CC BY
24
УДК 669.268
Розроблена технологiя пайки електролтично хромованог жер-стi олов'яним припоем. Основу технологи складае розроблений флюс з домшкою "UP-Fs-2", застосуван-ня якого для пайки хромованог жер-стi дозволило пгдвищити коефщент розтшання припою до 2,6-3,0 (при нормi стандарту не менше 1,0)
ТЕХНОЛОГ1Я ПАЙКИ ХРОМОВАНО1 КОНСЕРВНО1 ЖЕРСТ1
О.Б. Г i р i н
Доктор техычних наук, професор, завщувач кафедри*
E-mail: girin@ua.fm
I .Д. Захаров
Старший науковий ствроб^ник*
В. I. Овчаренко
Кандидат техшчних наук, асистент* Кафедра матерiалознавства ДВНЗ "УкраТнський державний хiмiко-технологiчний
ушверситет"
пр. Гагарша, 8, м. Днiпропетровськ, УкраТна, 49005 Контактний тел.: (0562) 68-21-66
1. Вступ
Технолопчт труднощд, якi пов'язат iз пайкою хромо-вано1 жерсп, унеможливлюють широке 11 застосування замкть дефiцитноi та коштовно1 луджено1 жерсп для виго-товлення консервно1 тари. Використання для хромування жерсп речовин, небезпечних для навколишнього середови-ща (зокрема, хромового анпдриду концентрацieю 220-280 г/л), та дуже низью показники пайки хромовано1 жерстi - це два вузьких мкця, усунення котрих призведе до значного 11 розповсюдження в якост пакувального матерiалу.
В робоп [1] розроблено склад електролиу з концен-трацieю хромового анпдриду 80-120 г/л для хромування консервно'1 жерст! Застосування цього електролiту для хромування жерст вiтчизняного виробництва дозволило одержати тоню хромовi покриття завтовшки 0,01-0,03 мкм
з певною текстурою [2] та нанокристалiчною структурою [3], що призвело до суттевого полшшення 1х властиво-стей. Так, формування текстури з акаальним компонентом [111] в тонких хромових покриттях забезпечило 1х мехашчну стiйкiсть [4], а утворення наноструктури - 1х суцiльнiсть при виготовленш консервних банок iз хромо-вано1 жерстi, що забезпечило високу 1х захисну здатнiсть [5]. При цьому зменшення концентраци хромового анп-дриду в електролт хромування з 220-280 г/л до 80-120 г/л значно полшшило еколопчну небезпеку виробництва.
Враховуючи, що консервна банка iз паяним корпусом займае приблизно 70% у загальному виробництвi консерв-но1 тари [6], забезпечення тдвищених показникiв пайки хромовано'1 жерстi значно розширить 11 застосування. Крiм того, пiдвишення показниюв пайки хромовано1 жерстi може у перспективi привести до повно1 вщмови вiд використання луджено1 жерст для пакування сухих та сипучих харчових продукпв, що на сьогодення е нерентабельним.
У цьому зв'язку метою дано! роботи була розробка технологи пайки електролггично хромовано! жерст олов'яним припоем.
2. MaTepiai та методика розробки
Дослщження проводили на зразках хромовано! жер-ctî, одержано! в динамiчних умовах, що наближуються до промислових. Для нанесення хромового покриття застосовували електрохiмiчну установку i3 комiркою, електрод яко! iмiтуe рух стрiчки консервно! жерстi з лшшною швидкiстю до 8 м/с [7]. Тоню хромовi покриття завтовшки 0,01; 0,02 i 0,03 мкм осаджували на чорну консервну жерсть марки 08кп в низькоконцентрованому електролт при оптимальному режимi хромування: температура електролиу 55°С i густина струму 50 А/дм2.
Суть розробки технологи пайки хромовано! жерсп мктилась у розробщ складу флюсу, який забезпечив би добре змочування припоем поверхш хромового покриття. В якосп метода ощнки паяемосп прийняли стандар-тний метод (ГОСТ 9.302-79), який заснований на здат-ност припою при завданiй температурi та визначеному складi флюсу змочувати поверхню хромового покриття.
Дослiдження впливу флюсу на паяемость хромовано! жерси проводили iз застосуванням олов'яного припою П0С90. Цей припой обраний як основний для пайки хромовано! жерсп тому, що вш застосовуеться для пайки харчових емностей i медично! апаратури.
Вплив флюсу на паяемость хромовано! консервно! жерст визначали методом розтжання дози припою по поверхш покриття при температурi (280-290°С). Коефщент розтжання припою (Кр) розраховували за формулою:
K =S/S ,
p V/ О'
де Sp - площина, яка зайнята припоем тсля роз-плавлення та розтжання дози припою, мм2; S0 - площи-на, яка зайнята дозою припою у вихвдному сташ, мм2.
Паяемость е задовiльною, якщо коефiцiент розть кання дорiвнюе чи бшьший за одиницю.
3. Результати розробки
Технолопчний процес пайки хромовано! жерстi олов'я-ним припоем реалiзуeться за рахунок використання флюсу для вилучення оки^в з поверхш жерстi i забезпечення Ii доброго змочування розплавленим припоем. У цьому зв'язку проведет всебiчнi кпити сорока восьми варiантiв флюсiв для пайки хромовано'! жерсп олов'яним припоем ПОС90 при температурi пайки 280-290°С.
Основш дев'ять варiантiв флюсiв для пайки хромовано! жерсп олов'яним припоем, яю показали по-переднi адекватш результати i були прийнятi за основу для подальшого удосконалення, наведен нижче:
1) (NH4)3PO4, NH4F, кашфоль;
2) ZnCl2, NH4Cl, SnCl2, HCl, CrCl3, H2O;
3) H3PO4, C2H5OH, канiфоль;
4) (NH4)2HPO4, С3Н8О3, H2O;
5) C6H5NH2, HCl, С3Н8О3, H2O;
6) SnCl2, CdCl2, HCl, С3Н8О3, H2O;
7) C6H5NH2, HCl, C2H5OH, С3Н8О3;
8) SnCl2, CuCl2, С3Н8О3, H2O;
9) ZnCl2, NH4Cl, HCl, H2O;
В результатi виконано! роботи та проведених ви-пробувань розроблено флюс з домшкою "UP-Fs-2", застосування якого для пайки хромовано! жерсп дозволило тдвищити коефiцieнт розтжання припою до 2,6-3,0 (при нормi стандарту не менше 1,0). Домшка "UP-Fs-2" до флюсу е недорогою, недефщитною та малотоксичною речовиною. I! синтез може бути вико-наний на будь-якому хiмiчному пiдприeмствi.
Цей флюс дозволяе значно тдвищити коефщент розтжання припою незалежно вiд товщини шару хрому на консервнiй жерст (в межах вiд 0,01 мкм до 5 мкм) i складу електролггу хромування. Розроблена технологiчна шструкщя на процес пайки електролiтично хромовано! жерст олов'яним припоем. Для паяно! хромовано! консерв-но! жерстi особливе значення мають мiцнiсть зчеплення i пластичнiсть як покриття, так i припою у зонi пайки. Мщ-нiсть зчеплення i пластичнiсть паяного хрому на зразках консервно! жерсп оцiнювали по ГОСТ 9.302-79. Зпдно цього стандарту, зразок iз паяним покриттям згинають тд кутом 90° в обидвi сторони до зламу основного металу. У мгсщ зла-му не повинно бути вщшарування нi припою, нi покриття.
Зразки паяного хромового покриття на консервнш жерст готували по ГОСТ 9.302-79 методом пайки занурен-ням. Для цього зразки консервно! жерсп розмiром 25x25 мм з покриттями хрому завтовшки 0,01; 0,02 i 0,03 мкм, нанесеними в низькоконцентрованому та ушверсальному електролиах, знежирювали i занурювали у розчин флюсу з домшкою "UP-Fs-2". Попм давали можливiсть стекти залишкам флюсу протягом одте! хвилини i занурювали зразки в розплавлений припой П0С90 при температурi 290°С на 3 с. Потiм паяш зразки промивали водою i сушили гарячим повирям при температурi 50-60°С.
Якiсть змочування припоем поверхш хромовано! жерст проводили методом оптично! мiкроскопi!. У всiх проведених експериментах виявили повне змочування
поверхнi хромовано! жерст безперервним шаром припою. Охолоджеш до кiмнатно! температури зразки згинали на 90° в обидвi сторони до зламу жерст! Експериментально установили, що незалежно вiд товщини хромового покриття (в межах ввд 0,01 до 0,03 мкм) чи складу електролггу хромування ввдшарування хромових покритпв вiд жерстi або припою вщ хромових покриттiв не ввдбувалося. Продавлювання паяних зразкiв хромовано! жерсп на пре-сi Ержсена до розриву жерстi також не виявило випадюв вiдшарування як хромового покриття, так i припою.
Таким чином, результати проведених кпипв вла-стивостей хромовано! жерстi пiсля пайки за розро-бленою технологieю сввдчать про те, що ця технолопя забезпечуе високi показники пайки хромовано! жерсп при одночасному зменшеннi !! коштовностi та еколо-гiчно! небезпеки виробництва.
4. Висновки
1. Розроблена технолопя пайки електролиично хромовано! жерст олов'яним припоем.
2. Основу технологи складае розроблений флюс з до-мшкою "UP-Fs-2", застосування якого для пайки хромовано! жерсп дозволило тдвищити коефщент розтжан-ня припою до 2,6-3,0 (при нормi стандарту не менше 1,0).
3. Домшка "UP-Fs-2" до флюсу е недорогою, недефь цитною та малотоксичною речовиною. I! синтез може бути виконаний на будь-якому хiмiчному пiдприемствi.
Лиература
1. Girin O.B., Zakharov I.D., Ovcharenko V.I. A Substructura-lly Composite Chromium Electrochemical Coating Formed on a Canned-Food Steel Sheet from a Low-Concentration Solution of Hexavalent Chromium-Based Compounds // Journal of Metals (USA). - 2003. - V. 55. - № 11. - P.112.
2. Прш О.Б., Овчаренко B.I. Текстура та субструктура електрох1м1чних хромових покритав на стр1чках жерст ¡з стал 08кп // Ф1зика i х1м1я твердого тша. - 2006. - Т. 7. - № 4 - С.803-808.
3. Прш О.Б., Овчаренко B.I. Наноструктура i фiзико-ме-хашчш власгивосгi хромових покриггiв на консервнш жерст // Строительство, материаловедение, машиностроение. - 2006. - Вып. 36. - Ч. 2. - С.3-9.
4. Гирин О.Б., Овчаренко В.И., Дудка А.Н. Зависимость механической стойкости тонких электрохимических хромовых покрытий консервной жести от их текстуры // Металознавство та термiчна обробка меташв. - 2007.
- № 2. - С. 48-51.
5. Прш О.Б., Овчаренко B.I. Структура i властивост тонких хромових електропокритв на консервнш жерст // Вопросы химии и химической технологии. - 2009. - № 2.
- С.186-194.
6. Виткин А.И., Парамонов В.А., Клементьев А.И. Производство электролитически хромированной жести. - М.: Металлургия, 1987. - 184 с.
7. Прш О.Б., Овчаренко B.I., Захаров 1.Д. Методичш аспекта дослщження тонких хромових покритв на консервнш жерст // Вопросы химии и химической технологии.
- 2006. - № 4. - С.199-200.
