Способ электролитического цинкования изделий

Способ электролитического цинкования изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к области электрохимии, в частности к способу электролитического цинкования изделий.

Известен способ электролитического цинкования стали, заключающийся в очистке от жира листового металла, для чего проводят его травление серной кислотой и погружение в двух, а затем трехвалентное сульфатное железо, после чего металл промывают водой и отжимают (удаляют жидкость). Далее проводят цинкование листового металла в электролитическом растворе, который содержит ZnSo₄.·7Н₂О, H₂SO₄ и Fe(2) сульфат и Fe(3) сульфат.

Процесс проводят при температуре 50-55°С, после чего проводят промывку водой, промывку полностью обессоленной водой, отжимание (удаление жидкости) и сушку.

Затем проводят щелочную очистку, промывку водой, активированную предварительную промывку обессоленной водой и сушку (ЕР №0137540 кл С25D 3/22 от 17.04.85 г.)

Однако этот способ из-за большого числа операций промывки водой имеет большой унос реагентов в промывные воды, большой расход реагентов, многооперационность и большие затраты на очистку воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ электролитического цинкования изделий, содержащий линию обработки изделий, состоящую из барабана и центрифуг, при этом оцинкованные и промытые изделия перегружают из барабана в корпус центрифуги, которые уже дальше двигаются по технологической линии послеобработки в направлении, перпендикулярном направлению технологической линии. В линии послеобработки изделия проходят следующие стадии: промывка, хроматирование «сглаживание поверхности» или нанесение полимерного покрытия, сушка (Bach Wolf «Установки для послеобработки оцинкованных изделий» Galvanotechnik, 2004, 95, №1, с.85-87)

Однако этот способ имеет следующие недостатки:

- многооперационность

- значительный нормативный унос реагентов в промывные воды

- образование большого количества загрязняющих промывных вод

- образование осадка, который трудно утилизировать из-за многокомпонентности системы и содержания в ней солей кальция.

Задачей изобретения является сокращение числа операций, исключение промывных вод, рецикл реагентов в процесс.

Поставленная задача решается способом электролитического цинкования изделий (мелких деталей), содержащим линию обработки изделий, состоящую из барабана и центрифуг и включающим цинкование изделий, удаление электролита центрифугированием, хроматирование с удалением раствора центрифугированием и сушку изделий, причем вначале удаляют масло в центрифуге 1, затем перегружают изделия в центрифугу 2 для одновременного обезжиривания и активирования поверхности в растворе, содержащем фосфорную кислоту 1,0-2,0 г/л и ПАВ 2,9-3,2 г/л, и выдержкой в ней в течение 1,0-5,0 мин, с возвратом раствора в питательную емкость и удалением ее остатков в центрифуге 2 с дальнейшей перегрузкой изделий в барабан для цинкования, причем цинкование проводят в хлоридном электролите с рН 4,5-5,5 и содержанием хлорида цинка 70-120 г/л, после чего изделия перегружают в центрифугу 3 для дальнейшего удаления электролита, затем в центрифугу 4 для хроматирования в растворе с концентрацией солей хрома 1,0-2,5 г/л и HNO₃ 1,5-3,0 г/л в течение 1,0-5,0 мин и возвратом этого раствора в питательную емкость, при этом в течение всего процесса проводят регенерацию раствора хроматирования в непрерывном режиме

Скорость вращения всех центрифуг равна 700-1000 об/мин, плотность тока процесса цинкования равна 0,5-4,0 А/дм².

В предложенном способе межоперационное удаление технологических растворов с поверхности изделий обеспечивается исключительно в поле центробежных сил центрифугированием. Операция промывки водой в предлагаемом способе отсутствует.

Остаточное количество солей на изделиях и их перенос в раствор на следующую технологическую операцию в этом случае может быть выше нормативных показателей и выше, чем у прототипа.

Однако основным условием работы по такой схеме может быть совмещение растворов, когда переносимый компонент не будет оказывать отрицательного влияния на качество обработки поверхности на последующей стадии, и реализовано удаление его непосредственно из раствора. Эти задачи решены выбором состава реагентов на всех операциях технологической схемы нанесения цинкового покрытия. Особенностью нанесения цинкового покрытия на мелкие детали (особенно крепежа) является их «замасленность», что обусловлено предшествующей технологией изготовления (холодная штамповка).

Это обстоятельство требует включения в схему дополнительной операции по удалению масляной компоненты. Удаление масла центрифугированием оказывается особенно эффективным при температуре 40-50°С и отделении масла с низким коэффициентом кинематической вязкости (несколько единиц сСт.). Указанная обработка позволяет обеспечить последующую операцию обезжиривания и активацию в совмещенном варианте в растворах на основе фосфорной кислоты (в г/л: фосфорной кислоты 1,0-2,0 и ПАВ - 2,9-3,2). Оптимальное содержание компонентов раствора определялось одновременно с учетом трех критериев: качеством обезжиривания, степени активации поверхности деталей, а главное возможности совмещения с последующей стадией нанесения цинкового покрытия при условии минимального переноса солей в электролит, поступающего с деталями. Выделение при использовании кислого электролита (в г/л: ZnCl₂ - 70-120; НВО₃ - 30-40; KCl - 140-200; блескообразователь - 3-5 мл/л) основного компонента комбинированного раствора (фосфорной кислоты) из электролита обеспечивается в виде плохорастворимых фосфатов цинка.

На основании представленных данных по анализу качества обезжиривания, скорости травления и совместимости с составом и режимными параметрами электролита цинкования были установлены оптимальные режимы ведения процесса: плотность тока 0,5-4,0 А/дм², температура 15-30°С.

Операция пассивирования (хроматирования) цинкового покрытия проводится в растворе с низким содержанием солей хромового ангидрида (в г/л: CrO₃ 1,0-2,5; HNO₃ - 1,5-3,0; специальная добавка - 3-4), что позволяет обеспечить содержание хрома в хроматной пленке 1,7-3.2 мг/дм², а конечная операция центрифугирования обеспечивает соблюдение необходимых нормативных показателей как по количеству оставшихся солей на готовых изделиях, так и по соблюдению показателей качества покрытий (ГОСТ 9.302-79, ГОСТ 9.306-85).

Поддержание концентрации основных компонентов в растворе пассивирования (содержание Cr⁶⁺, Zn²⁺, рН - 1,5-2,5) осуществляется регенерацией раствора в непрерывном режиме.

Операционная схема цинкования крепежных изделий представлена на чертеже.

Вначале загружают изделия в центрифугу 1, где после процесса центрифугирования удаляется масло с поверхности деталей, которое поступает через маслоотделитель 6 в маслосборник 7.

Изделия из центрифуги 1 перегружаются в центрифугу 2, которую заполняют раствором комбинированного воздействия - одновременного обезжиривания и активации поверхности изделий и через 1,0-5,0 мин удаляют этот технологический раствор (жидкость) насосом в питательную емкость 9, после чего проводят центрифугирование со скоростью 700-900 об/мин. Изделия перегружаются в барабан 5а для проведения цинкования в электролитической ванне 5, подпитываемой жидкостью для цинкования из емкости 10, после чего проводят перегрузку изделий в центрифугу 3 для удаления электролита центрифугированием. Удаление взвешенных частиц из электролита цинкования обеспечивается фильтрацией его через фильтр 8. Жидкость, выделенная в процессе центрифугирования, может быть возвращена или в ванну 5 или емкость 10. Далее изделия перегружаются в центрифугу 4, где проводят хроматирование (пассивацию) цинкового покрытия раствором в течение 1-5 мин, поступающим из емкости 11, затем проводят удаление (возврат) раствора в емкость 11 и сушку изделий центрифугированием. На чертеже изображен узел регенерации пассивирующего раствора - 12

Пример конкретного выполнения №1

1. Берут 150 кг мелких замаслянных стальных деталей крепежа (общая геометрическая поверхность 7 м²) и загружают в центрифугу 1.

2. Удаляют центрифугированием избыточное масло с поверхности деталей, которое через маслоотделитель 6 попадает в маслосборник 7.

3. Заполняют объем центрифуги раствором комбинированного воздействия - обезжиривания и активации поверхности деталей. Состав раствора: Н₃PO₄ - 2,0 г/л, ПАВ - 3,2 г/л; температура раствора - 60°С, время обработки - 3 мин.

4. Удаляют раствор обезжиривания с помощью насоса в емкость 9.

5. Удаляют остаточное количество раствора с деталей центрифугированием со скоростью вращения центрифуги 800 об/мин. Время обработки 3 мин. Объем раствора, возвращенный в емкость, 2,8 л, что составляет 0,4 л на 1 м² обрабатываемой поверхности.

6. Операцию 4,5 повторили в разбавленном растворе с содержанием солей - Н₃PO₄ - 2,0 г/л, ПАВ - 0,32 г/л.

7. Обезжиренные детали перегружают в барабан 5а.

8. Детали подвергают цинкованию в электролитической ванне 5. Состав компонентов при этом следующий в г/л: ZnCl₂ - 120; KCl - 140; H₃BO₃ - 35 при токовой нагрузке 200-250 А в течение 60 мин, рН 4,5.

9. Перегружают изделие в центрифугу 2.

10. Удаляют избыточное количество электролита цинкования центрифугированием при условии: скорость вращения центрифуги 900 об/ мин, время обработки 3 мин. Возвращенный объем электролита составляет 2,8 л.

11. Перегружают изделия в следующую центрифугу 3.

12. Заполняют объем центрифуги 3 пассивирующим раствором, содержащим в г/л: окись хрома - 3,0, азотную кислоту - 2,5, ПАВ - 3,0. Время обработки 3 мин.

13. Удаляют раствор пассивирования с помощью насоса в емкость 10.

14. Проводят удаление остаточного количества раствора пассивирования и сушат изделия в центрифуге 4 при ее скорости вращения 900 об/мин и времени обработки 3 мин. Осуществляют возврат раствора в объем 2,8 л.

15. Проводят выгрузку деталей из центрифуги в специальную тару.

Пример 2

Берут 140 кг мелких замаслянных стальных деталей и загружают их в центрифугу 1. Избыточное масло удаляют центрифугированием при скорости вращения центрифуги 900 об/мин. Время обработки 1 мин. Заполняют объем центрифуги 1 жидкостью состава: H₃PO₄ - 1,0 г/л, ПАВ - 2,9 г/л. Время обработки 1 мин. Удаляют остаточное количество жидкости (раствора) с деталей центрифугированием со скоростью вращения центрифуги 900 об/мин. Время обработки 1 мин. Объем раствора, возвращенный в емкость, составляет 3,0 л.

Обезжиренные детали перегружают в барабан и цинкуют в электролитической ванне с жидкостью, которая имеет следующий состав в г/л: ZnCl₂ - 70, KCl - 200, H₃BO₃ - 40 при токовой нагрузке 250 А в течение тридцати минут (рН 5,5). Перегружают изделия в центрифугу и удаляют избыточное количество электролита цинкования центрифугированием при скорости вращения центрифуги 900 об/мин. Время обработки 2,5 мин. Возвращенный объем электролита - 3,0 л. Перегружают изделия в центрифугу 3. Заполняют объем центрифуги пассивирующим раствором, содержащим в г/л: окись хрома (CrO₃) - 3,0, HNO₃ - 2,0, ПАВ - 3,0. Время обработки 2,5 мин. Удаляют раствор пассивирования с помощью насоса в емкость. Проводят удаление остаточного количества раствора пассивирования и сушат изделия в центрифуге №4, скорость вращения которой составляет 900 об/мин. Время обработки 1 мин. Осуществляют возврат раствора в объеме 3,0 л.

Все ванны оборудованы системой внутренней циркуляции СВЦ. Система предназначена для непрерывной очистки жидкости в процессе работы от механических примесей. СВЦ приводится в действие насосом. Жидкость из бака через отверстие во вспомогательной емкости бака и через вентиль попадает в предварительный фильтр, далее в фильтр и через вентиль попадает обратно в бак в отверстие на дне основной емкости. Управление СВЦ осуществляется панелью управления. Насос автоматически отключается, если уровень жидкости в ванне понизится ниже минимального уровня. Работоспособность СВС определяется в основном степенью загрязнения фильтров. Поэтому фильтры нуждаются в периодической чистке.

Представленная схема обеспечивает изменение структуры отходов (см. схему структуры отходов - табл.1).

На основании представленных данных по анализу качества обезжиривания, скорости травления (см. табл.2 и 3) и совместимости с составом и режимными параметрами электролита цинкования были установлены оптимальные режимы ведения процесса: плотность тока - 0,5-4,0 А/дм², температура 15-30°С.

Длительная эксплуатация с положительным результатом (получением блестящих покрытий) указывает на правильность выбора составов и режимных параметров предварительной обработки, цинкования и достижения поставленных целей - сокращения числа операций и отсутствие промывных вод.

Представленные данные рассчитаны на один квадратный метр покрываемых изделий.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предложенный способ позволяет отказаться от промывки водой как обязательной операции в традиционных схемах, а именно отсутствие большого количества сточных промывных вод и образование осадка при их нейтрализации, резкое уменьшение отходов в виде твердой фазы, содержащей соединения солей цинка, хрома и т.п., рецикл реагентов в процесс.

Отработанные растворы, такие как фосфатные растворы обезжиривания, а также проливы предполагается направлять специализированным организациям. Количество образующихся отходов определяется масштабами опытной эксплуатации линии. При прохождении одного цикла обработки (140-150 кг крепежа) образуется около 20 г солей указанных ранее ингредиентов (без учета проливов).

Таблица №1Структура отходов
Традиционная схема	Отходы	Предложенная схема
134,4 (л/м2)	Стоки	Отсутствует*
246 (г/м2)	Осадок	1,23 (г/м2)
0,5 (г/м2)	Осадок при фильтрациии и регенерации растворов	1,23 (г/м2)
0,13 (г/м2)	Металлическая стружка,	0,13 (г/м2))
Уголь, содерж. ПАВ
- Без учета возможных проливов

1. Способ электролитического цинкования изделий на линии обработки изделий, состоящей из барабана и центрифуг, включающий цинкование изделий, удаление электролита центрифугированием, хроматирование с удалением раствора центрифугированием и сушку изделий, отличающийся тем, что вначале удаляют масло в центрифуге 1 с перегрузкой изделий в центрифугу 2 для одновременного обезжиривания и активирования поверхности в растворе, содержащем фосфорную кислоту 1,0-2,0 г/л и ПАВ 2,9-3,2 г/л, в течение 1,0-5,0 мин, с возвратом раствора в питательную емкость и удалением его остатков в центрифуге 2 с дальнейшей перегрузкой изделий в барабан для цинкования, которое проводят в хлоридном электролите с рН 4,5-5,5 и содержанием хлорида цинка 70-120 г/л, после чего изделия перегружают в центрифугу 3 для дальнейшего удаления электролита, затем в центрифугу 4 для хроматирования в растворе с концентрацией солей хрома 1,0-2,5 г/л и HNO₃ 1,5-3,0 г/л в течение 1,0-5,0 мин и возвратом этого раствора в питательную емкость, при этом в течение всего процесса проводят регенерацию раствора хроматирования в непрерывном режиме.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость вращения каждой центрифуги равна 700-1000 об/мин, плотность тока процесса цинкования равна 0,5-4,0 А/дм².