растворов.

При выборе схем промывки необходимо соблюдать следующие условия:

одноступенчатая схема промывки применяется в автоматических линиях при малом удельном выносе раствора, низком критерии промывки, небольшой производительности линии, для предварительных и заключительных операций по нанесению покрытия на подвесках, а также если расчетный расход воды меньше объема воды в промывной ванне;

двухступенчатая схема промывки применяется при большой производительности оборудования, высоком критерии промывки, большом удельном выносе раствора, при промывке в барабанах, насыпью в корзинах, а также если расчетный часовой расход воды больше объема воды в промывной ванне.

Расчет расхода воды на промывные операции до достижения в ванне улавливания 40% -ой концентрации основного компонента в рабочей ванне производится по следующим формулам:

при одноступенчатой промывке

QЦ=0,11kV;

где V - объем ванны улавливания;

k - критерий окончательной промывки, показывающий во сколько раз следует снизить концентрацию основного компонента электролита, выносимого поверхностью деталей, до допустимого значения, и определяемый согласно следующей формуле:

k=C0/CД;

где C0 - концентрация основного компонента в рабочей ванне, г/дм2;

CД - допустимая концентрация основного компонента в последней ванне промывки.

k=500;

QЦ=0,11 500 2,6 1,5=215

при двухступенчатой прямоточной промывке

QЦ=0,24 (1+m) V k/m, где m=QЦ/Q (как правило, m=3);

QЦ=0,24 (1+3) 2,6 1000/3 1,5=70

при двухступенчатой противоточной промывке

QЦ=0,24V k

QЦ=0,24 2,6 2000 1,5=42

После достижения в ванне улавливания 40% концентрации основного компонента в рабочей ванне в ней производится замена воды. Продолжительность цикла до достижения указанной концентрации в ванне улавливания находится по формуле:

t=0,5V/qS

где q - удельный вынос раствора из ванны деталями и подвеской.

t=0,5 2,6/1,71 0,2=4

Данные по расчету потребности в воде с указанием характера сточной воды заносится в таблицу 3.3

Таблица 3.3

Ведомость расхода воды

3.3 Расчет расхода сжатого воздуха

Давление 0,5 МПа на перемешивание 1 м3 раствора приближенно составляет 12 - 15 м3/ч.

Таблица 3.4.

Перечень операций, при выполнении которых требуется перемешивание сжатым воздухом

4. Экология и очистные сооружения гальванического цеха

В данном разделе следует разработать эффективные мероприятия по защите окружающей среды, используя новейшую отечественную и зарубежную информацию в этой области. Действующие стандарты по охране природы и опыт промышленных предприятий.

4.1 Требования к организации производства очистки сточных вод

Все сточные воды цехов покрытий токсичны и их следует сбрасывать в канализацию и водоемы только после соответствующего обезвреживания, очистки и нейтрализации.

Сточные воды следует подразделять на четыре категории:

отработанные концентрированные растворы и электролиты;

низкоконцентрированные промывные сточные воды;

незагрязненные воды от охлаждения оборудования;

воды от мойки оборудования и тары, мокрой уборки помещений.

Для сброса и отвода низкоконцентрированных промывных сточных вод и отработанных концентрированных растворов и электролитов следует предусматривать строительство систем канализации.

Выбор оптимального метода очистки сточных вод необходимо осуществлять с учетом следующих факторов:

возможности получения требуемого количества воды из источников водоснабжения;

затрат, связанных с получением воды из источников;

требований к качеству вод для производства покрытий;

возможности выполнения реконструкции сетей цеха покрытий для улучшения схемы промывки и раздельного канализационирования сточных вод;

возможности использования очищенной воды;

условий отведения сточным вод и места сброса;

технико-экономических показателей различных методов очистки сточных вод.

Наиболее распространенными методами очистки сточных вод цехов покрытий считаются:

Реагентный метод, основанный на реакциях окисления, восстановления, нейтрализации, коагуляции, осаждения, в результате которых токсичные соединения разрушаются с образованием малотоксичных, в большинстве случаев выводящихся из стоков в осадок.

Метод ионного обмена, основанный на последовательном вы- Делении из стока катионов и анионов путем фильтрования на ионитовых фильтрах.

Электрокоагуляционный метод очистки хромсодержащих сточных вод. который основан на восстановлении шестивалентного хрома до трехвалентного хрома в процессе электролиза сточных вод с использованием стальных электродов.

Преимущества реагентного метода очистки сточных вод:

надежность очистки от токсичных соединений при сложном составе примесей;

незначительная чувствительность к примесям органического характера, маслам, механическим примесям.

Метод ионного обмена целесообразно использовать как средство доочистки сточных вод после реагентной очистки. Реагентная очистка с доочисткой методом ионного обмена требует меньше площадей и объемов очистных сооружений, чем при применении Только ионного обмена.

Электрокоагуляционный метод очистки сточных вод обеспечивает высокий эффект удаления из воды загрязнений в виде взвесей (минерального, органического и биологического происхождения), коллоидов (соединений железа, веществ, обусловливающих цветность воды), а также отдельных веществ, находящихся в молекулярном и ионном состоянии.

Преимущества электрокоагуляционного метода очистки сточных вод:

компактность очистной установки, не требующей дополнительных производственных площадей;

простота эксплуатации очистной установки;

отсутствие реагентного хозяйства.

Реагентным и ионообменным методами следует обезвреживать кислотно-щелочные, хромсодержащие и циансодержащие воды.

Для очистки хромсодержащих сточных вод следует также применять метод электрокоагуляции.

В зависимости от количества сточных вод их обезвреживание проводится по периодической или непрерывной схеме.

С целью правильного выбора схемы очистки сточных вод предварительно следует установить:

а) объем по каждому виду стоков;

б) возможность повторного использования очищенной воды;

в) место сброса сточных вод.

Обезвреживание по непрерывной схеме следует проводить при количестве сточных вод более 120 м3/сут и равномерной работе сооружений в течение суток.

При разработке технологических схем следует предусмотреть смешение сточных вод с различными загрязнениями, если такое смешение не ухудшает эффекта очистки по каждому виду загрязнений и не приведет к образованию пожаровзрывоопасных и ядовитых испарений.

5. Экономическая часть

Организация работы имеет одной из главных целей обеспечить постоянную полную загрузку бригады. Необходимо так подбирать партии цинкуемых деталей применительно к имеющемуся оборудованию, чтобы за время сравнительно длительного нахождения деталей в ванне цинкования бригада смогла быть полностью занята подготовкой партии деталей для следующей загрузки. Это требует от бригадира учета конструктивных особенностей деталей, требований к их цинкования, определение величины партии деталей, полностью загружающей ванну, учета трудоемкости подготовительных работ. При такой организации труда работы бригады большое значение имеет рациональное устройство рабочего места. Полезные указания об этом имеются в специальной инструкции.

Повышение производительности ванн. Для этого необходимо рационально загрузить ванны деталями, полностью загрузить их током, сократить продолжительность цинкования за счет уменьшения расчетного слоя цинка, увеличения выхода по току, повышения равномерности покрытия. Для рациональной загрузки ванн деталями целесообразно распределить их по группам таким образом, чтобы в каждой группе были детали однотипные: по габаритным размерам, толщине слоя цинка, величине поверхности и форме. Для каждого типа деталей разработать рациональные приспособления для завешивания в ванну.

Величина поверхности загруженных в ванну деталей определяется значением полной токовой нагрузки ванны, т.е. силой тока, при которой заданная температура электролита поддерживается за счет джоулевой теплоты, без подачи пара (для горячих электролитов).

Если по габаритным размерам детали загружают ванну полностью, а по величине поверхности загрузка недостаточна, то повышают плотность тока по возможности до достижения полной токовой нагрузки. Такое повышение плотности тока с сохранением требуемого качества покрытия достигается на основе изложенных ранее закономерностей, определяющих рабочий интервал.

Выход цинка по току является важным показателем эффективности электролита, однако при технико-экономическом анализе для выбора электролита учитываются и другие его особенности: потери окиси цинка, зависящие от его концентрации в электролите, необходимость специальных установок для охлаждения электролита при низких температурах, химическая агрессивность электролита, сложность его состава и др.

При нанесении толстых покрытий значительное повышение производительности ванн может быть достигнуто за счет мероприятий, повышающих равномерность покрытия. Скорость наращивания покрытия определяется на том участке поверхности, где толщина покрытия наименьшая. Поэтому, чем более равномерно покрытие, тем выше расчетная скорость наращивания при той же заданной средней плотности тока.

6. Техника безопасности и производственная санитария в цехе металлопокрытий

Гальванические цехи характеризуются наличием значительного количества вредных для человеческого организма паров, газов и пыли различных химических веществ. Кроме того, обилие промывных ванн в помещении создает повышенную влажность.

Нормальные условия для работы в цехе обеспечиваются при создании приточно-вытяжной вентиляции, поддержание температуры воздуха в цехе в зимнее время в пределах 18-200С и хорошем освещении.

Работающие в цехах обязаны выполнять правила личной гигиены, техники безопасности, промсанитарии и противопожарной охраны. К работе допускаются лица, прошедшие соответствующий инструктаж.

Рабочие обеспечиваются спецодеждой: резиновыми сапогами, фартуками, резиновыми перчатками и халатами, пользование которыми разрешается только в рабочее время. В нерабочее время спецодежда должна храниться в отведенных для этой цели шкафчиках в отдельных помещениях.

Чистку штанг и анода следует производить во влажном состоянии, смачивая щетки водой.

При выполнении операции обезжиривания в органических растворителях следует иметь в виду пожаро- и взрывоопасность растворителей, а также их токсичность. Поэтому работать с растворителями можно только при включенной вентиляции.

Растворители должны храниться в специальной таре с плотно закрытыми крышками.

Во избежание пожаров и взрывов не допускается курение и пользование электронагревательными приборами. Помещения должны быть специально оборудованы в соответствии с требованиями пожарной безопасности.

Заключение

В процессе работы были выбраны технологический процесс цинкования стальной детали; разработана карта технологического процесса цинкования; выбрана методика приготовления, анализа, корректировки и регенерации растворов и электролитов, применяемых в технологическом процессе; определена потребность в материалах и химикатах для выполнения годовой программы.

Эффективность выбранной технологии покрытия определяется отработанным составом электролита и режимом электроосаждения.

Библиографический список

1.         Виноградов С.Н., Таранцев К.В. Дипломное проектирование по специальности 25.03 - Пенза, 2000

2.         Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство - Москва, 2002

3.         Вансовская К.М. Гальванические покрытия - Ленинград, 1984

4.         Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами - Москва, 1979

5.         Ямпольский А.М. Краткий справочник гальванотехника - Ленинград, 1972