Ресурсосберегающие технологии в процессе нанесения цинксодержащих гальванических покрытий Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

ИЗВЕСТИЯ

ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 25 2011

IZVESTIA

PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 25 2011

УДК 66.013.8:504; 621.35

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЦЕССЕ НАНЕСЕНИЯ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

© В. А. КАЗАКОВ*, С. Н. ВИНОГРАДОВ**, О. С. ВИНОГРАДОВ*,

Н. А. ГУЛЯЕВА*, Б. Л. ТАРАНЦЕВА*, Н. В. СЕВОСТЬЯНОВ**

*Пензенский региональный центр высшей школы, филиал Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства,

**Пензенский государственный университет, кафедра защиты в чрезвычайных ситуациях e-mail: [email protected]

Казаков В. А., Виноградов С. Н., Виноградов О. С., Гуляева Н. А., Таранцева Б. Л., Севостьянов Н. В. -Ресурсосберегающие технологии в процессе нанесения цинксодержащих гальванических покрытий // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2011. № 25. С. 582-584. - На примере нанесения электрохимического покрытия цинк-олово рассмотрен вопрос о возможности экономии расхода воды, расхода реагентов и соответственно, снижения нагрузки на заводские очистные сооружения. Показан способ экономичного нанесения покрытия методом электронатирания. Сделан вывод о целесообразности применения данного способа для нанесения покрытия на крупногабаритные изделия.

Ключевые слова: электрохимические покрытия, ресурсосбережение, цинк-олово.

Kazakov V. A., Vinogradov S. N., Vinogradov O. S., Gulyaeva N. A., Tarantseva B. L., Sevostyanov N. V. -The Resources-saving Technologies in a process of covering of zinc containing galvanic coating// Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2011. № 25. P. 582-584. - The authors consider the question of water and reagents-saving possibility on the example of zinc-tin coating and the reduction of treatment facilities assignment. The method of electro-rubbing of large surfaces is also suggested.

Keywords: electro-chemical coatings, resource-saving, zinc-tin.

Интенсификация производства и повышение конкурентоспособности отечественных изделий требует применения современных материалов, обладающих улучшенными физико-химическими свойствами. В ряде случаев целесообразно применение гальванических покрытий.

Нанесение покрытий на изделия большого размера связано с рядом сложностей, основными из которых являются:

- покрытие таких изделий требует нестандартного негабаритного оборудования;

- высокие расходы реактивов и воды;

- большие расходы электричества в процессе электролитического нанесения;

- большие сложности при обслуживании;

- сложность предварительной подготовки к покрытию;

- высокая себестоимость покрытия.

Наибольшие технологические сложности возникают в случае необходимости нанесения покрытия

только на определенные участки объемного изделия. Для таких изделий приходится использовать экранирующие элементы, ленты и другие приспособления. Кроме того, процент брака в таких условиях довольно велик, это связано не только с некачественным экранированием, но и с уменьшением толщины покрытия на труднодоступных участках изделия. Причем, к покрытиям в процессе производства и приемки предъявляются требования к внешнему виду и, при необходимости, кспециальнымсвойствам. По внешнемувиду, по химическому составу, защитным свойствам и пористости покрытие должно соответствовать требованиям ГОСТ 9.301-86. Покрытие должно быть прочно сцепленным с основным металлом, без шелушения, сколов, вздутий и растрескивания и выдерживать испытания на прочность сцепления в соответствии с ГОСТ 9.302-88.

В связи со сложностью частичного нанесения цинкового покрытия на детали большого диаметра необходима технология, отличающаяся от стандартного гальванического цинкования.

ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ ►►►►►

Интерес к нестационарным режимам электроосаждения обусловлен широкими возможностями, которые при этом открываются для управления структурой и свойствами осадков (шероховатость поверхности, размер зерен, твердость и т.д.), а также возможным сокращением водопотребления на основных или вспомогательных стадиях [1].

Применение нестационарных режимов электролиза (механического перемешивания электролита, ультразвука, периодического тока, вибрации катода, омагничивания переменным или постоянным электромагнитным полем и т.д.) позволяет повысить скорость электроосаждения металлов и сплавов, а также улучшить качество и физико-механические свойства покрытий [2, 3]. Однако, эти методы хороши для небольших деталей, а в случае необходимости покрытия крупногабаритныхизделийцелесообразнееприменить электронатирание или напыление металлом. Выбор этихдвухспособовобеспечитсокращениеводопотреб-ления и электроэнергии. Напыление металла связано с большим расходом реактива и необходимостью использования громоздкой камеры. Электронатирание позволитнетолькосократитьпотреблениересурсовза счет минимизации их использования, но и вернуть отработанные электролиты в технологический цикл.

Целью работы являлась разработка технологии местного цинкования внутренних поверхностей деталей шиберных задвижек и шаровых кранов методом натирания на механизированной линии с минимизацией расхода материалов. Данная технология может также применяться и для восстановления поврежденных покрытий в труднодоступных местах различных деталей.

Основное применение цинковых покрытий основано на их способности защищать сталь электрохимически, однако, температура свыше 70°С способна сместить потенциал цинка в положительную сторону и в этом случае, электрохимической защиты не будет.

Интересные результаты даетприменение сплава на основе цинка с добавлением небольшого количества олова. Данное покрытие обладает повышенной коррозионной стойкостью, меньшей пористостью по сравнению с цинком.

Технологическая схема нанесения покрытия цинк-олово включает следующие операции:

- монтаж;

- химическое обезжиривание в щелочной среде с целью удаления минеральных масел, жировых включений на поверхности и т.д. Химическое обезжиривание проводится 3-5 мин.;

- промывка горячая;

- промывка холодная;

- травление образца производится в растворе кислот, состав которого зависит от материала-основы. Травление позволяет снять оксидную пленку с поверхности образца. Травление длится 10-15 мин;

- промывка холодная;

- активация в течение 0.25-0.5 мин;

- промывка холодная;

- нанесение покрытия цинк-олово;

- промывка холодная;

- промывка горячая;

- сушка от 3 до 10 минут;

- контроль качества покрытия ОТК.

Покрытие наносилось из кислого электролита с применением свинцовых нерастворимых анодов на сталь Ст3 методом натирания под током. Изделие подключалось к отрицательному полюсу; причем напряжение определялось материалом и формой наконечника. При этом электролит в зону контакта детали с анодом подавался непрерывно, а сам анод находился в плотном чехле из хлопчатобумажной ткани и медленно (возвратно-поступательными или круговыми движениями) перемещался по поверхности изделия. Таким образом, можно регулировать толщину покрытия на каждом участке детали. Покрытие получается мелкозернистым с хорошей адгезией к основе.

Состав электролита для нанесения сплава цинк-олово:

К4Р2О7ЮН2О - 400-450 г/л;

ZnS04•7Н20 - 80-100 г/л;

SnCl2•2Н20 - 30-40 г/л.

После проведения каждой подготовительной операции и следующей за ней промывки технологические растворы собираются и после соответствующей корректировки вновь возвращаются в производствен-ныйцикл.Вэтомслучаерасходреагентов сокращается примерно на 15-20% по сравнению с базовой технологией. Отфильтрованные отработавшие концентрированные по ионам металлов промывные воды после операции электронатирания используются для приготовления электролита.

В процессе работы применялось новаторское оборудование, разработанное кафедрой «Технология машиностроения» Пензенского государственного университета.

Результатом работы является опробованная в лабораторных условияхметодикананесенияцинково-го покрытия на цилиндрические и плоские стальные изделия различного диаметра.

Применение подобной технологии позволяет экономить на расходе воды, расходе реагентов, снизить нагрузку на заводские очистные сооружения.

Благодарности: работа выполнена в рамках Государственного контракта № 14.740.11.0305 «Разработка теоретических основ по снижению вероятности техногенной катастрофы от гальванических производств» от 17.09.2010 г., мероприятия 1.2.2 Программы «Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. КазаковВ.А.,ВиноградовО.С.,ГуляеваН.А.Методи-ческие подходы к расчету экономии водоресурсов в гальваническом производстве // РНЖ «Экономика и управление». 2010. № 11 (61). С. 69-74.

25 2011

2. Виноградов С.Н., Гуляева Н.А., Виноградов О.С., Наумов Л.В., Вантеев А.Н., Севостьянов Н.В. Новые гальванические покрытия и режимы электроосаждения // Новые технологии в образовании, науке и экономике. Труды XVI Межд. симп. о. Тенерифе (Испания). М.: Изд-во ИИЦ Фонда поддержки Вузов, 2007. С. 60-66.

3. ВиноградовС.Н.,ВиноградовО.С.,НаумовЛ.В.,Ван-теевА.Н.,СиненковА.В.,ПчелинцеваО.Н.Нестацио-нарные режимы электролиза при электроосаждении покрытий // Инновации в науке, образовании и бизнесе. Матер. V Всероссийской научн.-методич. конф. Пенза: Изд-во Пенз. ин-та экономического развития и антикризисного управления, 2007. С. 54-57.