CC BY
117
иды осаждаются в виде порошков или хлопьев и отличаются неспособностью дисперсных частиц связывать молекулы воды. Дисперсная система с частицами размером от 1 ■ 10-5 до 1 мм называется суспензией или взвесью [8].
Образование структурированной системы вносит значительные изменения прежде всего в кинематику потока: изменяется распределение скоростей по сечению потока; более крупные частицы, переносимые структурированной системой, распределяются по сечению более равномерно; ухудшается сегрегация и разделение твердых частиц по плотности и крупности. Динамические характеристики потока неоднородной
жидкости отличны от аналогичных характеристик потока однородной жидкости. Потери напора при движении гидросмесей будут иными, чем при движении однородной жидкости. Кинематическая структура потока неоднородной жидкости прежде всего характеризуется полем усредненных во времени локальных скоростей для точек рассматриваемого живого сечения потока. Если движение такой жидкости равномерное и по усредненным во времени характеристикам установившееся, то поля скоростей по длине потока будут неизменными.
Статья поступила 04.12.2014 г.
1. Берт Р.О., Милз К. Технология гравитационного обогащения. М.: Недра, 1990.
2. Великанов М.А. Русловый процесс. М.: Физматгиз,1958. 359 с.
3. Маньков В.М., Замятин О.В. Извлечение мелкого золота из россыпей с использованием центробежных методов обогащения // Горный журнал. 1994. № 1. С. 44-46.
4. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.
5. Теоретические основы перемещения, промывки и обогащения полезных ископаемых: монография / К.Л. Ястребов, Б.А. Байбородин, Т.Я. Дружинина, В.В. Надршин. Иркутск:
Библиографический список
Изд-во ИрГТУ, 2010.
6. Традиционные и перспективные процессы промывки и обогащения полезных ископаемых: монография / К.Л. Ястребов, Б.А. Байбородин, Т.Я. Дружинина, В.В. Надршин. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011.
7. Ястребов К.Л. Развитие теории, технологии и совершенствование конструкции оборудования рудного самоизмельчения и гравитационного обогащения полезных ископаемых: дис. ... д-ра техн. наук. Иркутск. 2002.
8. Ястребов К.Л. Техническое обеспечение процессов обогащения россыпных месторождений // Металловеды и машиностроители. Иркутск: Изд-во ИРГУПС, 2012.
УДК 621.537
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ХРОМИРОВАНИЯ ИЗ ЭЛЕКТРОЛИТА С ДОБАВКОЙ ИОНОВ ХЛОРА
© Б.Н. Михайлов1, Р.В. Михайлов2
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
При использовании электролитов хромирования с добавками ионов хлора достигнуты высокие технологические характеристики процесса, снижение энергозатрат и удельного расхода сырья. Эти электролиты позволяют получать покрытия с более высокими физико-механическими и эксплуатационными показателями и являются более «чистыми» в экологическом плане. Разработан экономичный способ хромирования из электролита с добавкой ионов хлора, обеспечивающий получение покрытия с высокой износостойкостью, что позволяет уменьшить его толщину без уменьшения срока службы изделия. Достигнуто снижение энергозатрат на процесс и величины выбросов токсикантов в окружающую среду.
Ключевые слова: хром; гальваника; покрытия; характеристики; экология; ресурсосбережение.
STUDY OF ELECTROLYTIC CHROME PLATING WITH ADDITION OF CHLORIDE IONS B.N. Mikhailov, R.V. Mikhailov
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Through the use of chromium plating electrolytes with the additives of chloride ions high technological characteristics of the process have been achieved and both energy costs and specific consumption of raw materials have been reduced. The electrolytes under discussion allow to produce coatings with higher physico-mechanical and performance properties and they are more environmentally friendly. A cost-effective method of electrolytic chrome plating with addition of chloride ions has been developed. It enables the obtaining of highly wear-resistant coatings and, as a result, allows to reduce coating thickness with no effect on the product service life. The process energy costs have been reduced as well as the amount of hazardous toxic emissions into the environment. Keywords: chromium; plating; coatings; characteristics; ecology; resource-saving.
1Михайлов Борис Николаевич, кандидат технических наук, профессор кафедры химической технологии неорганических веществ и материалов, тел.: (3952) 405497, 89643564499, e-mail: [email protected]
Mikhailov Boris, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Chemical Technology of Inorganic Substances and Materials, tel.: (3952) 405497, 89643564499, e-mail: [email protected]
2Михайлов Роман Владимирович, аспирант, тел.: (3952) 405497, 89501025821, e-mail: [email protected] Mikhailov Roman, Postgraduate, tel.: (3952) 405497, 89501025821, e-mail: [email protected]
В современном машиностроении на первый план выходят эколого-экономические аспекты трибологии [1]. В наши дни основными потребителями топливно-энергетических ресурсов стали машины: ежегодно третья часть вырабатываемой в мире энергии и до 25% используемых металлов расходуются на эксплуатацию и ремонт машин (на преодоление сил трения и на борьбу с износом). Активно разрабатываются пути снижения энергетических, а также экологических потерь в самих машинах и в их узлах трения.
В результате принятых мер на преодоление сил трения расходуется: у современного авиационного реактивного двигателя - от 1,5 до 2% его мощности; у поршневого двигателя - 9%; у нового автомобильного двигателя (ведущих фирм мира) - до 40-45%; у тягового подвижного состава железных дорог - более 50%; на текстильных предприятиях - более 80% установленной мощности.
Потери на трение преимущественно приходятся на изнашивание и повреждения в результате изнашивания деталей машин. Характерным является тот факт, что энергии в 1 кВт, израсходованной на изнашивание элементов машины, будут соответствовать в 2,5-3 раза большие затраты энергии при их восстановлении (ремонте). Затраты на ремонт и обслуживание машин стали в несколько раз превышать стоимость новых: автомобилей - до 6 раз, самолетов - до 5 раз; станков - до 8 раз [1]. В целом по стране по данным разных источников на ремонт и обслуживание машин за все время их эксплуатации затрачивается в 5-10 раз больше средств, чем на изготовление новых машин [11].
Износостойкое хромирование широко применяется в технологии машиностроения, автомобиле- и авиастроения для увеличения срока службы деталей, работающих в условиях изнашивания при трении, главным образом, в присутствии жидкой смазки [4].
Для высоконагруженных узлов трения, работающих при температурах, превышающих температуру термической устойчивости жидких смазок, разработаны композиционные хромовые покрытия с добавкой дисульфида молибдена, обеспечивающей антифрикционный эффект. Хромирование получило широкое распространение как для изготовления новых, так и для восстановления изношенных деталей. Альтернативные способы нанесения износостойких покрытий либо дороги, либо малотехнологичны.
Хромирование - один из наиболее старых и изученных методов получения покрытия, обладающего широким спектром полезных свойств [4]. Для хромирования, как правило, применяют так называемые универсальные электролиты на основе соединений Cr6+, рекомендуемые ГОСТ 9.305-84. Данные электролиты, к сожалению, имеют низкую рассеивающую способность (РС) и недостаточную эффективность использования электроэнергии, т.е. высокий удельный расход электроэнергии ^уд) вследствие низкого выхода по току (Вт), и «грязны» в экологическом плане [4-6].
Электролитический хром - металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, отличается высо-
кой коррозионной стойкостью, низким коэффициентом трения, высокой твердостью и износостойкостью. Высокая твердость электролитического хрома объясняется мелкозернистой структурой осадка. Хром обладает высокой склонностью к пассивированию, благодаря чему приближается по стойкости к благородным металлам.
Сцепление электролитического хрома со сталью, никелем, медью, латунью при тщательном проведении подготовительных операций и соблюдении режима хромирования хорошее. Хромовые покрытия выдерживают динамическую нагрузку, равномерно распределенную по всей поверхности, и разрушаются под действием сосредоточенных ударов или больших удельных нагрузок.
Физико-механические свойства электролитического хрома (структура, твердость, хрупкость, внешний вид, износоустойчивость, коррозионная стойкость и т.п.) во многом зависят от режима электроосаждения [2-4, 7-10].
В зависимости от условий электролиза твердость хромового покрытия может изменяться от 500 до 1200 по Виккерсу [8, 9]. Наиболее твердые осадки хрома значительно превышают по твердости обычные конструкционные материалы и в 1,5 раза выше твердости азотированной стали.
От режима электролиза в большей степени зависит пластичность хрома, особенно велико влияние температуры электролита, при изменении которой возможно получение электролитического хрома от хрупкого до относительно вязкого. Хрупкие осадки хрома осаждаются при низкой температуре электролита и высокой плотности тока, вязкие - при достаточно высокой температуре и низкой плотности тока.
Прочность сцепления электроосажденного хрома с основой определяется подготовкой поверхности металла детали, а также природой металла и поддержанием в процессе хромирования установленного режима электролиза. Толщина покрытия влияет на его напряженное состояние, но не влияет на прочность сцепления.
Высокая твердость, низкий коэффициент трения и химическая стойкость электролитического хрома способствует его высокой износостойкости. При правильно выбранных условиях нанесения и эксплуатации хромового покрытия износостойкость стальных деталей возрастает в результате хромирования примерно в 3-5 раз.
При хромировании возможно охрупчивание материала подложки за счет выделения в процессе электролиза водорода, который частично растворяется в стали и тем в большей степени, чем выше температура. Обезводораживание деталей после хромирования прогревом в масленой ванне обеспечивает более высокую коррозионную стойкость, чем прогревом на воздухе. Это связанно с заполнением пор и трещин маслом.
По своему положению в ряду напряжений хром относится к группе электроотрицательных металлов. Однако благодаря исключительной способности хрома пассивироваться на воздухе хром является като-
дом в паре железо-хром. Таким образом, хром не обеспечивает электрохимическую защиту и может защищать железо только механически при условии беспористости покрытия.
В атмосферных условиях осадки хрома сохраняют свои блеск и цвет длительное время. Объясняется это тем, что прозрачная пассивная пленка на поверхности хрома отличается малой толщиной и высокой сплошностью, хорошо предохраняет покрытие от потускнения.
Хром обладает коррозионной стойкостью по отношению ко многим кислотам, щелочам и солям. Так, органические кислоты, смолы, сероводород, разбавленная серная кислота, азотная кислота, щелочи и нейтральные растворы солей на хром не действуют. В соляной и горячей концентрированной серной кислоте хром растворяется энергично. На скорость растворения хрома большое влияние оказывает температура электролита. Осадки хрома, полученные при низких температурах электролиза, растворяются в этих кислотах с большей скоростью, чем осадки, полученные при высоких температурах.
Защитная способность электролитического хрома определяется его пористостью, которая зависит от режима хромирования, состава электролита и толщины покрытия. Пористость может быть полностью устранена подбором условий хромирования.
Герметичность и защитные свойства хромовых покрытий повышают путем уплотнения покрытий алмазным инструментом, заполнением пор маслом или клеем, полимеризующимися или поверхностно активными веществами, а также низкомолекулярными полимерами.
Пропитка хромовых покрытий термопластами обеспечивает более надежную защиту стали от воздействия морской атмосферы, чем обработка маслом. Установлено, что пропиточные составы на основе термопластов значительно улучшают защитные свойства хромовых покрытий.
Виды хромовых покрытий [4]. В зависимости от условий электролиза из универсального электролита возможно получить четыре основных типа хромовых осадков:
- молочные осадки получаются при температуре 65-70°С и плотности тока 1500-2500 А/м , характеризуются микротвердостью 250-75 кг/мм2;
- блестящие осадки получаются при температуре 48-60°С и плотности тока 3000-10000 А/м2, характеризуются микротвердостью 900-1242 кг/мм2 и широко разветвленной сеткой трещин;
- матовые осадки получаются при температуре 40-45°С и плотности тока 4500-5000 А/м , отличаются высокой микротвердостью 1100-1300 кг/мм , хрупкостью и наличием сетки трещин;
- пористые осадки получаются при температуре 50-60°С и характеризуются широко развитой сеткой каналов (или сообщающихся точек). Они получаются при плотности тока 100-300 А/дм2 с последующей анодной обработкой, их микротвердость составляет 950-1031 кг/мм2.
Структурное отличие хромовых электролитических покрытий от металлургического хрома состоит в наличии значительного количества неравновесных избыточных фаз (пересыщенные твердые растворы, интерметаллические соединения, отсутствующие на диаграмме состояния), сверхравновесного количества вакансий, межузельных атомов, дислокаций и других образований, а также разнообразных примесных веществ, как правило, отсутствующих в металлургическом хроме [9].
Возникновению вакансий благоприятствует высокое катодное перенапряжение при электрокристаллизации. При выделении металлов оно составляет сотни милливольт. Такая величина перенапряжения соответствует избыточной энергии разряжающихся частиц до 10 кТ, что существенно превышает энергию атомов при предплавильных температурах [7]. Избыточная энергия частиц быстро рассеивается, но столь значительное отклонение от равновесия способствует образованию неравновесных точечных дефектов.
Адсорбция примесей повышает вероятность возникновения вакансий как в результате недостройки некоторых атомных рядов, так и снижения поверхностной энергии растущих кристаллитов.
При электролизе формирование покрытий происходит в условиях интенсивного воздействия ионов, происходит как бы бомбардировка металлов ионами, что приводит к образованию частиц с высокими значениями избыточной энергии.
Концентрация дефектов в осадках металлов зависит от количества водорода, выделяющегося совместно с металлом. При хромировании уменьшение выхода по току водорода (и соответственно увеличение выхода по току хрома) уменьшает число пор в получаемых покрытиях [4, 7-9].
Электроосаждение покрытий происходит в термодинамически неравновесных условиях: чем выше величина перенапряжения при осаждении, тем сильнее нарушается нормальный рост кристаллов и тем выше дисперсность и дефектность структуры покрытия. Измельчение структуры покрытий обуславливает увеличение в них концентрации вакансий.
Размер зерна металлов электролитически осажденных из водных растворов простых веществ (солей, кислот) зависит от их природы и величины катодного перенапряжения и составляет от 10 до 10 м [4]. Появление избыточных вакансий в решетке кристаллитов малого размера приводит к уменьшению межатомных расстояний и возникновению в ней внутренних напряжений. В случае значительной деформации кристаллической решетки возможна ее структурная перестройка и образование в осажденных металлах термодинамически неравновесных фаз.
Другая причина появления дислокаций обусловлена фазовыми превращениями, протекающими в покрытиях при старении. Известно, что при осаждении хрома в определенных условиях на катоде возникает метастабильная гидридная модификация хрома с ГПУ решеткой, имеющая низкую термическую устойчивость 50-60°С [7]. В процессе осаждения и в после-электролизный период она разлагается с выделением
водорода и образованием равновесной ОЦК решетки. ОЦК решетка электролитического хрома имеет плотность 7210 кг/м3, а ГПУ - 6080 кг/м . Перестройка сопровождается уменьшением объема осадка, увеличением плотности дислокаций и появлением внутренних напряжений (ВН) растяжения.
Согласно [5-7], в осадках хрома ВН = +100...1100 МПа. Размер зерна - от 10-6 до 10-8 м. Преобладающий дефект - вакансии. По данным рентгеновских исследований, плотность дислокаций в ординарных гальванических покрытиях весьма велика и составляет 1015-1017 м-2, причем распределение плотности дислокационной структуры характеризуется неоднородностью.
Нами определены значения ВН = +500.1200 МПа в зависимости от природы добавки и режима осаждения [5-7].
Металлургический хром имеет ОЦК решетку, электролитический - высоко-температурную ГПУ (или сложную кубическую) в зависимости от состава электролита и режима осаждения. С повышением концентрации легирующего компонента в сплавах размер зерен уменьшается, так как при этом увеличивается число центров кристаллизации, что и приводит к измельчению структуры покрытий. Наиболее дисперсные структуры формируются при осаждении с основным металлом нескольких легирующих компонентов.
Металлоиды измельчают структуру сплавов в большей степени, чем металлы. Эта повышенная способность металлоидов измельчать структуру основного металла обусловлена главным образом включением в осадки значительного количества примесей, блокирующих рост зерен. В нашем случае в состав электролитического хрома возможно внедрение углерода и азота, так как при пониженной температуре электролиза в электролите наблюдается заметная растворимость как углекислого газа, так и других компонентов воздуха. По нашему мнению, значительно диспергирует структуру хрома включение в осадки сплавов хрома адсорбированных и не полностью восстановленных ионов СЮ4"2 и СгС1203-2, так как они обладают высокой поверхностной активностью и действуют подобно ПАВ.
Исходные вещества и материалы. Для целей исследования применялись материалы: ангидрид хромовый марки «чда»; кислота серная марки «ч»; кислота соляная марки «ч»; медь сернокислая марки «ч». В качестве материала катода применялась сталь 20, анода - свинец. Материалом электродов кулоно-метра служила медь марки МО ГОСТ 1218-69.
Методика исследования. Исследование процесса электроосаждения хрома с добавкой ионов хлора проводилось в термостатируемой ячейке размером 100x50x95 мм.
В схеме установки использован выпрямитель ВСА-16А, а для поддержания температуры - термостат ТС-16А. Измерение количества электричества, прошедшего через раствор, проводилось с помощью медного кулонометра с размером электродов 100x120 мм, рабочий электрод имел размеры 20x20 мм.
Перед работой электроды тщательно подготавливали, так как качество подготовки поверхности основного металла является весьма ответственной операцией всего технологического процесса нанесения металлического покрытия. Механическая обработка поверхности образца проводилась наждачным порошком с последующим травлением в растворе соляной кислоты НС1 (1:1). После этого образец тщательно промывался водой. Последующее обезжиривание поверхности проводилось с помощью этилового спирта.
Приготовление электролита. Определенное взвешенное количество хромового ангидрида растворялось в небольшом количестве дистиллированной воды, затем добавляли определенное количество Н2Б04 и НС1. Полученный таким образом раствор доводился до объема 1 л и выдерживался в течение суток для лучшего растворения веществ. Далее раствор подвергался электрохимической проработке, то есть проводился электролиз с помощью случайных электродов при малых плотностях тока (Ок = 2000 А/м2) до тех пор, пока не был получен хороший осадок.
Электроосаждение хрома. Предварительно взвешенные образцы завешивались на катодной штанге электролизера. После электролиза образец тщательно промывался в проточной воде, сушился и взвешивался. Электролиз проводился в течение 33 мин.
Определение рассеивающей способности электролита проводили в угловой ячейке Хулла - наиболее простой из модификаций угловых ячеек. Ячейка Хулла - косоугольный сосуд, выполненный из оргстекла, объемом 350 мл, высотой 70 мм. Катод и анод в ячейке расположены таким образом, что при данной силе тока плотность тока по всей длине катода изменяется от минимума до максимума: минимальную плотность тока имеет участок катода, наиболее удаленный от анода, максимальную - приближенная к аноду поверхность катода.
Распределение металла и тока в ячейке изучали с помощью разборного катода, состоящего из пяти секций - пластин шириной 18 мм и длиной 80 мм.
Для получения покрытия хорошего качества на всех секциях выбирали среднюю плотность тока исходя из того, что действительное значение плотности тока на ближних к аноду секциях значительно выше среднего.
Первичное распределение тока ап= ¡/ ¡ср на разборном пятисекционном катоде в угловой ячейке, определенное экспериментально в 0,5 н растворе РЬ(КЮ3)2 при плотности тока ¡ср=50 А/м представлено в табл. 1.
Определение пористости осадка проводили методом маслоемкости. Количество параллельных измерений равно 7.
Определение микротвердости осадка проводилось методом Виккерса путем статического вдавливания алмазной пирамиды на микротвердомере ПМТ-3. Количество параллельных измерений равно 7.
Первичное распределение тока на пятисекционном катоде в угловой ячейке
Номер секции катода 1 2 3 4 5
аг= ¡г/ ¡ср 2,00 1,165 0,89 0,62 0,32
Таблица 1
Экспериментальная часть. Среди технологов гальванических цехов бытует мнение, что процесс травления деталей перед хромированием следует проводить только в сернокислых растворах, поскольку внесение ионов хлора в ванну хромирования якобы нарушает нормальный ход процесса. Мы попытались уточнить механизм воздействия и степень влияния данного вещества на показатели процесса и качество осадка.
Цель исследования - изучение технологических характеристик электролита (рассеивающая способность электролита (РС), выход хрома по току (ВТ) и физико-механических свойств осадков хрома (микротвердости Ну, малоемкости М) в зависимости от условий электролиза (катодной плотности тока йк, температуры Т и концентрации добавки Од0бавки), а также уточнение оптимального состава электролита и режима электролиза при условии осаждения износостойких хромовых покрытий.
В предварительной серии экспериментов с помощью последовательного симплекс-комплекса был установлен оптимальный состав электролита и режим электроосаждения.
Состав, г/л: ССг0з - 250,0; ОсГ - 2,0; С Н2304 - 2,5.
Режим процесса: йк = 6000 А/м2; Т = 293 К; Вт = 25% .
Исследованы зависимости: ВТ = /(Т, йк, С); Н = ЦТ, йк, С); М = /(Т, йк, С); РС = /(Т, йк, С).
Количество параллельных опытов равно 3. Проведена математическая обработка результатов экспе-
римента. Определена оценка дисперсии воспроизводимости результатов опытов. Подтверждена гипотеза о воспроизводимости эксперимента.
Проведено усреднение результатов опытов.
Результаты исследований приведены в табл. 2-7.
Как явствует из данных табл. 2, увеличение плотности тока приводит к повышению выхода по току. Максимальное значение его достигается при 6000 А/м2 и сохраняется на этом уровне при дальнейшем повышении плотности тока до 6600 А/м2. Рассеивающая способность электролита сохраняется на высоком уровне во всем изученном интервале плотностей тока.
Как следует из данных табл. 3, увеличение концентрации хлор-ионов приводит к повышению выхода по току и рассеивающей способности электролита. Максимальное значение их достигается при СО|- = 2,00 г/л и сохраняется на этом уровне при дальнейшем повышении концентрации до 2,50 г/л.
Из данных, представленных в табл. 4, видно, что увеличение температуры электролита до 293 К приводит к повышению выхода по току. Дальнейшее повышение температуры электролита приводит к снижению выхода по току. Рассеивающая способность электролита сохраняется на высоком уровне во всем изученном интервале плотностей тока.
В табл. 5 представлена зависимость микротвердости и маслоемкости осадка хрома от катодной плотности тока.
Зависимость рассеивающей способности электролита и выхода по току хрома
от катодной плотности тока
Таблица 2
Номер Условия опыта PC, % Вт, % Характеристика
опыта Dk, А/м2 Т, К Ca, г/л хромового осадка
1 5600 63,43 18,20 Матовый осадок
2 5800 63,24 26,59
3 6000 293 2,0 63,23 28,20
4 6200 63,24 28,12 Блестящий осадок
5 6400 63,33 28,11
6 6600 63,24 28,12
Таблица 3
Зависимость рассеивающей способности электролита и выхода по току хрома _от концентрации хлор-ионов_
Номер Условия опыта PC, % Вт, % Характеристика
опыта Dk, А/м2 Т, К Cd, г/л хромового осадка
1 1,50 58,18 26,19
2 1,75 57,77 27,96
3 6000 293 2,00 63,23 28,20 Блестящий осадок
4 2,25 64,43 27,93
5 2,50 64,94 28,01
Таблица 5
Зависимость микротвердости и маслоемкости осадка хрома от катодной плотности тока
Таблица 4
Зависимость рассеивающей способности электролита и выхода по току хрома _от температуры электролита_
Номер Условия опыта PC, % Вт, % Характеристика
опыта Dk, А/м2 Т, К Ca, г/л хромового осадка
1 289 64,00 26,80 Матовый осадок
2 291 63,41 25,20
3 6000 293 2,0 63,23 28,20
4 295 63,41 26,12 Блестящий осадок
5 297 63,75 19,11
6 299 63,81 15,53
Номер опыта Условия опыта Микротвердость осадка, кгс/мм2 Количество масла, г/ см
Dk, А/м2 Т, К Cci , г/л
1 5600 293 2,0 1097,20 0,000292
2 5800 1433,65 0,000305
3 6000 1469,53 0,000318
4 6200 1471,96 0,000332
5 6400 1470,00 0,000341
6 6600 1522,43 0,000346
Из приведенных в табл. 5 результатов следует, что высокие значения данных показателей в изученном интервале плотностей тока достигают высоких значений при катодной плотности тока выше 5800 А/м2.
В табл. 6 представлена зависимость микротвердости и маслоемкости осадка хрома от концентрации хлор-ионов.
Как следует из приведенных в табл. 6 данных, зависимость микротвердости и маслоемкости от концентрации хлор-ионов носит экстремальный характер с максимумом при 2,00 г/л.
В табл. 7 представлена зависимость микротвердости и маслоемкости осадка хрома от температуры
электролита.
Как видно из приведенных в табл. 7 данных, зависимость микротвердости от температуры электролита носит экстремальный характер с максимумом при 293 К. Повышение температуры приводит к возрастанию маслоемкости хромового осадка во всем изученном интервале температур.
Согласно полученным результатам, исследуемый электролит позволяет вести процесс при пониженной температуре с высоким значением выхода по току и при высоком значении рассеивающей способности электролита с получением блестящих осадков. Как известно, при использовании универсального электролита выход по току составляет около 13% [4]).
Таблица 6
Зависимость микротвердости и маслоемкости осадка хрома от концентрации хлор-ионов
Номер опыта Условия опыта Микротвердость осадка, кгс/мм2 Количество масла, г/ см
Dk, А/м2 Т, К Cc-, г/л
1 6000 293 1,50 1427,62 0,000286
2 1,75 1468,10 0,000312
3 2,00 1469,53 0,000318
4 2,25 1384,29 0,000304
5 2,50 1255,72 0,000273
Номер опыта
Dk, А/м2
Условия опыта
Т, К
Од, г/л
Микротвердость осадка, кгс/мм2
Количество масла,
2
г/см 2
1
2
6000
289
291
293
295
297
299
2,0
1353,81
1417,14
1469,53
1368,57
1219,05
923,81
0,000322
0,000320
0,000318
0,000343
0,000357
0,000366
3
4
5
6
Таблица 7
Зависимость микротвердости и маслоемкости осадка хрома от температуры электролита
Разработанный нами технологический процесс обеспечивает снижение выноса Ог6+ в атмосферу по сравнению с универсальным электролитом хромирования вследствие более высокого значения выхода по току и рассеивающей способности, а также пониженной температуре электролиза. Полученные хромовые покрытия отличаются высокими значениями микротвердости и маслоемкости, что при эксплуатации изделий с данным покрытием обеспечит высокий ресурсосберегающий и эколого-экономический эффект.
Таким образом, установлено, что влияние ионов хлора на процесс электроосаждения хрома из универсального электролита при концентрациях 2,0-2,5 г/л и пониженной температуре обеспечивает положительный эффект, что и позволило разработать новый электролит хромирования.
С помощью последовательного симплекс-комплекса определены оптимальный состав данного электролита (О0г03 - 250,0; ОО|- - 2,0; С Н2э04 - 2,5 г/л) и режим электроосаждения хрома (0к=6000 А/м2; 7=293 К; Вт =25%).
Получены покрытия с высокой микротвердостью (~1400 М), коррозионной стойкостью, а также достаточной маслоемкостью и невысокой пористостью. Внутренние напряжения хрома, осажденного из дан-
Библиограф
1. Актуальные эколого-экономические проблемы трибологии / А.Ю. Албагачиев, Б.Э. Гурский, Ю.М. Лужнов, А.Т. Романова, А.В. Чичинадзе // Вестник машиностроения. 2008. № 10. С. 42-47.
2. Гамаюнов И.Г., Баранов А.Н., Юдин А.Н. Применение композиционных покрытий на основе хрома для уменьшения падения напряжения в подине алюминиевого электролизера // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 8. С. 34-38.
3. Коррозионные процессы в производстве алюминия / А.Н. Баранов, Е.А. Гусева, А.Н. Красноперов [и др.] // Известия вузов. Цветная металлургия. 2008. № 4. С. 51-56.
4. Михайлов Б.Н. Гальванотехника. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 284 с.
5. Михайлов Б.Н., Михайлов Р.В. Экологические и ресурсосберегающие аспекты хромирования // Вестник ИрГТУ. 2013. № 10 (81). С. 228-235.
6. Михайлов Б.Н. Эколого-технологические проблемы техни-
ных электролитов, ниже полученных с использованием стандартного электролита на 20-25%. Эти электролиты имеют более высокую рассеивающую способность по сравнению с универсальным. Разработанные нами электролиты хромирования с добавками ионов хлора позволяют достичь выхода по току хрома 25% и выше.
Как видно из результатов наших исследований, максимальное значение микротвердости и маслоем-кости обеспечиваются при концентрации ионов хлора 2,0-2,5 г/л. По всей видимости, это связано с особенностями конкурирующего воздействия оксихлоратов и оксисульфатов хрома на параметры кристаллической решетки электролитически осажденного хрома.
Рекомендуемые нами электролиты достаточно «чисты» в экологическом плане, так как обеспечивают снижение выноса Ог6+ в атмосферу по сравнению с универсальным электролитом хромирования вследствие более высокого выхода по току и рассеивающей способности, а также пониженной температуре электролиза. Их использование обеспечивает ресурсосбережение дефицитного хрома и снижение удельного расхода электроэнергии.
Статья поступила 23.12.2015 г.
ский список
ческой электрохимии. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 268 с.
7. Михайлов Б.Н., Михайлов Р.В. Исследование процесса хромирования // Вестник ИрГТУ. 2011. № 12 (59). С. 203-206.
8. Михайлов Б.Н., Михайлов Р.В. Исследование процесса хромирования из электролита с добавкой ионов алюминия // Вестник ИрГТУ. 2013. № 12 (83). С. 223-230.
9. Михайлов Б.Н., Михайлов Р.В. Исследование процесса хромирования из электролита с добавкой ионов олова // Вестник ИрГТУ. 2014. № 3 (86). С. 145-151.
10. Патент № 2459018 РФ. Способ получения комбинированного хромового покрытия / Д.А. Рычков, А.Н. Баранов, А.С. Янюшкин, А.Н. Юдин. Заявитель и патентообладатель Братский государственный университет. № 2010130585/02; заявл. 20.07.2010; опубл. 20.08.2012. Бюл. № 23.
11. Проников А.С. Параметрическая надежность машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.
УДК 669.054.82.622.765
КОМБИНАЦИЯ РЕАГЕНТОВ-СОБИРАТЕЛЕЙ ВО ФЛОТАЦИОННОМ ПРОЦЕССЕ ТРУДНООБОГАТИМЫХ ШЛАКОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
© М.Н. Сабанова1
Сибайский филиал ОАО «Учалинский ГОК»,
453832, Россия, Республика Башкортостан, г. Сибай, ул. Горького, 54.
Представлены результаты изучения возможности использования дополнительных реагентов-собирателей серии диалкилдитиофосфатов (БТФ) для повышения показателей извлечения флотацией меди, золота и серебра из труднообогатимых шлаков медеплавильного производства. Дана характеристика используемых модификаций реагента. Представлены результаты открытых и замкнутых лабораторных флотационных опытов, изучено влияние рН пульпы на извлечение металлов. Проанализированы причины прироста извлечения меди при подаче
1Сабанова Маргарита Николаевна, начальник исследовательской лаборатории, тел.: (34775) 42507, 9608015665, e-mail: [email protected]
Sabanova Margarita, Head of the Research Laboratory, tel.: (34775) 42507, 9608015665, e-mail: [email protected]
