Составы растворов (масс, доли, %) для электрохимического обезжиривания

Компоненты раствора	Номер раствора
	1	2	3
Гидроксид натрия Углекислый натрий Тринатрийфосфат Метасиликат натрия СинтанолДС-10	10-20 20-30 30-50 3-5 -	- 5-10 30-40 3-5 -	- 40-50 50-60 3-5 1-2

Составы растворов (г/л) для электрохимического обезжи­ривания приведены в табл. 6. Сталь, медь и ее сплавы реко­мендуется обезжиривать в электролите 1, алюминий, магний и их сплавы — в электролите 2, а в электролите 3 можно обра­батывать черные и цветные металлы.

Во всех растворах электролиз ведут при плотности тока 5—10 А/дм²; температура электролитов без ПАВ — 70—80°С, с до­бавками ПАВ —60—70 °С. Продолжительность очистки малоза­грязненных деталей 1—2 мин; сильнозагрязненных — 5—10 мин.

Электрохимическое обезжиривание цинка можно прово­дить в растворе тринатрийфосфата (40—50 г/л), а цинковых сплавов— в растворе, содержащем по 10—12 г/л гидроксида на­трия, углекислого натрия, тринатрийфосфата и 20—25 г/л метасиликата натрия.

Для лучшего обезжиривания применяются эмульсии, со­держащие органический растворитель, ПАВ, в том числе эмуль­гаторы, небольшие добавки слабощелочных солей, ингибиторы коррозии и 70—90 % воды. Одновременное присутствие водного щелочного моющего раствора и хлорированных углеводородов облегчает эмульгирование загрязнений, предотвращая вторичное осаждение их на обезжиренную поверхность. Для удаления раз­личных жировых загрязнений можно рекомендовать следующий эмульсионный состав (мл):

Трихлорэтилен 500

Карболовое масло 200

Жидкое мыло 180

Сульфонат 60

Трикрезол 60

Метасиликат натрия 2

Вода 40

После эмульсионной очистки детали промывают водой и сушат.

Обезжиривание с применением ультразвука позволяет удалять загрязнения с труднодоступных участков поверхности (узких щелей, глухих отверстий) и увеличивать скорость и ка­чество обезжиривания. Чаще всего ультразвуковую очистку ве­дут при частоте 20—40кГц и удельной мощности 1—3 Вт/см².

Для ультразвуковой очистки используют специальные ус­тановки. В качестве рабочих жидкостей при ультразвуковой очи­стке применяются как органические растворители, так и водные моющие растворы.

Состав универсального водного моющего раствора (г/л) следующий: гидроксид натрия — 5 — 10; углекислый натрий — 15 —- 25; тринатрийфосфат — 40 — 60. В этом растворе можно обрабатывать детали из черных и цветных металлов.

Для очистки поверхности деталей высокой точности можно использовать раствор, содержащий 90—100 мл этилового спирта, 35 — 40 мл аммиака, 25 — 30 г мыла, 3 — 4 г щавелевой кислоты и 3 мл воды. Можно рекомендовать очистку в растворе, содержащем 5—7 г/л синтанола.

2.4. Травление и активация

Окисные пленки, ухудшающие внешний вид деталей и препятствующие осаждению покрытий, удаляются травлением. Различают химическое и электрохимическое травление. При хи­мическом травлении применяют концетрированные растворы серной и соляной кислот.

На поверхности стальной детали, покрытой коррозией и погру­женной в соляную кислоту, протекают процессы растворения продуктов коррозии и металла:

Fе₂О₃ + 6НС1 → 2FеС1₃ + ЗН₂0;

Fе + 2НС1 → РеС1₂+ЗН₂.

В соляной кислоте при концентрации ее 10 % и выше ско­рость растворения продуктов коррозии больше, чем в серной ки­слоте. Растворение продуктов коррозии в растворах серной ки­слоты протекает особенно интенсивно при концентрации 20—40 % и уменьшается при изменении концентрации в ту или иную сторону. При травлении в серной кислоте протекают следующие процессы:

FеО + ЗН₂80₄ → FеSО₄ + ЗН₂0;

Fе₂0₃ + ЗН₂S0₄ → Fе ₂ (SО₄)₃ + ЗН₂0;

Fе₃О₄ + 4Н₂S0₄ →FеSО₄ + fе ₂ (SО₄)₃ + 4Н₂0;

Fе + Н₂SО₄ → FеSО₄ + Н₂;

Fе₂(SО₄)з + Fе → ЗРеSО₄.

Скорость травления в обеих кислотах повышается с возрастанием температуры, причем оптимальной температурой д. серной кислоты будет 50—60 °С, а для соляной—30-40°С.

При травлении в растворах серной кислоты механизм удаления окалины состоит в отделении ее частиц от поверхности металла пузырьками водорода, которые образуются при растворении металла, так как растворение окислов железа в серно кислоте происходит мед­леннее, чем растворение металла. При травлении металлов в растворах соляной кислоты окислы железа в соляной кислоте растворяются быстрее, чем в серной. В растворы для травления всегда вводят специ­альные травильные присадки, иначе называемые ингибиторами коррозии. Применение ингибиторов коррозии при травлении позволяет уменьшить расход кислоты и потери металла при травлении, а также предохранить металл от водородной хрупкости. Наиболее сильное ингибирующее дей­ствие оказывают органические соединения. Для соляной кислоты ре­комендуются катапин, ПБ-5, БА-6, И-1-А, И-1-3, И-1-Е, КПН, ПКУ, а для серной кислоты — уротропин, ЧМ, БА-6, катапин. Помимо серной и соляной кислот, для травления металлов и сплавов используют фосфор­ную, азотную, плавиковую кислоты. При очистке точных стальных де­талей и деталей из коррозионно-стойкой, быстрорежущей стали, чу­гуна можно рекомендовать бескислотное травление в расплавленной едкой щелочи с добавкой 1—2 % гидрида натрия.

Электрохимическое травление, по сравнению с химическим, снижа­ет расход материалов и продолжительность очистки поверхности дета­лей, но низкая рассеивающая способность электролитов затрудняет об­работку деталей сложного профиля. При анодном и катодном травле­нии выделяющиеся при электролизе на электродах пузырьки газов ускоряют процесс разрушения и отрыв пленки от металла Усовершен­ствование процесса травления осуществляется применением новых со­ставов растворов с добавками органических кислот, ингибиторов, пере­киси водорода, травильных паст, а также использованием струйной об­работки и ультразвукового поля.

Химическое травление углеродистых сталей ведут в солянокислых растворах при комнатной температуре или с повышением ее до 35°С (летит хлористый водород), в сернокислых растворах температура может быть повышена до 50—60 °С. Наиболее распространенные составы растворов для травления углеродистых сталей приведены в табл. 7. Для травления деталей из чугуна и кремнистых сталей, на поверхности которых присутствуют включения формовочного песка и шпаке», применяют раствор, содержащий 30 г/л НС1 и 25 г/л НF.

Вследствие химической стойкости легированных сталей, особенно коррозионночлойких, травление их производится в смеси кислот. Эффек­тивным способом травления легированных сталей является примене­ние переменного тока. Так, сталь типа 1Х18Н9Т травят в растворе, содержащем 8—10 % НNO₃ и 1,5—2% НF при плотности тока 8—10 А/дм² и на холоду. При этом продолжительность травле­ния уменьшается по сравнению с химическим в 5—8 раз.

Таблица 7

Состав растворов для травления углеродистых и легированных сталей (г/л)

Компоненты раствора	Углеродистые стали	Хромоникелевые стали	Стали Ш8Н9Т и ЭИ651
Серная кислота Соляная » Азотная » Катапин Фтористый натрий Хлористый »	- 350—380 - 3-5 - -	400—450 250—300 - 3-5 - -	- - 80-100 - 40—50 10-12

Для обработки стальных деталей, а также упругих элементов аппаратуры на Рижском радиозаводе им А. С. Попова разработан способ электрохимической очистки в водном щелочном растворе следующего состава: 100 г/л едкого натра и 20 г/л триэтанолами-на. Электролиз ведется при температуре 18—25°С, плотности тока 3—6 А/дм², напряжении 6—12 В и реверсировании посто­янного тока, с соотношением катодного и анодного периодов 4:4. Выгрузка деталей из ванны производится в анодный период. Для интенсификации процесса плотность тока увеличивают до 15— 25 А/дм, а температуру раствора—до 50—70 °С.

Обработку деталей из медных сплавов осуществляют в две стадии: 1) предварительное травление удаляет основной слой окислов; 2) кратковременное глянцевое травление дает светлую, слегка блестящую поверхность. Ниже приведен состав растворов для травления меди и ее сплавов (табл. 8). При травлении меди и медных сплавов в азотной кислоте происходит выделение чрезвычайно вредных для здоровья окислов азота. Так, при дей­ствии на медь концентрированной азотной кислоты выделяется двуокись азота:

Сu + 4НNO₃ → Сu(NО₃)₂ + 2NО + 2Н₂О

В более разбавленной кислоте выделяется окись азота:

Сu + 8НNО₃ → ЗСu(N0₃)₂ + 2NO + 4Н₂О.

Поэтому травильное отделение должно быть обеспечено надеж­ной приточно-вытяжной вентиляцией, а травильные баки следует оборудовать бортовым отсосом или установить их в вытяжном шкафу.

Травление алюминия и его сплавов осуществляется в 5 — 10 %-ном растворе гидроксида натрия, в который добавляют 0,5 г/л сульфонола для уменьшения выделения газов. Для придания се­ребристого оттенка металлу травление ведут в горячем растворе щелочи с добавлением хлористого натрия. После травления и промывки в воде алюминий и его сплавы осветляют в 20 %-ном растворе НNO₃ или в растворе, содержащем 200 г/л СгОз и 15 г/л Н₂SО₄. Травление сплавов АЛ2 и АЛ9 ведут при температуре 70—75 °С в растворе, содержащем 4—5 г/л Са(ОН)₂.

Таблица 8

Состав растворов (г/л) для травления меди и ее сплавов

Компоненты	Травление
раствора
	Предварительное	Глянцевое
Серная кислота	800-900	700-800
Азотная »	450-500	60-80
Соляная »	-	1-2
Хлористый натрий	5-10	-

Для травления алюминиевых деталей, имеющих точные размеры, рекомендуется раствор, в состав которого входят 60 г/л NаОН и 10 г/л агар-агара при температуре 60—70 °С. Для трав­ления деталей, имеющих точечную сварку, применяется раствор, содержащий 80—100 г/л Н₃РО₄ и 4—6 г/л К₂SiF. Обработка ве­дется на холоде.

Заключительной операцией подготовки поверхности деталей перед осаждением гальванических покрытий является активация (удаление тонкой пленки окислов, образующихся на уже подго­товленной к покрытию поверхности металла). Активация осуще­ствляется непосредственно перед погружением деталей в гальва­ническую ванну.

Активация может быть химической и электрохимической. Для химической активации стали применять 3—5%-ный раствор серной или соляной кислоты. Медь и ее сплавы активируют в 5—10 %-ном растворе серной кислоты или в 5 %-ном растворе цианистого калия или натрия.

Для получения прочного сцепления медного покрытия с ос­новой из стали 20 рекомендуется применять в качестве активи­рующего раствора следующую смесь (об. доли, %): НNO₃ - 40, Н₃РО₄ - 40, Н₂SО₄ - 20. Самой сложной активацией является ак­тивация хромоникелевых сталей, характеризующихся высокой пассивностью. Предложено проводить химическую активацию в течение 20 - 30 мин в смеси. Состоящей из 100 г/л НNO₃ и 30 г/л КНF₂ с последующей активацией в растворе, содержащем 80 г/л Ni и 40 г/л НС1.

Можно рекомендовать анодную активацию в 10 - 15 %-ном растворе Н₂SО₄ при плотности тока 10-15 А/дм втечение1-2 мин. При этом возможно протравливание. Для исключения перетравливания, активацию осуществляют на катоде.

Интересен процесс катодной активации с одновременным осаждением на детали тонкого слоя металла. Так, например, де­тали из углеродистой стали перед пирофосфатным меднением можно обрабатывать в электролите, содержащем 250 г/л NiSO₄, 7 Н₂SО₄ и 50 г/л Н₂SО₄, при катодной плотности тока 8-10 А/дм² , продолжительность обработки 20 - 30 с.

Активацию необходимо проводить непосредственно перед осаждением на детали покрытий с промежуточной их промывкой в проточной воде. Промывка должна быть кратковременной, чтобы исключить образование окисных пленок на металле.

Иногда на металле (при некоторых условиях) могут образо­вываться тонкие окисные пленки определенной структуры и по­ристости, присутствие которых улучшает сцепление покрытия с основным металлом, снижает пористость осадков. Так, перед осаждением гальваничиских покрытий на алюминиевых деталях рекомендуется оксидирование в фосфорнокислом электролите.

Перед хромированием широко используется анодная обра­ботка. Стальные детали обрабатывают в хромовом электролите при плотности тока 20 - 25 А/дм² в течение 20 - 30 с.

Для анодной обработки стальных деталей перед осаждением на них покрытий используется электролит, содержащий 700 -800 г/л Н₂SО₄ или такой же раствор, но с добавлением 20 - 30 г/л К₂Сr₂О₇. Анодная плотность тока в начале процесса составляет 10-15 А/дм², а по мере формирования окисной пленки ток сни­жается, а напряжение возрастает до 10 - 12 В. Процесс считается законченным, когда на аноде бурно выделяется кислород. При работе с сернокислым электролитом не рекомендуется разбав­лять его водой.

Детали из меди и ее сплавов перед осаждением на них по­крытий можно обрабатывать в растворе следующего состава (г/л) и режима работы:

30-40

20-30

3-5

18-25

0,5-1,0

Цианистый калий 30-40

Углекислый калий 20-30

Анодная плотность тока, А/дм 3-5

Температура электролита, °С 18-25

Продолжительность электролиза, мин 0,5-1,0