/
Автор: Лаворко П.К.
Теги: цветные металлы в целом химия металлы электрохимия химическая технология гальваника
Год: 1963
Текст
chipmaker.ru
К
Chipmaker.ru
1ксидные
ii окрытия
металлоб
Chipmaker.ru
ОКп_______П.К. Лаборко
chipmaker.ru
П. к. Л А В О Р К О
Chipmaker.ru
ОКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ
МЕТАЛЛОВ
|<340J
3 г г о д
„ЛЕНТЕ ' 15QP*
• и.лЛнЗТ8К8
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1963
chipmaker.ru
В книге описаны химические, электрохимиче-
ские и термические методы оксидирования, а так-
же фосфатирования и химического окрашивания
черных и цветных металлов и нх сплавов; при-
ведены способы механической и химической под-
готовки поверхностей металлов, технологические
процессы оксидирования и фосфатирования, уп-
рочнения и закрепления полученных покрытий;
даны сведения о современном оборудовании (по-
луавтоматах, автоматах и конвейерных линиях);
приведены справочные данные, необходимые для
выбора и нанесения оксидных покрытий.
Книга предназначена для рабочих н мастеров
гальванических цехов.
Рецензент инж. 3. С. Дидюков
Редактор канд. техн, наук А. П. Эйчис
Редакция литературы по химическому и текстильному машиностроению
Зав. редакцией инж. В. И. РЫБАКОВА
Chipmaker.ru
ПРЕДИСЛОВИЕ
XXII съезд ЦК КПСС сосредоточии внимание всего совет-
ского народа на проблемах дальнейшего технического прогрес-
са, еше более полного использования в народном хозяйстве до-
стижений науки и техники. Высокие темпы развития машино-
строения и приборостроения в нашей стране тесно связаны с
широким применением передовой техники и технологии произ-
водства.
К качеству машин и приборов предъявляются повышенные
требования, такие же требования предъявляются и к каче< тву
обработки поверхности изделий, особенно в части защитно-
декоративных и специальных покрытий. В промышленности ши-
роко применяются химические и электрохимические высокопро-
изводительные способы отделки и противокоррозионной защиты
поверхности металлов.
Среди различных способов защиты металлов от коррозии
находят значительное применение покрытия оксидными пленка-
ми, которые используются как для защиты металлов от корро-
зии, так и в целях придания поверхности износоустойчивости,
электроизоляционных свойств и пр., особенно в тех случаях,
когда требуется сохранение первоначальных размеров деталей,
имеющих жесткие допуски.
Оксидные покрытия широко применяются в приборостроении
при отделке деталей точных и оптических приборов, в самолето-
строении, в машиностроении, для отделки строительных и архи-
тектурных деталей и различных металлических изделий быто-
вого назначения.
К оксидным покрытиям, выполняемым химическими и элект-
рохимическими методами, относятся: воронение стали, анодиро-
вание алюминия и его сплавов с последующим окрашиванием,
оксидирование меди и ее сплавов с химическим окрашиванием
3
chipmaker.ru
в черный и другие цвета, оксидирование серебра, цинка и маг-
ниевых сплавов. Наряду с процессами нанесения оксидных пле-
нок в промышленности широко используются методы фосфати-
рования, т. е. защиты металлов фосфатными пленками, весьма
стойкими против коррозии. Относительная простота технологи-
ческих процессов и высокая производительность способствуют
широкому распространению методов защиты металлов оксид-
ными и фосфатными пленками.
В книге излагаются способы оксидирования стали, алюми-
ния, магния, серебра, меди, цинка и сплавов этих металлов, а
также фосфатирования металлов, применяемые в промышлен-
ности; даются практические указания по технологии оксидных
и фосфатных покрытий. Вопросы теории химических и электро-
химических процессов пленкообразования рассматриваются в
объеме, необходимом для объяснения причин происходящих
явлений.
Автор надеется, что материалы, изложенные в книге, будут
служить практическим пособием для квалифицированных ра-
бочих, мастеров и бригадиров, работающих в цехах и на участ-
ках оксидирования и фосфатирования металлов.
Chipmaker.ru
ГЛАВА I
ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАЩИТНЫХ ОКИСНЫХ ПЛЕНОК
НА МЕТАЛЛАХ
Противокоррозионная стойкость металлов в значительной
степени зависит от наличия на их поверхности пленок окисных
соединений, произвольно образующихся в естественных усло-
виях под влиянием кислорода воздуха. Естественные пленки
окислов на железе и железоуглеродистых сплавах — стали и чу-
гуне— весьма тонкие, прозрачные и невидимые невооруженным
глазом, хотя и сообщают металлу некоторую пассивность, все
же не могут представлять надежную защиту от коррозии. Иног-
да лишь в благоприятных атмосферных и климатических усло-
виях естественная (окисная) пленка, образовавшаяся на желе-
зе, оказывает длительное защитное действие.
Интересным примером длительной защиты железа окисными
пленками может служить известная колонна в Дели (Индия),
воздвигнутая примерно 1800 лет тому назад и незаржавевшая,
а только покрывшаяся коричневой пленкой. Образец железа,
вырезанный из этой колонны, в условиях лаборатории быстро
прокорродировал.
Окисные пленки, возникающие на поверхности алюминия в
значительно большей степени тормозят развитие коррозионных
процессов. Химически активный металл алюминий, покрываясь
тонкой окисной пленкой, в течение длительного времени сохра-
няется на воздухе без изменений.
Защитные свойства окисной пленки на металле в значи-
тельной степени зависят от ее толщины, структуры, сплошности
и условий образования. Незначительная противокоррозионная
стойкость пленок объясняется тем, что окисные пленки не обра-
зуются одновременно по всей поверхности металла. Неравно-
мерное влияние факторов, способствующих окислению (кисло-
рода воздуха, влаги, температуры), различное состояние поверх-
ности металлов и загрязнения, имеющиеся на ней, обусловлива-
ют различную толщину, несплошность, пористость и рыхлость
окисных пленок.
5
ker.ru
Окисные пленки, как правило, имеют малую толщину. Так,
например, на поверхности стали, находящейся на воздухе, при
нормальной температуре (20° С) образуется невидимая окис-
ная пленка толщиной 15—150 А*. Толщина видимых окрашен-
ных пленок, образующихся при нагревании в интервале темпе-
ратур 200—500° С (цветов побежалости), составляет 400—
1200 А, толщина пленок черного цвета, образующихся на стали
при высокой температуре, достигает 10 000 А (1 мк) и больше.
Для повышения защитных против коррозии свойств приме-
няются искусственные окисные (оксидные) пленки, получаемые
на поверхности металла химическими или электрохимическими
способами. Эти способы, известные под общим названием окси-
дирование, позволяют формировать защитные пленки толщиной
порядка 0,6—1,5 мк на стали и до 100 мк и больше на алюми-
нии и применять их как защитно-декоративные покрытия, не
обладающие, однако, без последующей смазки или лакирования,
высокой противокоррозионной стойкостью.
С образованием оксидных пленок тесно связано явление
пассивности металлов. Наличие пленок окислов на металлах до-
казано новейшими методами исследований, особенно электрон-
но-микроскопическим методом, позволяющим обнаруживать и
измерять тончайшие пленки.
Пассивирование железо-углеродистых сплавов, наблюдае-
мое, например, при обработке их концентрированной азотной
кислотой, известное издавна, только в последнее время нашло
объяснение благодаря пленочной теории пассивности, разрабо-
танной акад. В. А. Кистяковским.
Согласно этой теории, протекание коррозионных процессов
на поверхности металлов непосредственно связывается с раз-
личными изменениями пленки, ее структуры и сплошности.
На поверхности большинства металлов и сплавов в атмо-
сферных условиях образуются пленки, состоящие чаще всего из
окисных соединений. Эти пленки тормозят и прекращают в
дальнейшем взаимодействие металла с кислородом — переводят
металл в пассивное состояние, под которым понимают полную
или частичную утрату поверхностью металла способности всту-
пать в химические реакции. Защитные свойства пассивирующих
пленок широко используют для борьбы с коррозией.
К защитным пассивирующим пленкам предъявляются сле-
дующие требования:
а) процесс образования пленки должен происходить одно-
временно по всей поверхности изделия;
б) пленка должна быть плотной, ровной и достаточной тол-
щины;
в) в случае механического разрушения пленки при опреде-
* 1 микрон = 10 000 А (ангстрем).
6
ленных условиях должна самовосстанавливаться (как это бы-
вает при пассивировании железа в растворах нитрита натрия с
содой).
Защитные свойства окисных пленок зависят от прочности
сцепления их с металлом, от качества предварительной механи-
ческой и химической обработки поверхности, а также от измене-
ния удельного объема, происходящего при образовании окисла
из металла. Если окислы занимают объем, меньший чем металл,
то сплошная пленка покрытия не образуется, в ней остаются
разрывы, через которые свободно проходят различные корро-
зионные агенты. Наоборот, если объем окисла превышает объ-
ем металла, из которого он образуется, то пленка покроет ме-
талл сплошным' слоем, что, однако, замедлит скорость дальней-
шего окисления [1].
Считают, что наилучшие защитные свойства имеют пленки
окислов, объем которых близок к объему основного металла.
Окисные пленки должны также хорошо переносить дополни-
тельные напряжения, возникающие в связи с температурными
изменениями, тем более, что обычно коэффициенты линейного
расширения металла и его окислов значительно отличаются.
Окисные пленки в зависимости от кристаллической структу-
ры всегда в большей или меньшей степени пористы; наиболее
плотными (почти беспористыми) являются тонкие пленки, при-
легающие непосредственно к металлу.
Большую сплошность тонких пленок подтверждают опыты,
проведенные Ю. Р. Эвансом [2]. Стальная тонкая полированная
полоска была нагрета с одного конца. Вследствие неравномер-
ности нагрева по длине на ее поверхности появились различные
интерференционные цвета, свидетельствующие о постепенном
уменьшении толщины пленки в направлении от нагретого к хо-
лодному концу образца: от синего и фиолетового в наиболее
нагретой части к пурпурному, красному, оранжевому и желто-
му. После испытания защитных свойств пленки, ее сплошности
и пористости капельным методом, наиболее плотной оказалась
невидимая пленка в преджелтой области, т. е. наиболее тонкая.
Однако для придания покрытию большей механической
прочности при оксидировании стремятся формировать более
пористые толстые пленки. При оксидировании рост сплошных
пленок прекращается обычно при сравнительно малых толщи-
нах, а дальнейшее увеличение толщины пленки происходит па-
раллельно с увеличением ее пористости. Окисные пленки на
стали обладают минимальной пористостью, окисные пленки на
алюминии, наоборот, отличаются высокой пористостью.
Указанное свойство используется для повышения защитных
свойств окисных пленок на алюминии путем наполнения пори-
стых окислов инертными органическими веществами, смазками,
лаками, эмалями, часто с предварительной обработкой пленок
пассивирующими веществами (растворами хроматов и др.).
7
chipmaker.ru
Для повышения защитных свойств оксидных покрытий на
стали применяют гидрофобизацию, предотвращающую смачива-
ние поверхности водой и последующее развитие коррозионного
процесса. С этой целью широко применяют обработку поверхно-
сти мыльным раствором, который закрепляется в порах пленки
и как бы «закупоривает» их.
После такой обработки поверхность хорошо смачивается
маслом, устойчивость и защитные свойства масляной пленки
значительно повышаются, что увеличивает стойкость оксидного
покрытия.
Образование оксидных пленок на поверхности стальных из-
делий производится химическими или электролитическими ме-
тодами в растворах, содержащих окислители. Защитная пленка
образуется в результате растворения металла в оксидирующем
растворе и последующего перемещения расгвора окислами
металла, что приводит к кристаллизации их на поверхности ме-
талла.
Процесс оксидирования черных металлов в щелочных раст-
ворах имеет ряд особенностей, влияющих на формирование
оксидной пленки. Образование оксидной пленки, по данным
проф. А. Г. Самарцева, происходит следующим образом.
'В горячем концентрированном растворе щелочи и окислите-
ля железо переходит в раствор с образованием вначале закис-
ного, а затем окисного соединения. В прилежащем к металлу
слое жидкости образуется сильно пересыщенный раствор маг-
нитной окиси, и начинается выпадение на поверхности металла
его кристаллических зародышей.
В начале процесса образуются отдельные центры кристалли-
зации; затем они разрастаются до взаимного соприкосновения g
и заполняют всю поверхность, образуя непрерывную черную £
оксидную пленку. После этого рост пленки прекращается, так
как окисляющий раствор не имеет дальнейшего доступа к ме-
таллу.
Толщина оксидной пленки обычно находится в пределах
0,6--0,8 мк. и зависит от соотношения компонентов в ванне и
температуры раствора. Основное влияние на процесс образова-
ния оксидной пленки оказывают: концентрация окислителя и
щелочи, температура раствора, содержание в нем окисного
железа.
Установлено, что с повышением содержания в растворе окис-
лителей, толщина оксидной пленки умен! шается. Это явление
зависит от скорости одновременного образования кристалличе-
ских зародышей оксидной пленки под действием окислителей.
Так, с повышением содержания в растворе окислителя, скорость
окисления металла вначале увеличивается, слой жидкости, гра-
ничащий с металлом, обогащается окислами железа и число
центров кристаллизации возрастает, что ведет к образованию
тонкой оксидной пленки. При уменьшении содержания окисли-
8
телей образуется меньшее количество центров кристаллизации,
что создает возможность роста оксидной пленки и ее утолще-
ние (фиг. 1).
Основное влияние на процесс оксидирования оказывает тем-
пературный режим: при повышении рабочей температуры тол-
щина оксидной пленки уменьшается; при понижении — ско-
рость реакции образования магнитной окиси падает, число цен-
тров кристаллизации на поверхности металла уменьшается, что
ведет к увеличению толщины образующейся пленки.
На процесс оксидирования также оказывает большое влия-
ние концентрация щелочи: с повышением концентрации щелочи
толщина образующейся пленки возрастает; при этом повыше-
ние концентрацйи щелочи оказыьает более сильное влияние,
чем вызванное увеличением содержания щелочи повышение
Фиг 1. Схема образования и роста оксидной пленки:
а — образование тонкой пленки при большом количестве центров
кристаллизации окисла; б — образование относительно толстой
пленки при малом количестве центров кристаллизации окисла.
температуры кипения раствора. При увеличении толщины ок-
сидной пленки защитные свойства улучшаются, поэтому приме-
нение более концентрированных растворов щелочи позволяет
получать наиболее устойчивые против коррозии оксидные по-
крытия. Однако повышать температуру кипения раствора выше
140—145° С, путем увеличения содержания в нем щелочи не ре-
комендуется, так как появляющиеся при этом на поверхности
оксидируемого металла налеты гидрата окиси железа (красного
цвета) ухудшают внешний вид покрытия.
Уместно заметить, что в сильно концентрированных щелоч-
ных растворах, кипящих при 175—195° С, процесс оксидирова-
ния стали вообще не происходит, а полученная ранее черная
оксидная пленка растворяется.
В ваннах оксидирования всегда имеется окисное железо,
поступающее в раствор с поверхности обрабатываемых изделий.
Влияние окисного железа на процесс образования оксидного
слоя очень велико. При отсутствии окисного железа, например
в свежеприготовленном растворе, получающиеся оксидные плен-
ки имеют большую толщину, рыхлое строение и легко стира-
ются с поверхности изделий.
9
chipmaker.ru
В дальнейшем, по мере накопления окисною железа, раст-
вор начинает давать прочные блестящие оксидные пленки. По-
этому свежий оксидирующий раствор должен быть предвари-
тельно проработан до накопления некоторого количества окис-
ного железа или же к нему должно быть прибавлено окисное
железо, например, в виде Fe2(SO4)3.
При очень высоком содержании окисного железа, что бы-
вает в ваннах, работающих длительное время, вместо нормаль-
ных черных оксидных пленок будут образовываться тонкие
полупрозрачные пленки с буроватыми оттенками и даже тон-
чайшие, невидимые невооруженным глазом оксидные пленки.
В этом случае старый раствор следует разбавить свежим раст-
вором щелочи с окислителем, после чего будут получаться нор-
мальные оксидные покрытия.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ
ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК НА СТАЛИ
В настоящее время в промышленности применяют следую-
щие пять способов оксидирования стали:
1. Щелочное — в кипящем растворе щелочи с добавками
окислителей.
2. Электрохимическое — в нагретом растворе щелочи анод-
ной обработкой.
3. Бесщелочное — в растворах, содержащих соли фосфорной
кислоты с добавками азотнокислого бария или кальция.
4. В расплаве солей нитрата и нитрита натрия.
5. В среде перегретого пара при температуре 450—650°, и
давлении 0,3 ати.
Рядом исследований (В. А. Титов, А. Р. Якубенко) была оп-
ределена эффективность защиты стали от коррозии различными
методами оксидирования и получены такие результаты.
Толщина оксидной пленки. Сравнительные испытания тол-
щины оксидной пленки показали, что пленка минимальной тол-
щины (порядка 0,1 мк) получается при обработке изделий в ра-
сплаве солей; толщина пленки, полученной при щелочном окси-
дировании, составляет 0,5—0,8 мк, при электрохимическом окси-
дировании 2,0—2,5 мк и оксидировании в среде водяного пара
9—10 мк.
Таким образом, пленка, полученная в водяных парах, при-
мерно в 4 раза толще пленки, полученной электрохимическим
способом, почти в 16 раз толще пленки, полученной способом
щелочного оксидирования, и в 95 раз толще пленки, полученной
в расплаве солей.
Пористость оксидного слоя зависит от его толщины и являет-
ся важным показателем защитных свойств пленки. Исследова-
ния показали, что чем толще слой, тем меньше в нем число пор.
Исключение составляет пленка, получаемая при электрохимиче-
10
ском оксидировании, что объясняется происходящим при этом
газообразованием.
Пористость пленки, получаемой при бесщелочном оксидиро-
вании, является максимальной за счет выделения в процессе
оксидирования водорода.
Величина пористости в зависимости от способа оксидирова-
ния характеризуется следующими данными (число пор, прихо-
дящихся на 1 см2 поверхности):
В среде перегретого пара 0 Электрохимическое . .150
Щелочное........... 3 Бесщелочное . . 200
В расплаве солей .... 75
Пленка, полученная по любому способу оксидирования, яв-
ляется проводником. Проводимость оксидных пленок зависит от
их толщины, пористости и химического состава. Наибольшим
электрическим сопротивлением обладают пленки, полученные
при бесщелочном оксидировании, наименьшим — полученные
в расплаве солей. Сопротивление пленок, полученных в среде
перегретого пара и при электрохимическом оксидировании, за-
нимает промежуточное место.
Достигаемая при паровом оксидировании большая толщина
пленки, по-видимому, и обусловливает большое электрическое
сопротивление.
Коррозионная стойкость. В результате испытаний стойкости
оксидных пленок путем погружения образцов в 0,01%-ный раст-
вор NaCl в течение 24 ч установлено, что наиболее высокими
антикоррозионными свойствами обладают пленки, полученные
при оксидировании в среде перегретого пара, затем в порядке
понижения коррозионной стойкости следуют пленки, полученные
при оксидировании щелочным и электрохимическим способами,
в расплаве солей и при бесщелочном оксидировании.
Нанесение смазок значительно увеличивает коррозионную
стойкость всех оксидных покрытий, однако защитные свойства
оксидных пленок уступают металлическим покрытиям. В ряде
случаев оксидные покрытия, полученные в среде перегретого
пара, рекомендуется использовать для защиты от коррозии из-
делий из конструкционной и инструментальной сталей, совме-
щая антикоррозионную обработку с одновременным высоким от-
пуском, а также для повышения износостойкости и для исполь-
зования оксидного слоя в качестве грунта для последующего
лакокрасочного покрытия.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК НА АЛЮМИНИИ
Получение оксидных пленок на алюминии и его сплавах про-
изводят химическим способом без действия извне приложенного
электрического тока и электрохимическим способом путем окис-
ления поверхности на аноде.
11
chipmaker.ru
2
Фиг. 2. Строение оксидной
пленки на алюминии:
а — плотный слой толщиной
0,01—0,1 мк-, б — рыхлый слой
толщиной 4—5 мк\ 1 — элек-
тролит; 2 — окись алюминия
(А12Оэ); 3 — гидратированная
окись алюминия (А12ОзН2О);
4 — капиллярные каналы.
Структура оксидных пленок на алюминии и процессы, про-
исходящие при их образовании, изучены проф. Н. Д. Тома-
шевым.
По этим данным строение оксидной пленки на алюминии,
полученной анодным оксидированием, можно представить схе-
мой. изображенной на фиг. 2.
Пленка на оксидированном алюминии как бы состоит из
двух слоев: тонкого плотного сплошного слоя толщиной 0,01 —
0,1 мк, прилегающего к металлу, и сравнительно толстого (по-
рядка 10—109 мк} рыхлого, пористого, проницаемого для элек-
тролита слоя, на внешней поверхности
металла.
В толстом рыхлом слое имеется
большое число капиллярных каналов
конусообразной формы. Число этих
каналов увеличивается по направле-
нию от внутренней поверхности плен-
ки к внешней. Под влиянием раство-
ряющего действия электролита тонкая
сплошная оксидная пленка с внешней
стороны постепенно становится порис-
той и рыхлой; непрерывно растворяясь
и образовываясь вновь, она остается
приблизитетьно одинаковой толщины.
Внешняя пористая оксидная пленка в
процессе оксидирования постепенно
увеличивается по толщине.
Таким образом, рост пленки про-
исходит не на внешней стороне, как это
бывает, например, при нанесении галь-
ванических покрытий, но в очень тонком слое оплошной пленки —
на границе между металлом и толстой пористой пленкой. По-
скольку образование оксидного слоя идет в глубину, изменение
размеров изделий при оксидировании незначительно и происхо-
дит главным образом благодаря несколько большему объему об-
разовавшихся окислов.
Рост оксидной пленки является результатом двух процессов:
электрохимического (образования пленки) и химического (ра-
створения ее). Рост пленки может происходить только в том
случае, если скорость образования оксидного слоя превышает
скорость его растворения.
По химическому составу оксидная пленка во внутреннем тон-
ком слое близка к безводной окиси алюминия (Д12Оз); внешний
толстый слой пленки имеет состав, близкий к моногидрату окси-
да алюминия (А^Оз-НгО).
Пористое строение оксидных пленок подтверждается иссле-
дованием их при помощи электронного микроскопа. Простран-
ство, занимаемое порами в пленках, полученных методом анод-
12
ной обработки, может достигать'30—45% общего объема плен-
ки. Степень пористости и величина пор в значительной мере за-
висят от способа и режима получения оксидной пленки.
Твердость оксидных пленок зависит от их пористости; более
пористые пленки менее тверды. Твердость наиболее плотных
пленок по шкале Мооса составляет от 7 до 9 единиц и прибли-
жается к твердости кварца и корунда. Твердость пленки не оди-
накова во внутренних и внешних слоях; наиболее твердым яв-
ляется внутренний плотный слой пленки. Микротвердость оксид-
ных пленок на алюминии, по сравнению с некоторыми другими
материалами, характеризуется следующими данными:
Корунд природный . . . 2000
Анодная пленка на чистом
алюминии..................1500
Закаленная инструменталь-
ная сталь У10.............1100
(R-66)
Анодная пленка на техничес-
ком алюминии.............600
Анодная пленка на сплаве
АК-4.................... 350
Алюминий литой ............ 50
Оксидные пленки также характеризуются высокой прочно-
стью связи с основным металлом; сцепляемость пленки значи-
тельно превосходит сцепляемость гальванических покрытий.
Отделить оксидную пленку от основного металла каким-либо
механическим воздействием нельзя. Даже при многократном из-
гибании оксидированного образца, изготовленного из листового
материала, в местах растрескивания пленки она не отделяется
от основного металла.
Жароустойчивость оксидных пленок исключительно велика.
Окись алюминия—корунд, составляющий основную массу ок-
сидной пленки, устойчив до температуры 1500° С. Это свойство
может быть практически использовано в машиностроении для
защиты деталей при повышенных температурах, например, при
работе на износ в газовой струе большой скорости.
Оксидные пленки на алюминии (особенно высокой чистоты)
обладают высокими электроизоляционными свойствами, что ши-
роко используется в производстве электролитических выпрями-
телей, конденсаторов и других приборов.
Значительная пористость пленок дает возможность пропиты-
вать их пленкообразующими и жировыми веществами, смазоч-
ными маслами, а также красителями.
Высокая твердость пленок в сочетании со значительной мас-
лоемкостью, определяемой пористостью, позволяет повышать
низкие антифрикционные качества алюминиевых сплавов. Ка-
саясь изменения геометрических размеров деталей при аноди-
ровании, следует учитывать влияние протекающих одновремен-
но с превращением металла в оксид процессов растворения
оксида, его гидратацию и др. В зависимости от режима процес-
са в результате анодирования габаритный размер изделия мо-
жет и уменьшаться и увеличиваться. Изменение размеров наи-
13
chipmaker.ru
более сильно определяется температурой электролита, и переход
от прироста размера к его уменьшению наступает при тем мень-
шей выдержке, чем выше температура электролита [3].
Установлено, что анодирование в 3%-ной хромовой кислоте
сопровождается значительно меньшим изменением размеров
деталей, чем анодирование в серной кислоте по обычному режи-
му. Поэтому прецизионные детали следует анодировать в хро-
мовой кислоте. При анодировании наблюдается некоторое ухуд-
шение чистоты поверхности за счет возрастания шероховатости,
которое является следствием неравномерного растворения на-
ружных слоев оксида и неравномерной оксидации на границе
металл — оксид. Минимальное ухудшение чистоты обработки
достигается при обработке в 3%-ной хромовой кислоте, так как
при этом процессе сопутствующее анодированию растворение
оксида имеет минимальную величину.
При одних и тех же условиях анодирования шероховатость
на сплавах типа дуралюмина (АК-4, АК-6, АК4-1) возрастает
сильнее, чем на сплавах гомогенных (АМг). Шероховатость воз-
растает с увеличением толщины пленки. Так, например, при тол-
стослойном (глубоком) анодировании чистота обработки по-
верхности изменяется от \79 до V5 и даже до V4.
Для оксидирования алюминия и его сплавов в настоящее вре-
мя находят применение следующие основные методы:
1) химическое оксидирование в растворе щелочей и хрома-
тов;
2) анодное оксидирование в растворах серной кислоты;
3) анодное оксидирование в растворе хр мового ангидрида;
4) анодное оксидирование в растворах щавелевой кислоты.
Наиболее широкое распространение получил метод анодного
оксидирования в растворах серной кислоты с последующим за-
полнением пор оксидной пленки, что обеспечивает наибольшую
коррозионную стойкость защитной пленки.
Анодирование в растворах хромового ангидрида, хотя и дает
пленку, несколько уступающую по качеству пленке, полученной
в растворах серной кислоты, но применяется главным образом
для защиты сварных и клепаных конструкций несложной кон-
фигурации, а также деталей с полированной поверхностью.
Толщина получающихся оксидных пленок (в мк) находится
обычно в следующих пределах:
Анодное оксидирование в серной кислоте . . 5—15
Анодное оксидирование в хромовой кислоте . . 3—5
Анодное оксидирование в щаве пеной кислоте . 10—60
Эматалирование........................ . 10—18
Наряду с обычным анодным оксидированием, создающим
относительно тонкие защитные против коррозии пленки, часто
с целью повышения поверхностной твердости деталей использу-
ют глубокое (твердое) анодирование. Получаемые по этому
14
методу пленки имеют толщину порядка 20—7U мк. с поверхно-
стной твердостью HRC 35—45.
* *
*
Защитно-киррозионная способность анодных пленок доста-
точно велика, особенно после закрытия пор путем обработки в
растворах бихромата калия или в горячей воде, а также после
нанесения лакокрасочных покрытий.
Образование на поверхности металлов весьма тонких окис-
ных пленок благодаря явлению интерференции нередко приво-
дит к окрашиванию поверхности. Изменение окраски цветных
металлов химической обработкой в растворах солей и кислот
называют имическим окрашиванием. Этот метод находит до-
вольно широкое применение в сочетании с последующим покры-
тием бесцветными лаками, что значительно увеличивает корро-
зионную стойкость.
Весьма распространен в промышленности метод защиты ста-
ли от коррозии нанесением на поверхность изделий фосфатных
пленок — фосфатирование. Фосфатное покрытие обладает хо-
рошими защитными свойствами, особенно при последующем
промасливании или лакировании, а также обеспечивает прекрас-
ную адгезию лакокрасочных покрытий с основным металлом.
Так называемое «нормальное» фосфатирование заключается
в нанесении на защищаемый металл пленки, состоящей из би-
фосфатов и трифосфатов железа. В последнее время начал при-
меняться метод фосфатирования в составах, содержащих соли
цинка. Получаемые при этом пленки оказывают значительно
большую защиту от коррозии, чем при обычном фосфатиро-
вании.
Классификация методов химической и электрохимической
обработки поверхности металлов с получением оксидных и фос-
фатных пленок приведена на схеме.
15
chipmaker.ru
Сернокислотный процесс
Хромовокислотный процесс
П реимущества
Преимущества
1. Простота технологического режима,
контроля электролита и его деше-
визна
2. Возможность применения перемен-
ного тока
3. Возможность обработки всех спла-
вов алюминия
4. Возможность получения пленок тол-
стых, твердых и износоустойчивых
5. Более низкое рабочее напряжение
(до 20 в)
6 Высокая способность пленок к ад-
сорбционному окрашиванию и напол-
нению
7 Меньшая возможность брака по про-
гарам и разъеданию
8. Более высокая коррозионная стой-
кость пленок (после наполнения),
чем у пленок, полученных по хромо-
вокислотному способу
Недостатки
1. Уменьшение чистоты обработки по-
верхности полированных деталей
2. Изменение размеров обработанных
деталей
3. Необходимость дополнительной опе-
рации наполнения пленок для повы-
шения коррозионной стойкости
4. Недопустимость обработки изделий
со сварными швами, трудно-доступ-
ными полостями для отмывания
электролита
5 Потребность охлаждения электро-
лита
6 Хрупкость оксидных пленок
1. Неизменность чистоты обработки
поверхности
2. Неизменность размеров обрабаты-
ваемых деталей
3. Высокое электрическое сопротивле-
ние пленок, в 10 раз более высокое,
чем у пленок, полученных по серно-
кислотному способу
4. Более высокая коррозионная саой-
кость пленок (без наполнения), чем
у пленок той же толщины, получен-
ных по сернокислотному способу
5. Устранение процесса наполнения,
которое в данном случае не повы-
шает коррозионной стойкости
6. Более высокие эластичность и плас-
тичность пленок
7 Отсутствие корродирующего дейст-
вия раствора и пригодность его для
обработки узлов со сварными шва-
ми, трудно отмывающимися полос-
тями и пр.
Недостатки
1. Сложность контроля электролита,
необходимость потенциометрических
определений
2. Высокая стоимость электролита
3. Необходимость повышенного рабоче-
го напряжения (более 40 в)
4. Недопустимость обработки литейных
кремнистых сплавов и дуралюминов
5. Возможность брака из-за пробоя,
пригара и разъедания
6. Невозможность наращивания толс-
тых износостойких и твердых пленок
7. Необходимость подогрева ванн
16
В настоящее время в промышленности используются глав-
ным образом два способа антикоррозионного анодирования —
сернокислотный и хромовокислотный. Наиболее широкое при-
менение имеет сернокислотный способ, однако в ряде случаев
применяется и хромовокислотный способ.
Необходимость применения хромовокислотного способа объ-
ясняется сопоставлением преимуществ и недостатков указанных
способов пленкообразования (см. стр. 16).
Перед оксидированием поверхность тех или иных металлов
должна быть соответствующим образом подготовлена. Подго-
товка поверхности стальных деталей заключается в шлифовании
и полировании (при декоративной отделке) и в удалении окис-
лов и жировых загрязнений. Это достигается травлением в кис-
лотах и в обезжиривании растворителями или в щелочных раст-
ворах.
Chismaker.ru
Завод
„Я-НТЕ д ЧССР-
ib'uiiu.. о /I /*ТВк2
r.ru
Chipmaker.ru
ГЛАВА II
МЕХАНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ
МЕТАЛЛА ПЕРЕД ОКСИДИРОВАНИЕМ
Качество поверхности металла — ее чистота, гладкость и фи-
зические свойства поверхностного слоя (структура, наклег и
т. д.)—оказывает весьма существенное влияние на ряд важ-
нейших свойств металла, его износостойкость и коррозионную
стойкость и, следовательно, на последующее оксидирование.
Качество пленок, образующихся при оксидировании химиче-
ским или электрохимическим путем, и защитные свойства их
получаются более совершенными на хорошо обработанной по-
верхности металла.
На ровной, гладкой поверхности всегда образуется более
толстая и сплошная пленка, на выступающих же участках —
микровыступах и вершинах неровностей — более тонкая пленка
с многочисленными дефектами. Указанное полностью подтвер-
ждается теорией и практикой защиты металлов оксидными
пленками.
Количественная оценка качества поверхности в соответствии
с ГОСТ 2789-59 производится в зависимости от микрцгеометрии
обработанной поверхности и величины ее неровностей, выражен-
ной в микронах. Определение группы и класса чистоты поверх-
ности, когда требуются точные данные, производится специаль-
ными приборами: профилометрами и профилографами. Для по-
верхностей шлифованных и полированных в декоративных целях
определение класса чистоты обычно производится сравнением
с набором эталонных образцов.
Классификация чистоты поверхности и принятые обозначе-
ния в чертежах приведены в ГОСТ 2789-59, которым предусмот-
рено 14 классов чистоты в диапазоне микронеровностей высотой
от 200 мк (для 1-го класса) до 0,06 мк (для 14-го класса).
Перед оксидированием стали чистота поверхности изделий
должна быть в предетах V5—\ 9i; изделия, предназначенные
для фосфатирования, обрабатывают до чистоты поверхности
V 6. При декоративном анодировании алюминия чистота поверх-
ности должна быть в пределах V 8—V 12.
18
При оксидировании, когда на поверхности металла форми-
руются весьма тонкие пленки окислов, измеряемые нередко до-
лями микрона, микрогеометрия исходной поверхности оказы-
вает основное влияние как на параметры технологического про-
цесса, так и на расходные коэффициенты.
Следует учитывать, что состояние поверхности, полученное
в результате той или иной обработки, обусловливает ее факти-
ческие размеры, которые могут весьма существенно отличаться
от геометрических размеров.
На фиг. 3 показан схематически вид поверхности металла
после различной обработки. У полированной поверхности, обра-
ботанной до V 14, фактические размеры равны геометрическим,
расчетным. Во всех других случаях фактические размеры превы-
шают расчетные. Так, например, площадь поверхности после
станочной обработки (токарной обточки, фрезерования), имею-
10м2 г Ом2 4 fat
а) б) 6)
Фиг. 3. Схематический вид поверхности металла после раз-
личной обработки:
а — полированная поверхность; б — поверхность после механической
обработки; в — поверхность после пескоструения или травления.
щая ряд параллельных канавок (рисок), почти в 2 раза, а после
пескоструения или травления — в 3—5 раз больше расчетной.
Механическая подготовка поверхности металла, выполняе-
мая перед оксидированием, применяется для получения гладкой,
ровной, блестящей или матовой поверхности в зависимости от
требований, предъявляемых к деталям.
Детали могут быть подвергнуты шлифованию, полированию,
крацеванию, пескоструенню, а также галтовке и подводному
полированию.
Целесообразно при изготовлении деталей назначать такую
обработку, которая позволяла бы получать чистоту поверхно-
сти детали, соответствующую требованиям последующего окси-
дирования. При надлежаще выбранной и выполненной чистоте
обработки в процессе изготовления деталей можно не применять
непосредственно перед оксидированием отделочного шлифо-
вания.
ШЛИФОВАНИЕ
Процесс получения ровной и гладкой поверхности путем сня-
тия тонкой стружки металла с помощью твердых .и режущих ма-
териалов (абразивов) называется шлифованием.
2* 19
chipmaker.ru
При шлифовании происходит некоторое изменение формы
поверхности изделия и уменьшение его веса вследствие того, что
каждое зерно абразива, подобно резцу, снимает слой металла
(съем металла составляет 0,01—0,03 мм).
Снятие стружки при шлифовании происходит при участии в
работе огромного количества абразивных зерен, которые шли
фовальный круг, вращающийся с большой скоростью, подводит
к шлифуемому участку. Преимуществом шлифовальных кругов
перед другими режущими инструментами является то, что при
работе их происходит как бы самонатачивание, вследствие того,
что на место сработанных зерен выступают новые зерна.
Благодаря высокой твердости абразивных материалов, при-
меняемых для шлифовальных кругов, обработка поверхности
Фиг. 4. Шл гфавалБно-полиповальный
станок.
Фиг. 5. Схема действия бесцен-
трово-ш 1ифовального сталка:
/ — подающий круг; 2 — шлифо-
вальный круг; 3 — шлифуемое
изделие; 4 — упор.
шл1ифова™ем возможна
для металлов любой твер-
дости.
Отделочное шлифова-
ние крупны, .и средних
с вращающимися эластичны-
проклеенными матерчатыми
деталей производится на станках
ми войлочными, фетровыми или
кругами, на которые нанесены и закретены каким-либо клеем
абразивные материалы. Диаметр кругов обычно составляет
350—400 мм. Наиболее широкое применение имеют двух-
шпиндельные шлифовально-полировальные станки (фиг. 4).
Шлифование трубчатых, цилиндрических деталей часто про-
изводится на бесцентрово-шлифовальных станках. Основная осо-
бенность этих станков состоит в применении двух кругов, из
которых только один круг, называемый режущим, предназначен
для шлифования. Другой круг, называемый ведущим (регули-
рующим), служит для торможения обрабатываемого изделия.
которое устанавливается на специальной опоре между кругами.
Соприкасаясь с ведущим кругом, изделие замедляет свое вра-
щение и одновременно перемещается вдоль оси круга (фиг. 5).
Бесцентрово-шлифовальные станки очень производительны;
причем, кроме цилиндрических деталей, на них можно также
20
производить фасонное шлифование сферических поверхностей,
конусов и т. д.
Для обработки плоских поверхностей существуют различные
типы плоскошлифовальных станков с магнитной плитой.
При массовом выпуске однотипных деталей применяют мно-
гошпиндельные полуавтоматы, автоматы и автоматические ли-
нии. Схема многишпиндельного полировального полуавтомата
с круглым столом приведена на фиг. 6. Схема устройства стола
и полировальной бабки автоматической линии приведена на
фиг. 7.
Для шлифования успешно применяют также вертикальные и
горизонтальные ленточные станки, обладающие высокой произ-
Фиг. 6. Схема многошпиндельного полиро-
вального полуавтомата с круглым столом:
1 — шпиндели изделия (5 шт.); 2 — поворотный
стол; 3 — полировальные головки; 4 — передвиж-
ная поворотная стойка.
водительностью. Рабочим органом этих станков является беско-
нечная лента (из кожи, прорезиненного ремня или склеенной
шлифовальной шкурки на тканевой основе) с наклеенным на
поверхности абразивным материалом.
Шлифование осуществляется прижиманием детали к движу-
щейся ленте. Обрабатываемая поверхность в этом случае полу-
чается значительно больше, чем при шлифовании на кругах, по-
этому этот способ является более производительным.
Устройство вертикального ленточно-шлифовального станка
показано на фиг. 8.
Простота конструкции ленточно-шлифовальных станков поз-
воляет легко изменять скорость ленты, силу ее натяжения; на
них удобно обрабатывать плоские, круглые, фасонные, выпук-
лые и вогнутые поверхности с равномерным снятием припуска.
Применение абразивной ленты дает возможность механизиро-
вать ручные операции с переходом на полуавтоматическую об-
работку.
21
chipmaker.ru
Для шлифования и полирования применяют различные абра-
зивные материалы, зерна которых обладают большой твердо-
стью и режущей способностью.
Абразивные материалы подразделяются на естественные и
искусственные.
К естественным материалам, применяемым при шлифовании,
относятся алмаз, корунд, наждак, кремень, кварц и др.
К ис-
кусственным — электрокорунд,
стальная крошка и др. К естест-
венным материалам, применяе-
мым при полировании,относят-
карбид кремния, карбид бора,
Фиг. 8. Вертикальный ленточно-
шлифовальный станок.
Фиг. 7. Схема устройства сто-
ла н полировальной бабки
простой полировальной авто-
матической линии:
1 — станина полировальной головки;
2 — электродвигатель; 3 — полиро-
вальный круг; 4 — шпиндель изде-
лия; 5 — шестерня привода шпинде-
ля изделия.
ся венская известь, мел, трепел, диатомит; к искусственным —
окись хрома, окись железа (крокус) и др.
Назначение шлифующих материалов — снять слой металла
для получения относительно гладкой поверхности; назначение
полирующих материалов — сгладить небольшие неровности,
оставшиеся после шлифования, и довести поверхность металла
до зеркального блеска.
Абразивные материалы по ГОСТ 3647-59 разделяются по
крупности зерна (по метрической системе) на следующие номе-
ра *: 200(10), 160(12), 125(16), 100(20), 80(24), 63(30), 50(36).
40(46), 32(54), 25(60), 20(70), 16(80), 12(100), 10(120),
* В скобках указаны номера зернистости по дюймовой классификации
(в мешах), применявшейся ранее.
22
9(150), 6(180), 5(230), 4(280), 3(320), М40, М28, М20, Ml4,
M7, M5.
В зависимости от зернистости абразивные материалы под-
разделяются на следующие группы:
Шлифовальные зерна . . 200, 160, 195, 100, 80, 63, 50, 40, 32,
25, 20, 16
Шлифовальные порошки . . 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3
Мнкропорошкн . . М40, М28, М20, М14, М10, М7, М5
Абразивные материалы имеют следующую условную марки-
ровку:
Электрокорунд нормальный Э
Электрскорунд белый.........ЭБ
Монокорунд .... . М
Карбид коемння черный . . КЧ
Сравнительно с абразивной
щие материалы располагаются
Корунд природный (90%) 0,145
Электрокорупд нормаль-
ный (93%)............. 0,149
Электрокорунд белый . . 0,153
Монокорунд............0,15—0,25
Карбид кремния зеленый КЗ
Корунд природный (естественный) Е
Кремень . ... Кр
Алмаз А
способностью алмаза шлифую-
в следующем порядке:
Карбид кремния ... 0,25—0,45
Карбид бора ......... 0,56—0,64
Алмаз 1,00
Различие в абразивной способности абразивных материалов
является результатом не только их различной твердости, но и
разницы в строении, прочности и составе.
Абразивные материалы по степени убывания их микротвер-
дости (в кГ]мм2) располагаются в следующем порядке:
<м
I
Алмаз ............... 10 060
Карбид бора.......... 3335—4300
Карбид кремния . . . 2800—3300
Электрокорунд белый . 2200—2600
Монокорунд............. 1900—2600
Электрокорунд нормаль-
ный ................... 1800—2400
Для сравнения отметим, что микротвердость твердого сплава
марки ВК8 1500—1650 кГ/льи2 почти в 2 раза меньше, чем микро-
твердость карбида кремния.
Шлифование кругами или лентой обычно выполняется в не-
сколько операций (переходов), последовательной обработкой
крупным, средним и очень тонким абразивом. Число переходов
зависит от состояния поверхности, твердости и свойств шлифуе-
мого материала, зернистости абразивных порошков, скорости
вращения шлифовального круга и требуемой степени оконча-
тельной отделки. Чистота поверхности за один переход повы-
шается на 1—2 класса.
23
r.ru
25—16 Отделка ... . 5—4
12—10 Матирование 5—3
6-8
Предварительно детали должны быть подготовлены к шлифо-
ванию, т. е. с них необходимо снять окалину, удалить крупные
неровности и заусенцы. Снятие окалины часто производится
травлением в кислотах. Удаление грубых неровностей произво-
дят абразивными кругами зернистостью № 25—16 на станках
утяжеленного типа или на специальных плоскошлифовальных
или бесцентровошлифовальных станках. Эта обработка дает чи-
стоту поверхности V 5 — V 6.
Последующими операциями являются грубое шлифование,
обеспечивающее чистоту порядна V7—V 8; среднее п оконча-
тельное шлифование( V8— V9) или тонкое шлифование (V8—
V10). Эти операции выполняются эластичными шлифовальными
кругами.
Зернистость абразивов при шлифовании стали применяется
примерно такая:
Ns зернистости № зернистости
Грубое шлифование
Среднее шлифование. .
Тонкое шлифование . .
Матирование, или «салка», производится с подмазкой кругов
техническим жиром или пастой.
Значение этой операции заключается в том, что режущие
свойства зерен абразива, смазанных жиром, значительно ослаб-
ляются, так как органические кислоты, содержащиеся в живот-
ном жире, способствуют удалению пленки окислов с деталей, в
результате чего поверхность становится более гладкой, слегка
матовой, хорошо поддающейся последующему полированию.
Направление шлифования каждый раз меняют так, чтобы
риски на поверхности обрабатываемого изделия при каждом по-
следующем переходе располагались под углом 30—45 и 60° “
к рискам предыдущего перехода. Это условие необходимо соблю-
дать для получения хорошо шлифованной поверхности.
Матирование является заключительной и наиболее ответст-
венной операцией механической подготовки поверхности перед
оксидированием.
Обработка алюминия и его сплавов ввиду высокой вязкости
этого металла имеет некоторые особенности. Рекомендуется
в процессе шлифования обрабатываемую поверхность смазывать
техническим жиром или пастой.
При шлифовании различных металлов применяют такую ско-
рость вращения кругов (в м!сек):
Сталь, чугун . ......................20—35
Медь и ее сплавы (латунь, бронза) . 16—25
Алюминий и его сплавы...............12—20
Для получения таких скоростей число оборотов круга долж-
но составлять 1500—2000 в мин. В последнее время на ряде пред-
приятий начали применять новый инструмент для отделки по-
24
верхности металла —дисковые полировальные абразивные щет-
ки, с помощью которых легко можно механизировать декоратив-
ное шлифование и полирование деталей сложной формы перед
оксидными покрытиями. Щетка состоит из металлического пат-
рона, в котором закрепляются
плотно набранные полоски аб-
разивной шкурки требующейся
зернистости.
Абразивные щетки удобны
в применении и высокопроиз-
водительны, их можно уста-
навливать на полировальных,
токарных, фрезерных и других
станках.
На фиг. 9 показан общий
вид абразивной щетки, готовой
к употреблению.
ПОЛИРОВАНИЕ
Фиг. 9 Полировальная абразивная
щетка.
Этот процесс применяют
для окончательной отделки по-
верхности металла после шли-
фования с целью достижения высокой степени блеска. Полиро-
вание производят мягкими кругами из материи, бумаги
шелка с помощью полировальных
или
паст, наносимых непосредст-
венно на периферию круга.
Полировальные круги из-
готовляют наборными из дис-
ков, общей толщиной 40—
80 мм и диаметром не более
500 мм. Наиболее широкое
применение получили секци-
онные круги с концентриче-
ской параллельной и спи-
ральной прошивкой, что
обусловливает жесткость
круга (фиг. 10). Для лучше-
го удержания пасты часто
применяют круги с услож-
ненной формой прошивки,
наборные из дисков или сег-
ментов.
д)
Фиг. 10. Схемы прошивки полироваль-
ных кругов:
а ~ концентрическая; б — параллельная; в —
сетчатая; г — спиральная; д — раднальиая;
е — тангенциальная.
Для работы при ускоренных режимах и с повышенным дав-
лением рекомендуются специальные круги, которые в процессе
работы хорошо вентилируются <и охлаждаются. Изготовляют их
из полос ткани, свернутых в виде спирали. Такие круги имеют
складки по периферии и волнистые края (фиг. 11).
25
chipmaker.ru
В отличие от шлифования, которое является чисто механи-
ческим процессом снятия стружки, при полировании имеют ме-
сто химические, термические и электрические 'процессы, способ-
ствующие сглаживанию поверхности металла.
Весьма существенным для ускорения процесса полирования
и получения хорошего блеска является наличие в полировальной
пасте слабых органических кислот (олеиновой, стеариновой и
др.). Большое значение также имеет разогревание поверхности
металла, способствующее разглаживанию неровностей.
с)
Фиг. 11. Схема изготовления самовентилируемого полировального (волни-
стого) круга:
а — исходная полоса; б — полоса, сложенная в спираль; в — готовый круг.
В зависимости от обрабатываемого металла при полирова-
нии применяют следующие скорости вращения круга (в м/сек):
Сталь, чугун..............................30—35
Медь н ее сплавы (латунь, бронза) 22—25
Алюминий и его сплавы................ 18—22
Для получения таких скоростей число оборотов круга долж-
но составлять 2000—2800 в мин в зависимости от его диаметра.
Сила нажима изделия на круг в среднем должна составлять
3—5 кГ. Регулирование нажима в зависимости от конфигурации
детали зависит от умения и навыка полировщика. Большое зна-
чение имеет также конструкция многоместных оправок и держа-
вок, служащих для закрепления деталей при полировании.
Для полирования стальных деталей широко применяют пас-
ту состава (в вес. %):
Окись хрома . 70 Парафин....................8
Стеарин 20 Бензин или керосин . . 2
Для полирования мягких металлов может быть применена
паста состава (в вес. %)
Окись железа (крокус) 70—72 Солидол Т . . 2—5
Стеарин .... 20—22 Скипидар . . . . 1—2
Церезин или впек 1—2
Для получения хорошего блеска и высокой чистоты полиро-
ванной поверхности алюминия применяют комбинированный
способ окончательной обработки, заключающийся в следующем.
26
После того, как поверхность металла отшлифована, ее под-
вергают одновременному шлифованию и полированию фетро-
вым или матерчатым кругом. При этом обрабатываемую по-
верхность слегка смазывают техническим жиром или стеарином
и наносят на нее наждачную пыль (абразив № 3—5), а круг
смазывают хромовой пастой. При таком способе обработки
уничтожаются незначительные поверхностные дефекты и дости-
гается хороший блеск.
ПОДГОТОВКА ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ И ЛЕНТ
Существует несколько способов нанесения абразивной обо-
лочки на периферию круга: наклейкой, накаткой, намазкой и др.
При нанесении абразивных порошков с помощью клея тем
или иным способом создается так называемая пористость круга,
значительно влияющая на качество и скорость шлифования. Под
пористостью эластичного круга понимают большее или меньшее
количество промежутков между зернами абразива. Чем равно-
мернее расположены отдельные зерна на круге, тем лучше они
работают, так как между отдельными зернами находится доста-
точное пространство для снимаемой с металла стружки.
Для удержания мелких зерен абразива на рабочей поверх-
ности шлифовального -эластичного крута в качестве связующего
вещества чаще всего применяют животный (столярный) клей
или другие связующие материалы: казеин, жидкое стекло, син-
тетические клеи и др.
Столярный клей в зависимости от способа получения под-
разделяется на костяной и (мездровый. Кроме того, клей может
быть плиточный, порошкообразный, чешуйчатый. По составу
клей представляет собой органическое коллоидальное вещест-
во -— глутин, — обладающее большой связывающей способ-
ностью. Клей при нагревании размягчается, вспучивается и, по-
глощая воду в количестве в 5—20 раз превышающем собствен-
ный вес, набухает, образуя мягкий, упругий студень, переходя-
щий при нагревании в раствор. Клеящая способность клея зави-
сит от содержания глутина. Так как степень набухания клея
пропорциональна содержанию в нем глутина, то по способности
набухания можно судить о качестве клея.
Температура плавления клея 30—32°С, удельный вес 1,41,
влажность 12—15%. При нагревании от 70 до 100°С и продол-
жительном кипячении клеящая способность теряется, так как
клей разлагается. Поэтому при варке клея необходимо следить
за температурой, поддерживая ее в пределах 65—70° С.
Варка клея производится в специальных клееварках с двой-
ными стенками, представляющих водяную баню. Предваритель-
но клей разламывают на небольшие куски м вымачивают в воде
в течение 24 ч до полного набухания. Затем смесь из одной части
клея и двух частей воды варят в -клееварке в течение 4 ч при
27
chipmaker.ru
65—70° С. Такой процесс обеспечивает полное использование
клеящей способности клея.
В цехах металлопокрытий в качестве связывающего вещест-
ва вместо столярного клея применяют растворимое стекло (сили-
катный клей). Оно бывает в/твердом («глыба) и жидком состоя-
нии и по составу представляет одинарный и двойной силикат
натрия и калия. Одинарный силикат содержит 77% SiO2 и 22%
Na?O, а двойной 71,14—71.6% SiO2 и 27—27,5% Na2O. Отноше-
ние SiOr : Na2O называется модулем и обозначается буквой М_
В одинарном силикате М = 3,4н-3,5, в двойном М = 2,4-е 2,65.
Жидкое стекло приготовляют из содовой (или сульфатной)
глыбы. Крупные куски разбивают на более мелкие (50— 250 мм)
и подвергают промывке. Размельченные куски загружают в чан,
заливают водой и затем в несколько приемов подогревают па-
ром, периодически сливая раствор. Общая длительность варки,
для содовой глыбы 12—18 ч, для сульфатной 1'8—30 ч. Варку
можно производить также и в автоклавах.
Жидкое стекло хорошо сохраняется как на холоде, так и в
теплом помещении, если его хранить в закрытой таре. В откры-
той таре оно пустеет и желатинируется с выпадением на дне-
аморфной иремнеиистогы. Модуль при этом постепенно повы-
шается.
Наилучшими клеящими свойствами обладает жидкое стек-
ло с удельным весом 1,40—1,45 (при 18°С). При меньшей кон-
центрации жидкое стекло будет слабо склеивать, а при боль-
шей концентрации быстро загустеет.
Для закрепления абразивных порошков на шлифовальных
кругах могут применяться также карбамидный и другие синте-
тические клеи.
Однократный способ накатки кругов заключается в том, что-
отцентрированный и прошедший балансировку круг намазывают
слоем столярного клея и прокатывают по наждаку, находяще-
муся в желобе, производя при этом легкие удары круга по же-
лобу для более прочной связи зерен абразива с клеем. Операцию
заканчивают прокатыванием круга по гладкой чистой поверх-
ности, в результате чего поверхность круга окончательно вырав-
нивается.
Густота клея, применяемого для накатки, находится в
прямой зависимости от зернистости абразива: чем крупнее зер-
но, тем гуще должен быть клей.
Способ двукратной накагки заключается в том, что накатан-
ный и слегка (ib течение 10—15 мин) просушенный круг подвер-
гают вторичному намазыванию клеем по поверхности наждака
и опять накатывают абразивным порошком, после чего оконча-
тельно высушивают. В результате этого стойкость круга и вре-
мя его работы на станке значительно увеличиваются.
Двукратный способ накатки рекомендуется применять в тех
случаях, когда установка и снятие кругов требуют больше вре-
28
мени, чем на обычных полировальных 'станках, например при
работе на автоматах и полуавтоматах.
Прогрессивным мероприятием, значительно повышающим
стойкость .кругов, является предварительный подогрев кругов
и абразивных порошков в лотках до 50—60° С. Подогревание
предохраняет клей ют слишком быстрого его застывания во вре-
мя накатки кругов, что значительно увеличивает прочность
абразивной оболочки. Для осуществления 'предварительного по-
догрева устанавливают специальные столы с подогреваемыми
крышками.
После нанесения абразивной оболочки производится сушка
накатанных шлифовальных кругов, которая должна быть про-
ведена очень тщательно. Сушка кругов может производиться
при невысокой температуре, а также ускоренным методом при
повышенной температуре. Для естественной сушки должно быть
оборудовано помещение с хорошей вентиляцией. Круги размеща-
ют на стеллажах так, чтобы к ним был обеспечен свободный до-
ступ воздуха.
Лучшие результаты дает высушивание в течение 18—24 ч при
25—30° С. Для ускорения процесса применяют сушку кругов при
повышенной температуре в специальных сушильных шкафах,
обогреваемых паром или электричеством и снабженных вентиля-
цией. Сушку ведут при 60—70° С в течение 3—4 ч.
Если в качестве связующего материала применено жидкое
стекло, то накатка обычно бывает однократная, а сушка ведется
при постепенно повышающейся до 140° С температуре в тече-
ние 1 ч.
Если шлифовальный круг пересушен, он становится хрупким
и быстро выйдет из строя, так как абразивные зерна будут вы-
падать 'из клеевой оболочки прежде, чем они будут полностью
использованы. При недосушннном круге клей не приобрети?!
необходимой про шести. Такой круг режет медленно, перегре-
вается, а иногда от него отламываются куски.
При обработке криволинейных, вогнутых мест деталей при-
меняют специальное профилирование кругов.
После того, как круг сработается, перед новой накаткой с не-
го следует снять остатки наждака .и клея. Снятие с кругов отра-
ботанного слоя наждака производится на станке при немощи
бруска, изготовленного из наждачного или корундового круга.
Хорошие результаты дает также применение заостренного ме-
таллического прута толщиной 15—20 мм.
Перед пуском в работу круги подвергают выравниванию —
правке при вращении на станке. Правку производят с помощью
кусков абразивных кругов. Необходимо также производить
правку кругов и в самом процессе работы. При выравнивании
нового круга — полотняного, бязевого или войлочного — поверх-
ности материала придается иорсистость. Необходимо, чтобы круг
всегда вращался в одном направлении, с тем чтобы ворс сохра-
29
chipmaker.ru
нял одно и то же (направление. Для правильной установки кру-
гов на станке рекомендуется круги намечать стрелкой.
Для ленточно-шлифовальных станков применяются бесконеч-
ные абразивные ленты, (изготовленные из различных материалов
(прорезиненный ремень, брезент, ткань). Наиболее удобным яв-
ляется изготовление лент из рулонной неводостойкой шлифо-
вальной шкурки на тканевой основе. В зависимости от размеров
обрабатываемых деталей применяемые абразивные ленты могут
быть шириной 100—750 мм и склеиваться из нескольких полос
длиной 500—7000 мм.
В зависимости ют назначения склейка лент может произво-
диться соединением концов в стык с подклеиванием ткани с из-
нанки шкурки или внахлестку. Абразивные ленты, изготовленные
из шлифовальной шкурки, чаще всего склеиваются .внахлестку
а)
Фиг. 12. Методы склейки абразивных лент.
а
шевронным (фиг. 12, а) пли косым (рис. 12, б) швом. Шов де-
лают на очищенных ют абразивного слоя концах ленты, поэтому
толщина шва не превышает средней толщины ленты и тем са-
мым удары в работе сводятся до минимума.
ДРУГИЕ МЕТОДЫ ОТДЕЛКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА
Крацевание. Процесс обработки изделий круглыми проволоч-
ными щетками называется крацеванием и применяется для
очистки поверхности нередко вместо травления.
Видоизмененным видом (крацевания является матирование,
т. е. получение матовой поверхности применением специальных
щеток из тонкой (0,1—0,5 мм) стальной проволоки. При быстром
вращении такой щетки, сю свободно закрепленными пучками
проволоки, острые концы проволоки ударяют по поверхности
металла и снимают с нее очень мелкую стружку; получающиеся
при этом мелкие царапины точечного характера придают по-
верхности матовый вид.
При крацевании изделие смачивают раствором поташа, мыла
или раствором мыльного корня.
Щетки для ирацевания (изготовляются из тонкой (0,3—
0,6 мм) стальной, латунной, реже из медной проволоки.
Профилированные детали обрабатывают дисковыми щетка-
ми, изготовленными из конского волоса. Часто вместо волося-
30
ных щетик пользуются щетками, изготовленными из маниль-
ской или так называемой мексиканской тразы (фибера).
При шлифовании волосяной или травяной щеткой пользу-
ются жировой пастой, изготовленной из очень мелкого абразива
в смеси со стеарином и машинным маслом.
.В последнее время большое распространение получил метод
очист’йи поверхности металла с помощью, иглофрез. Этот метод
по существу является усовершенствованным крацеванием.
Иглофреза (фиг. 13; представляет собой микрорезцовую фре-
зу с несколькими тысячами режущих кромок. Изготовляют ее из
прямых отрезков высокопрочной проволоки.
Каждая ворсинка такого инструмента, защемленная с одно-
го конца сварным *швом и зажатая с определенным усилием меж-
ду аналогичными ворсинками, пред-
ставляет своеобразный полужесткий
микрорезец.
В силу определенной плотности
расположения ворсинок и вследствие
того, что они зажаты между собой, в
момент соприкосновения с обрабаты-
ваемой поверхностью срезается мик-
ростружка.
Инструмент может срезать слой ме-
талла, вращаясь в любую сторону, с
подачей как по направлению враще-
ния инструмента, так и против него и
под любым углом к оси его вращения.
Иглофреза в (процессе работы самозатачивается; при чередо-
вании направления вращения она не требует периодической пе-
реточки и поэтому может непрерывно работать в течение 100—
300 ч.
Одной из особенностей иглофрезы является способность соз-
давать на поверхности металла различную, заранее заданную
шероховатость поверхности с пределом чистоты VI —V 8. Это
дает возможность при подготовке поверхности под покрытия
создавать такую шероховатость, которая является наилучшей
для данного вида покрытия.
Производительность инструмента определяется усилием при-
жатия иглофрезы к .обрабатываемой поверхности и (величиной
подачи. Для работы на режиме очистки иглофрезу эластично
закрепляют на подрессоренных опорах, а при их отсутствии об-
рабатываемое изделие закрепляют на столе через резиновую
проклацку. В других случаях может быть подрессорен стол,
что в какой-то мере компенсирует жесткость закрепления игло-
фрезы. Работу иглофрезы на режиме очистки целесообразно
применять для срезания ржавчины, окалины или тонкого слоя
металла с непрофилированной поверхности при одинаковой
толщине снимаемого слоя.
Фиг. 13. Иглофреза для
обработки металличе-
ских поверхностей:
1 — иглофреза; 2 — обраба-
тываемая деталь.
31
chipmaker.ru
При нарушении режима резания иглофрезы могут оплавлять-
ся, ни их можно быстро восстановить шлифовкой на кр,углошли-
фовальном станке.
Обкатка роликами. Прогрессивным методом подготовки по-
верхности, заменяющим шлифование, является обкатка роли-
ками. Этот метод пригоден для обработки поверхности трубча-
тых деталей .или прутков диаметром 16--32 нм и длиной до
700 мм. При исходной чистоте поверхности V4 — V6 с помощью
этого метода можно получить поверхность с чистотой V 9.
Обкатка производится свободно вращающимися роликами,
соприкасающимися с принудительно вращаемой деталью под
давлением. В результате вдавливания неровностей (гребешков)
диаметр обрабатываемой грубы несколько уменьшается. Если
поверхность обрабатываемых деталей имеет большие риски и
глубокие поражения ржавчиной, то предварительно производит-
ся обработка на бесцентровошлифовальном станке.
Обкаточное 'приспособление устанавливают на станине то-
карного станка. 'Скорость вращения детали при обкатке состав-
ляет '200 об1'мин, скорость обкатывания-—30—100 м/мин. Ро-
лики изготовляют из стали марок ХВГ, У10, У12А.
Твердость рабочей поверхности роликов достигает HRC 58—
-65, ширина их цилиндрического пояска 2—5 мм. Обкатку про-
водят при обильном смачивании поверхности эмульсией или
керосином.
Производительность обкатки (в два перехода) на одном стан
ке составляет до 130 труб в смену.
Указанная технология отделки полностью заменяет шлифо-
вание и полирование на войлочных кругах и является механи-
ческим беспылевым процессом.
Галтовка. Для подготовки поверхности перед оксидированием
мелких изделий и деталей в массовых количествах, их подвер-
гают обработке в барабанах и реже в колоколах. Процесс шли-
фования в барабане с целью удаления с поверхности изделий
грубых неровностей называется галтовкой.
При вращении барабана загруженные в него изделия, пере-
мещаясь, подвергаются трению, в результате чего стирается
окалина или ржавчина, сглаживается поверхность и отрывают-
ся заусенцы.
Для уменьшения шума при обработке применяют бесшумные
галтовочные барабаны. Барабан (фиг. 14) имеет двойные стен-
ки, между которыми наливается вязкая жидкость (отходы неф-
ти, тяжелые масла и др.).
Шлифование во вращающихся барабанах производится пу-
тем обработки изделий грубыми абразивными и другими мате-
риалами (песок, кремний, осколки гранита, отходы шлифоваль-
ных кругов, куски шлака и др.). Полирование в барабанах произ-
водится путем обработки изделий более тонкими абразивными ма-
териалами (пемза, размолотый шлак,песок, венская известь, наж-
32
дак, крокус, кукурузные кочерыжки, обрезки кожи, древесные
опилки и др.).
Применяется также полирование в барабанах с помощью
стальных шариков различных размеров, загружаемых в бараба-
ны вместе с изделиями.
Известны 'следующие способы шлифования и полирования
мелких деталей:
1) в барабанах с наклонной осью вращения:
2) в герметически закрытых 'барабанах с горизонтальной
осью вращения;
3) в перфорированных барабанах;
4) в специальных вибрационных барабанах.
Фиг. 14. Бесшумный гоптовочный бараоан:
/ — станина; 2 — электродвигатель с редуктором; 3 — вал; 4 — наруж-
ный барабан; 5 — внутренний барабан; 6 — кожух.
Последний способ применим лишь для полирования дета-
лей.
По способу обработки различают сухой и мокрый способы
шлифования и полирования в барабанах.
На фиг. 15 показана схема процесса полирования в гермети-
ческих (а) и в перфорированных (б) барабанах.
з 3ai аз 1495 33
chipmaker.ru
Практически необходимое число оборотов барабана опреде-
ляют по следующим эмпирическим формулам:
28,1
для легких деталей п = ——— ;
для деталей среднего веса и = -
15 9
для тяжелых деталей п =- —,
Chlpmaker.ru
где п — число оборотов барабана в минуту;
D — диаметр барабана в м.
При мокром способе применяют обычно растворы слабых
щелочей или мыла, положительно действующих на полирую-
щую способность абразивов.
Иногда применяют и слабые
растворы кислот (соляной или
серной), способствующих уда-
лению окислов. В результате
обработки в барабанах с аб-
разивами или наполнителями
изделие приобретает гладкую,
отделанную в той или иной
степени поверхность.
Чистота поверхности перед
обработкой в барабанах дол-
жна быть в пределах V5—V6.
Более грубая подготовка по-
верхности удлиняет процесс
обработки в барабанах и поэтому неэкономична. Крупные изде-
лия обрабатываются в барабанах при скорости вращения 10—
30 обIмин, мелкие — при 20—60 об!мин.
Продолжительность обработки в барабанах примерно состав-
ляет (в ч):
Фиг. 15. Схема процесса полирова-
ния в герметических и перфориро-
ванных барабанах.
Удаление заусенцев . . 0,25—2
Удаление окалины . . 1—4
Шлифование .... 4—40
Полирование холодноштампо-
вэнных деталей............. 3—4
Полирование стальных поковок 4—6
То же, деталей ю латуни, брон-
зы и цинковых сплавов . 2—4
Часто с увеличением продолжительности галтовки состояние
поверхности изделий не улучшается и дальнейшая обработка
почти не дает эффекта. Длительность процесса для различных
изделий устанавливается пробой. Загрузка барабана изделиями
производится примерно на одну треть объема.
Хорошие результаты обработки поверхности мелких деталей
из стали и особенно алюминия дает полирование стальными ша-
34
рпками. При этом 'Необходимо, чтобы барабан был заполнен
полностью и изделие при всяком его положении было окружено
шариками.
Загрузка в барабан обрабатываемых изделий должна при-
мерно составлять 20- -25% объема барабана, стальных шариков
75—80%. В барабан вливают полировальный раствор, состоя-
щий из мыла (30 г/л) и бензина (3 а/л). Скорость вращения
барабана должна быть примерно 40--45 об/мин.
Размер шариков зависит от профиля обрабатываемых дета-
лей и их подбирают так, чтобы обеспечить обработку всех частей
поверхности. Обычно применяют шарики диаметром 3—8 мм.
Одновременно загружают шарики нескольких размеров. Для
предупреждения ржавчины стальные шарики следует сохранять
в растворе щелочи.
Продолжительность обработки шариками составляет пример-
но 6—10 ч. Хорошие результаты дает применение кочерыжек ку-
курузы, которые применяются вместе со стальными шариками.
ПОДВОДНОЕ ПОЛИРОВАНИЕ
В последнее время на ряде заводов успешно осуществляют
шлифование и полирование в перфорированных барабанах, по-
груженных в ванны с мыльным раствором, так называемое под-
водное полирование. В качестве абразива здесь используется
бой фарфора, а наполнителем служат стальные шарики и куку-
рузные кочерыжки.
Подводное полирование применяют для обработки деталей
различных размеров из всех металлов и сп павов. Обрабатывае-
мые детали должны обладать чистотой поверхности в пределах
V6 — V7 и не содержать глубоких царапин, раковин и других
дефектов поверхности, так как состояние исходной поверхности
является главным условием, определяющим качество полирова-
ния. В результате подводного полирования чистота поверхности
повышается на 2—3 класса
Фарфоровый бой для подвэдного полирования применяется
трех размеров (в мм):
№ 1 (крупный) . ... 18—20
№ 2 (средний) ... 12—15
Ks 3 (мелкий) . . 5—10
Для снятия острых граней и углов бой фарфора предвари-
тельно галтуется в течение 30—60 ч в барабане, после чего сор-
тируется на крупные, средние и мелкие кусочки неправильной
формы.
В качестве наполнителей обычно применяют стальные шари-
ки диаметром 4; 5; 6; 8 и 10 мм.
Количество стальных шариков, загружаемых в барабан, со-
ставляет 30% (по объему) к количеству абразива.
3* 35
chipmaker.ru
Размеры шариков подбирают с расчетом возможности про-
никновения их во все 'малодоступные участки поверхности обра-
батываемых деталей. Вместе с шариками добавляют кукуруз-
ные кочерыжки, снимающие с деталей абразивную пыль и за-
грязнения (налет). Вся загрузка должна занимать 60—66%
объема барабана.
Ванну заполняют 0,2—0,5%-ным мыльным раствором, для
приготовления которого применяют мыло высокого -качества (на-
пример, ядровое 72%j. Правильно приготовленный мыльный
раствор должен иметь тяжелую массу пены с большим коли-
чеством маленьких пузырьков. Большие пузыри пены указыва-
ют на недостаток мыла в растворе. Средний уровень мыльного
раствора в барабане должен быть на 25 мм выше уровня за-
грузки барабана. Мыльный раствор необходимо менять после
24 ч непрерывной работы.
Скорость вращения подбирают с таким расчетом, чтобы со-
держимое барабана во время вращения незначительно переме-
щалось из среднего положения вверх и обратно не падало, а
сползало вниз.
Средняя продолжительность обработки деталей составляет:
для стали 2—12 ч, для латуни 2—8 ч. Отполированные детали
следует быстро выгрузить из барабана, просушить в барабане
с опилками и направить на дальнейшую обработку.
В барабанах подводного полирования можно также осущест-
влять операции шлифования. Шлифование применяют для пред-
варительной обработки деталей и заготовок с более грубой по-
верхностью (V4—V6). В качестве абразива для шлифования
в барабанах применяют бой шишфовальных электрокорундовых
кругов на керамической или каучуковой связке При таком спо-
собе детали сначала подвергают подводному шлифованию, а за-
тем подводному полированию (с перегрузкой).
Подводное полирование является прогрессивным методом
обработки деталей массового производства. Основными преи-
муществами этого метода являются: высокая производитель-
ность, обусловленная возможностью одновременной обработки
большого количества деталей, а также экономия войлока, кожи,
хлопчатобумажных и суконных тканей, абразивов и паст, необ-
ходимых при полировании на станках.
На фиг. 16-приведена установка для подводного барабанного
полирования и сухого глянцевания поверхности деталей из угле-
родистой стали, алюминиевых ,и цинковых сплавов. Установка
состоит из ванны 1 с мыльным раствором и двух барабанов с
двумя отсеками в каждом. Стальной сварной барабан 2 служит
для подводного полирования; грани его перфорированы, отвер-
стия обеспечивают циркуляцию раствора и удаление из бараба-
нов отходов процесса. Барабан делает 30 об]мин. Подъем и опу-
скание его производятся с помощью ручной лебедки 4. Барабан
для последующею сухого гпянцевания 3 вмонтирован в общую
36
установку. Он имеет 'Гидравлический глушитель и поэтому яв-
ляется беошум1НЫ1М. Оба барабана имеют общий электродв.ига-
Фиг. 16. Установка для гидрополирования в бара-
банах.
тель с редуктором 5. Вес деталей, одновременно обрабатывае-
мых в барабане, составляет 10—20 кг.
Установки такого типа успешно работают на ряде заводов, в
том числе на заводе «Красногвардеец».
ВИБРАЦИОННОЕ ПОЛИРОВАНИЕ
Применение вибрационного метода обработки намного уско-
ряет процесс полирования в барабанах или в специальных уста-
новках. Сущность вибрационной обработки заключается в том,
что детали вместе с абразивным наполнителем помещаются в
барабаны или контейнеры и подвергаются действию вибрации
(фиг. 17).
37
chipmaker.ru
Под .влиянием вибрации детали и абразивный наполнитель
с большой частотой перемещаются относительно друг друга л
одновременно совершают медленное вращательное движение.
Сочетание этих движений создает условие для всесторонней рав-
номерной обработки деталей, в том числе и внутренних поверх-
ностей, полостей и больших отверстий.
В зависимости от обрабатываемого материала и вида опера-
ции, изменяя частоту и амплитуду колебаний, а также отноше-
ние массы деталей к абразивной массе удается повысить про-
изводительность обработки в J0 раз и больше, по сравнению с
работой без вибрации. Этим методом можно производить гру-
бые операции (очистку, галтовку), а также чистовое шлифование
Фиг 17. Вибрационная установка
для шлифования и полирования мел
ких деталей.
и окончательное полирова-
ние. В качестве абразивных
наполнителей при этом ме-
тоде используются крошки
гранита, диабаза, песчани-
ка, отходоь абразивных
кругов и др. Для предупре-
ждения слеживания абра-
зивного порошка в некото-
рых конструкциях вибраци-
онных установок предус-
матривается продувание
сжатым воздухом.
Несмотря на интенсивное
вибрационное воздействие
внутри контейнеров или ба-
рабанов (амплитуда вибрационного ускорения составляет 30—
50 м/сек2), внешне вибрация не проявляется.
Вибрационный метод особенно широкое распространение
должен получить при обработке сложных фасонных деталей,
внутренних поверхностей, деталей с отверстиями, очень мелких
деталей сложного профиля и др. Этот прогрессивный метод дает
хорошую подготовку поверхности перед оксидирова1нием и ус-
пешно внедряется на ряде придприятий.
ЖИДКОСТНОЕ ПОЛИРОВАНИЕ
Жидкостное полирование представляет собой процесс обра-
ботки, при котором жидкость, насыщенная абразивом, с боль-
шой скоростью (50 м/сек) ударяется о неровности обрабатывае-
мой поверхности, частично снимает их или заваливает, вырав-
нивая поверхность и придавая ей тонкою матовость.
Жидкостное полирование применяется при обработке дета-
лей, имеющих сложную форму, для которых невозможно исполь-
зовать другие методы чистовой отделки.
В качестве абразивного материала здесь применяют размол
гранита, гранулированный кварцевый песок, корундовые и наж-
38
дачные .порошки различной зернистости (ib зависимости от цели
применения). Для операций очистки обычно .применяют абра-
зивное зерно зернистостью от № 4U до № 10 и для полирова-
ния — зернистостью от № 10 до М5.
Абразивная жидкость подается на обрабатываемую поверх-
ность под давлением сжатого воздуха. Абразивная жидкость со-
ставляется обычно из 25 -50 вес. ч. абразивного зерна и 75—
50 вес. ч. содовой эмульсии. Для повышения коррозионной
устойчивости в жидкость добавляют 0,5—1% нитрита натрия, а
для улучшения чистоты и придания блеска — тринатрийфосфат
(1-2%).
Давление воздуха колеблется в пределах от 1 до 10 кГ1см?
в зависимости от зернистости абразива. Так, при зернистости
№ 12—10 давление составляет 5—8 кГ1см2, при зернистости
М20 — 4 кГ/см2. Отверстие сопла должно находиться примерно
на расстоянии 50—100 мм, а угол падения струи составляет 25—
40'1. Съем металла колеблется в пределах 0.004 —0,002 мм.
Жидкостно-абразивной обработкой можно достичь чистоты
поверхности V 8 — V 9.
После жидкостного полирования поверхность получается чи-
стая матовая, без направленных следов обработки, прижогов и
микротрещин.
ПЕСКОСТРУЙНАЯ И ГИДРОАБРАЗИВНАЯ ОЧИСТКА
Очистка металлических поверхностей путем обдувки кварце-
вым песком является эффективным и экономичным методом под-
готовки перед защитными покрытиями, где требуется чистая ма-
товая поверхность металла (фосфатирование, оксидирование).
Однако высокая профессиональная вредность обдувки сухим
песком (заболевания силикозом) побуждает заменять этот ме-
тод другими, менее вредными — очистка влажным песком, ме-
таллическим песком, гидропескоочистка, дробеструйная очистка,
а также жидкостно-абразивная обработка.
Так как некоторые металлы и тонкостенные детали нельзя
обрабатывать металлическим песком или дробью, применение
кварцевого песка возможно только при наличии герметизирован-
ной аппаратуры. В промышленности наиболее широкое примене-
ние получили пескоструйные аппараты нагнетательной систе-
мы— однокамерные периодического действия и двухкамерные
непрерывного действия (ПА-60, ПА-140 и др.).
Зернистость кварцевого песка выбирают в соответствии
с получаемым классом чистоты поверхности. Так, для получения
чистоты поверхности V4-—V5 требуется крупный песок (вели-
чина зерна 50—75 мк), для получения V6—V7—средний пе-
сок (28—35 мк) и для V7 — V9 — мелкий песок (20—28 мк).
Установка для гидропескоочистки состоит из сборника, снаб-
женного мешалкой или центробежным насосом и наполненного
39
chipmaker.ru
*----------- иод
Фиг. 18. Гидропескоструйная ка-
мера для обработки деталей
средних размеров.
песком с водой, который под действием сжатого воздуха через
сопло подается на поверхность деталей, подвергаемых очистке.
Необходимое давление воздуха не ниже 3,5 кГ.
Гидропескоструйная камера, изображенная на фиг. 18, пред-
назначена для обработки поверхности деталей средних размеров.
Установка представляет собой закрытую сварную камеру / со
столом — 'решеткой 4 для деталей и бункером 5, емкостью 55 л,
в котором приготовляется
пульпа из песка (абразива) и
воды, перемешиваемая сжа-
тым воздухом, поступающим
по трубопроводу 7 под давле-
нием 2—3 ат. В дверце 2 име-
ются специальные отверстия
для управления струйным ап-
паратом и передвижения дета-
лей вручную внутри камеры и
смотровое окно. Перемешан-
ная пульпа из бункера 5 по
пульпопроводу 6 засасывается
в форсунку 3 и сжатым возду-
хом подается на обрабатывае-
мые детали.
Отсос загрязненного возду-
ха производится через венти-
ляционный короб 8. По мере
загрязнения пульпа сливается
в канализацию. Гидропеско-
струйная камера такой конст-
рукции применяется на ряде
заводов.
На фиг. 19 приведено уст-
ройство
камеры,
очистки
средних
несложную
Устройство состоит из каме-
котором помещается абразив-
гидропескоструйной
предназначенной для
поверхности мелких и
деталей, имеющих
конфигурацию.
из
ры 2 с бункером-смесителем 1, в
ная смесь, непрерывно перемешиваемая поступающим через
барботер 7 сжатым воздухом (под давлением 4—5 ат). В ка-
мере 2 помещается стальной барабан 3.
В конической обечайке барабана просверлены отверстия,
служащие для стекания отработанной пульпы на лоток, предо-
храняющий вращающиеся части от засорения абразивом; с лот-
ка пульпа стекает в бункер. В крышке барабана имеется отвер-
стие, в которое вставляется струйный аппарат 4.
Вращение барабану, совершающему 16 об!мин, передается от
40
горловине камеры присоедине-
загружаемых деталей 25 кг.
Фиг. 19. Гидропескоструйная камера
для обработки мелких деталей.
электродвигателя с редуктором 6. Для удобства загрузки и вы-
грузки предусмотрена .возможность изменения угла наклона ба-
рабана вращением рукоятки 5. В
на вытяжная вентиляция. Вес
Гидропескоструйная обра-
ботка в барабанах имеет
значительное преимущество,
так как процесс идет без
участия рабочего и детали
одновременно галтуются.
Камеры описанной конст-
рукции работают на ряде
заводов.
Хорошие результаты да-
ет подготовка поверхности к
покрытию путем обдувки
металлическим песком. Ме-
таллический песок быстро
и хорошо очищает детали и
заготовки от различных ви-
дов загрязнений, при этом
запыленность помещения, в
котором происходит обдув-
ка, составляет небольшую
величину и укладывается в
допустимые нормы.
Металлический песок со-
стоит из чугунных зерен с
острыми гранями, получаю-
щихся при измельчении чугунной дроби, и выпускается следую-
щих сортов (номеров).
Номер металлического песка
Размер зерен в мм ....
2,5
2.1—
2,7
2,0 1,5
1,6— 1,1 —
2,1 1,7
1,0 0,8 0,5 0,3
0,8— 0,6— 0,4— 0,4н
1,2 0,9 0,6 менее
Очистка производится .в обычных аппаратах эжекционнэго
типа, в которых ранее производилась очистка кварцевым песком,
только с большим давлением воздуха. Модернизация этих ап-
паратов, необходимая для перехода на очистку металлическим
песком, незначительна и состоит в создании дополнительных
уплотнений в аппаратах и установке (в некоторых случаях) в
нижней части бункера пылеуловителей. Производительность
аппаратов составляет 5—7 jh2/«. Оборачиваемость песка 10 раз,
что делает этот метод весьма экономичным.
На фиг. 20 приведена установка для дробеструйной беспыль-
ной очистки металлических поверхностей, которая состоит из
дробеструйного аппарата с сопловой головкой, эжекторного уст-
ройства, циклана, матерчатого фильтра, сепаратора абразива,
41
chipmaker.ru
масловодоотделителя для очистки сжатого воздуха < аппарату-
ры управления. В качестве абразива применяют чугунную с ост-
рыми гранями дробь размером от 0,3 до 1
В конструкции установки предусмотрена автоматическая ре-
генерация абразивной дроби и подача ее в дробеструйный ап-
парат для вторичного использования. Абразивная пыль непо-
Фиг. 20. Дробеструйная установка
для беспыльной очистки:
1 — сопловая головка: 2 — перепускной кла-
пан; 3 — сепаратор; 4 — вакуумметр; 5 — цик-
лон; 6 — манометр; 7 — впускной диафрагмен-
ный клапан; S — масловодоотделнтель.
загрязняется
пылью, сле-
отпадает не-
в сооруже-
защитными
средственно с места об-
разования отсасывается
через сопловую головку в
воздухоочистительное ус-
тройство и не проникает
в помещение, где произ-
водится очистка.
Установка может ус-
пешно применяться для
очистки плоских и цилин-
дрических наружных и
внутренних металличе-
ских поверхностей от ока-
лины, ржавчины, старой
краски, масляных пятен
и других загрязнений, а
также для подготовки по-
верхностей под оксидиро-
вание, фосфатирование,
окраску и т. д.
При очистке изделий
воздух не
абразивной
довательно,
обходимость
нип специальных камер и в обеспечении рабочих
скафандрами. Установка, подключаемая к сети сжатого воздуха,
может быть установлена в любом месте цеха или передвигать-
ся на колесах от одного объекта очистки к другому.
Применение установки дает возможность значитечьно улуч-
шить и оздоровить условия работы по очистке металлических по-
верхностей и повысить производительность труда.
Заслуживает внимания метод очистки поверхностей корун-
довой крошкой. Он применяется для очистки мелких, а также
резьбовых деталей и инструмента. Крошка представляет собой
регенерированные абразивные зерна электрокорунда из перемо-
лотых отходов и использованных абразивных кругов с размером
зерен не крупнее № 50.
Корундовая крошка при очистке почти не изменяет геомет-
рию детали, поэтому она вполне пригодна для очистки точных
деталей (особенно резьбовых) и различных видов инструмента.
Очистка производится в обычных аппаратах эжекционного типа.
Chlpmaker.ru
ГЛАВА HI
ХИМИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ
ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ.МЕТАЛЛА
ПЕРЕД ОКСИДИРОВАНИЕМ
Назначением операций химической подготовки металлов пе-
ред оксидированием является очистка поверхности от жировых
пленок, образованных смазками и остатками полировальных
паст, продуктов коррозии — окислов и других загрязнений, а
также выявление кристаллической структуры металла и прида-
ние ей (в некоторых случаях) блеска. Наличие посторонних ве-
ществ на поверхности металла мешает образованию сплошного
равномерного оксидного покрытия.
К операциям химической подготовки поверхности относятся:
обезжиривание, травление, химическое и электрохимическое по-
лирование.
ОБЕЗЖИРИВАНИЕ В РАСТВОРИТЕЛЯХ
Поверхность деталей, поступающих в цех оксидирования, мо-
жет быть покрыта минеральными (веретенным, машинным,
трансформаторным, сульфофрезольным, компрессорным) и ра-
стительными маслами (хлопковым, льняным и пальмовым), ми-
неральными смазками (техническим вазелином, пушечным са-
лом и солидолом), а также полировальной пастой, содержащей
стеарин и парафин.
Обезжиривание черных металлов, а также (что более часто)
металлов, нестойких в щелочах (алюминий, цинк, свинец, оло-
во и их сплавы), часто осушествляют органическими растворите-
лями, к которым относятся горючие (керосин, бензин) и него-
рючие (дихлорэтан, трихлорэтилен, четыреххлористый углерод
и др.) материалы.
Все эти вещества токсичны и их применяют лишь з специаль-
ных герметически закрытых аппаратах при наличии мощной вы-
тяжной вентиляции, а также в моечных ваннах со струйной по-
дачей. В этих аппаратах предусматривается очистка в парах
43
chipmaker.ru
растворителя, а также непрерывная циркуляция и очистка раст-
ворителя.
Наиболее эффективными растворителями жиров являются
хлорированные углеводороды (дихлорэтан, трихлорэтилен), осо-
бенно при применении их в паровой фазе. Подвижной хлор этих
соединений играет роль слабого окислителя, создавая адсорбци-
онные пленки, в достаточной степени проницаемые при после-
дующих обработках и в то же время легко смываемые водой при
промывках.
В результате обработки на поверхности металла происходит
замена жировой пленки на адсорбировавшуюся пленку раство-
рителя. Вследствие этого, после обработки органическими раст-
ворителями обязательно требуется применение других, допол-
нительных способов обезжиривания.
При промывке деталей в керосине или бензине операция про-
изводится последовательно в двух-трех ваннах, причемг в пос-
ледней из них должен находиться чистый растворитель. После
промывки для удаления остающейся тонкой пленки жиров де-
тали протирают салфетками или опилками из древесины мягких
несмолистых пород.
Промывка в растворителях является предварительным обез-
жириванием, после которого следуют другие методы очистки
(химические и электрохимические).
Установка, предназначенная для промывки в органическом
растворителе деталей различных размеров после механической
обработки их поверхности, показана на фиг. 21.
Установка состоит из камеры 1 с крышкой 2, резервуара для
растворителя 6, фильтра 5, насоса 7 и душирующего устройства
3. Подлежащие обработке детали помещают в камеру, включа-
ют насос, и органический растворитель из резервуара по нагне-
тательной трубе поступает в душирующее устройство, представ-
ляющее собой трубу с системой форсунок, расположенных по
периметру камеры.
Растворитель, стекая с деталей, попадает в резервуар, где
пройдя предварительно через сетчатый фильтр, он очищается от
механических примесей; из резервуара растворитель снова по-
дается в душирующее устройство.
Для удаления вредных испарений установка снабжена вен-
тиляционным кожухом 4. Установка комплектуется насосом ти-
па РЗ-450 производительностью 3,3 м3/ч при напоре 3,3 кГ1см2
и электродвигателем типа ТАГ-12-4 мощностью 0,52 кет и чис-
лом оборотов 1420 в минуту.
С целью экономии органических растворителей предложен
способ эмульсионного обезжиривания. Этот способ заключается
в промывке изделий в эмульсии из двух несмешивающихся жид-
костей, например бензола и воды или керосина и воды. К этим
эмульсиям добавляют поверхностно-активные вещества, улуч-
шающие смачивание и отмывку загрязнений, растворяющихся
44
соответственно в воде и в органических растворителях. В каче-
стве таких добавок применяют триэтаноламин, растворимый в
воде в концентрации 0,25—0,5%, а также олеиновую кислоту,
растворимую в углеводородах.
Для удаления с алюминиевых деталей следов полировочной
пасты на некоторых предприятиях применяют водную суспензию
глины. Детали погружают в подогретую до 30—40° С ванну, где
взмучена смесь, состоящая из 1/3 воды и 2/з жирного формовоч-
Фиг. 21. Аппарат для обезжиривания в летучих раство-
рителях.
ного песка, и обрабатывают щетками, после чего промывают
в теплой (40—50°С), затем в горячей (80—90°С) воде много-
кратным погружением.
ОБЕЗЖИРИВАНИЕ В РАСТВОРАХ ЩЕЛОЧЕЙ
Жировые загрязнения, образующиеся на поверхности дета-
лей в результате различных стадий производственной обработ-
ки, по своей химической природе могут относиться к группам
омыляемых и неомыляемых жиров.
Растительные и животные масла и жиры под воздействием
щелочи обезжиривающего раствора омыляются с образованием
растворимых мыл, которые являются поверхностно-активными
45
chipmaker.ru
веществами, понижающими поверхностное натяжение на грани-
це раздела жир — раствор. Благодаря этому облегчаются ус-
ловия диспертирования (дробления) оставшегося жира, в ре-
зультате чего улучшается отлипание капелек масла от поверх-
ности металла и ускоряется процесс обезжиривания.
В результате реакции омыления эфиры жирных кислот пе-
реводятся в растворимые соединения, например стеарин (стеа-
рат глицерина) + едкий натр = мыло (стеарат натрия) + гли-
церин.
Образовавшиеся мыла легко смываются с поверхности ие-
талла горячей водой.
Минеральные масла (например, смазочные), как известно,
щелочами не омыляются. Удаление их с поверхности металла
при обезжиривании происходит только в результате эмульгиро-
вания и диспергирования. Действие щелочей в данном случае
ведет к образованию эмульсий — частички жира отделяются от
поверхности металла и остаются в растворе в мелкораздроб-
ленном, взвешенном состоянии. Эти процессы проходя! значи-
тельно быстрее при наличии в обезжиривающем растворе по-
верхностно-активных веществ (эмульгаторов).
Поверхностно-активные вещества в слабощелочном растворе
оказывают следующие действия:
1) понижают поверхностное натяжение на границе масло —
раствор и облегчают диспергирование масла;
2) образуют на диспергированных частицах масла механи-
чески прочную защитную оболочку, препятствующую обратному
взаимному их слиянию;
3) обладая значительно большим сродством к металлу, чем
жировые загрязнения, вытесняют последние с поверхности ме-
талла, адсорбируясь на нем. Адсорбированный слой поверхно-
стно-активных веществ препятствует новому зацеплению на ме-
таллической поверхности жировых веществ.
Первоначально в промышленности в качестве поверхностно-
активных веществ в обезжиривающих растворах применяли ра-
створимые мыла (калиевые или натриевые соли пальмитиновой,
олеиновой или стеариновой кислот). Затем для этой цели были
использованы сульфокислоты (контакт Петрова), получаемые
при обработке нефти концентрированной серной кислотой. Эти
вещества значительно ускоряют процесс очистки металла от ор-
ганических загрязнений, однако моющая способность их значи-
тельно ниже моющей способности органических растворителей.
В последнее время промышленностью производятся поверх-
ностно-активные вещества, обладающие более интенсивным
действием.
К числу лучших эмульгаторов при обезжиривании в слабо-
щелочном растворе принадлежат производные из полиэтилен
гликолиевых эфиров, применяемые в настоящее время как вспо-
могательные (обезжиривающие) вещества в текстильной про-
46
мышленности и именуемые ОП (ОП-7, ОП-Ю), а также некаль
БХ, представляющий собой натриевую соль (бутилнафталинсуль-
фатовой кислоты. В отличие от мыла эти вещества сохраняют
моющую способность в жесткой воде, слабощелочных и частич-
но в кислых растворах.
Продукт ОП-7 (ТУ МХП3553-53) является одним из лучших
моющих и эмульгирующих средств и представляет маслообраз-
ную вязкую жидкость или пасту коричневого цвета со слабым
запахом. Он хорошо растворим в воде, образуя прозрачный
раствор.
Продукт ОП-Ю (ТУ МХП 3554—53) —маслообразная вязкая
жидкость со слабым запахом, хорошо растворяется в воде. Сма-
чивающая и моющая способность его достаточно высокая, од-
нако несколько меньшая, чем у ОП-7.
Некаль БХ — твердое вещество серого цвета, легко раство-
римое в воде. При растворении или введении в обезжириваю-
щий раствор он дает обильную пену.
Эмульгаторы ОП-7, ОП-Ю и др. при температуре выше 60°С
соединяются с жирами, образуя эмульсии. При понижении тем-
пературы эмульсии распадаются и жир всплывает на поверх-
ность обезжиривающего раствора, откуда может быть удален.
Благодаря этому эмульгаторы действуют весьма длительное
время. Указанные эмульгаторы добавляются к обезжиривающим
щелочным растворам в небольших количествах и обеспечивают
очень большую моющую способность последних.
Таким образом, для обезжиривания черных металлов приме-
няют растворы, содержащие щелочь, легко гидролизующиеся
соли щелочных металлов и эмульгаторы. По значению pH при-
меняемые растворы для обезжиривания можно подразделитьна:
а) сильнощелочные растворы, применяемые для предвари-
тельного грубого обезжиривания стальных изделий (pH = 12 -н
4-14);
б) среднещелочные растворы, применяемые для окончатель-
ного обезжиривания стальных деталей (pH = 11 -=- 12);
в) слабощелочные растворы, применяемые для обезжирива-
ния цветных и легких металлов (pH — 10 -н 11).
Увеличение концентрации щелочи в растворе способствует
ускорению процесса, однако слишком большая концентрация ед-
кого натра затрудняет растворение образующегося мыла, а
эмульсия становится менее устойчивой.
Подогрев растворов способствует повышению скорости хими-
ческих реакций омыления жиров, а также процессу эмульгиро-
вания масел и удалению эмульсии с поверхности изделий, кроме
того, повышается степень гидролиза щелочных солей.
Также ускоряет процесс обезжиривания перемешивание или
циркуляция раствора. Перемешивание может быть осуществле-
но сжатым воздухом, а также путем применения качающихся
штанг с повышенными деталями или устройством по типу колен-
47
chipmaker.ru
чатого вала, обеспечивающего частый подъем и опускание в ра-
створ корзин с деталями.
Ванна для обезжиривания с устройством для покачивания
корзин с деталями показана на фиг. 22.
Ускоренная очистка достигается также при струйном методе
очистки, при котором раствор для обезжиривания разбрызгива-
ется на изделия из специальных форсунок в камере туннельного
типа.
Для обезжиривания при помощи струи применяют обычно
2—3%-ный раствор щелочи. Процесс ведут при температуре
60—80° С и давлении 3—5 кГ[см2 в течение 1,5—2 мин.
Фиг. 22. Ванна для обезжиривания с покачиванием корзнн
для деталей:
1 — корпус ванны; 2 — коленчатый вал; 3 — электродвигатель с редуктором;
4 — корзины с деталями; б — змеевик паровой.
Состав растворов и режим химического обезжиривания при-
ведены в табл. 1.
При выборе компонентов растворов для обезжиривания сле-
дует иметь в ьиду, что по величине моющей способности они рас-
полагаются (по мере ее уменьшения) следующим образом: нат-
рий фосфорнокислый, натрий кремнекислый, натрий углекислый,
натрий едкий.
Наличие в обезжиривающем растворе окислов щелочных ме-
таллов и легко гидроизолирующихся солей щелочных металлов
уменьшает величину поверхностною натяжения на границе
жир — раствор и ускоряет очистку.
После обезжиривания детали тщательно промывают сначала
в горячей, а затем в холодной проточной воде.
При наличии в растворах эмульгаторов ОП-7 или ОП-Ю про-
мывка должна быть особенно тщательной, потому что такие
48
Таблица 1
Типовые составы растворов и режимы химического обезжиривания
Состав растворов и режим процесса Материал деталей
Сталь, чугун Медь Латунь Алюминий и его сплавы
Едкий натр в г/л .... Фосфорнокислый натрий 20—30 75—85 80—ЮО — — —
(трехзамещенный) в г/л . 70—80 30—40 — 35—40 80-100 20—25
Натрий углекислый в г/л . — — 30—50 20—25 — 20—25
Жидкое стекло в г/-л . . . Эмульгаторы ОП-7 или 5—8 — 3-5 5—10 10—15 —
ОП-Ю в г/л 5—7 — 5—7 3—5 — 5—7
Контакт Петрова в г/л . . — 40—5 — —- — —
Температура раствора в °C Продолжительность процес- 70—80 70—80 70—80 60-70 60—70 60—70
са в мин : До смачиваемости * водой (15—30) 3—5 3—5 3—5
растворы оставляют на поверхности металла весьма тонкую, но
прочно пристающую мыльную пленку, ухудшающую качество
оксидирования.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ
Весьма важное значение при обезжиривании имеет исполь-
зование постоянного электрического тока, так как при наложе-
нии тока ускоряется процесс обезжиривания, несколько снижа-
ется температура раствора и уменьшается расход материалов.
Все это получается не только вследствие ослабления сцепления
жировой пленки с металлом в результате механического отры-
ва жировой пленки пузырьками выделяющихся газов (водоро-
да — при обработке на катоде и кислорода — при обработке на
аноде), но и в результате повышения стабильности образующей-
ся эмульсии, т. е. увеличения силы связи органического вещест-
ва с растворителем.
При катодном обезжиривании в щелочном растворе на по-
верхности изделий выделяется водород и благодаря энергичному
разряду ионов водорода слой электролита, граничащий с по-
верхностью обрабатываемых изделий, обогащается ионами гид-
роксила ОН, которые вступают во взаимодействие с животны ми
и растительными жирами, переводя их в мыла. Кроме того, пу-
зырьки газообразного водорода способствуют механическому
отрыву жировой пленки, задерживаются на каплях масла и с
течением времени увлекают их на поверхность раствора, откуда
масло и другие загрязнения стекают через сливные карманы в
кана пизацию.
4 Заказ 1495 49
chipmaker.ru
Анодное обезжиривание менее производительно, чем 'катод-
ное, вследствие того, что на поверхности изделия разряжаются
ионы ОН-, т. е. выделяется кислород. В этом случае значение
pH слоя электролита, граничащего с электролитом, понижается
и уменьшается скорость омыления жиров. Кроме того, газооб-
разный кислород, выделяющийся на аноде, оказывает более сла-
бое воздействие на отделение капелек жира.
В связи с этим электрохимическое обезжиривание обычно ве-
дут на катоде и лишь в конце процесса, для устранения поверх-
ностной хрупкости металла изделий, возникающей вследствие
наводороживания, изделия обрабатывают в течение 2—3 мин на
аноде. Для этой цели используется рубильник — переключатель
полюсов.
Плотность тока при обезжиривании поддерживают в преде-
лах 3—10 а! дм2. Повышение плотности тока способствует более
интенсивному выделению пузырьков газа на изделии и ускоре-
нию процесса обезжиривания. Температуру поддерживают в пре-
делах 60—80° С. Концентрация раствора берется несколько бо-
тее низкая, чем при химическом обезжиривании, и поэтому рас-
ход химикатов меньше. Продолжительность обезжиривания со-
ставляет 5—10 мин. По сравнению с химическим способом элек-
трохимическое обезжиривание является более производитель-
ным, дающим хорошее качество очистки.
Недостатком электрохимического обезжиривания является
плохая рассеивающая способность электролита, вследствие чего
обезжиривание изделий сложной конфигурации затрудняется.
На поверхности электролита в получающейся пене аккумули-
руются водород и кислород, образующие гремучий газ, харак-
теризующийся большой взрывоопасностью. Поэтому загрузку и
выгрузку деталей следует производить при выключенном рубиль-
нике, а пену периодически удалять через сливной карман ванны.
Типовые составы электролитов для электрохимического обез-
жиривания приведены в табл. 2.
При электрохимическом обезжиривании в качестве электро-
дов применяют стальные никелированные или никелевые пла-
стины.
Положительное влияние оказывает применение реверсивного
тока, так как периодическое изменение напряжения тока уско-
ряет процесс очистки и предохраняет металл от наводорожива-
ния.
Применение для обезжиривания переменного тока имеет ряд
преимуществ. Так, замена постоянного тока при электрообезжи-
ривании на переменный ток промышленной частоты при нали-
чии эмульгаторов типа ОП уменьшает время обезжиривания с
5—7 мин до 15—20 сек, а в некоторых случаях и до 5 сек. При-
менение переменного тока устраняет выделение водорода и де-
лает процесс взрывобезопасным. Совместное использование
эмульгаторов и переменного тока позволяет снизить температу-
50
Таблица 2
Типовые составы электролитов и режимы электрохимического обезжиривания
Состав растворов и режим процесса Материал деталей
Сталь Чугун Медь, латунь Алюминий и его сплавы Цинк и его сплавы
Едкий натр в г/л Фосфорнокислый натрий 25—30 40-50 — — —
(трехзамещенный) в г/л . 50—60 10—15 30—40 30—40 40—55
Натрий углекислый в г/л . 20—30 60—70 20—30 5—10 —
Жидкое стекло в г/л . . . Эмульгаторы ОП-7 или 5—8 3-5 — — —
ОП-Ю в г/л Пеногаситель (силоксан) 1—2 — — — —
'В г!л 0,01-0,03 0,01-0,03 — — —
Мыло в г/л — — 5—10 — •—
Плотность тока в а/д.ч2, . . 3—8 5-10 4—5 3-5 3—5
Напряжение в в Температуоа электролита 10—12 10—12 10—12 10—12 10—12
в °C Продолжительность пронес- 70—80 70—80 60—70 70—80 70—80
са в мин - 5—10 5—10 3—5 0,5—1 1—3
ру обезжиривающих растворов до 60—70°С (вместо 80—95°С).
Существенными преимуществами применения переменного
тока являются:
а) улучшение использования объема ванны, так как детали
завешиваются на все штанги;
б) отсутствие необходимости в искусственном переключении
тока (на анод) в конце обработки;
в) использование трансформатора вместо источника тока
(двигатель — генератор), т. е. большое использование энергии
и устранение щеточного контакта при передаче электрическою
тока к установке.
Для обезжиривания переменным током (пониженного до
напряжения 12—36 в) рекомендуется следующий состав (>в г/л):
Фосфорнокислый натрий трехзамещенный . . 25—35
Натрий углекислый.......................25—30
Эмульгаторы ОП-7 или ОП 10 ..... 1—3
Плотность тока 3—5 а!дм2, температура 70—80° С, продол-
жительность обработки 0,2—2 мин. После обезжиривания дета-
ли промывают в ванне с горячей водой, желательно с перемеши-
ванием, а затем в холодной проточной воде.
В последнее время на ряде предприятий для деталей из горя-
чекатаных и холоднотянутых сталей применяют специальную
электрохимическую очистку (ЭХО). Способ представляет собой
4* 51
chipmaker.ru
одновременное обезжиривание и травление. Состав электролита
следующий (в вес. %):
Едкий натр.................93
Хлорчстып натрий........... 7
Плотность тока 18—30 а! дм2. Температура 450—500° С (оп-
тимальная 480°С), напряжение 6—8 в, продолжительность об-
работки 5—10 мин.
В качестве анода служит корпус ванны. Детали, подвер-
гаемые обработке, монтируют на подвеску или приспособле-
ние так, чтобы при этом был жесткий контакт подвески с де-
талью и контактной штангой. Места контактов должны быть
зачищены от окислов. Для удаления с поверхности влаги детали
предварительно высушивают при 60—80° С.
После обработки детали промывают в проточной холодной
воде, затем в горячей воде с добавлением препарата Мажеф (об-
щая кислотность 7—10 точек) при 80—100° С.
В результате такой электрохимической обработки на поверх-
ности образуется защитная пленка, предохраняющая детали от
коррозии при хранении.
ОБЕЗЖИРИВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОМ
В последние годы широкое применение в машиностроении и
приборостроении получила ультразвуковая очистка поверхно-
стей различных металлических деталей, • особенно небольших
размеров и сложной конфигурации, требующих высокого каче-
ства очистки.
Звуковые волны распространяются в газах, жидкостях и
твердых телах с определенной интенсивностью, измеряемой
обычно в вт]см2 [4]. Звук характеризуется частотой сжатий и раз-
режений, поочередно сменяющих друг друга.
За единицу частоты принято одно колебание в секунду, т. е.
герц. Колебания различной частоты воспринимаются человеком
как звуки различной высоты. Звуки более низкие, чем 30 гц, и
более высокие, чем 15 гц, нами не воспринимаются и фиксируют-
ся при помощи специальных приборов.
Ультразвук позволяет передать внутрь жидкости очень боль-
шую энергию механических колебаний, эффект, называемый
ультразвуковой кавитацией, связан с распространением в жид-
кости интенсивных звуковых колебаний.
Ультразвуковые колебания получают с помощью механичес-
ких или электромеханических излучателей, преобразовывающих
колебания электрического тока соответствующей частоты в ме-
ханические колебания излучателя. Электромеханические преоб-
разователи бывают трех типов: электродинамические, работаю-
щие в пределах до 30 000 гц, магнитострикционные от 5 до
15 000 гц и пьезоэлектрические — от 100 000 гц и выше.
52
Установка для очистки с помощью ультразвука состоит обыч-
но из ультразвукового генератора, служащего источником элек-
трических .колебаний и ма1 нитострикционных преобразователей,
осуществляющих преобразование электрических колебаний в
упругие механические волны, и ванны с раствором для очистки.
Принцип ультразвуковой очистки деталей заключается в сле-
дующем. Под воздействием акустического поля в жидкости про-
исходят мощные локальные гидравлические удары, образую
шиеся захлопыванием кавитационных полостей. Это воздействие
сопровождается ударной волной, возникающей при захлопыва-
нии кавитационных пузырьков, а также интенсивными колеба-
ниями незахлопывающихся пузырьков, проникающих между
пленкой загрязнения и основной поверхностью детали.
Эффект очистки можно объяснить действием огромных сил,
создаваемых ускорением жидкости в звуковом поле. Силы
ускорения растут пропорционально квадратному корню из
мощности ультразвука, приходящейся на единицу площади.
Мощность, равная 10 вт/см2, создает, например, при частоте
800 кгц в воде ускорение, равное 200 000-крагному значению
ускорения силы тяжести. Это значит, что масса воды в 1 кг
в этом силовом поле создает усилие, равное 200 т. Понятно,
что под действием этой гигантской силы связь каждого загряз-
нения с телом, к которому оно прилегало, нарушается почти
мгновенно.
Вследствие ослабления молекулярных связей между части-
цами грязи и основным металлом грязь отслаивается, а затем
удаляется.
На скорость и качество ультразвуковой очистки оказывает
также большое влияние химическая активность моющей жид-
кости. Если жидкость по отношению к удаляемому слою хими-
чески нейтральна, то процесс очистки основывается целиком
на механическом воздействии кавитационных пузырьков. Если
жидкость химически активна, то к механическим разрушениям
добавляется ускоряющее действие ультразвука на процесс
диффузии и растворения. В этом случае процесс очистки де-
талей происходит в десятки раз быстрее.
Следует иметь в виду, что ультразвуковая очистка относи-
тельно дорога, и пока ею следует пользоваться в тех случаях,
когда требуется высокая степень очистки или когда детали
имеют сложную форму и небольшие размеры.
Интенсивность ультразвуковой энергии для качественной
очистки находится в пределах 2—5 вт/см2, а частота копебаний
обычно не превосходит 30 кгц. Одним из лучших водных
растворов, обладающих больший моющей способностью, явля-
ется следующий (в г/л):
Тринатрийфосфат....................30
Эмульгатор ОП-7.................... 3
53
r.ru
Температура для очистки от масла должна быть 20—50° С.
для очистки от полировальной пасты 70—80° С.
Интенсивные ультразвуковые колебания вводятся в моющую
жидкость посредством преимущественно магнитострикционных
и пьезоэлектрических преобразователей. Эти преобразователи
в отличие от кварцевых требуют для своего питания электри-
ческое напряжение порядка нескольких десятков вольт, в то
Фиг. 23. Схема ванны для ультра-
звукового обезжиривания:
1 — корпус ванны; 2 — моющая среда;
3 — мембрана магнитостриктора; 4 —
м аг нитострикцион ный преобр азовател ь
ПМС-6; 5 — вода; 6 — бак; 7 — водяной
время как к кварцевым
излучателем необходимо
подводить напряжение в
несколько тысяч вольт.
Установка для ультра-
звуковой очистки состоит
из трех основных элемен-
тов: источника электри-
ческих колебаний — лам-
пового генератора (на-
пример, типа УЗГ-10),
преобразователя элек-
трических колебаний в
упругие механические
волны—(типа ПМС-6) и
ванн с соответствующими
растворами для очистки.
Ванны для ультразву-
кового обезжиривания
змеевик. выполняются в двух ва-
риантах:
а) дном ванны служит диафрагма магнитостриктора, к ко-
торому приваривается стенка ванны;
б) рабочая ванна вставляется в ультразвуковую ванну, за-
полненную водой, служащей передатчиком колебаний от диа-
фрагмы к рабочей ванне.
Схема ванны для ультразвукового обезжиривания показана
на фиг. 23.
Применение ультразвуковой очистки значительно повышает
производительность и улучшает условия труда, позволяет лик-
видировать очистку в растворителях, и обеспечивает весьма
высокое качество очистки.
ХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ
Травление черных металлов обычно производится в раство-
рах серной или соляной кислот, иногда с добавками плавико-
вой, азотной и хромовой кислот. Для травления меди и
медных сплавов применяют большей частью азотную кислоту
в смеси с другими кислотами.
54
При воздействии серной или соляной кислот на Железо-
углеродистые сплавы, сталь и чугун растворяются окислы же-
леза. Одновременно с удалением окислов железа частично
растворяется металл с выделением водорода.
Основными факторами, определяющими скорость и качество
травления, являются: состав и структура окислов на поверх-
ности металла, применяемая для травления кислота, ее концен-
трация, температура, наличие перемешивания или циркуляции.
Режим травления стремятся подбирать таким, чтобы созда-
лись условия, при которых удаление окислов не будет сопро-
вождаться заметной потерей металла.
При выборе концентрации кислоты в травильном растворе
следует иметь в виду, что в растворах кислот низкой концен-
трации наблюдается большая скорость растворения окиси же-
леза в серной кислоте, железа и закиси железа — в соляной
кислоте. С повышением концентрации кислот скорость раство-
рения металла растет в значительно большей степени в серной
кислоте, чем в соляной.
В растворах с повышенной концентрацией серной кислоты
происходит преимущественное растворение железа; окислы
железа в этом случае механически удаляются выделяющимся
водородом. В растворах с повышенной концентрацией соляной
кислоты происходит преимущественно химическое растворение
окислов. Другими словами, опасность перетравливания метал-
ла больше в серной, нежели в соляной кислоте. Поэтому при
травлении серной кислотой концентрация раствора серной
кислоты не должна превышать 20%, хотя, как известно, ско-
рость травления возрастает до концентрации 25%. а затем
падает с увеличением концентрации кислоты.
При повышении температуры травильных растворов зна-
чительно возрастает скорость травления. Так, повышение тем-
пературы на 10°С при травлении в серной кислоте равносильно
увеличению концентрации этой кислоты в растворе примерно
на 25%. Обычно растворы серной кислоты нагревают до 50—
60° С, а под конец процесса — на 80° С. Соляную кислоту
вследствие ее летучести нагревать выше 35—40° С не рекомен-
дуется.
На скорость травления заметно влияют соли железа, на-
капливающиеся в травильном растворе — при травлении в
серной кислоте соли железа (железный купорос) тормозят
процесс и при содержании их около 200 г/л раствор перестает
травить даже при добавлении свежей кислоты. При травлении
в соляной кислоте соли железа, наоборот, повышают скорость
травления.
Травление металла обычно сопровождается обильным вы-
делением на поверхности изделий газообразного водорода,
способствующего механическому отрыванию окислов с поверх-
ности металла. Водород при этом диффундирует в верхние
55
chipmaker.ru
слои металла, что вызывает хрупкость и ломкость металла, а
также приводит к образованию на поверхности металла «тра-
вильных пузырей», которые нередко становятся причиной брака
при последующих покрытиях.
Схема воздействия водорода при травлении металла в сер-
ной кислоте показана на фиг. 24.
Для устранения травильной хрупкости и уменьшения воз-
можности перетравливания рекомендуется добавлять в тра-
вильные растворы присадки — ингибиторы коррозии, являю-
щиеся регуляторами травления. Травильными присадками
являются технические продукты — органические или неоргани-
ческие вещества (например, отходы сульфитцеллюлозного про-
Фиг. 24. Схема воздействия водорода при травлении металла в серной
кислоте:
а — начальная стадия, б — конечная стадия.
изводства, мясных комбинатов и др.). Весьма эффективными
являются тиомочевина, тиодигликоль и др.
При травлении в серной кислоте широко используется при-
садка КС (кровь сульфированная), а также ЧМ, изготовляемая
нефтяной промышленностью, и специальные продукты — ПЖ,
сульфошлам и др.
При травлении в соляной кислоте применяются ингибиторы
УНИКОД, МН-10, ПБ-8 и ПБ-5 (полимербутиламина), а также
уротропин. Ингибиторным действием обладают также препа-
раты ОП-7 и ОП-10.
Применение ингибиторов позволяет на 30—40% снизить
расход кислоты и уменьшить потери металла при травлении, а
также значительно уменьшить выделение водорода и, следо-
вательно, устранить травильную хрупкость.
Для большинства травильных присадок температура раство-
ров не должна превышать 25—35° С. Действие ингибиторов при
травлении объясняют по-разному. Например, считают, что при-
садки находятся в травильном растворе в коллоидном состоя-
нии и адсорбируются поверхностью чистого металла, предохра-
няя последний от дальнейшего взаимодействия с кислотой.
Существуют также взгляды, согласно которым замедляющее
56
действие присадок на растворимость металла в кислотах объ-
ясняется способностью присадок повышать перенапряжение
водорода на металле.
Типовые составы травильных растворов и режимы процесса
травления стальных деталей приведены в табл. 3.
Таблица 3
Типовые составы растворов для травления стальных деталей
Состав растворов и режим процесса Для снятия толстой окалины Для травления штампованных и кованых деталей Для снятия тонкой окалнны п ржав- чины Для снятия ржавчины без нару- шения полировки
№ 1 № 2
Серная кислота (уд. вес 1,84) в г/л ...... 100—125 150—200 200- 250 80-10
Соляная кислота (уд. вес 1.19) в г/л 100—75 __ — — 209
Ингибитор КС в г/л . . . 2-3 1—2 — — —
Ингибитор ЧМ в г/л . . . — — 3—5 — —
Ингибитор ПБ-5 или МН-10 в г/л . . .... . - 15—20 15 20
Температура раствора в °C 30—40 25—60 25—60 20—60 30—40
Продолжительность про- цесса в мин 30—60 30-60 20—40 20—30 15-25
После травления детали тщательно промывают в проточной
холодной воде, затем в горячей воде и окончательно в проточ-
ной холодной воде.
Травление легированных сталей рекомендуется производить
последовательно в двух растворах: для снятия окислов и для
осветления.
Находят применение растворы следующего состава (в г/л):
Для травления хромоникелевой стали
Соляная кисло 1 а . . 250—300
Серная кислота . . . 400—420
Ингибитор КС . . 1,8—2,2
Соляная кислота . . 500—550
Азотная кислота . . 70—80
Ингибитор КС . . . 1,2—1,5
Для травления хромистой стали:
Соляная кислота ............ 250—270
Серная кислота............... 200—230
Ингибитор КС................2,2—2.5
Соляная кислота............. 20—25
Серная кислота................. 65—70
Температура при травлении в указанных растворах под-
держивается в пределах 40—80° С, продолжительность первого
травления 40—80 мин, продолжительность осветления 5—
10 мин.
57
chipmaker.ru
При химическом травлении меди и ее сплавов применяют
смесь азотной, серной и соляной кислот. Обычно травление
производят последовательно в двух растворах:
Предварительное травление
Азотная кислота .......... 1л
Соляная кислота...........10 л л
Температура 18—85° С, продолжительность 30—60 сек.
Глянцевое травление
Азотная кислота .... 1л Соляная кислота . . 0,25 л
Серная кислота..............1л Сажа голландская . . 1—3 г /л
Продолжительность 5—10 сек.
Перед глянцевым травлением детали промывают в горячей
воде и высушивают.
Для травления алюминия применяют 10—20%-ный раствор
едкого натра. В случае потемнения алюминия при травлении
Фиг 25. Схема конвейерной установки для травления металлов.
в щелочи (при наличии в сплаве меди) производят дополни-
тельное осветление в 30—50%-ном растворе азотной кислоты,
после чего детали промывают и высушивают.
На фиг. 25 приведена схема конвейерной установки для
травления, промывки и пассивирования деталей, работа кото-
рой основана на принципе автоматической передачи штанг с
подвешенными деталями из одной ванны в другую.
Передвижение штанг осуществляется с помощью выступов,
укрепленных на звеньях бесконечной цепи, движущейся вдоль
обслуживаемых ванн. Передача штанг производится перекид-
ной цепью. На этой цепи расположены специальные башмаки,
которые подхватывают движущуюся штангу с деталями, под-
нимают ее вверх, переводят над бортом ванны и опускают на
движущуюся цепь транспортера следующей ванны, где с по-
мощью выступов на цепи штанга передвигается вдоль ванны.
Освобожденные от готовых деталей штанги перебрасываются
автоматом по верхним направляющим на другой конец в
исходное положение. Движения деталей и узлов в этом авто-
58
мате строго синхронизированы, а время пребывания деталей
в той или другой ванне соответствует выбранной схеме техно-
логического процесса.
ХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ
Этот метод представляет собой специальный вид травления
с получением блестящей поверхности металла.
В процессе химического полирования важную роль играют
пассивирующие оксидные пленки, возникающие на металле, а
также повышение вязкости слоя электролита, омывающего ме-
талл. Вследствие, перехода ионов металла в раствор скорость
растворения металла понижается.
Различный удельный вес вязкого слоя, граничащего с ме-
таллом, и электролита обусловливает возникновение конвек-
ционных потоков, благодаря чему выступающие участки рель-
ефа поверхности (гребешки неровностей) более легко (чем
впадины) освобождаются от вязкой пленки и более интенсивно
поэтому растворяются. Наличие в растворе фосфорной кислоты
создает необходимую его вязкость, а преимущественное трав-
ление вершины поверхностей приводит к выравниванию поверх-
ности и приданию ей блеска.
Следует отметить, что слабое перемешивание раствора
способствует полированию, сильное же перемешивание, наобо-
рот, затрудняет получение блестящей поверхности.
Для химического полирования стали находит применение
раствор состава (в объемных %):
Ортофосфорная кислота 15—25 Соляная кислота . . . 2—5
Азотная кислота . . . 2—4 Вода.................81—86
Обработку ведут при 70—80° С в течение 1 —10 мин.
Для химического полирования деталей из меди и латуни
применяют раствор состава (в объемных %):
Ортофосфорная кислота 40 Уксусная кислота .... 40
Азотная кислота ..... 20 Соляная кислота .... 0,01
Обработку ведут при 20—60° С в течение 0,5—1 мин.
Химическое полирование деталей из алюминия перед ано-
дированием с получением блестящей поверхности производят
в растворе следующего состава:
Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,7)........... 630 мл/л
Азотная кислота (уд. вес 1,4)............... 150—200 мл/л
Серная кислота (уд. вес 1,8).................. 180—200 »
Мочевина............................................ 10 г
Температура раствора ПО—115° С, время обработки 0,5—
1 мин с последующей тщательной промывкой в воде. Во время
протекания процесса требуется сильная вентиляция.
59
chipmaker.ru
Для химического полирования алюминия может также при-
меняться щелочно-нитратный раствор состава (в г/л)
Едкий натр • . . . 450 Трина грийфосфат .... 200
Нитрат натрия... . . . 450 Нитрат меди .... 200
Нитрит натрия...... 250 Нитрит меди............... 3
Температура раствора 130—140° С, продолжительность обра-
ботки 15—Г20 сек. После обработки детали быстро и тщатель-
но промывают горячей, затем холодной водой и высушивают.
Для получения очень блестящей поверхности производят до-
полнительную обработку раствором состава (в объемных %).
Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,7) . ... 85
Уксусная кислота (концентрированная) ... ... 10
Азотная кислота (уд. вес 1,4).. 5
К этому раствору добавляют нитрат меди в количестве
0,3 г на каждые 100 а раствора. Температура раствора 80—
100° С, продолжительность обработки 2—10 мин с последую-
щей промывкой в воде и сушкой.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ
Различают анодное и катодное травление. При анодном
травлении происходит электролитическое растворение металла
и механическое отрывание с поверхности пленки окислов выде-
ляющимися пузырьками кислорода. Травление на катоде про-
исходит за счет химического восстановления и механического
отрывания окислов бурно выделяющимся водородом.
Наиболее распространенным способом является анодное
травление, при котором изделия приобретают совершенно чи-
стую, слегка шероховатую поверхность, благодаря чему покры-
тие хорошо пристает к металлу. В то же время этот процесс
требует к себе большого внимания <в части режима и продолжи-
тельности, так как .поверхность металла можно легко перетра-
вить.
При катодном травлении опасность перетравливания исклю-
чается, однако происходит наводороживание поверхности ме-
талла, что создает травильную хрупкость. Поэтому для тонко-
стенных изделий, стальных пружин и пластин катодное травле-
ние не рекомендуется. Кроме того, при катодном травлении
времени требуется в полтора раза больше, чем при анодном
травлении.
Продолжительность процесса при электролитическом трав-
лении зависит от состояния поверхности и колеблется в преде-
лах 0,5—5 мин. Подогрев до 50° С значительно ускоряет трав-
ление.
60
Плотность тока при электролитическом травлении должна
быть 5—10 а/дм2, напряжение 3—10 в.
Для электролитического травления стали применяют следу-
ющие растворы (в г/л):
Серная кислота ....... 150
Хлористый натрий ..... 20
Плотность тока 5—10 а/дм2, температура 20—50° С, ано-
ды — свинцовые.
Серная кислота. ... 48
Соляная кислота ...... 12
Хлористый натрий . . .25
Плотность тока 8 а/дм2, время выдержки 3—10 мин. Для
катодного травления применяют аноды из кремнистого чугуна.
Электролитическое травление можно производить с по-
мощью 'переменного тона, что уменьшает растворение металла
и снижает его наводороживание.
Для травления холоднокатаной листовой стали переменным
током при напряжении 15—20 в может быть применен электро-
лит состава (в а/л):
Серная кислота.......35—40
Азотная кислота . . 25—30
Плотность тока 5—10 а/дм2, температура электролита
15—20° С, продолжительность обработки 5—10 мин.
Для катодного травления деталей, покрытых тонким слоем
окалины, рекомендуется электролит, состоящий из 250—
300 е/л азотной кислоты. Обработку ведут при плотности тока
5—10 а/дм2 и температуре 40—50° С в течение 10—15 мин.
Для травления алюминия переменным током служит элек-
тролит, состоящий из 2—3 г/л соляной кислоты. Обработку
ведут при плотности тока 5—6 а/дм2, напряжении 30—40 в и
температуре 25—30° С в течение 10—20 мин.
ОДНОВРЕМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ И ОБЕЗЖИРИВАНИЕ
Для одновременного обезжиривания и травления стальных
деталей перед оксидированием или фосфатированием предло-
жены следующие составы растворов (в г/л):
№ 1 № 2 № 1 Л 2
Фосфорная кислота Эмульгатор ОП-7 или
(уд. вес 1,64) . . 65 98 ОП-Ю..................... 25 30
Тринатрийфосфат. 35 50 Тиомочевина ... 55
Раствор № 1 применяют для изделий слабо- и среднезажи-
ренных, с незначительной окалиной и ржавчиной, раствор № 2—
для изделий сильнозажиренных со значительной окалиной ч
ржавчиной.
61
chipmaker.ru
Оба раствора применяют при 72—75° С. Время обработки
деталей в ванне составляет 5—10 мин, в струйной камере 3—
5 мин. Для работы с этими растворами следует применять ван-
ны и арматуру из нержавеющей стали или керамики.
После обработки детали необходимо тщательно промыть
в горячем (10—70° С) содовом растворе, а затем в 0,3—0,5%-
ном растворе нитрата натрия при 55—60° С и высушить.
Обработанные таким образом детали имеют поверхность,
хорошо подготовленную для оксидирования или фосфатиро-
вания. В последнее время на ряде предприятий внедряется струй-
ное травление стали, которое благодаря одновременному воз-
действию на поверхность металла химического и механическо-
го факторов, в 3—5 раз более эффективно, чем травление в
стационарных ваннах.
Движущийся поток жидкости облегчает удаление окислов и
уменьшает наводороживание вследствие более легкого удале-
ния водорода с деталей.
При струйном травлении стали применяют раствор серной
или соляной кислоты с добавками ингибиторов при скорости
движения (раствора 25 м/сек и выше.
Соответствующий подбор состава раствора позволяет при
струйном 'методе производить одновременно обезжиривание и
травление.
Раствор для одновременного обезжиривания и травления
содержит кислоту (соляную, серную или фосфсрную), моющее
вещество (ОП-7, ОП-10 или ОС-20), уайт-спирит, ингибитор
травления, вещество, уменьшающее образование шлама (тио-
мочевина) и противопенную добавку (снижающую только
устойчивость пены). Хорошие результаты дают добавки уайт-
спирита, полиметилсилоксановой (кремнийорганической) жид-
кости М-7 продукта НППС, из которого выделялась жид-
кость М 7. Для одновременного струйного обезжиривания и трав-
ления стали рекомендуется раствор состава( в а/л):
Серная, соляная или фосфорная кислоты............ 100—300
Эмульгаторы ОП-7, ОП-Ю, ОС-20 или сульфанол - 3—5
Уайт-спирит............................................ 20
Тиомочевина...................................... 3—5
Температура растворов—при применении соляной кислоты
20—30° С, серной кислоты 45—60° С, фосфорной кислоты 60—
70° С. Тиомочевину применяют только для серной и фосфорной
кислоты; давление сжатого воздуха три подаче раствора со-
ставляет 1,5—2,5 кГ/см2. Жидкость М 7 вводят в количестве
0,05- -0,5 г/л без уайт-спирита.
При большом количестве обрабатываемых деталей целесо-
образно применять полуавтоматические и автоматические уста-
новки для обезжиривания и травления.
На фиг. 26 показан автомат АТП-1 для химической очистки
поверхности деталей. Конструкция этого подвесочного с про-
62
63
chipmaker.ru
граммным управлением автомата разработана Центральным
конструкторским бюро оборудования для гальванопо-
крытий.
Работа автомата происходит ото технологическому процессу,
включающему ряд операций, протекающих ib течение (в мин):
Обезжиривание химическое . . 20
Промывка в горячей воде . 2
Промывка в холодной воде . 2
Травление химическое ... 30
Промывка в холодной воде . . 2
Нейтрализация и пассивирование 2
Промывка в горячей воде ... 2
Сушка...................... 6
Над ваннами ото 'направляющим металлоконструкции 'пере-
мещается автооператор, который по заранее заданной програм-
ме осуществляет перенос подвесок из ванны в ванну. В аьтома-
Фиг. 27. Шнековый аппарат для химической обработки мелких
деталей:
1 — загрузочная воронка; 2 — барабан со шнеком для обезжиривания:
3 — изоляция; 4 — ванна; 5 — соединительные фланцы; 6 — крышка;
7 — направляющие ролики; 8 — привод.
те предусмотрено также и ручное управление оператором.
Производительность автомата 120 кГ]ч, темот выхода подвесок
16 мин, грузоподъемность оператора 100 кГ. Габаритные раз-
меры автомата в мм: длина 9600, ширина 3000, высота 4700.
При незначительном изменении конструкции и программы этот
автомат может быть использован для любой другой химиче-
ской обработки дета чей.
Для химической обработки мелких деталей находит приме-
нение весьма производительный шнековый аппарат (фиг. 27), в
котором производятся операции обезжиривания, травления,
промывки и сушки.
Установка состоит из ряда баков, в которых вращаются пер-
форированные барабаны. Детали засылают в первый барабан
через воронку, а далее они транспортируются шнеком, прива-
ренным к внутренней стороне барабана.
Обезжиренные, протравленные и просушенные детали в
конце установки высыпаются в корзины.
Производительность шнековой установки от 500 до
2500 кг/час.
64
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ
Фиг. 28. Схема установки для электро-
полирования:
I — катоды; 2 — аноды — обрабатываемые
детали; 3 — электролит; 4 — ванна.
Процесс электролитического полирования заключается в
анодной обработке деталей под током в электролите определен-
ного состава при заданном режиме электролиза.
Схема установки для электрополирования показана на
фиг. 28.
Относительно механизма процесса электрополирования су-
ществуют разные гипотезы.
Один из видных исследователей Я. Жаке выдвинул теорию
вязкой пленки, согласно 1которой блестящая поверхность дости-
гается в результате образо-
вания на шероховатой по-
верхности, обрабатываемой
на аноде детали, вязкой,
полупроводящей пленки, со-
стоящей из продуктов анод-
ного растворения. Толщина
этой пленки меньшая на вы-
ступах микронеровностей и
большая во впадинах. Вы-
ступающие участки микро-
рельефа растворяются бо-
лее интенсивно, так как
плотность тока на них бо-
лее высокая, вследствие
меньшего сопротивления
пленки прохождению тока.
Такое преимущественное
растворение вершин нерощ
ностей приводит к сглажи-
ванию поверхности.
Существует и другая, так
называемая диффузионная
теория, по которой считают, что растворение металла протека-
ет более интенсивно на выступающих участках, потому что про-
дукты анодного растворения с этих участков диффундируют в
электролит с большей скоростью, чем из углублений.
Практически установлено, что электролит и режим процес-
са электрополирования должны быть подобраны так, чтобы
создать условия для образования вязкой пленки ib углубленных
участках поверхности обрабатываемой Детали для обеспечения
беспрепятственного растворения микровыступов на этой по-
верхности. Поэтому для электрополирования большинства ме-
таллов в качестве электролитов применяют растворы, содер-
жащие ортофосфорную кислоту.
Электролитическое полирование протекает при значительной
анодной поляризации; применяемая анодная плотность тока
5 Заказ 1495 65
chipmaker.ru
довольно высокая, особенно при обработке стали (Da = 35—•
70 а!дм2).
Наибольшая скорость сглаживания наблюдается в первые
минуты электролиза, увеличение продолжительности процесса
приводит к большему съему металла, не давая значительного
улучшения чистоты поверхности. Степень блеска, получаемая в
результате электрополирования в большой мере зависит от со-
стояния исходной поверхности металла.
Предварительную механическую обработку следует произ-
водить V6—V8. Чистота поверхности после обработки элек-
трополированием может быть повышена на два-три класса.
При более грубой механической обработке электрополирован-
ная поверхность приобретает блеск, но имеющиеся на поверх-
ности риски, царапины и другие дефекты остаются замет-
ными.
В результате электрополирования поверхность металла при-
обретает больший блеск, повышенные оптические свойства и
более высокую коррозионную стойкость. Во многих случаях
электрополирование экономически более выгодно, чем обычное
механическое полирование, так как длительность обработки не
зависит от площади изделия.
Наряду с достоинствами электрополирование имеет также и
ряд недостатков, к которым в первую очередь следует отнести:
а) относительно быстрый износ электролитов в процессе ра-
боты и высокую их стоимость, а также повышенный расход
электроэнергии;
б) резкое выявление всех дефектов строения металла и
структуры его, иногда возникновение специфических дефектов:
неоднородности блеска, возникновение линий сдвига, скольже-
ния, а также точечной коррозии;
в) необходимость применения концентрированных кислот,
что требует принятия специальных мер по технике безопас-
ности.
Электролитическое полирование стали. Для электролитичес-
кого полирования стали наибольшее распространение в завод-
ской практике получили электролиты на основе ортофосфорной
и серной кислот с добавлением небольших количеств хромового
ангидрида. Для полирования углеродистой стали марок Ст. 3;
15,35 рекомендуется состав электролита (в вес. %):
Ортофосфорная кислота. . 65—70 Хромовый ангидрид . . . 5—6
Серная кислота........15—12 Вода.......................15—12
Удельный вес готового электролита 1,74.
Для полирования легированной стали (типа хромистой
нержавеющей XI, Ж2) применяют электролит состава
(в вес. %)
Ортофосфорная кислота . . 40—45 Хромовый ангидрид .... 3—4
Серная кислота........ 37—39 Вода......................20—17
66
Режим электрополировання в указанных электролитах в
общем случае применяется следующий: плотность тока Ua =
= 35-г 50 а/дм2, температура 65—75° С, продолжительность
процесса 10—15 мин. Катоды из рольного свинца. В течение
1 мин растворяется слой металла толщиной 0,009—0,010 мм.
По мере работы ванны и 1накотления в растворе сернокис-
лого железа рабочий диапазон плотностей тока и температура
электролита изменяются. Хорошее качество полирования дости-
гается гари плотности тока Da = 20 -г 30 а!дм2 и температуре
электролита 60—70° С. Удельный вес готового электроли-
та 1,65.
Электролит для электро,полирования (приготовляют в таком
порядке. Хромовый ангидрид растворяют в воде, после чего к
раствору постепенно при .помешивании прибавляют фосфорную
и серную кислоты. После смешения составных частей электро-
лита раствор кипятят при 115—120° С в течение 1—2 ч до до-
стижения удельного веса 1,65 или 1,74 (в зависимости от того,
какой электролит приготовляют: для углеродистых или легиро-
ванных сталей).
Если по условиям производства не представляется возмож-
ным нагреть электролит до указанной температуры, то упари-
вание ведут при 80—90° С до достижения раствором необхо-
димого удельного веса, после чего прорабатывают электролит,
пропуская 5 а — ч тока на каждый литр раствора при плотно-
сти тока Da = 25 -г- 40 а[дм2.
Обычно анодную проработку производят в течение суток с
алюминиевыми или нержавеющими катодами.
В процессе работы увеличивается Вязкость и уменьшается
электропроводность электролита. В результате отклонения о г
первоначального состава электролита качество электрополиро-
вания постепенно ухудшается.
Корректирование электролита сводится к добавлению воды
(производится не реже одного раза в смену), ортофосфорной и
серной кислот (производится по данным химического анализа
раз в 5—10 дней) и окислению трехвалентного хрома (произво-
дится по мере надобности)
Добавление воды рекомендуется производить в соответствии
с удельным весом электролита в следующем порядке: после
75 а-ч/л работы электролита воду добавляют до удельного ве-
са раствора 1,74—1,76, свыше 75 а-ч/л — до 1,76—1,80.
Наиболее сложным является корректирование содержания
трехвалентного хрома, который образуется в электролите за
счет восстановления хромового ангидрида. Накопление в элек-
тролите трехвалентного хрома свыше 1,5—2% вызывает трав-
ление (матовость) полируемых деталей. Признаком накопления
трехвалентного хрома является изменение цвета электролита,
который становится изумрудно-зеленым.
5* 67
chipmaker.ru
Трехвалентный хром рекомендуется периодически окислять
путем анодной проработки. Для этого в ванну с целью изоля-
ции катодного пространства погружают пористые керамические
диафрагмы (можно применять гончарные неглазированные со-
суды). Толщина стенок керамических сосудов 3—4 мм, диаметр
пор 3 мк. Сосуды подвешивают на катодные штанги и заполня-
ют электролитом. Внутрь сосуда вставляют свинцовые като-
ды, поверхность которых должна быть примерно в 2 раза мень-
ше поверхности анодов. Материалом для анодов служит свинец.
Режим анодного окисления трехвалентного хрома: плотность
тока на аноде 4—5 а/дм2, плотность тока на катоде 8—10 а/дм2,
температура электролита 20—40°С, напряжение на ванны 10—
12 в. Ванну для проработки следует включать на 1—2 смены с
таким расчетом, чтобы 8—10% начального количества трехва-
лентного хрома осталось неокисленным и в дальнейшем при
электрополировании не снизился выход по току. После оконча-
ния процесса окисления электролит прогревают в течение 1 ч
при 90—100’С.
При подвешивании деталей в ванне, следует обеспечить хо-
рошее контактирование; располагать их так, чтобы они не экра-
нировали друг друга при этом обеспечивалось беспрепятствен-
ное удаление газовых пузырьков со всех участков деталей. Ре-
комендуется для электрополирования применять ванны с ка-
чающимися анодными штангами, благодаря чему облегчается
удаление газовых пузырьков. Отношение площади анода к пло-
щади катода должно быть в пределах 3 : 10 или 3 : 5.
Электролитическое полирование алюминия. Этот процесс
можно производить в щелочных, фосфорнокислых, борфтористо-
водородных и щелочных электролитах. Наиболее широкое при-
менение для этой цели нашли сернофосфорнохромовокислые
электролиты, близкие по составу к электролитам для электропо-
лирования стали.
Электролит имеет следующий состав (в вес .%):
Ортофосфорная кислота (уд. вес. 1,6) .. . 34
Серная кислота (уд. вес 1,84)..........34
Хромовый ангидрид...................... 4
Вода...................................28
Режим работы: плотность тока Da = 254-35 а!дм2, темпера-
тура 70—90° С, напряжение 10—15 в, продолжительность про-
цесса 5—10 мин, катоды — свинцовые, удельный вес готового
электролита 1,59—1,60.
Свежеприготовленный электролит для удаления избыточно-
го количества воды нагревают при 100—110° С до тех пор, пока
его удельный вес не будет составлять 1,68—1,72 (при 20°С).
После выпаривания электролит охлаждают до рабочей темпе-
ратуры (65—75° С) и прорабатывают в течение 1—2 ч со свин-
цовыми катодами и алюминиевыми анодами, после чего ванна
может работать при нормальном режиме.
68
В процессе работы в электролите накапливается трехвалент-
ный хром, образующий химические соединения, значительно по-
вышающие вязкость раствора, что является причиной ухудше-
ния качества и увеличения продолжительности полирования.
В электролите с течением времени накапливается алюминий,
также ухудшающий качество полирования; при накоплении в
растворе 30—35 г/л алюминия нормальная работа электролита
полностью нарушается и его приходится заменять свежьм.
Корректирование электролита производится периодическим
добавлением воды в таких количествах, чтобы удельный вес
электролита составлял 1,67—1,70, а также добавлением орто-
фосфорной и серной кислот и анодным окислением трехвалент-
ного хрома. Заслуживают внимания простые и дешевые щелоч-
ные электролиты для электрополирования алюминия. Достаточ-
но хороший блеск поверхности можно получить электрополиро-
ванием алюминия в щелочном электролите такого состава
(в г/л)
Тричатрийфссфат . . . 150
Алюминиевые квасцы.......... 50
Едкий натр................. 10—12
Режим работы: плотность тока Dk — 4 4-5 а/дм2, температу-
ра 60—90°С, напряжение 12 в, время обработки 10—15 мин,
аноды — из нержавеющей стали.
Электрополирование алюминия можно производить также в
электролите состава (в г/л):
Углекислый натрий.................150
Тринатрийфосфат.................. 50
Обработку ведут при температуре раствора 80° С и напряже-
нии тока на ванне 12—15 в. Плотность тока в начале процесса
достигает 5—6 а)дм2, в ходе процесса постепенно падает до
2—3 а!дм2. В зависимости от состояния поверхности процесс
электрополирования длится 5— 8 мин.
Chipmaker.ru
r.ru
Chipmaker.ru
ГЛАВА IV
ОКСИДИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ
СПЛАВОВ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ
Для получения защитных окисных пленок на стальных и чу-
гунных деталях применяют разные способы оксидирования, ос-
нованные на воздействии высоких температур, химической среды
(кислотной или щелочной) и других факторов, способствующих
окислению поверхности металла.
Защитные свойства окисных пленок и их механическая проч-
ность в основном зависят от способа оксидирования, а также
от состава и структуры обрабатываемого металла, так, напри-
мер, тончайшие пленки, дающие на стали цвета побежалости,
являясь беспористыми, дают более высокую защиту против
коррозии, чем более толстые пленки, хотя они отличаются весь-
ма невысокой механической прочностью.
Оксидирование обычной нелегированной стали происходит
легче, чем малоуглеродистой легированной стали, для обработ-
ки которой требуется повышенная температура и большая про-
должительность процесса.
Издавна известен способ оксидирования, называемый черне-
нием, путем погружения нагретых деталей в льняное масло. Об-
рабатываемые детали нагревают в печи до температуры 460±
± 10° С и погружают на 5—10 мин в льняное масло, повторяя
процесс 4—5 раз, до получения плотной оксидной пленки глу-
бокого черного цвета.
Для обработки мелких полированных деталей, пружин, ча-
совых стрелок и пр. изделий применяют термический способ
воронения, при котором детали смазывают тонким слоем ас-
фальтового или масляного лака (растворимого в бензине), под-
сушивают на воздухе и загружают на железных сетках в печь
на 12—30 мин при температуре 350—450° С. После того, как
детали приобрели черную окраску, их выгружают из печи и
охлаждают в минеральном масле. В результате такой обработ-
ки на поверхности металла образуется защитная пленка, со-
70
стоящая из магнитной окиси железа (РезО4), на которой имеет-
ся тонкий слой сплавленного асфальта или осмоленного масла.
Для синения мелких деталей с целью декоративной отделки
их применяют воздушно-термический способ оксидирования.
С этой целью изделия помещают в печь при температуре 300—
350эС и выгружают из нее в момент появления необходимого
цвета побежалости. Эффект синения может быть получен и не-
посредственным нагреванием изделий на воздухе. Толщина
пленки, образующейся при этом способе оксидирования, со-
ставляет около 1 мк, цвет — от коричневого до синего, в зави-
симости от температуры нагрева.
Защитно-декоративное оксидирование нержавеющих сталей,
содержащих не менее 8% никеля и стали 1Х18Н9Т в цвет зо-
лота (по методу, предложенному С. Г. Розенблюмом и Н. Т. Гуд-
цовым) производится следующим образом.
Листовую сталь предварительно подвергают накатке или
тиснению узора, затем поверхность ее очищают путем крацева-
ния и обезжиривают в растворе, содержащем 50 а/л тринатрий-
фосфата и 5 г)л жидкого стекла при 70—80° в течение 10—•
15 мин.
Обезжиренные детали подвергают электрополированию в
течение 20 мин по анодной плотности тока 15^20 а]дм2 и тем-
пературе 50—70°.
Для электрополирования рекомендуется электролит следую-
щего состава (в вес. %):
Ортофосфорная кислота............80
Хромовый ангидрид................10
Вода ............................10
Для избежания дефектов окисной пленки касаться деталей
после полирования можно только в резиновых перчатках. После
промывки в проточной воде детали пассивируют в течение 7 мин
при температуре 95°С в растворе такого состава (в вес. %):
Серная кислота .................. 50
Хромпик.......................... 11
Вода..............................39
Пассивированные детали промывают горячей дистиллиро-
ванной водой и сушат теплым воздухом в сушильном шкафу.
Оксидирование производится в термостате или электропечи при
температуре 420° С в течение 55—60 мин.
Полученная пленка имеет золотой цвет и обладает толщи-
ной около 0,6 мк, она весьма светостойка и довольно устойчива
против коррозии, по механической прочности на истирание
пленка эквивалентна покрытию золотом с толщиной слоя 3 мк.
Для получения при оксидировании золотого тона важно точ-
но соблюдать технологический режим, так как перегрев или
71
chipmaker.ru
передержка в термостате приводят к образованию пленки крас-
ных и синих цветов.
Оксидную пленку интенсивного синего цвета, применяемую
для защитно-декоративной отделки лезвий, получают следую-
щим образом. Бесконечная лента бритвенной стали проходит че-
рез горизонтальную муфельную печь, разделенную на три тем-
пературные зоны: 520- 600, 620- 680 и 730—880° С.
В последней зоне производится оксидирование в парах рас-
твора, состоящего из 60% (по объему) водного 25%-ного ам-
миака и 40%-ного этилового спирта. Раствор подается в печь
через трубку диаметром 8 мм со скоростью 50—60 капель в ми
нуту. Скорость подачи ленты 12—13 м/мин.
При выходе из печи стальную ленту охлаждают в специаль-
ном приспособлении с принудительной циркуляцией воды.
ТЕРМОВОЗДУШНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ ПЕРМАЛЛОЯ
В производстве пластинчатых трансформаторов большое зна-
чение имеет качество электрической изоляции пластин, особен-
но для малогабаритной высокочастотной аппаратуры, приме-
няемой в радиоэлектронной и электротехнической промышлен-
ности. Для получения электроизоляционного слоя между пла-
стинами чаще всего применяются лакокрасочные покрытия, ко-
торые, однако, несмотря на хорошие изоляционные свойства,
имеют ряд недостатков, как, например, чрезмерная толщина и
неравномерность покрытия, недостаточная термостойкость и др.
Для пластин, изготовляемых из пермаллоя (специального
сплава, содержащего никель) и имеющих толщину 0,1 мм и ме-
нее, другие способы изоляции, например фосфатирование или
химическое оксидирование, не дают хороших результатов ввиду
коробления пластин и высокой трудоемкости обработки, а на
высоконикелевом пермаллое фосфатная пленка вовсе не рбра-
зуется.
В связи с указанным, был разработан новый способ изоля-
ции трансформаторных пластин из пермаллоя различных марок «
путем термовоздушного оксидирования. Этот способ обеспечи- —
вает получение электроизоляционной пленки хорошего качества
и не ухудшает магнитную характеристику' сплава. Получение
оксидной пленки на пластинах из пермаллоя происходит при
дополнительном (после отжига) нагреве в электрической печи
при температуре от 400 до 800° С (в зависимости от марки пер-
маллоя) в течение 30—90 мин с последующим ускоренным ох-
лаждением на воздухе (под вентилятором).
Отжиг трансформаторных пластин после выработки обычно
производится в вакууме при температуре 1050—1200° С в тече-
ние 3 ч с медленным охлаждением.
Степень разрежения должна быть не менее 1 • 10 2 —
1 • 10-4 мм рт. ст.
72)
В результате термооксидирсвания на поверхности металла
образуется пленка, приобретающая при достаточной толщине
цвет, специфический для марки данного металла. Так, на пер-
маллое марки 79НМ образуется пленка розовато-лилового цве-
та с блестящим оттенком, а на пермаллое марки 50НХС— плен-
ка серо-голубого цвета, матовая. В табл. 4 приведены оптималь-
ные режимы термовоздушного оксидирования пермаллоя в за-
висимости от состава сплава и толщины материала.
Таблица 4
Оптимальные режимы термовоздушного оксидирования пермаллоя
Марка пермаллоя Толщина материала в мм Режим оксидирования Цвет оксидной пленки
Температура в °C ' Продолжитель- ность в мин
50НХС 0,10 0,25—0,35 600—680 660—680 60 60 Серо-голубой, матовый
79НМ 0,5 0,10 0,25—0,35 600—650 680—700 680—700 30 40—60 60—90 Розовато-лило- вый, блестя- щий
79UMA 0,1 600—620 40 Л и лова то-бле- стящ ин
Для оксидирования применяется электрическая печь с ав-
томатическим регулированием. Перепад температуры в зоне ра-
бочего пространства печи не должен превышать 20—30JC.
При выполнении процесса термооксидирования печь пред-
варительно нагревают до температуры оксидирования. Подвес-
ки с пластинами устанавливают в два-три этажа на противень,
изготовленный из жаропрочной стали и облицованный листом
пермаллоя толщиной 0,5 мм. Противень с деталями помещают
в печь и выдерживают согласно принятому режиму. После окон-
чания выдержки противень извлекают из печи и охлаждают до
комнатной температуры с помощью вентилятора или сжатого
воздуха. Пластины из пермаллоя марки 79НМА охлаждают
вместе с печыо до 300° С в течение 6 ч, а затем на воздухе. Цвет
оксидированных деталей должен соответствовать указанному в
табл. 4. Цвета побежалости не допускаются.
Следует отметить, что в процессе оксидирования пермаллоя
происходит насыщение его кислородом, приводящее к увеличе-
нию твердости, получающееся упрочнение повышает сопротив-
ляемость пластин деформациям при сборке.
Изучение магнитных свойств деталей из пермаллоя марок
79НМ, 79НМА и 50НХС показало, что термовоздушное оксиди-
73
chipmaker.ru
рование не только не ухудшает магнитные свойства пермаллоя
по сравнению с окраской, но в ряде случаев повышает их.
Описанный способ внедрен на ряде предприятий с положи-
тельным эффектом.
ОКСИДИРОВАНИЕ В РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЯХ
Окисные пленки на черных металлах могут быть получены
погружением в расплавленные соли, например, пленки, имею-
щие ровную черную окраску, получаются при погружении сталь-
ных деталей на 20—30 мин в расплавленную при температуре
250—350° С смесь солей, состоящую из четырех частей сухого
едкого натра и одной части нитрита натрия.
При обработке в расплавленной селитре (нитрат натрия) с
добавкой двуокиси марганца при температуре 350° С также об-
разуются черные пленки окислов. Без добавки двуокиси мар-
ганца в этих условиях получаются пленки ярко-синего цвета.
Для синения стальных деталей в расплавленных солях
А. Я. Затнер и С. О. Скиртамонская предложили смесь, состоя-
щую из 55% нитрита и 45% нитрата натрия. Температура смеси
должна поддерживаться в пределах 250—300° С в зависимости
от марки стали. При таком режиме получается окисная пленка
красивого синего цвета.
При более низких температурах образуется пленка желто-
коричневого цвета, при более высоких — серо-голубая.
Более прочные окисные пленки получаются при добавке в
смесь хромового ангидрида. Рекомендуется такой состав (в %):
Нитрат натрия..................44
Нитрат калия...................55
Хромовый ангидрид.............. 1
Температура расплавленной смеси должна быть 350—360° С.
Для оксидирования пружин и крепежных деталей, совмещен-
ного с отпуском, применяют такой состав (в % вес.):
Едкий натр .... 60 Нитрит натрия . . 15
Нитрат натрия . . 15 Тринатрийфосфат 10
Обработку ведут при температуре 340°С в течение 30—
60 мин.
В результате получается оксидная пленка от темно-золоти-
стого до черного цвета, в зависимости от времени выдержки.
Вообще при оксидировании в расплавленных солях длитель-
ность процесса, необходимая для образования пленки опреде-
ленного цвета (коричневой, синей, черной), зависит от состава
стали и температуры обработки и составляет от 12 до 30 мин
при температуре от 250 до 350° С. Низкоуглеродистая сталь
обычно требует меньшей выдержки в расплаве солей.
74
После оксидирования детали промывают в холодной и в го-
рячей воде, нередко пассивируют в хромпике, сушат и затем
промасливают в горячем мыльном растворе.
Работа с расплавленными солями требует соблюдения ряда
предосторожностей и защитных мер. Детали, подлежащие обра-
ботке, должны быть сухими, так как следы воды могут приве-
сти к разбрызгиванию или взрыву расплавленной смеси. Кроме
того, опасно соприкосновение расплавленных солей с органи-
ческими веществами (древесными опилками, соломой, тряпка-
ми), так как при этом также могут произойти взрывы или раз-
брызгивание расплава.
ОКСИДИРОВАНИЕ В СРЕДЕ ВОДЯНОГО ПАРА
Метод основан на получении на поверхности стальных дета-
лей пленки окислов в результате воздействия высоких темпера-
тур в атмосфере водяного пара. Процесс происходит при темпе-
ратуре изделий и пара в пределах 450—650° С и давлении пара
0,2—0,5 атм.
Обработке паром подвергаются уже готовые детали машин,
прошедшие термическую и окончательную механическую обра-
ботку. Если при этом способе оксидируется режущий инстру-
мент, то он должен быть окончательно заточен и доведен.
При нагреве до указанной температуры поверхность сталь-
ных изделий под действием паров воды подвергается активно-
му окислению с образованием на поверхности пленки закиси
и магнитной окиси железа толщиной в пределах до 10 мк.
Коррозионная устойчивость такой пленки значительно выше,
чем у покрытий, получаемых при оксидировании в щелочных
растворах и другими способами. При ведении оксидирования на
пониженных температурных режимах имеется тенденция к об-
разованию пленок из окиси железа, что приводит к резкому сни-
жению антикоррозионной стойкости обрабатываемых изделий.
Для оксидирования в среде водяного пара применяют уста-
новку, которая в основном состоит из электрической вертикаль-
ной печи шахтного типа, оборудованной герметической ретор-
той (фиг. 29). Можно для этих целей использовать шахтные
печи типа Ц-35, Ц-75, ПН-31, ПН-32 и др. Печь должна иметь
автоматическое регулирование температур с точностью до 5° С,
так как при ручном регулировании трудно поддерживать тем-
пературу в требуемых пределах, что снижает производитель-
ность труда. Печь желательно устанавливать в шахте (колод-
це), углубляя ее с таким расчетом, чтобы верхняя обвязка кар-
каса была бы выше уровня пола на 600 — 700 мм.
Для подъема футерованной крышки необходим подъемный
механизм, например тельфер или гидравлический подъемник.
Обработку деталей паром производят во внутренней полости
электропечи, в которой размещается стальной цилиндр, в кото-
рый вставляется контейнер (корзинка) с деталями.
75
chipmaker.ru
ными поверхностями рекомендуется
Фиг. 29. Установка для оксидирования
в среде водяного пара
1 — футерованная крышка установки; 2 —
крышка цилиндра; 3 — автоматический потен-
циометр; 4 — подъемный механизм; 5 — под-
вод пара к змеевику; 6 — цилиндр стальной;
7 — нагреватель электрический; 8 — контейнер
для деталей; 9 — теплоизоляция; 10 — змеевик.
Поверхность стальных деталей, поступающих на оксидирова-
ние в среде водяного пара, должна быть свободна от пыли, пе-
ска, ржавчины, масла и т. д.
Для очистки деталей, требования к точности которых не
очень высоки, можно применять пескоструйную или дробеструй-
ную обработку.
Более точные детали, в том числе инструмент, с загрязнен-
промывать в однопроцент-
ном водном растворе мо-
ноэтаноламина или в со-
до-нитритном растворе,
содержащем 1,5% нитри-
та натрия и 0,3% кальци-
нированной соды при
температуре 70—90° С.
После подготовки по-
верхности деталей их ук-
ладывают в контейнеры
(корзинки), стенки кото-
рых обтянуты сеткой или
изготовлены из листовой
стали с большим количе-
ством отверстий, через
которые должен быть
обеспечен снизу доверху
свободный и равномер-
ный проход пара по все-
му объему стального ци-
линдра. Детали рекомен-
дуется укладывать в кор-
зинку так, чтобы обеспе-
чить максимальный кон-
такт пара с поверхностя-
ми деталей. Лучше всего
детали закреплять на
подвесках.
По окончании загрузки контейнеров с деталями и закрепле-
нии крышки цилиндра так, чтобы исключалась возможность
просачивания пара, печь готова к пуску.
Вначале печь нагревают до 300—350° С и выдерживают в те-
чение 30—40 мин с целью полного нагрева деталей, после чего
пускают пар, который удаляет воздух из рабочей зоны.
Пар, подаваемый в печь, должен быть свободен от конден-
сата, в противном случае изделия будут покрываться бурым -на-
летом окислов. Подняв температуру в печи до 550—650° С, де-
тали выдерживают 1,5—2 ч в непрерывном потоке пара.
Для инструмента температуру печи желательно поднимать
до 540—550° С и выдерживать в течение 30—60 мин.
76
Контейнеры с деталями после отключения печи вынимают
и охлаждают до 120—150° С на воздухе. Затем, для дополни-
тельного повышения коррозионной стойкости детали погружают
в минеральное масло, предварительно обработав их в подогре-
том до 95—100° С 0,5%-ном растворе мыла, что улучшает сма-
чиваемость поверхности металла маслом.
В среде водяного пара с успехом можно оксидировать сталь-
ные и чугунные детали, широко применяемые в машинострое-
нии, в сельскохозяйственных, дорожных машинах, в автотранс-
порте и др., а также режущий инструмент. Оксидная пленка
увеличивает износостойкость режущих лезвий, предотвращает
их коррозию и придает инструменту товарный вид.
КИСЛОТНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ
Отделка поверхности стали с приданием черного или синего
двета, так называемое воронение, выполняемая путем обработ-
ки кислотными составами, известна издавна.
Проф. В. В. Данилевский указывает, что. «еще мастера древ-
ней Руси владели на практике пониманием свойств металлов
и умели вести в желаемом направлении процессы, которые мы
теперь называем химическими; это подтверждает неисчислимое
множество сохранившихся железных, медных, бронзовых и дру-
гих металлических изделий, изготовленных и отделанных весьма
искусно». Древние русские источники изобилуют названиями
оружия и доспехов, изготовлявшихся нашими мастерами. От-
делка оружия — чернение или воронение—применялась очень
часто.
Тульские и уральские оружейники для воронения применяли
кислотные составы, так называемые ржавые лаки.
Кислотные способы воронения стальных изделий ржавым ла-
ком до недавнего времени имели преимущественное распростра-
нение, а в некоторых случаях применяются и в настоящее время.
Ржавым лаком называют составы, вызывающие усиленное
ржавление поверхности стали с образованием магнитной окиси
железа, содержащие иногда соли ртути и некоторых других
тяжелых металлов. Приводим распространенный состав ржа-
вого лака:
Соляная кислота
(уд. вес 1,19). .
Азотная кислота
(уд. вес 1,4) . .
Окалина железа
100 мл (мототая) .
Железная стружка
130—140 мл
300 г
75—80 г
Воронение производят следующим образом: полированные
и обезжиренные детали с помощью шерстяных концов покры-
вают равномерно ржавым лаком и выдерживают в специальном
помещении в течение одного часа при температуре 35° С и отно-
сительной влажности воздуха около 70%. Затем детали выва-
ривают в воде, подкисленной азотной кислотой (1 г/л HNO3),
77
chipmaker.ru
и сушат. Высушенные детали, покрытые ржавым налетом, кра-
цуют стальными щетками, изготовленными из стальной прово-
локи диаметром 0,1—0,2 мм. После крацевания детали снова
обрабатывают ржавым лаком, выдерживают, вываривают в во-
де и крацуют, повторяя эти операции 3—4 раза, пока на по-
верхности детали не образуется оксидная пленка черного с си-
ним отливом цвета (вороньего крыла).
После этого детали смазывают маслом и процесс 1воронения
считается оконченным.
Для воронения также применяют такой состав ржавого лака:
Азотная кислота (уд. Хлористое железо . . 11г
вес 1,4)....... 50 г Железная стружка . . 17 г
Соляная кислота (уд. Сулема................... 2 »
вес 1,19)............ 18 г Вода.......................... 1 л
Процесс воронения ведут при температуре 25°С и при от-
носительной влажности воздуха 60—70%, повторяя операцию
4 раза.
После первого покрытия ржавым лаком детали выдержи-
вают в продолжение 8 ч, затем вываривают в течение 20—ЗОлшн
в воде, сушат и крацуют. После каждого из трех последующих
покрытий лаком детали выдерживают в течение 4 ч и снова
повторяют операции вываривания и крацевания. После обра-
зования черной пленки окислов вороненые детали промасли-
вают.
Прочность на истирание и коррозионная устойчивость пленки,,
полученной методом кислотного оксидирования, несколько вы-
ше, чем оксидных пленок, полученных другими методами.
Однако длительность цикла кислотного воронения и вред-
ность процесса обусловили переход к другим, более совершен-
ным и ускоренным методам получения оксидных покрытий.
Из других методов оксидирования черных металлов в кис-
лых растворах можно указать следующие [5]:
На ряде заводов для оксидирования стали применяют рас-
твор такого состава (в а/л):
Азотнокислый кальций .... 15—30
Перекись марганца..........0,5—1
Ортофосфорная кислота .... 0,5—1
Процесс ведут при температуре раствора 98—100° С в тече-
ние 40—45 мин-, после оксидирования производится промасли-
вание веретенным маслом В-3.
Находит применение быстрый метод оксидирования в рас-
творе такого состава:
Гипосульфит нат- Ортофосфорная кис-
рия............ 80 г/л лота (уд. вес 1,6) 5 мл/л
Азигная кислота
Хлористый аммоний 60 » (уд. вес 1,4) . . 2 мл/ л
78
Оксидирование производят при температуре 60—70°С в те-
чение 15—20 мин. Продолжительность оксидирования в этом
же растворе без нагревания (15—20° С) составляет 40—60 мин.
После оксидирования и промывки производится пассивиро-
вание в растворе, содержащем 120—150 а/л хромпика в течение
0,5—1 мин при температуре 60—70° С, после чего детали про-
мывают, высушивают и промасливают.
Установлено практически, что производительность этого
раствора составпяет 8—10 №/л, после чего раствор заменяют
новым. Ванна для оксидирования, ввиду безвредности указан-
ного раствора, не требует вентиляции.
ЩЕЛОЧНОЕ ОКСИДИРОЗАНИЕ
Способы получения оксидных пленок путем обработки изде-
лий в горячих концентрированных растворах едкой щелочи в
присутствии различных окислителей называют щелочным окси-
дированием. Методы щелочного оксидирования нашли, благо-
даря относительной своей простоте и кратковременности про-
цесса, широкое распространение в промышленности.
При щелочном оксидировании железоуглеродистых сплавов
на поверхности металла образуется равномерная сплошная
пленка окислов, прочно связанная с металлом.
В основе процесса оксидирования стали лежит реакция взаи-
модействия железа с щелочью в присутствии окислителя. Рас-
творение железа в щелочи в присутствии окислителя ведет к
образованию закисной соли:
Fe + О + 2NaOH = Na.2FeO2 + Н2О.
Окислитель и закисная соль железа диффундируют в глубь
электролита и дают соединение трехвалентного железа — окись
железа КагРегО^ Оба эти соединения обладают хорошей рас-
творимостью в концентрированной щелочи. При взаимодейст-
вии закисной и окисной солей железа образуется пересыщенный
раствор магнитной окиси железа РезО4, которая выкристалли-
зовывается на поверхности обрабатываемых деталей, образуя
оксидную пленку.
Толщина и структура получаемой пленки зависят от степени
пересыщения раствора магнитной окиси. Следует отметить, что
после образования пленки дальнейший рост ее замедляется, по-
тому что образовавшийся окисел препятствует дальнейшему
воздействию раствора на металл. Оксидная пленка, состоящая
из магнитной окиси железа РезО4, сообщает поверхности метал-
ла цвета от коричневого до черного, в зависимости от режима
обработки, содержания углерода и легирующих добавок. Так,
углеродистые стали при оксидировании приобретают глубокий
черный цвет, чугун и некоторые стали специальных марок с
высоким содержанием кремния при оксидировании окрашива-
79
r.ru
ются в коричневый цвет с оттенками от золотисто-желтого до
темно-коричневого, в зависимости от продолжительности про-
цесса. Детали из некоторых легированных сталей после оксиди-
рования приобретают фиолетово-красноватый оттенок. Оксид-
ные покрытия также могут получаться матовыми и блестящими.
Матовые оксидные пленки получаются в очень концентрирован-
ных растворах при высоких температурах, когда поверхность
стали при оксидировании частично подвергается травлению.
Блестящие оксидные покрытия получаются в менее концен-
трированных ваннах (кипящих при пониженных температурах),
при этом предварительно полированная поверхность стальных
изделий приобретает красивый черный цвет с сохранением ме-
таллического блеска. Оксидные пленки на черных металлах в
жестких коррозионных и механических условиях эксплуатации
не являются надежным защитным покрытием, даже при нали-
чии на них смазки. Это обстоятельство всегда следует иметь в
виду в каждом конкретном случае применения оксидирования.
Основным компонентом в растворах для оксидирования яв-
ляется щелочь — едкий натр NaOH (каустическая сода) или ед-
кий калий КОН, применяемые в количестве от 700 до 1200 г/л.
В качестве окислителей применяется обычно натриевая селитра
NaNO3 (нитрат натрия) или нитрит натрия NaNO2, а также
калиевая селитра, двуокись марганца, окись свинца и хроматы
щелочных металлов. Иногда применяются также различные
нитроорганические соединения — нитротолуол, нитрофенол, пик-
риновая кислота и др. Кроме окислителей, в раствор для окси-
дирования некоторыми авторами рекомендуются такие добавки,
как бура, хлористые и щавелевокислые соли щелочных метал-
лов. Целью этих добавок является получение более устойчивых
и лучше окрашенных пленок. Добавление щавелевокислых со-
лей придает оксидному покрытию красивый синеватый оттенок.
Введение этих добавок в большинстве случаев оказывает
сравнительно небольшое влияние на процесс оксидирования,
однако очень усложняет контроль раствора.
Внешний вид полученной оксидной пленки может изменять-
ся при применении различных окислителей. Так, нитраты щелоч-
ных металлов дают слегка матовую пленку с глубокой черной
окраской, нитриты способствуют получению более блестящей
синевато-черной пленки, хроматы калия дают черную пленку с
красноватым оттенком.
В настоящее время преимущественное применение находят
самые простые по составу растворы для оксидирования, даю-
щие при правильно установленном режиме процесса оксидные
пленки хорошего качества.
Процесс щелочного оксидирования состоит из двух основных
этапов:
1) механическая и химическая подготовка поверхности ме-
талла перед оксидированием;
80
2) оксидирование;
3) закрепление оксидного покрытия.
Технологический процесс оксидирования. Последовательность
операций технологического процесса оксидирования (в общем
случае) следующая: монтаж деталей на специальные подвески
или загрузка в корзины или сетки; обезжиривание химическое
или электролитическое; промывка в горячей воде; промывка в
холодной проточной воде; декапирование в слабой кислоте; про-
мывка в холодной проточной воде; промывка в горячей воде;
оксидирование в щелочной ванне; промывка в непроточной хо-
лодной воде (в ванне-утилизаторе); промывка в проточной хо-
лодной воде; промывка в горячей воде; обработка в мыльном
растворе; сушка в шкафу или обдувка теплым воздухом; де-
монтаж деталей с приспособлений; промасливание в специаль-
ных сетках или корзинах; выгрузка из сеток и корзинок; про-
тирка; контроль качества покрытия.
Наиболее распространенными составами для оксидирования
являются следующие (в г/л):
1. Едкий натр..........
Азотнокислый натрий
Азотистокислый нат-
рий ................
Температура в °C:
при загрузке . .
при выгрузке . .
П ро должнтельнос ть
оксидирования в мин
2. Едкий иатр..........
Азотистокислый натрий
Температура кипения
раствора в °C . . .
П ро должите льност ь
оксидирования в мин
700—800
200—350
50—70
138—140
J 42—146
20—60
800—1000
200—250
145—150
35—45
3. Едкий натр..........
Азотистокислый натр
Азотистокислый нат-
рий ................
Хлористый калий . .
Температура кипения
раствора в °C . . .
Продолжительность
оксидирования в мин
4. Едкий натр..........
Двуокись марганца
(тонко измельченная)
Температура кипения
раствора в °C . . .
Продолжительность
оксидирования в мин
600-700
120-150
40—50
10-15
138-142
25-60
700—800
180—200
138—145
30—60
Температурный режим и время оксидирования в значитель-
ной степени зависят от марки обрабатываемой стали. Стали,
содержащие свыше 0,7% углерода, оксидируют при начальной
температуре раствора 135—138°С, закаленные и легированные
стали — при 140—145° С; к концу обработки температура рас-
твора обычно повышается на 4—7° С. Режим оксидирования
сталей разных марок приведен в табл. 5.
Для приготовления раствора в ванну загружают взвешенное
количество едкого натра (каустика) и заливают его холодной
водой на 3Д объема ванны, растворение ведут при перемешива-
ний, для ускорения растворения рекомендуется куски едкого нат-
ра помещать в сетчатые корзинки или перфорированные ведра.
Растворение щелочи в воде сопровождается значительным вы-
делением тепла и поэтому раствор подогревают только к концу
растворения. Нитрат и нитрит натрия, взятые в потребном ко-
5 Заказ 1495 81
chipmaker.ru
Таблица 5
Режим оксидирования различных сталей
Содержание углерода в стали в % Температура раствора в °C Время оксидиро- вания
Св. 0,7 0,7—0,4 0,4—0,1 Легированная сталь (например 1—1,5% хрома; 0,2—0,3% молиб- 135—137 138—142 140—145 15—20 мин 20—35 » 35-50 » (в отдельных случаях до 2 ч)
дена;^3—4% никеля).... 140—145 1—2 ч
личестве, растворяют отдельно в минимальном количестве воды
и добавляют к раствору едкого натра. Обычно свежеприготов-
ленный раствор закипает при температуре ниже 135° С и поэто-
му его необходимо выпаривать до требуемой температуры ки-
пения.
Если применяют для составления раствора жидкий едкий
натр, содержащий в 1 л около 600 г NaOH, то в ванну загру-
жают сначала нитрат и нитрит натрия, растворенные в малом
количестве воды, затем заливают жидкий каустик и выпаривают
раствор до достижения требуемой температуры кипения, подли-
вая при этом жидкий каустик до необходимой концентрации.
Работы по составлению раствора для оксидирования сле-
дует производить с соблюдением мер предосторожности, так как
попадание раствора щелочи на тело вызывает опасные химиче-
ские ожоги.
Для получения нормального оксидного покрытия в свежепри-
готовленном растворе должно быть небольшое количество окис-
ного железа; с этой целью в раствор перед работой добавляют
3—5 г/л сернокислого железа или прорабатывают раствор
2—3 ч с бракованными деталями.
Добавка сернокислого железа оказывает очень благоприят-
ное влияние, заключающееся в том, что блестящие компактные
оксидные пленки образуются сразу в свежем растворе.
При отсутствии добавок окисного железа вначале образуют-
ся матовые и рыхлые пленки.
В процессе работы раствор для оксидирования постепенно
обогащается соединениями окисного железа, чрезмерная кон-
центрация которого приводит к получению негодных пленок и
коричнево-красных налетов. Кроме этого, в растворе под влия-
нием углекислоты воздуха накапливаются карбонаты, повышаю-
щие общую концентрацию солей, а следовательно, и температу-
ру кипения. В силу указанных причин срок службы ванны
оксидирования составляет от 3 до 6 месяцев (в зависимости от
объема и количества обработанных деталей), после чего рас-
твор заменяют новым.
82
Корректирование раствора в процессе работы производят
путем периодического добавления едкого натра и окислителей,
а также воды по мере испарения раствора. Понижение темпе-
ратуры кипения указывает на общее обеднение раствора и не-
обходимость добавления щелочи и окислителей, последние до-
бавляют при медленном образовании оксидной пленки.
Следует иметь в виду, что повышение концентрации едкого
натра в растворе приводит к увеличению толщины оксидной
пленки, но при этом обычно на поверхности пленки появляется
красно-бурый рыхлый налет гидрата окиси железа, ухудшаю-
щий качество покрытия.
Для борьбы с образованием красно-бурых налетов при окси-
дировании предложен метод предварительного пассивирования
деталей в растворе хромата или бихромата калия или метод
предварительного нагрева деталей на воздухе при температуре
220—225 °C. При такой подготовке на поверхности деталей обра-
зуются весьма тонкие окисные пленки, улучшающие качество
последующего оксидирования, так как они препятствуют обра-
зованию красно-бурого налета осадка гидроокиси железа.
Основным фактором, при помощи которого регулируют тем-
пературный режим процесса оксидирования, является концен-
трация щелочи, так как температура кипения раствора зависит
от содержания в нем главным образом едкого натра.
Ниже привидятся температуры кипения раствора едкого на-
тра различной концентрации при атмосферном давлении:
Концентрация в г на
1 Л воды . .... 400 500 600 700 800 900
Темпепатура в °C ... кипения .... 117,5 125,0 131,0 136,5 142,0 147,0
Концентрация 1л.... в г на .... 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Температура в °C ... кипения . . . . 152.0 157,0 161,0 165,0 168,0 172,0
Для большинства изделий из углеродистой стали при окси-
дировании начальная температура раствора должна быть 135—
138ПС, а конечная 142—145°C. Контроль температуры произво-
дится стеклянным термометром, установленным в ванне. Для
предохранения термометра от разъедания щелочью его поме-
щают в железную трубку, закрытую с одного конца, заполнен-
ную маслом и установленную у борта внутри ванны.
Для поднятия температуры кипения раствора на Г С следует
повысить в нем содержание едкого натра (каустической соды)
из расчета 10 г щелочи на один литр раствора ванны. Это дости-
гается добавлением едкого натра или частичным выпариванием
раствора, т. е. некоторое время ванна кипит без загрузки до
достижения требуемой температуры. Следует иметь в виду, что
при чрезмерном выпаривании и повышении концентрации щело-
чи растворимость оксидной пленки увеличивается, а при повы-
6* 83
chipmaker.ru
шении температуры кипения до 175—180 °C оксидная пленка во-
все не образуется.
Снижение температуры кипения раствора достигается раз-
бавлением его водой, которую берут из первой промывной не-
проточной ванны. Воду в горячий раствор нужно добавлять очень
осторожно, небольшими порциями, чтобы избежать бурного
вскипания, могущего повлечь выбрасывание раствора из ванны.
Удобно пользоваться для этой цели ведром или черпаком с
длинной рукояткой.
Продолжительность оксидирования зависит от назначения
обрабатываемых деталей. Так, для ответственных деталей из уг-
леродистой стали время обработки составляет 1—1,5 ч, для ле-
гированных и высокоуглеродистых сталей — 2 ч\ для менее от-
Фиг. 30. Ванна для оксидирования в щелочных растворах:
1 — корпус ванны; 2 — корпус теплоизоляционной рубашки; 3 — теплоизоляция;
4 — нагревательные электрические элементы; 5 — крышка с противовесом;
6 — бортовые отсосы.
ветственных изделий продолжительность выдержки обычно со-
ставляет 20—40 мин.
Оксидирование производится путем погружения деталей или
изделий на железных крючках, в корзинах-сетках или на специ-
альных приспособлениях в кипящий щелочной раствор. Устрой-
ство ванны для оксидирования показано на фиг. 30.
Электрические нагреватели устраиваются не под днищем
ванны, а у боковых стенок корпуса ванны, что обусловливает
лучший обогрев, так как на дне ванны обычно накапливается
толстый слой осадка солей железа.
При погружении деталей в оксидирующий раствор необходи-
мо следить за тем, чтобы в углубленных частях деталей не оста-
вался воздух и не образовывались так называемые воздушные
мешки.
Во время оксидирования рекомендуется через каждые 15—
25 мин выгружать детали из оксидирующего раствора и промы-
вать в теплой или холодной воде путем нескольких окунаний и
встряхиваний, после чего снова помещать в оксидирующий рас-
твор. При нормальном ходе процесса оксидирования поверхность
изделий должна быть черной, без всяких налетов.
S4
После оксидирования детали промываются в ванне с непро-
точной водой, которая затем используется для добавления в ок-
сидирующий раствор по мере его выкипания. Промывка произ-
водится путем двух-трех окунаний.
Для полного удаления следов щелочного раствора и преду-
преждения появления осадка солей на деталях после высуши-
вания, обнаруживаемого в виде белого налета в швах и углубле-
ниях, детали тщательно промываются в проточной холодной
воде путем нескольких окунаний и выдержки 3—5 мин, после
чего следует промывка в горячей воде, которая также произво-
дится весьма тщательно.
Учитывая, что неотмытый осадок солей может способствовать
коррозии оксидированных деталей качество промывки необходи-
мо контролировать.
Для этого на поверхность деталей после промывки наносят
2—3 капли спиртового раствора фенолфталеина. Если на поверх-
ности остались следы щелочи — раствор индикатора окраши-
вается в розовый цвет.
Оксидированные и промытые водой детали должны быть не-
медленно подвергнуты последующей обработке, производимой с
целью дополнительного повышения защитных свойств оксидно-
го покрытия против коррозии. Эта операция заключается в об-
работке деталей раствором мыла, в сушке, промасливании и
протирке.
Мыльный раствор получают при растворении ядрового хо-
зяйственного мыла в горячей воде из расчета 20—30 г мыла на
1 л воды.
Во избежание свертывания мыла мыльный раствор следует
готовить на предварительно прокипяченной воде или конденсате.
Обработку деталей производят при температуре кипения рас-
твора в течение 3—5 мин.
При свертывании мыла в процессе работы, что обнаружива-
ется появлением хлопьев и мути, раствор заменяют свежим.
После обработки в мыльном растворе детали просушивают в
сушильных камерах или шкафах при температуре 80- 100°C
или в струе теплого воздуха. Сушильный шкаф с циркуляцией
воздуха показан на фиг. 31.
Промасливание производят погружением оксидированных де-
талей в ванну (фиг. 32) с нагретым нейтральным маслом. Для
этой цели применяют масла: машинное, трансформаторное, ве-
ретенное, вазелиновое, пушечное, ружейную смазку и смазку
ГОИ. Процесс длится 3—5 мин при температуре ванны 105—
115° С.
Применять холодную смазку не рекомендуется, так как вви-
ду большой вязкости она плохо заполняет поры оксидной пленки.
Горячие смазанные детали и изделия помещают на специаль-
ные. столы или устройства у ванны с решетками для стекания
излишка масла и после охлаждения протирают их с целью уда-
85
r.ru
ления избытка на них оставшегося масла и следов налетов; по-
сле этого детали поступают на контроль качества оксидного по-
крытия.
Оксидированные детали для повышения коррозионной стой-
кости можно также покрывать раствором олифы в кислоте или
Фиг. 31. Сушильный шкаф с циркуляцией
воздуха:
/ — каркас из угловой стали; 2 — двухстворча-
тая дверь; 3 — сетчатые полки для деталей;
4 — элсктрокалорифер; 5 — вентилятор; 6 —
термопара; 7 — электродвигатель.
бензине в отношении 1 :4
или 1 :8. После олифова-
ния детали просушива-
ют в течение 2 ч при тем-
пературе 90—95° С. Де-
фектные оксидные покры-
тия легко удаляются в
разбавленных растворах
серной или соляной ки-
слот, после чего детали
поступают на повторное
оксидирование.
Методы последова-
тельного оксидирования
в нескольких ваннах. Как
уже указывалось, одним
из методов устранения
красного налета является
Фиг. 32. Ванна для промасли-
вания деталей:
1 — корпус ванны; 2 — желоб для
стока масла; 3 — решетка для про-
масленных деталей; 4 — паровой
змеевик.
добавление окислителей. Однако это хотя и устраняет красный
налет, но значительно влияет на толщину образующейся оксид-
ной пленки в сторону ее уменьшения. Проф. А. Г. Самарцев
разработал метод последовательного оксидирования в двух ван-
нах с растворами различного состава. Этот метод позволяет
86
получать утолщенную оксидную пленку без образования крас-
ного налета.
Оксидирование производится в два приема. Вначале обра-
ботка ведется в растворе состава:
Едкий натр....................... 800—900 г
Азотнокислый калий.............. 25—50 г
Вода............................ 1л
Режим работы: температура кипения 140—145 °C; продолжи-
тельность оксидирования 5—10 мин. За это время образуется
оксидная пленка толщиной до 0,25 мк. Затем детали переносят
(без промежуточной промывки) во вторую ванну с более кон-
центрированным раствором состава:
Едкий натр............ 1000—1100 г
Азотнокислый калий . . 50—100 г
Вода ................. 1л
Оксидирование производится при температуре кипения 150—
155° С в течение 30—45 мин. Общая толщина образующейся по
этому методу оксидной пленки доходит до 1,5 мк. Пленка обла-
дает глубокой черной окраской и несколько большей коррозион-
ной стойкостью, чем при оксидировании в одной ванне.
По методу, предложенному М. М. Иваненко, оксидирование
производится последовательно в трех ваннах. Получается ровное
матовое с коричневым оттенком покрытие, более чем обычно
коррозионно-устойчивое, применяемое для деталей оптических
приборов.
Составы растворов ванн и режимы обработки:
1. Едкий натр . . .
Вода................
Температура в °C:
в начале процесса
в конце »
Продолжительность
выдержки . . .
2.' Едкий натр ....
Азотнокислый нат-
рий .............
Вода.............
1500—2000 г
1 л
150
175
10—15 мин
900 г
150 г
1 л
Температура в °C:
в начале процесса в конце > 133 137
Время выдержки . 10—15 мин
3. Едкий иатр . . . 1800 г
Азотнокислый нат-
рий 135 »
Вода 1 л
Температура . . . 148—154 °C
Продолжительность
оксидирования . 120 мин
Необходимо отметить, что методы последовательного окси-
дирования в нескольких ваннах, хотя и дают некоторое повы-
шение коррозионной стойкости оксидной пленки, но обладают
рядом таких недостатков, как повышенный расход электроэнер-
гии для подогрева ванн, длительность процесса и малая про-
87
chipmaker.ru
пускная способность третьей ванны, что вызывает затруднения
при поточном методе производства.
Неполадки при оксидировании. Довольно часто на поверхно-
сти оксидируемых деталей наблюдается появление налета, пре-
имущественно красного цвета. Это явление объясняется тем, что
одновременно с образованием оксидной пленки, состоящей из
магнитной окиси железа РезО4 черного цвета, в щелочных рас-
творах может образоваться гидратированная окись железа
РезОз/иНгО, которая отлагается на поверхности оксидируемых
Таблица 6
Характерные дефекты при щелочном оксидировании
Дефекты Причина образования Способы устранения
Оксидная пленка светлой окраски 1. Понижение темпера- туры раствора 2. Недостаточная кон- центрация едкого натра 1. Выпарить раствор до достижения температуры ки- пения 140 °C 2. Добавить по данным анализа едкий натр
Оксидная пленка не образуется 1. Недостаточная тем- пература раствора 2. Повышенная концен- трация едкого натра и окислителей 1. Выпарить раствор до достижения рабочей темпера- туры 140 °C 2. Разбавить раствор водой с целью понижения темпера- туры кипения до 140 °C
Коричнево-крас- ный налет на дета- лях после оксиди- рования 1. Повышенное содер- жание едкого натра 2. Заниженное содержа- ние азотистокислого нат- рия 3. Большое содержание в растворе гидратов оки- си железа 1. Разбавить раствор во- дой и снизить температуру кипения 2. Добавить окислителей 3. Удалить из ванны оса- док гидрата окиси железа
Светлый цвет и неоднотонность ок- раски пленки 1. Недостаточная вы- держка деталей в ванне 2. Недостаточная кон- центрация едкого натра 1. Увеличить продолжи- тельность оксидирования 2. Добавить по данным анализа едкий иатр
Зеленоватый на- лет на оксидирован- ных деталях Недостаток о в растворе окислителей Добавить в раствор азо- тистокислый натрий по дан- ным анализа
* Появление белого осадка на деталях при хранении Плохая промывка пос- ле оксидирования Улучшить промывку, бе- лый осадок удалить промыв- кой деталей в воде с добав- кои 1—2% хромового ангид- рида
88
деталей в виде нерастворимого красного налета. Удалить этот
налет можно только тщательной протиркой промасленных дета-
лей щетками.
Для предотвращения образования красного налета гидрата
окиси железа рекомендуется в оксидированный раствор добав-
лять небольшое количество желтой кровяной соли.
Образование красного налета указывает на повышенную кон-
центрацию едкого натрия при уменьшении в растворе содержа-
ния окислителей или на повышенную температуру оксидирующе-
го раствора. Рекомендуется в этом случае добавлять в раствор
окислители. Для снижения температуры кипения раствора до-
бавляется вода из ванны для ополаскивания или же водопровод-
ная вода. Зеленоватый налет, образующийся на оксидируемых
деталях, указывает на недостаток окислителя. Следует не реже
одного раза в 10 дней производить анализ оксидирующего рас-
твора, проверяя содержание едкого натрия и окислителей (нит-
рита). Характерные дефекты при оксидировании и способы
устранения приведены в табл. 6.
В течение работы на дне ванны накапливается осадок солей
железа, который нужно ежедневно удалять сетчатым черпаком.
БЕСЩЕЛОЧНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ
Под этим названием известен метод оксидно-фосфатного по-
крытия, предложенный Н. Н. Хаиным. Получаемая по этому
методу оксидно-фосфатная пленка состоит из фосфатов кальция
и окислов железа, имеет черный цвет (на стали и чугуне) с со-
хранением металлического блеска и обладает значительно боль-
шей механической прочностью и коррозионной устойчивостью,
чем оксидная пленка, полученная из щелочно-нитратных
ванн.
Толщина покрытия достигает нескольких микронов и прак-
тически не влияет на изменение размеров деталей.
Преимуществом этого метода является то, что значительно
упрощается конструкция оборудования в части осуществления
подогрева, так как процесс производится при температуре
100° С.
Раствор не действует разрушающе на цветные металлы, по-
этому можно оксидировать детали, узлы и изделия, содержа-
щие, кроме стали, другие металлы.
Подготовка поверхности деталей производится по обычной
схеме щелочного оксидирования, но вследствие слабого обезжи-
ривающего действия оксидно-фосфатного раствора требуется
более тщательное обезжиривание деталей в горячей щелочи.
Особенностью процесса является бурное выделение водорода
в начале оксидирования, что необходимо учитывать при завеске
деталей в ванну, чтобы избежать образования «водородных
мешков».
89
chipmaker.ru
Детали необходимо размещать в ванне так, чтобы они не со-
прикасались плоскостями, а в корзинках чаще встряхивать,
обеспечивая свободный доступ раствора, иначе будет получать-
ся пленка светлых тонов и пятнистая.
Для оксидирования применяют раствор следующего состава
(вг/л):
Азотнокислый кальции . . . 80—100
Перекись марганца .... 10—20
Ортофосфорная кислота . . 4—10
Оксидирование производится при температуре раствора
100 °C. Образование оксидной пленки продолжается 30—40 мин
и сопровождается интенсивным выделением пузырьков водоро-
да. Прекращение газовыделения указывает на завершение фор-
мирования пленки; по истечении 40—45 мин детали выгружают
из ванны.
Раствор приготовляется следующим образом. Азотнокислый
кальций обычно готовят в цехе путем растворения гашеной из-
вести в технической азотной кислоте. Перекись марганца (пиро-
люзит) применяется в размолотом состоянии в виде порошка,
который засыпается в определенном количестве в мешочки из
хлопчатобумажной ткани, укладываемые на дно ванны. Это
предохраняет раствор от взмучивания перекиси марганца при
загрузке деталей.
Обычно в процессе работы ванны добавления перекиси мар-
ганца не требуется.
Наибольшее влияние на качество оксидной пленки оказывает
концентрация ортофосфорной кислоты, которая должна быть в
пределах 4—10 г/л. Если содержание фосфорной кислоты в рас-
творе меньше 2 г/л, пленка становится мелкокристаллической и
ее коррозионная стойкость уменьшается, при содержании выше
10 г/л пленка становится рыхлой и на ней образуется черный ма-
жущий налет.
В процессе оксидирования устанавливается оптимальное со-
держание свободной фосфорной кислоты в зависимости от со-
става стали. Так, для углеродистых сталей рекомендуется кон-
центрация фосфорной кислоты 3—5 г/л, а для легированных
сталей и чугуна — 5—10 г/л. Поэтому наиболее важным момен-
том в корректировании и контроле раствора является частое и
систематическое определение содержания фосфорной
кислоты.
Концентрация азотнокислого кальция может без ухудшения
качества оксидной пленки изменяться в довольно широких пре-
делах— от 80—100 до 20—30 г/л. Поэтому контроль содержания
азотнокислого кальция производится один раз в неделю.
Необходимо отметить, что в начале работы ванны на деталях
часто появляется белый налет, легко удаляющийся при промыв-
ках и смазке. Если налет образуется в больших количествах, то
рекомендуется в течение процесса оксидирования 2—3 раза вы-
90
нимать и промывать детали. После нескольких дней проработки
ванны белый налет обычно полностью исчезает. Заключитель-
ные операции промывки и промасливание производятся так же,
как и при щелочном оксидировании.
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ
Оксидную пленку можно получить методом анодного оксиди-
рования в щелочном растворе. Детали, предназначенные для
оксидирования, закрепляются на подвесках и помещаются в
ванну с 40%-ным раствором едкого натра. Электролит подогре-
вают до температуры 65—80° С.
Анодная плотность тока 3—5 а/дм2, продолжительность обра-
ботки 20—30 мин. В качестве катодов применяют стальные ни-
келированные пластины. Оксидная пленка, полученная электро-
литическим методом, имеет глубокий черный цвет с синеватым
оттенком.
Перед оксидированием детали рекомендуется подвергать
анодной обработке в 5%-ном растворе двухромовокислого ка-
лия К2СГ2О7 при температуре 40—50 dC и анодной плотности тока
3—5 а!дм2 в течение 5 мин. В качестве катодов применяются
свинцовые пластины.
Достоинством электролитического метода оксидирования яв-
ляются пониженная концентрация щелочи и пониженная темпе-
ратура процесса, что позволяет применять паровой подогрев, а
также сравнительная кратковременность процесса.
Однако для оксидирования деталей сложного профиля с вну-
тренними полостями и отверстиями, труб, а также для оксиди-
рования мелких изделий в корзинах или сетках этот метод не
пригоден.
При значительной программе оксидирования однотипных де-
талей целесообразно применять полуавтоматические и автома-
тические установки.
Для этой цели, например, сконструирован типовой автомат
ТОА-1 для оксидирования деталей, повышающий производитель-
ность труда в 2—3 раза и обеспечивающий высокое качество по-
крытия.
В автомате производится трехступенчатое щелочное оксиди-
рование деталей с последующим промасливанием их для защи-
ты от коррозии.
Подготовка поверхности деталей перед обезжириванием, на-
вешивание деталей и снятие их с подвесок производятся вруч-
ную.
В наземной части автомата последовательно установлена
ванна для обезжиривания, промывки, оксидирования, сушки и
промасливания — всего 15 ванн, в том числе 3 ванны для оксиди-
рования.
91
chipmaker.ru
На трассе автомата, в соответствии со схемой циклового ре-
жима, автоматически перемещается блок-редуктор, выполняю-
щий функции загрузки, выгрузки и переноса подвесок с оксиди-
руемыми деталями и перемещающийся в строго заданном на-
правлении. Регулирование рабочей температуры в ваннах и до-
лив раствора едкого натра в ванны оксидирования произво-
дятся автоматически.
Пульт, осуществляющий управление всем циклом работы ав-
томата, имеет действующую (рабочую) и дублирующую (резерв-
ную) схемы; за правильностью работы автомата наблюдает
дежурный электромонтер. Габаритные размеры автомата 23 X
X 1,5 X 5 м; вес оксидируемых деталей 250 кг.
Chipmaker.ru
ГЛАВА V
ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Алюминий обладает высокой склонностью к окислению; под
воздействием кислорода воздуха в очень короткий срок на по-
верхности алюминия и его сплавов образуется пленка окислов
и блестящая чистая поверхность алюминия становится тусклой.
По сравнению с пленками окислов, образующимися на других
металлах, окисная пленка на алюминии отличается значительно
большей толщиной, достигающей 0,02—0,1 мк, в то время как
толщина естественных оксидных пленок на других металлах
очень мала и составляет часто лишь тысячные доли микрона.
В сухом воздухе при обычных температурах алюминий об-
ладает достаточной устойчивостью. Устойчивость алюминия объ-
ясняется тем, что образовавшаяся на поверхности металла есте-
ственная окисная пленка предохраняет алюминий от дальней-
шего воздействия влаги и кислорода воздуха. Кроме того, эта
пленка хорошо сцепляется с алюминием и повышает его элек-
тродный потенциал от —1,67 до —0,56 в. Окисная пленка более
прочна и устойчива на алюминии, не имеющем примесей других
металлов.
Механическая прочность чистого алюминия не высока, поэто-
му для повышения твердости и прочности его легируют различ-
ными добавками (медь, кремний и др.). Легированный алюми-
ний, приобретая дополнительную прочность и твердость, стано-
вится в то же время менее коррозионно-стойким.
Во влажном воздухе, в пресной и особенно морской воде алю-
миний сравнительно быстро подвергается коррозии, тускнеет,
покрывается пятнами и белым налетом. Окисная тонкая пленка,
образовавшаяся на алюминии естественным путем, отличается
неравномерностью, зависящей от условий образования окислов,
и не может надежно предохранить металл от дальнейшего раз-
рушения. Защитные свойства окисной пленки, а следовательно,
и устойчивость алюминия и его сплавов может быть значитель-
но повышена искусственным утолщением окисной пленки и спе-
циальной химической или электрохимической обработкой. Про-
цесс искусственного создания окисной пленки на поверхности
93
chipmaker.ru
алюминия называется оксидированием. Оксидирование, выпол-
няемое электрохимическим способом, при котором алюминие-
вые изделия обрабатываются в специальных электролитах на
аноде, называется анодированием.
Толщина оксидной пленки, образующейся при анодировании
алюминия, может достигать нескольких десятков и даже сотен
микрон.
Оксидные пленки на алюминии, полученные в результате
электрохимической обработки, имеют ряд ценных свойств —
хорошее сцепление с поверхностью алюминия, высокую твер-
дость и жаростойкость. Кроме того, они имеют хорошие электро-
изоляционные свойства.
Оксидные пленки на алюминии и его сплавах обладают высо-
кой устойчивостью в условиях атмосферной коррозии. Будучи
пористыми с сильно выраженной поглотительной способностью
(адсорбцией), оксидные пленки хорошо пропитываются маслами
и пассивирующими растворами (хроматами), что еще больше
повышает их коррозионную стойкость. Адгезия, т. е. прилипае-
мость лаков и красок к оксидным пленкам, очень высока, бла-
годаря этому оксидные пленки являются прекрасным грунтом
для лакокрасочных покрытий. Оксидные пленки обладают высо-
кими электроизоляционными свойствами, что используется, на-
пример, для получения изолирующего слоя на проводниках и
электрических конденсаторах.
Пропитывание оксидированного алюминия светочувствитель-
ными составами (солями серебра) позволяет получать прочные
фотографические изображения на металле (например, шкалы
приборов). Способность оксидных пленок на алюминии хорошо
адсорбировать различные органические и минеральные красите-
ш дает возможность окрашивать в водных растворах красите-
лей изделия из алюминия и его сплавов в цвета золота, латуни,
бронзы, меди, ценной породы дерева, минералов, что использу-
ется для декоративной отделки различных изделий бытового
назначения, электроарматуры, архитектурно-строительных дета-
лей и т. д.
Защитная устойчивость анодированных и окрашенных пле-
нок на алюминии повышается последующей обработкой, резуль-
татом которой является заполнение или сужение пор и их за-
крытие.
Сужение и закрытие пор достигается кипячением анодиро-
ванных изделий в дистиллированной воде в течение 30—45 мин.
Кипячение в воде увеличивает гидратацию окиси алюминия, из
которой состоит пленка, объем пленки возрастает и поры запол-
няются. Заполнение пор достигается также пропитыванием
пленки силикатом натрия (жидким стеклом) с последующей
сушкой при 120—180°C. При этой обработке в порах осаждается
окись кремния и стойкость, а также светоустойчивость анодиро-
ванных и окрашенных изделий значительно увеличивается.
94
Оксидирование алюминия и’его сплавов широко применяется
в машиностроительной промышленности для защиты деталей от
коррозии и в приборостроении для отделки приборов и защиты
их от механических и химических воздействий, а также с целью
создания электроизоляционных свойств.
При применении электролитического оксидирования алюми-
ния и его сплавов для декоративной окраски изделий следует
иметь в виду, что не все алюминиевые сплавы способны окраши-
ваться в светлые тона. Лучшие результаты получаются при при-
менении чистого алюминия марок А00, АО, Al, А2, пригодны
также алюминиево-магниевые сплавы марок АМг, АМц, АМгбп
и дюралюминия марок Д1 и Д16 и др. Следует иметь в виду,
что некоторые марки сплавов алюминия с содержанием меди
свыше 8% совсем не анодируются.
На окраску оксидного слоя наибольшее влияние оказывает
находящийся в алюминиевом сплаве кремний. При содержании
его свыше 1,5% декоративная отделка возможна лишь в темные
цвета.
ХИМИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ
Оксидная пленка на алюминии и его сплавах может быть по-
лучена химическим путем — погружением деталей в растворы
щелочей и хроматов щелочных металлов. В результате такого
воздействия образуется пленка, имеющая толщину от 0,5 до
1 мк, способная адсорбировать различные наполнители, краси-
тели и смазочные вещества, которые повышают ее коррозион-
ную стойкость.
Оксидная пленка, полученная химическим способом, мягкая,
не обладает достаточной стойкостью, легко истирается, разру-
шается от воздействия горячей воды и горячего воздуха и в про-
цессе эксплуатации изделий быстро разрушается.
Поэтому химическое оксидирование имеет ограниченное при-
менение и производится только для тех изделий и деталей, анод-
ное оксидирование которых затруднительно вследствие весьма
сложной их конфигурации, как, например, для внутренней по-
верхности длинных и тонких трубок, куда не проникают силовые
линии при электролизе.
Технологический процесс химического оксидирования ведет-
ся по следующей схеме: монтаж деталей в приспособления; обез-
жиривание; промывка в горячей и холодной воде; химическое
оксидирование; промывка в проточной холодней воде; пассиви-
рование оксидной пленки; промывка в проточной холодной воде;
промывка в теплой воде при температуре 40—50 °C; сушка в
струе теплого воздуха или в сушильном шкафу при температуре
60—70 °C в течение 5—10 мин\ демонтаж деталей из приспособ-
лений.
95
chipmaker.ru
Для химического оксидирования применяется обычно раствор
такого состава-
Кальцинированная сода 50 г Едкий натр . . . 2—2,5 г
Хромовокислый натрий 15 » Вода ................ 1л
Оксидирование производится при температуре 85—100 °C,
выдержка деталей в растворе 5—30 мин в зависимости от со-
стояния раствора. При работе со свежеприготовленным раство-
ром берется минимальная температура и выдержка.
По мере истощения раствора необходимо строго выдерживать
зависимость между составом раствора, температурой и време-
нем обработки, иначе образующаяся пленка окажется непрочной
и будет быстро разрушаться.
При отсутствии хромовокислого натрия Na2CrO4 можно в ка-
честве исходных материалов применить хромовый ангидрид
Сг2О3 или калиевый хромпик К2Сг2О7, обработанные едким на-
тром.
Приготовляют раствор, содержащий 25 г хромового ангидри-
да и добавляют к нему 7,4 г едкого натра, в результате реакции
раствор будет содержать 15 г хромовокислого натрия.
По второму варианту к раствору, содержащему 12 г калие-
вого хромпика, следует добавить 3,7 г едкого натра, в результате
будет получено 15 г хромовокислого натрия.
Процесс пассивирования оксидной пленки применяется для
нейтрализации остатков щелочи в порах оксидной пленки и для
пассивирования ее, вследствие наполнения (задубливания) пор.
Пассивирование выполняется погружением изделий в раствор
следующего состава:
Хромовый ангидрид........ 20 а
Вода..................... 1 л
Продолжительность выдержки 2—10 сек, чрезмерная продол-
жительность выдержки может привести к разрушению
пленки.
Оксидная пленка, полученная по химическому методу, очень
чувствительна к горячей воде и к горячему воздуху. Поэтому
при промывке вода не должна быть нагретой выше 50 °C, при
сушке продолжительность выдержки не должна быть более
10 мин, а температура выше 70 °C.
Неполадки при химическом оксидировании, могущие быть
при нарушении режима, выявляются обычно при нейтрализации
и пассивировании. При нормальной работе ванны пленка после
нейтрализации получается золотисто-желтого цвета. Цвета по-
бежалости на пленке при нейтрализации указывают на недоста-
ток щелочи в растворе, низкую температуру обработки или ма-
лую выдержку.
96
Разрушение пленки на деталях может наблюдаться при из-
бытке щелочи в растворе, даже при минимальной выдержке и
температуре 85 °C. В этом случае следует проработать ванну
на образцах или нейтрализовать избыток щелочи двууглекислым
натрием.
Несоответствие температуры содержанию свободной щелочи
также вызывает разрушение пленки, что можно наблюдать, на-
пример, если обработка производится при температуре 100 °C в
свежеприготовленном растворе.
Оксидирование всех марок алюминия и дуралюмина с по-
лучением коррозиеустойчивого рксидно-фосфатного покрытия,
имеющего светло-зеленую окраску, можно произвести в раство-
ре такого состава (в а/л):
Ортофосфорная кисло-
та ................40—50
Хромовый ангидрид 5—7
Фтористоводородная
(плавиковая) (40%-ная)
кислота................ 3—5
или натрий фтористый 3—4
Температура раствора 20—25 °C, продолжительность обра-
ботки 10—15 мин.
Режим обработки следует выдерживать тщательно, так как
при повышении температуры или продолжительности оксидиро-
вания пленка частично разрушается, что выявляется в виде пя-
тен. Свеже-осажденный оксидно-фосфатный слой нельзя под-
вергать действию водяного пара, который вызывает появление
пятен на пленке, поэтому после оксидирования и промывки в
воде детали следует обдуть сжатым воздухом для удаления
остатков влаги, после чего лишь их можно подвергнуть сушке
при температуре 50—80 °C в сушильном шкафу с циркуляцией
воздуха.
После пассивирования, для улучшения антикоррозионных
свойств оксидных пленок, их можно смазывать различными ней-
тральными маслами или покрывать лаками.
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ
В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ
Оксидная пленка, образующаяся при анодной обработке,
плохо проводит электрический ток, что препятствует ее даль-
нейшему росту. В результате теоретических исследований и
практических работ были подобраны для процессов оксидирова-
ния такие растворы, которые в достаточной мере растворяют
слабые места пленки, образуя в ней каналы для прохождения
тока. Такое слабо растворяющее действие оказывают растворы
кислот: серной, хромовой, щавелевой, а также бисульфаты,
квасцы и перманганаты. В этих электролитах можно получать
в результате анодного оксидирования достаточно толстые
пленки пористой структуры, пригодные для защиты от корро-
7 Заказ 1495 97
лочах, скорость растворения
R
Фиг. 33. Электрическая схема
процесса анодного оксидиро-
вания
1 — катод. 2 — анод.
chipmaker.ru
зии, электроизоляции, пропитывания и окрашивания поверхно-
сти алюминия. В зависимости от условий процесса, концентра-
ции электролита, температуры, плотности тока и продолжитель-
ности процесса в этих растворах возможно получение оксидных
пленок, изменяющихся по толщине и свойствам в довольно ши-
роких пределах.
В очень слабо действующих на алюминий растворах нитра-
тов, бикарбонатов, фосфатов и хроматов можно получать только
весьма тонкие и плотные пленки (так как прохождение анодно-
го тока прекращается сразу при образовании пленки), а в силь-
но действующих на алюминий растворах, например в едких ще-
оксидной пленки больше скорости
ее образования. Поэтому пленки
в таких электролитах практиче-
ски не образуются, а происходит
лишь растворение алюминия. Ос-
новные процессы анодирования
алюминия и его сплавов приве-
дены в табл. 7.
Наибольшее распространение
для процессов электролитическо-
го оксидирования получили рас-
творы серной кислоты.
При электролитическом окси-
дировании детали, обрабатывае-
мые постоянным током, завеши-
ваются на анодную штангу ван-
ны, т. е. присоединяются к поло-
жительному полюсу источника
тока, а катодами, т. е. электродами, присоединенными к отрица-
тельному полюсу, служат обычно свинцовые пластины (или гра-
фитовые). Схема процесса анодного оксидирования приведена
на фиг. 33.
Сравнивая методы анодного оксидирования, необходимо от-
метить, что оксидирование в растворах серной кислоты постоян-
ным током является наиболее универсальным, так как дает воз-
можность получать плотные, твердые и бесцветные оксидные
пленки, пригодные для целей антикоррозионной защиты и деко-
ративной окраски.
Защитные гвойства оксидных пленок, полученных по серно-
кислотному методу, значительно выше, чем, например, пленок,
полученных из хромовокислых электролитов. Анодному оксиди-
рованию в серной кислоте можно подвергать почти все без ис-
ключения распространенные в технике алюминиевые сплавы, в
то время как сплавы с высоким содержанием меди и кремния не
анодируются, например, по хромовокислому методу. Оксидные
пленки из сернокислотных ванн значительно лучше пропитыва-
98
Основные процессы анодирования алюминия и его сплавов
7*
99
chipmaker.ru
ются наполнителями и окрашиваются, чем пленки, полученные
другим способом.
Технологический режим анодного оксидирования в серной
кислоте значительно проще режимов хромовокислого и щавеле-
вокислого методов, а электролит более доступен; кроме того,
при оксидировании по этому способу получается меньше брака
из-за растравливания и пережога анодируемого металла.
Оксидирование в серной кислоте в настоящее время — самый
распространенный способ поверхностной обработки алюминия и
его сплавов.
Физико-химические свойства оксидной пленки зависят от
основных условий процесса оксидирования — концентрации кис-
лоты в электролите, температуры, анодной плотности тока и про-
должительности обработки.
Наиболее важными факторами, определяющими качество ок-
сидного покрытия, является толщина пленки, а также ее пори-
стость.
При анодном оксидировании наблюдаются два одновременно
протекающих процесса — процесс образования оксидной пленки
и процесс растворения ее в электролите. Режим обработки, сле-
довательно, должен быть таким, чтобы скорость процесса обра-
зования пленки была больше скорости процесса ее растворения.
Оптимальная концентрация серной кислоты в растворе 20%.
При анодном оксидировании в таком растворе рост пленки про-
должается в течение всего процесса, однако скорость роста не
остается постоянной и уменьшается с течением времени про-
цесса.
С повышением температуры электролита, происходящем по
разным причинам, уменьшается толщина оксидной пленки бла-
годаря ускорению растворения окисного слоя в кислоте. При
анодном оксидировании выделяется джоулево тепло, определяе-
мое силой проходящего тока и внутренним сопротивлением
электролита. Кроме того, сам процесс оксидирования, происхо-
дящий на аноде, сопровождается значительным выделением теп-
ла, так как окисление алюминия является экзотермическим про-
цессом, т. е. происходит с выделением тепла:
4А1 + ЗО2 -> 2А12О3 -|- 37 800 кал/молъ.
Образующееся тепло повышает температуру электролита в
порах оксидной пленки, где, собственно, и идет процесс окисле-
ния алюминия.
Указанные причины вызывают сильный разогрев электролита
в процессе работы ванны.
С повышением температуры процесса от 20 до 50° С толщина
оксидной пленки уменьшается более чем в 10 раз. Поэтому прн
анодном оксидировании в производственных условиях приходит-
ся регулировать температуру ванны, искусственно охлаждая
электролит так, чтобы температура ванны не превышала 20—
100
25° С. При длительном процессе получения толстых износоус-
тойчивых пленок, называемом глубоким анодированием, прихо-
дится охлаждать также и металл детали.
На скорость образования и структуру оксидной пленки боль-
шое влияние оказывает применяемая плотность тока. Повышение
плотности тока увеличивает толщину оксидной пленки и пори-
стость. Однако большое повышение плотности тока (и времени
электролиза) может повести к увеличению температуры элек-
тролита в порах металла (за счет реакции), что вызовет более
интенсивное разъедание оксидной пленки и уменьшение роста
толщины покрытия в единицу времени. Пленки одинакового ве-
са, полученные при различных значениях плотности тока, обла-
дают различными свойствами; более пористыми оказываются те,
которые были получены при больших плотностях тока, они лег-
че окрашиваются, легче растворяются в кислоте и щелочи.
Для хорошего наполнения, пропитывания или окрашивания
оксидная пленка должна быть определенной толщины. Напри-
мер, при окрашивании анилиновыми красителями толщина ок-
сидного слоя должна достигать 20—30 мк.
Толщину оксидной пленки, если известны поверхность аноди-
руемых деталей, сила тока и время выдержки, можно вычислить
по следующей формуле:
, 0,4Иг)
h = —!----- мк.
S
Время, необходимое
деленной толщины,
для
получения оксиднои пленки опре-
2shS
---- мин.
t
В этих формулах:
h — толщина пленки в мк;
t — время анодирования в мин;
I — сила тока в а;
S — поверхность анодируемых деталей в дм2;
т)— коэффициент полезного использования тока (0,654-0,85).
Пример. Определить толщину оксидной пленки, получаемой в сернокис-
лом растворе за 40 мин, при силе тока 20 а и поверхности деталей 12 дм2.
Коэффициент полезного использования тока 4=0,72.
h =
0,4 • 40 20 0,72
12
= 19,2 мк.
Технологический процесс анодного оксидирования. При аноди-
ровании алюминия в серной кислоте, выполняемом с целью про-
тивокоррозионной защиты, соблюдается такая последователь-
ность операций: монтаж деталей на приспособление; обезжирива-
ние; промывка в горячей воде; промывка в холодной воде; освет-
ление в 30%-ной азотной кислоте (в случае необходимости); про-
101
r.ru
мывка в холодной воде; анодирование; промывка в холодной во-
де; нейтрализация в 5%-ном аммиачном растворе; промывка в го-
рячей воде; пассивирование оксидной пленки *; промывка в хо-
лодной проточной воде; промывка в горячей воде; сушка; демон-
таж деталей из приспособлений.
Для анодирования применяется электролит, содержащий
180—200 г/л серной кислоты, что соответствует примерно концен-
трации 187 г H2SO4 на 1 л раствора. Удельный вес свежеприго-
товленного электролита при 20° С 1,13—1,14. При большей кон-
центрации кислоты уменьшается скорость образования пленки
и увеличивается ее пористость. Рекомендуется для уменьшения
выделения с поверхности электролита газов и брызг при окси-
дировании добавлять препарат ОП-7 или ОП-10 в количестве
0,02—0,05 г/л, при этом образуется слой пены на зеркале ванны,
задерживающий пузырьки газов. Режим обработки: температу-
ра 18—25° С, но не выше 28°; плотность тока 1,0—2,5 а!дм2; на-
пряжение 10—15 в; минимальная длительность обработки
20 мин.
Напряжение на ванне, обеспечивающее среднюю анодную
плотность тока, 1.5 а/дм2, и продолжительность выдержки при
обработке различных сплавов алюминия изменяются в зависимо-
сти от состава сплава. Так, например, обработка сплавов с вы-
соким содержанием магния (без меди) типа АЛ8, АЛ 13 ведется
при 10—12 в в течение 20—30 мин; чистый алюминий и сплавы
с низким и средним содержанием марганца, магния и кремдия
оксидируются при 13—15 в в течение 20—30 мин.
Сплавы с высоким содержанием меди (типа АЛ7, АЛ 12, дур-
алюмина) оксидируются при напряжении 15—17 в в течение
30—70 мин. Силумин, являющийся сплавом алюминия с крем-
нием, труднее поддается оксидированию. Так, для сплавов типа
АЛ2, АЛ9, АЛ4 напряжение необходимо увеличивать до 18—
28 в и обработку вести в течение 40—45 мин.
Для составления электролита применяются химически чистая
и техническая серная кислота, не содержащая примесей азотной
кислоты.
При температуре выше 25° С оксидная пленка получается
рыхлой и защитные свойства ее снижаются. При температуре
ниже 15° С пленка получается с повышенной хрупкостью. Ванна
для анодирования в серной кислоте приведена на фиг. 34.
Для регулирования температуры ванна должна быть снаб-
жена устройством для охлаждения. Для охлаждения электроли-
та при анодировании, помимо водяной рубашки, целесообразно
применять дополнительное охлаждение с помощью свинцовых
катодов—’карманов. Эти катоды изготовляются в виде прямо-
* В случае окрашивания оксидного покрытия промывка в горячей воде
не применяется и вместо пассивирования производится обработка в растворе
красителя.
102
угольных коробок, внутри которых помещается лед. По мере
таяния лед заменяется и таким образом в ванне поддерживает-
ся необходимая температура. Количество коробчатых катодов,
помещаемых в ванну, зависит от размеров последней и бывает
2, 3, 4 и больше. Катодами при анодировании алюминия служат
свинцовые пластины. Присоединять в качестве катода корпус
ванны, облицованный свинцом, не рекомендуется, потому что
выделяющийся на катоде водород будет механически удалять
образовавшуюся на свинце защитную пленку сернокислого свин-
ца, что ускорит износ облицовки.
Сернокислый электролит обладает высокой рассеивающей
способностью, и детали, находящиеся на разных расстояниях от
катода, анодируются одинаково хорошо. Благодаря этому анод-
ные штанги можно располагать в три-четыре ряда в зависимости
Фиг. 34. Ванна для анодирования в серной кислоте:
1 — подставка; 2 — корпус ванны; 3 — футеровка из винипласта; 4 — водя-
ной змеевик охлаждения; 5 — анодная штанга; 6 — катодная штанга; 7 —
бортовой отсос.
от ширины ванны; катодные штанги располагаются по бортам
ванны. Очень важное значение при анодном оксидировании име-
ют подвесные приспособления, которые должны обеспечивать
надежный электрический контакт с деталями и анодной штан-
гой. Материалом для изготовления служит дуралюмин; пло-
щадь сечения должна быть достаточной для прохождения тока,
т. е. чтобы исключалось разогревание приспособлений. При не-
плотном контакте оксидируются контактирующие участки, что
приводит к местному разогреву металла и прианодного слоя
электролита, в результате чего получается разрыхление оксид-
ной пленки и растравливание металла. Поэтому в конструкции
подвесных приспособлений предусматривается возможность же-
сткого контактирования путем применения упругих проволочных
захватов, пружинных или винтовых зажимов. Некоторые типы
приспособлений для подвески деталей приведены на фиг. 35.
Необходимо при повторных загрузках удалять оксидную
пленку с контактирующих участков, для чего приспособления
протравливают в растворе из 100 г/л едкого натра.
103
chipmaker.ru
Рекомендуется для этой цели применять также раствор, не
действующий на алюминий, но хорошо снимающий оксидную
пленку, состав его:
Хромовый ангидрид в г/л ................ 20
Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,52) в мл.35
Обработку ведут при температуре раствора 90—100е С.
Подвесные приспособления, за исключением мест контакта,
следует изолировать кислотостойким лаком, полиэтиленовой или
полихлорвиниловой лентой или другим способом.
Фиг. 35. Некоторые типы контактных приспособлений
с пружинящими контактами для подвески деталей
в ванну.
После анодирования детали тщательно промывают в холод-
ной воде и нейтрализуют в аммиачном растворе с целью уда-
ления остатков Серной кислоты, могущих стать очагами корро-
зии. Качество отмывки деталей от серной кислоты периодически
контролируют индикатором-метилоранжем. Капля раствора
(0,1%-ный метилоранж), нанесенная на поверхность промытой
детали, ,не должна розоветь. В случае порозовения деталь по-
вторно промывают и нейтрализуют.
Для лучшего использования объема ванны оксидирование
может производиться переменным током пониженного напря-
жения. Состав электролита в этом случае должен дать 120 —
130 г/л серной кислоты.
104
Таблица 8
Режим оксидирования плакированного металла и алюминиевых сплавов
Показатели Режим оксидирования
Для плакированного металла Для алюминиевых сплавов
Температура электролита Плотность тока на одной штанге . . Напряжение на ванне Продолжительность электролиза . . 15—23° С 1,8—2,8 а/дм2 21—28 в 40—50 мин 15—23° С 1,5—2.0 а/дм2 19—26 в 30—40 мин
При оксидировании трехфазным током плотность тока на
крайних штангах на 20- 25% ниже, чем на средней штанге.
При наличии .меди в алюминиевых сплавах возможно накоп-
ление ее в электролите, что ухудшает качество оксидной пленки
и появление на ней темных полос и пятен. Особенно сказывается
примесь меди при концентрации ее в электролите 0,02 г/л.
Для уменьшения вредного влияния меди в электролит добав-
ляют 2—3 г/л хромового ангидрида или 6— 8 г/л азотной кисло-
ты. Эти добавки предупреждают растравливание оксидной плен-
ки даже при содержании меди в электролите до 0,4 г/л.
Для повышения защитных свойств оксидной пленки, полу-
ченной .по сернокиолотному методу, детали подвергаются допол-
нительной обработке в растворе калиевого (реже натриевого)
хромпика:
Хромпик калиевый...........................100 г
Углекислый натрий........... 18 г
Вода ....................... 1л
Обработка в этом растворе продолжается 5—10 мин, при
температуре раствора 90—95° С; pH раствора 6—7. Из ванны
с хромпиком детали поступают на промывку холодной (проточ-
ной), затем горячей водой, после чего их высушивают в сушиль-
ном ШКчфу.
Касаясь способов дополнительного «наполнения» или «уплот-
нения» оксидной пленки для повышения коррозионной устойчи-
вости, отметим, что для этой цели предложены и находят при-
менение такие методы:
1) обработка паром или горячей дистиллированной водой,
которая приводит к гидратированию оксидной пленки и затяги-
ванию пор;
2) заполнение пор различными жирами, маслами, восками
или пленкообразующими веществами (олифой, лаками), а так-
же органическими и минеральными красителями;
3) обрабо пка растворами окисляющих солей, например ук-
сусно-кислого никеля, сернокислого кобальта, растворами дву-
хромовокислого калия и т. д.
105
chipmaker.ru
На ряде заводов применяется ускоренный метод, позволяю-
щий уменьшить продолжительность анодного оксидирования до
10 мин и продолжительность обработки в хромпике цо 4 мин.
Оксидная пленка, полученная по ускоренному методу, обладает
высокой коррозионной устойчивостью (после обработки хром-
пиком), хорошо адсорбирует жировые и красящие вещества и
является хорошим грунтом для лакокрасочных покрытий. По-
следовательность операций технологического процесса такая,
как и при обычном методе.
Анодное оксидирование производится в 20%-ном растворе
технической серной кислоты (без примеси азотной). Режим об-
работки плакированного материала: температура электролита
30±2°С, плотность тока 2±0,2 а/дм?-, напряжение за 1—2 мин
доводится до 12,5 вив течение всего процеоса поддерживается
на этом пределе. Общая продолжительность анодного процеоса
10 мин. Разгрузка ванны в случае, если время для полной за-
грузки ванны превышает 0,5 мин, производится под током.
Режим обработки неплакированного материала: температура
30±2°С, плотность тока 2±0,2 а/дм?, продолжительность об-
работки 10 мин. Напряжение для сплавов типа АЛ9, АК.6 и АК1
в течение 1—3 мин доводится до 13 в и в течение всего процесса
поддерживается на этом уровне. Сплавы типа дуралюмина с
содержанием меди 4,6% и более (например, Д6) анодируются
при напряжении, доведенном за 1—4 мин до 11 в. Для литых
сплавов типа магналия (АЛБ) напряжение за 1—2 мин доводит-
ся до 7,5 в и поддерживается в течение всего процесса.
После анодирования детали промываются в холодной и го-
рячей воде и поступают на обработку в растворе хромпика. Для
этой цели может служить приведенный выше раствор калиевого
хромпика 100 г/л с углекислым натрием 18 г/л или же раствор,
дающий снижение расхода хромпика в 3—4 раза:
Калиевый хромпик............. 15 г
Углекислый натрий (сода каль-
цинированная) или ........... 4 г
Едкий натр................ 3 г
Вода........................ 1л
Обработка производится при температуре раствора 90—
95° С, продолжительность процесса 2—4 мин, значение pH долж-
но быть в пределах от 6,5 до 7,5 единицы.
Если приготовление или корректирование хромпиковой ван-
ны происходит с применением соды, то после каждой новой до-
бавки соды раствор следует подвергать кипячению, с целью
удаления из ванны углекислого газа, мешающего нормальному
ходу процеоса.
После обработки в растворе хромпика детали промываются
в холодной проточной ьоде. демонтирую гея из подвесок и высу-
шиваются в сушильной камере при 60—70°С.
106
Анодирование в серной кислоте можно производить также и
переменным током (частотой 50 пер/сек), в этом случае оксиди-
рование происходит в течение анодного полуперйода. Детали
завешиваются на обе штанги и служат попеременно анодами
и катодами. Оксидная пленка растет несколько медленнее, чем
при применении постоянного тока, и получается более рыхлой.
Электролитом служит 15%-ный раствор серной кислоты.
Процесс ведут при плотности тока 2,5—3 а/дм2 и напряжении
18 в при температуре электролита 30±2°С.
Питание ванны током можно осуществлять от электрической
сети через понижающий трансформатор.
Дефекты, возникающие при оксидировании, и меры их преду-
преждения. При анодировании в серной кислоте наиболее часто
встречаются такие дефекты: прогары, низкое качество оксидной
пленки, непроанодиров энные участки и растравливание мате-
риала. Прогары возникают в случае соприкосновения деталей с
катодами ванны, что ведет к короткому замыканию, вызываю-
щему местный перегрев. Низкое качество оксидной пленки и не-
проанодироваьные участки Moiyr быть при несоблюдении техно-
логического режима и особенно при плохом контакте деталей с
подвесками. Растравливание материала может происходить при
наличии в нем посторонних металлических и неметаллических
примесей, например включений железа, кусочков инструмента,
которым производилась механическая обработка литья, песка
и т. п., а также при анодировании литых сплавов типа магналия.
Если температура электролита ниже 15° С, то получаемая анод-
ная пленка обладает повышенной хрупкостью.
Не следует анодировать детали, имеющие точечную сварку,
заклепочные соединения и сопряженные детали из черных и
цветных металлов, которые будут разрушаться в электролите и
нарушать процесс.
При необходимости неправ пения покрытия оксидная пленка
удаляется травлением в 10% ном растворе едкого натра при тем-
пературе 40—50° С в течение 1—2 мин. После травления детали .
промываются в горячей и холодной воде и осветляются в азот-
ной кислоте. Осветленные детали промываются в холодной воде,
монтируются на подвиски и подвергаются пов: орному оксиди-
рованию.
Корректирование и контроль ванн. При анодном оксидирова-
нии 'происходит растворение алюминия в количестве 5—12 г
с каждого квадратного метра поверхности и связывание свобод-
ной серной кислоты алюминием, вследствие чего электролит
истощается и оксидирующая способность его понижается. Содер-
жание алюминия в растворе допустимо до 25—30 г/л при нор-
мальной концентрации серной кислоты 20 г/л.
При более высоком содержании алюминия качество оксиди-
рования резко ухудшается и электролит приходится заменять
новым. Так как расход серной кислоты при оксидировании со-
107
chipmaker.ru
ставляет примерно 35—60 г на 1 л2 обработанной поверхности,
то корректирование ванны заключается прежде всего в поддер-
жании концентрации свободной кислоты в пределах 180—200 г
на 1 л раствора.
При длительной работе в электролите накапливаются также
медь и железо, но обычно обогащение раствора алюминием до
предельного содержания происходит раньше, чем выявляется
вредное влияние меди и железа.
Для получения на алюминии и его сплавах оксидных пленок
высокого качества необходимо систематически контролировать
и, если нужно, корректировать все стадии технологического про-
цесса.
Качество оксидной пленки проверяется капельным методом.
Для этого применяется раствор состава:
Соляная кислота (уд. вес
1,19)...................... 25 мл
Двухромовокислый калий . . 3 г
Дистиллированная вода ... 75 ил
Качество пленки оценивается по времени, протекающему от
момента нанесения капли до ее позеленения (переход шестива-
лентного хрома в трехвалентный).
Время выдержки при различных температурах для оксидных
пленок, полученных в различных электролитах, приведено
в табл. 9.
Таблица 9
Время выдержки при испытании оксидной пленки капельным методом
Темпера- тура в °C Нормы выдержки капли в минутах для пленок, полученных в растворе
10%-ном серной кислоты 20%-ном серной кислоты 5%-ном щавелевой кислоты
Плакиро- ванный Неплакиро- ваниый Плакиро- ванный Неп лакиро- ванный Плакиро- ванный Неплакиро- ванный
18—21 22—26 27—32 6,0 4,5 3,0 4.0 з.о 2,0 8,0 5,5 4,5 5,0 3,5 2,5 4.0 2,5 1,5 2,5 1,5 1,0
Если в течение указанного времени капля не позеленела, ок-
сидная пленка считается удовлетворительного качества.
После испытания капли тщательно смываются теплой водой
и образцы просушиваются.
Раствор для испытания пригоден к употреблению в течение
5 дней после его приготовления.
108
Если оксидный слой неудовлетворительного качества, то его
снимают растворением в 10% ином растворе щелочи при темпе-
ратуре 50—70° С в течение 1—2 мин, или в растворе следующего
состава:
Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,52) . 35 мл!л
Хромовый ангидрид . . . 20 г
Вода.......................... . . . 1л
Температура........................... 80—100° С
Продолжительность обработки...........5—15 мин
Указанный раствор снижает оксидную пленку и почти не
растворяет металла.
Раствор серной кислоты, употребляемый для оксидирования,
периодически подвергается анализу на содержание алюминия,
магния, железа, меди и свободной серной кислоты.
Допустимые максимальные концентрации вредных примесей
в сернокислотном электролите составляют в г/л-
Алюминий . .25 Медь...............2
Магний . .... 5 Окислы азота . - 0,2
Железо. ... 2 Окислы хлоридов. . 0,5
Глубокое износоустойчивое анодирование. Толщина оксидных
пленок, полученных для защиты от коррозии, может не превы-
шать 15—20 мк. Для получения оксидных пленок с повышенной
механической прочностью, износоустойчивостью, маслоемкостью
и хорошими теплоизолирующими свойствами, их толщина долж-
на быть 80—400 мк и больше. При обычных приемах охлажде-
ния электролита толстые пленки получить трудно, так как при
охлаждении детали зона образования пленки перегревается и
пленка более интенсивно растворяется, чем наращивается.
Наращивание оксидных пленок значительной толщины воз-
можно при охлаждении не только электролита, но и непосред-
ственно самих деталей.
Глубокое анодирование производится в электролите соста-
ва в г/л:
Серная кислота (уд. вес 1,84) . . . 170—200
Алюминий сернокислый . ... 10—20
Режим работы (в общем виде): плотность тока 2,5 а/дм2:
температура электролита от 0 до 5° С; напряжение на клеммах
ванны постепенно повышается от 15 до 120 в; время обработки
1—4 ч. Глубокому анодированию могут подвергаться алюминий
и его сплавы, содержащие не более 4,5% меди и 7% кремния.
Охлаждение электролита производится с помощью фреоновой
холодильной установки.
В зависимости от состава алюминиевого сплава и степени
охлаждения режим уточняется. Рекомендуемый режим анодиро-
вания для некоторых сплавов приводится в табл. 10.
109
chipmaker.ru
Таблица 10
Режим глубокого анодирования алюминия и его сплавов
Марка сплава Темпера- тура электро- лита Плотность тока в а{дм* Напряжение на клем- мах ванны Ориенти- ровочное время выдержки в ч
начальное конечное
Чистый алюминий А-0 и др 0-5 2,0—2,5 15—20 50—80 1,5—2,0
Сплавы типа АМ-2, АВ и др 0—5 2 0—2,5 15—20 40—120 1.5—2.0
Сплавы типа АЛ-4, АК-4 и др 0—5 1,3—1.5 25—30 120 1,5—2,0
В процессе анодирования необходимо строго соблюдать уста-
новленную температуру и плотность тока ,и регулировать процесс
для обеспечения роста пленки так, чтобы сила тока все время
оставалась постоянной, а изменялось напряжение. Напряжение
на клеммах ванны в процессе анодирования постепенно повы-
шается по мере увеличения толщины пленки. Когда замечается
падение напряжения, что указывает на достижение предельной
толщины пленки, процесс прекращается, так как после этого
пленка начинает растворяться.
В результате глубокого анодирования поверхность алюминия
покрывается оксидной пленкой темно-серого, доходящего до чер-
ного цвета, отличающейся высокой твердостью и износоустойчи-
востью. Толщина пленки зависит от марки материала, времени
анодирования и величины конечного напряжения.
Этот метод представляет значительный интерес для моторо-
строительной и приборостроительной промышленности, тем бо-
лее, что осуществление внутреннего охлаждения для большин-
ства анодируемых деталей вполне возможно.
Для получения оксидных пленок большой толщины необхо-
димо применять охлаждение как электролита, так и обрабаты-
ваемых деталей. Последнее осуществляется пропусканием
охлаждающей жидкости через полости деталей или охлаждени-
ем их льдом.
Схема устройства установки для глубокого анодирования с
применением холодильной фреоновой установки приведена на
фиг. 36.
Распространенные в настоящее время в промышленности
способы глубокого анодирования алюминия и его сплавов осно-
вываются на применении низких температур электролита и срав-
нительно невысоких плотностей тока порядка 1—5 а/дм?. Вы-
полнение этих способов связано с необходимостью применения
мощных холодильных устройств, а применение малых плотно-
стей тока обусловливает сравнительно небольшую скорость ро-
110
ста пленки, так, например, пленка толщиной 40—60 мк может
быть получена за 60—75 мин.
Способ глубокого анодирования при постепенно или падаю-
щей удельной мощности тока и комнатной температуре при нали-
чии интенсивного перемешивания электролита для отвода тепла
является более рациональным.
Как уже указывалось, рост пленки при анодировании зави-
сит от двух одновременно протекающих процессов: электрохи-
мического образования пленки и химического растворения ее в
электролите. Скорость образования оксидной пленки тем выше,
чем больше плотность тока, ниже температура электролита и
Фиг. 36. Схема установки для охлаждения ванн
глубокого анодирования:
1 — холодильная установка; 2 — редукционный клапан;
3 — испаритель; 4 — ванна оксидирования; 5 — насос для
перекачки хладогасителя.
быстрее отводится джоулево тепло, выделяющееся на границе
пленка — металл. Работами лаборатории электрохимии Харь-
ковского политехнического института им. Ленина установлено,
что наиболее благоприятным для образования твердых оксид-
ных пленок является режим падающей электрической мощности.
Для обеспечения режима падающей электрической мощно-
сти необходимо по приведенной формуле найти требуемое на-
пряжение на источнике тока
= 1-8^.
где U„ап— напряжение на источнике тока;
Ue— начальное напряжение на ванне.
Для анодирования деталей из сплавов марок АЛ10В, АЛ11,
АК.4, АК6 может быть применен электролит, содержащий
170—180 г/л серной кислоты, температура должна поддержи-
111
chipmaker.ru
ваться в пределах 15—20° С, отвод тепла осуществляется интен-
сивным перемешиванием электролита сжатым воздухом.
Процесс проводится при саморегулировании, т. е. после ус-
тановления начальной плотности тока, равной 15—48 а!дм2, ни
одна из электрических характеристик не должна изменяться.
При режиме постоянной и падающей электрической мощно-
сти напряжение в течение 15—20 мин анодной обработки дости-
гает 33—35 в, а затем остается примерно постоянным. Опти-
мальное время анодирования при этих режимах составляет 15—
20 мин, толщина образующейся при этом пленки составляет не
менее 50 мк, твердость ее находится в пределах 250—320 кПмм2.
Заводские испытания анодированных по разработанному
методу поршней тракторных двигателей из сплава АЛ10В дали
положительные результаты — уменьшились потери на трение,
повысилась износоустойчивость и долговечность деталей, уве-
личился к. п. д. двигателя.
АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ В ХРОМОВОЙ КИСЛОТЕ
Технологический процесс анодной обработки алюминия и его
сплавов в электролитах, содержащих хромовую кислоту (хро-
мовый ангидрид СгОз), явился одним из первых примененных
методов электрохимического оксидирования. Он находит в про-
мышленности широкое распространение, наряду с сернокислот-
ным методом.
Анодное оксидирование по этому методу производят в рас-
творах хромового ангидрида, имеющих: концентрацию 3—3,5%,
или 9,5—10% СгО3.
В первом случае применяют электролит, содержащий хромо-
вый ангидрид СгОз 30—35 г/л.
Применяемый для составления электролита хромовый ангид-
рид не должен содержать серной кислоты более 0,1% и хлора
более 0,05%. Для приготовления электролита используется ди-
стиллированная вода или конденсат пара. Температура поддер-
живается в пределах 40 ±2° С; продолжительность выдержки
деталей в ванне 60 мин. Плотность тока для алюминия и спла-
вов типа АМг и АМц в среднем должна быть 0,2—0,3 а!дм2, для
алюминиевых сплавов типа АК-4, АК.-6 0,5—0,8 а/дм2, темпера-
тура в пределах 32—36° С, процесс ведут при ступенчатом по-
вышении напряжения до 50 в: в течение первых 15 мин напря-
жение повышают до 40 в, выдерживают при этом напряжении
35 мин, затем в течение 5 мин повышают до 50 в и поддержива-
ют на этом уровне 5 мин.
Повышенное напряжение обусловливает применение генера-
торов большой мощности. Вследствие того, что оксидная пленка
имеет сероватый цвет, она менее подходит для последующей ок-
раски в светлые тона. После оксидирования детали подверга-
ются промывке холодной и горячей водой, просушиваются при
112
температуре не выше 80° С в течение 15—20 мин и после этого
поступают на обработку цинкхроматным грунтом или натураль-
ной олифой для закрепления слоя.
В отличие от метода анодного оксидирования в серной ки-
слоте, где ванна должна иметь свинцовую или иную кислото-
упорную обкладку, при электрохимическом оксидировании воз-
можно применение обычной стальной ванны с паровым или
электрическим подогревом (фиг. 37).
Катодами служат пластины из нержавеющей стали или гра-
фит. Отношение площади катодов к площади оксидируемых де-
талей не должно превышать 5:1. Вместо катодов можно ис-
пользовать корпус ванны; при этом отрицательный полюс источ-
ника тока присоединяется непосредственно к стенкам ванны.
Фиг. 37. Ванна для оксидирования в растворе хромо-
вого ангидрита:
1 — корпус ванны; 2 — корпус обогревающей рубашки; 3 —
барботер для сжатого воздуха; 4 — барботер острого пара.
Не все материалы можно анодировать по этому методу, на-
пример, сплавы с высоким содержанием меди или кремния и
сплавы с недостаточно однородной структурой, а также непла-
кированный дуралюмин не рекомендуется обрабатывать по
хромовокислотному методу.
Вследствие различного электрического сопротивления оксид-
ных пленок не следует допускать одновременную обработку
плакированного и неплакированного материала. В этих усло-
виях плакированный материал почти не будет оксидироваться,
так как основной ток будет проходить через неплакированный
материал, имеющий оксидную пленку с меньшим сопротивле-
нием.
Дефекты оксидирования и меры борьбы с ними. Наиболее
распространенными дефектами при оксидировании в хромовой
кислоте являются прогары, растравливание и низкое качество
анодной пленки.
8 Заказ 1495 ИЗ
r.ru
Перед загрузкой деталей в ванну и включением тока необхо-
димо проверить правильность положения деталей и устранить
их касание.
Растравливание является наиболее распространенным де-
фектом при анодировании, в практике это явление называют
«желтыми пятнами»; особенно часто растравливание наблюда-
ется на неплакированном алюминии. Причиной растравливания
может быть недоброкачественность анодируемого материала —
неравномерное распределение меди в сплаве или включение
других посторонних материалов, недостаточная механическая и
термическая обработка анодируемого материала. Другой наи-
более часто встречающейся причиной растравливания является
недостаточное содержание хромового ангидрида в ванне.
В этом случае оксидирующая способность электролита очень
низка, а скорость растворения компонентов алюминиевого спла-
ва значительна, отчего и происходит растравливание материала.
Желтые пятна образуются потому, что растравленная поверх-
ность адсорбирует хромовые соли и приобретает местами жел-
тый цвет.
Для устранения этого явления необходимо контролировать
содержание хромового ангидрида и производить корректирова-
ние электролита. Рекомендуется также предварительное травле-
ние деталей в щелочи и осветление в азотной кислоте, но более
длительное, чем обычно. В некоторых случаях благодаря осо-
бенности анодируемого материала приходится для избежания
растравливания переходить на сернокислотный метод оксиди-
рования.
Ускоренный метод. При оксидировании в 3%-ном растворе
хромового ангидрида выдержка деталей в ванне составляет
60 мин, кроме того, необходимость ступенчатого повышения на-
пряжения тока обусловливает сложность процесса. Ускорения
обработки можно достичь в электролите с содержанием хромо-
вого ангидрида 9.5—10,0%, т. е. 95—100 а/л.
Процесс ведется при температуре электролиза 37±2° С и
плотности тока 0,3—0,5 а/дм2. Напряжение в течение первых
5 мин с помощью реостата повышается от 0 до 40 в, и при этом
напряжении детали выдерживаются в растворе 30 мин, таким
образом общая продолжительность процесса 35 мин.
Дефекты анодирования по ускоренному методу подобны
имеющим место при обработке в 3%-ном растворе хромового
ангидрида. Однако прогары при неаккуратной работе наблюда-
ются в значительно большей степени за счет большей электро-
проводности раствора.
Корректирование и контроль ванн. Нормальная работа ванн
оксидирования зависит главным образом от содержания сво-
бодной хромовой кислоты. В процессе работы электролита кон-
центрация свободной хромовой кислоты уменьшается благодаря
образованию хроматов алюминия, а также основных хромхро-
114
матов, и анодирующая способность раствора снижается. Содер-
жание хромовой кислоты можно контролировать по электропро-
водности раствора и измерением величины pH. Электропровод-
ность изменяется по определенной закономерности в
зависимости от концентрации хромовой кислоты в растворе.
Электропроводность определяется на мостике Кольрауша
и выражается в обратных омах. По данным В. О. Кренига, для
нормальной работы ванны с 3%-ным раствором хромового ан-
гидрида электропроводность следует поддерживать в пределах
0,06—0,07 обратного ома. Нижним пределом, при котором могут
получать удовлетворительные оксидные пленки, является 0,054
обратного ома.
Для нормальной работы по ускоренному методу в 9,5 %-ном
растворе хромового ангидрида электропроводность должна со-
ставлять 0,20—0,24 обратного ома и не ниже 0,17 обратного ома.
Метод контроля содержания хромовой кислоты по электропро-
водности является наиболее удобным и простым.
Определение содержания хромовой кислоты по концентрации
водородных ионов pH производят стеклянным электродом.
Другие электроды (хингидронный, водородный) не применимы
вследствие травления их в растворах хромовбй кислоты. Для
нормальной работы в ванне с 3%-ным раствором хромового ан-
гидрида значение pH должно лежать в пределах 0,6—0,65; до-
пустимым верхним пределом pH без заметного ухудшения
качества оксидных пленок является 0,8.
При более высоком значении pH качество оксидных пленок
резко ухудшается и при pH =1,5 электролит нецелесообразно
корректировать, его следует заменить новым.
При работе по ускоренному методу с 9,5%-ным раствором
хромового ангидрида значение pH должно быть в пределах
0,15—0,25, при нижнем допустимом пределе pH = 0,45.
В зависимости от загрузки ванны оксидирования контроль
содержания свободной хромовой кислоты в растворе произво-
дят ежедневно или через день. Полный анализ раствора на
содержание шестивалентного и трехвалентного хрома, алюми-
ния, серной кислоты и хлора производят один раз в месяц. Кон-
тролировать содержание хлора необходимо потому, что повы-
шенные количества его вызывают разъедание оксидируемого
материала.
При накоплении (при работе в 3%-ном электролите) в рас-
творе более 100 г]л шестивалентного хрома (в пересчете на
СгОз) раствор заменяют новым, так как резко возрастает рас-
ход хромового ангидрида, необходимого для восстановления
работоспособности ванны. При работе в 9,5 %-ном электролите
раствор заменяют новым при накоплении 250 е/л шестивалент-
ного хрома.
Корректирование ванн оксидирования производится путем
своевременных добавок хромового ангидрида в количествах,
8* 115
r.ru
рассчитанных по электропроводности, или по величинам pH.
Для этой цели удобно пользоваться табл. 11.
Таблица 11
Количество добавок хромового ангидрида для корректирования ванн
в зависимости от удельной электропроводности раствора
Оксидирование в 3%-ном растворе Оксидирование в 9,5%-ном растворе
хромовой кислоты хромовой кислоты
удельная электропро- водность электролита в обратных омах содержание хромовой , кислоты в г/t величина добавки хромового ангидрида в г! л удельная электропро- водность электролита в обратных омах содержание хромовой кислоты в г/л величина добавки хромового ангидрида в г/л
0,095 30,0 0 243 95,0
0,085 26,5 — 0,225 85,0
0,075 22,8 — 0,291 70,0
0.065 19,4 — 0,171 60,0
0,059 17,6 — 0,170 59,5 0,5
0,057 17.0 — 0,168 58,5 1,5
0,055 16л — 0,166 57,5 2,5
0,053 15,8 0.3 0,164 56,5 3,5
0,051 15,2 0,9 0,162 55,5 4,5
0,049 14,6 1,5 0,160 55,0 5,0
0,047 14,0 2,1 0,158 54.0 6,0
0,045 13,3 2,8 0,150 53,0 7,0
0,043 12,7 3,4 0,154 52,0 8,0
0 041 12,1 4,0 0,152 51,0 9,0
0,039 11,5 4,6 0,150 50,0 10,0
0,037 10,9 5,2 0,148 49,0 н,о
0,037 10,6 5,5 0,146 48,5 11,5
0,035 10,4 5,7 0,144 47,5 12,5
0,034 10,0 6,1 0,143 47,0 13,0
0,142 46,5 13,5
0,141 46,2 13,8
АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ В ЩАВЕЛЕВОЙ КИСЛОТЕ
Технологический процесс. Метод анодирования в щавелевой
кислоте имеет сравнительно небольшое распространение и при-
меняется главным образом для декоративной отделки поверх-
ности и в некоторых случаях ib электропромышленности для
изоляции проволоки и ленты. Получаемые по этому методу
пленки то коррозионной устойчивости приближаются к плен-
кам, полученным по сернокислотному методу. Щавелевокислый
метод дает возможность изменением условий анодирования
(плотности и рода тока, концентрации кислоты и температуры)
получать оксидные пленки различных свойств. Для декоратив-
116
ной отделки ценным свойством является то, что три соответст-
вующем режиме этот метод позволяет сразу получать на алю-
минии и его сплавах, не содержащих меди, оксидные пленки,
окрашенные в цвета латуни, бронзы и другие, обладающие
толщиной 10—25 мк (иногда до 100 мк).
Растворяющее действие щавелевой кислоты зависит от
температуры и мало изменяется с концентрацией раствора.
Предельной температурой электролита, три которой возможно
получение пленок, является температура 50° С при работе с
постоянным током и 60° С в случае переменного тока. Выше
этих температур получение оксидных пленок практически 'не-
возможно. Процесс требует точного соблюдения температур
режима, так как перегрев электролита приводит к разъеданию
пленки и металла, поэтому следует применять интенсивное ох-
лаждение и перемешивание электролита. Затраты электрической
энергии при щавелевокислом методе оксидирования значитель-
но выше, чем при других. При оксидировании переменным то-
ком для получения пленки равной толщины, как и при .постоян-
ном токе, необходимо затратить время вдвое большее, чем
при постоянном токе. Однако возможность производить обра-
ботку деталей одновременно на двух полюсах не снижает про-
изводительности оборудования.
При оксидировании постоянным током применяется электро-
лит, содержащий 50—100 г/л щавелевой кристаллической кис-
лоты H2C2O42II2O.
Режим обработки: температура 30°С, средняя плотность
тока 1,5 а)дм2, напряжение 40—60 в, продолжительность ано-
дирования 30—40 мин, pH = 0,5 ч- 1,0. Этот электролит допу-
скает изменения температуры и плотности тока в широком ин-
тервале.
При щавелевокислом оксидировании алюминия и его сплавов
с 'низким содержанием кремния и при отсутствии меди, изме-
няя режим анодирования, можно получать окрашенные непо-
средственно в ванне оксидные пленки (слегка мутные).
Желтый тон окраски, напоминающий цвет латуни, получа-
ется при следующем режиме: температура раствора 40°С,
плотность тока 3,0 а(дм2, напряжение 50 в, длительность обра-
ботки 35—40 мин. Серебристый цвет получается при соблюде-
нии условий процесса: температура 25° С, плотность тока 1,5 —
2 а!дм2, напряжение 35—40 в, продолжительность обработки
35—40 мин. Коричневый цвет (под цвет бронзы) получается
при температуре 50° С, плотности тока 4—5 а/дм2, напряже-
нии 50 в и продолжительности обработки 35 — 40 мин. Электро-
изоляционный слой па деталях из сплава ЛМ2 толщиной более
25 мк получают в 3°/о-ном растворе щавелевой кислоты при
температуре 20—30° С, плотности тока (начальной) 3 а!дм2 и
напряжении 90—ПО в в течение 2,5—-3 ч.
117
r.ru
Оксидирование в щавелевой кислоте можно производить и
переменным током. Оксидные пленки, полученные по этому
способу, коррозионно-устойчивы и хорошо окрашиваются, но
отличаются некоторой хрупкостью. Концентрация щавелевой
кислоты в электролите для анодирования переменным током
берется в пределах 30—50 г/л Н2С2О4Н2О. Рекомендуется так-
же вводить в электролит хромовый ангидрид СгО3 в количестве
10 г 1л.
Режим обработки: температура 20—30° С, средняя плот-
ность тока 3 а/дм2, напряжение 40—60 в, продолжительность
оксидирования 30—40 мин. Оксидирования производят пере-
менным током (50 гц) от сети через понижающий трансфор-
матор. Детали в этом случае завешиваются на обе штанги в
одинаковом количестве. Корректирование электролита заклю-
чается в периодическом добавлении щавелевой кислоты в
количестве 0,14 г на каждый ампер-час электричества, пропущен-
ного через ванну, это необходимо для компенсации потерь ща-
велевой кислоты в связи с имеющей место реакцией с нака-
пливающимся /в электролите алюминием. Увеличение содержа-
ния в электролите алюминия, вредно действующего на пленку
свыше 30 г/л, резко ухудшает качество оксидной пленки и
электролит в этом случае должен заменяться свежим.
ЭМАТАЛИРОВАНИЕ
Разновидностью анодирования является эматалирование.
Эматалевая пленка непрозрачна, светло-серого цвета и внеш-
ним видом напоминает эмаль или пластмассу. Она обладает
рядом ценных свойств: устойчива к пищевым продуктам, на-
питкам и слабым органическим кислотам; эматалевое покры-
тие хорошо сцепляется с основным металлом (при любой
деформации изделия отслаивания пленки не наблюдается) и не
боится резких температурных колебаний, обладает значитель-
ной твердостью и хорошими электроизоляционными свойствами.
В связи с этим эматалирование может быть применено для
отделки алюминиевой столовой и кухонной посуды, галантерей-
ных изделий, медицинского оборудования, в приборостроении
и т. д.
Эматалирование производится в титанощавелевокислом
электролите состава (в г):
Титанощавелевокпслый калий . . 40
Бориая кислота............. 8
Лимонная кислота................ 1,0
Щавелевая кислота................ 1,2
Вода дистиллированная............ 1
Плотность тока Da = 2-j-3 а!дм2, температура 50—60° С, кис-
лотность pH = 3 -т- 3,3. Напряжение тока в первые 10 мин 60 в,
затем повышается до ПО—120 в. Время электролиза 50—60 мин.
118
Катоды — из (нержавеющей стали. Перемешивание электролита
производится при помощи мешалки или движущихся штанг.
Ввиду дороговизны основных компонентов, входящих в со-
став электролита эматалирования, этот процесс рекомендуется
производить в хромовом электролите, обеспечивающем пленку,
близкую по качеству к полученной в титанощавелевокислом
электролите. Состав электролита:
Хромовый ангидрид...............30 г
Борная кислота................1—2 г
Вода ......................... 1л
Режим работы: плотность тока Da = 0,3 -5- 1 а]дм2, темпера-
тура 40—45° С, продолжительность процесса 60 мин. Напряже-
ние постоянного тока в течение первых 10 мин повышается от 0
до 40 в. Изделия завешивают на анодную штангу при выклю-
ченном токе. Через 30 мин напряжение повышают до 80 в и про-
цесс длится еще 30 мин. Катоды — из нержавеющей стали, соот-
ношение анодной и катодной поверхности 2—3 : 1.
При электролите следующего состава:
' Хромовый ангидрид.........100 г
Борная кислота......... 3—4 г
Вода.....................1л
напряжение во время процесса можно держать постоянным 40 в.
Режим работы: плотность тока Dn = 1 4- 1,2 а/дм2, темпера-
тура 40—45° С, продолжительность процесса 30—40 мин.
Раствор готовится следующим образом. Рассчитанное коли-
чество хромового ангидрида растворяют в воде и отдельно в го-
рячей воде растворяют борную кислоту. Затем .все сливают
в ванну и добавляют до нужного объема (воду. Для эматалиро-
вания применяется стальная ванна с бортовой вытяжной венти-
ляцией, с электрическим или паровым обогревом и охлаждением
((водяная рубашка).
Краткая технология процесса: механическое полирова-
ние; обезжиривание в органическом растворителе; монтаж из-
делий на подвесках; обезжиривание; промывка в горячей и хо-
лодной воде; осветление в 30%-ном растворе азотной кислоты;
промывка в холодной проточной воде; эматалирование; про-
мывка под сильной струей проточной воды; обработка в 30%-ном
растворе азотной кислоты в течение 1—2 мин\ промывка в хо-
лодной, а затем в дистиллированной воде; окрашивание. Обез-
жиривание ведут в растворе состава:
Фосфат натрия однозаме-
щенный ............... 10—15 г
Фосфат натрия двухза ме-
шенный ............... 10—15 »
Эмульгатор ОП-7 или
ОП-Ю..................... 5—10 »
Вода.................. 1л
Температура......... 80—100° С
Кислотность pH . . . 5,5—8.5
Продолжительность
процесса............5—15 мин
119
Раствор готовят следующим образом. Химикаты растворяют
в теплой воде, вливают в ванну, добавляют нужное количество
воды и корректируют значение кислотности (ортофосфорной
кислотой или тринатрийфосфатом). В случае отсутствия ука-
занных одно- и двухзамещенных фосфорнокислых солей вместо
них можно растворить 10—15 г/л тринатрийфосфата, постепен-
но добавляя к нему ортофосфорную кислоту, до достижения ука-
занного значения кислотности.
Окрашивание в водных растворах органических красителей
следует производить сразу после эматалировання, так как ад-
сорбционная способность э.маталевой пленки по интенсивности
со временем уменьшается.
Концентрация красителей зависит от желаемой интенсивно-
сти окраски и находится в пределах 1—5 г/л. Температура кра-
шения находится в пределах 18—70° С.
В табл. 12 приведены рекомендуемые составы красителей.
Таблица 12
Составы красителей и режимы окрашивания эматалированного алюминия
Наименован не красителей Концент- рация в г! л Темпера- тура крашении в °C Время выдержки в мин Кислот- ность pH красители Цвет
Прямой бирюзовый све-
топрочный Кислотный красный али- 2 50—60 5—10 7—8 Интенсивно голубой
зариновый 3 50—60 10 5—5,5 Терракот
Кислотный красный 2СМ Кислотный Фиолетовый 2 50—60 10 5,5—6,0 Кирпичный
2КМ для кожи . . . 2 50-60 5—10 7—8 Фиолетовый
Кислотный зеленый 2НМ 5 50—60 15 7.0—7,5 Зеленый
Кислотный алый .... Кислотный ярко-синий КМ для шубной овчи- 4 50—60 5 7—7,5 Красный
ны 100% Оранжевый 2Я< для алю- 2 50—60 15 7,0 Синий
Минин Золотисто-желтый для 1 50—60 3—5 5—6 Темно-жел- тый
алюминия 2 50—60 15 7—8 Светло- желтый
Уплотнение покрытия производится в растворе:
Никель уксуснокислый .... 5 г
Борная кислота.................. 5 »
Вода дистиллированная ... 1л
Температура................. 60—70° С
Продолжительность процесса 5—15 мин
120
После уплотнения следует промывка в горячей воде; сушка;
глянцевание.
Глянцевание производится без пасты иа чистом бязевом
круге.
Снятие недоброкачественной пленки можно производить в
растворе едкого натра. Для предотвращения растравливания ме-
талла, снятие пленки лучше (производить в растворе состава:
Хромовый ангидрид ...... J60 г
Ортофосфорная кислота (уд. вес
1,6)................... 320 мл
Вода.....................1л
Температура............... 60° С
Время выдержки...........I мин
Если пленка получается тонкой, изделие можно подвергнуть
повторному эматалированию, но не позже, чем через 6 ч. При
этом должны быть зачищены места контактов. Недоброкачест-
венная окраска снимается в 30%-ном растворе азотной кислоты,
после чего изделия тщательно промывают.
ОКРАШИВАНИЕ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК
Оксидная пленка на алюминии, полученная в результате анод-
ного или химического оксидирования, благодаря высокой адсорб-
ционной способности может быть окрашена в разные цвета пу-
тем обработки анодированных изделий водными растворами
некоторых органических и минеральных красителей. Способ-
ность к поглощению красящих веществ у оксидной пленки наи-
большая непосредственно после оксидирования, но она значи-
тельно уменьшается со временем.
Процесс окрашивания заключается в погружении в водный
раствор красителя свежеоксидированных деталей, нейтрализо-
ванных в аммиаке и тщательно промытых в холодной воде. При
этом необходимо учитывать, что прикосновение руками к поверх-
ности свежеоксидированных деталей до окрашивания недопу-
стимо, так как из-за высокой поглотительной способности оксид-
ного слоя всякое прикосновение будет выявляться в виде отпе-
чатка.
Окрашивание органическими красителями. Для адсорбционно-
го окрашивания из органических красителей наиболее пригод-
ными являются красители, растворимые в воде и обладающие
достаточной светостойкостью, например красители, употребляю-
щиеся для окрашивания тканей. К числу таких красителей от-
носятся антрахиноновые (ализарин красный, сафитоль, цианин
зеленый и др.), субстантивные (прямой, чисто-голубой), ФФ
азотнокислотные (красный С, синий 2К, индигокармин и др.).
Ализариновые красители более стойки к действию света, анили-
новые быстро выцветают.
Концентрация (растворов для окрашивания не должна быть
высокой; в зависимости от заданной интенсивности окраски она
121
chipmaker.ru
берется в пределах от 1 до 10 г/л. Температура раствора под-
держивается в пределах 70—85° С. Время выдержки окрашивае-
мых деталей в ванне колеблется от 2 до 20 мин, в зависимости
от характера пористости, температуры окрасочного раствора,
его кислотности и природы самого красителя. Получение хоро-
шей окраски и воспроизводимых результатов для партий дета-
лей требует соблюдения температурного режима, а также посто-
янства концентрации водородных ионов (pH) в красильном рас-
творе (обычно в интервале pH = 6,5 -т- 7,5). Окраска получается
различной насыщенности в зависимости от толщины и пористо-
сти оксидной пленки.
Алюминий и дуралюмин при окрашивании дают наиболее
чистые тона ярких светлых цветов. Силумин и вторичные алю-
миниевые сплавы, содержащие значительные количества крем-
ния, меди и других примесей, удовлетворительно окрашиваются
только в темные тона.
Следует иметь 'в виду, что при окрашивании субстантивными
и кислотными красителями детали непосредственно после окси-
дирования и промывки переносятся в ванну с красильным рас-
твором. При окрашивании основными красителями необходимо
производить предварительную подготовку оксидного слоя, без
которой пленка не воспринимает красителя. Подготовка заклю-
чается в обработке оксидной пленки 2—3%-ным раствором та-
нина и раствором аммиака.
В табл. 13 приводятся некоторые органические красители,
применяемые для окрашивания оксидных пленок и режимы окра-
шивания.
Приготовление красильного раствора заключается в следую-
щем: рассчитанное по объему ванны количество красителя рас-
творяют в эмалированной или керамической посуде в воде при
кипячении в течение 2—4 ч, после чего раствору дают отстоять-
ся в течение 10—21 ч и фильтруют через полотно. Отфильтро-
ванный раствор переводят в красильную ванну, контролируют pH
и подогревают до температуры 70—75° С, после чего раствор
готов к употреблению.
После окрашивания детали промывают холодной проточной
водой. При наличии на поверхности деталей твердых частиц
красителя их осторожно удаляют мягкой влажной щеткой. Влаж-
ные детали сравнивают по тону окраски с эталоном.
Неудачную цветную пленку удаляют погружением в концен-
трированную азотную кислоту на 5—10 сек до полного обесцве-
чивания, при этом оксидная пленка не нарушается.
После промывки детали снова поступают в ванну для окра-
шивания.
Неравномерность окраски—пятнистость—главным образом
является следствием недоброкачественного оксидирования.
В таких случаях оксидная пленка полностью удаляется и на-
носится вновь.
122
Таблица 13
Некоторые органические красители и режимы окрашивания
оксидированного алюминия
Наименование красителей Концентрация красителя в растворе в г/ л pH Температура раствора в °C Светопроч- ность в бал- лах
Новое Старое
Желтый 53 для алю- миния Желтый 3 для алю- миния Оранжевый 2Ж для алюминия Оранжевый для алю- миния Оранжевый К для алюминия Алый для алюминия Бордо для алюминия Фиолетовый для алю- миния Бирюзовый для алю- миния Голубой К для алю- миния Синий 2К для алюми- ния Зеленый Ж для алю- миния Зеленый С для алю- миния Коричневый для алю- миния Черный для алюминия Протравной чисто-жел- тый Спирторастворимый желтый 3 Оранжевый 2Ж спирто- растворимый Кислотный оранжевый КМ Лаковый алый С Кислотный красный али- зариновый Кислотный бордо М Кислотный синий 2 К Прямой бирюзовый све- топрочный Кислотный чисто-голу- бой антрахиноновый К Кислотный темно-голу- бой 3 Кислотный зеленый ан- трахиноновый 2Ж Кислотный зеленый ан- трахиноновый Кислотный темно-корич- невый М Кислотный черный ЗМ 1 1,5 1 1—3 1 I 0,5—1 1 0,5—1 0,5—2 1 1 1 1 5 6—7 5—7 6—7 4—5 5—7 4-5 4—5 6—7 6—7 4—5 5—7 3—4 5—7 4—5 4-5 50—60 50-60 20—25 20—25 50—60 50-60 20—25 50-60 50—60 50-60 50—60 50-60 50—60 50—60 20-25 3 3 4 5 3 4 3 4 5 5 4 4 3 5
В приборостроении (наибольший практический интерес пред-
ставляет окрашивание алюминия в черный и зеленый цвет. Хо-
рошие результаты дает окрашивание с применением красителей:
анилинового черного для шерсти и анилинового черного ФФ.
Детали окрашивают, погружая их в водный раствор, содержа-
щий 5—10 г/л красителя, при температуре 80—90° С. Продол-
жительность обработки 15—30 мин.
На некоторых заводах применяют способ анодирования де-
талей из силумина с окрашиванием в черный цвет, заключаю-
щийся в следующем.
Оксидирование ведут в 20 %-ном растворе серной кислоты
с анодной плотностью тока 2,5 а/дм'2 при напряжении 25—30 в
и температуре электролита не выше 25° С в течение 30—40 мин.
123
chipmaker.ru
Окрашивание в черный цвет (Производят в растворе состава
в г/л:
Хромовый ангидрид........30—50
Марганцевокислый калий .... 15—25
Обработку ведут при температуре 80—90° С в течение 20—
25 мин. После окрашивания оксидную пленку пропитывают тех-
ническим вазелином.
После окрашивания промытые детали подвергают операциям
закрепления окраски и пассивированию. Наиболее .простым спо-
собом закрепления (уплотнения) окрашенной пленки является
кипячение деталей в дистиллированной воде в течение 30 мин.
Перед уплотнением окрашенной анодной пленки ее нельзя тро-
гать руками или допускать какие-либо загрязнения. После
кипячения в воде детали высушивают в камере при температуре
50—60° С.
Уплотнение оксидной пленки можно произвести, выдерживая
детали в течение 20 мин в воде, подкисленной серной кислотой
до значения pH = 4.5-?-5,5 при температуре 90—95° С или
в воде с добавкой 10 г/л азотнокислого алюминия и 0,05 г/л кис-
лого фосфорнокислого аммония.
Хорошие результаты дает обработка оксидных пленок гидро-
фобизующей кремнеорганической жидкостью типа ГКЖ-8, в ре-
зультате которой оскидированная поверхность приобретает
способность смачиваться водой, что улучшает ее защитные свой-
ства.
Для придания окраске более глубокого тона и для заполне-
ния свободного объема пленки детали рекомендуется смазать
теплым техническим вазелином или обработать горячим раство-
ром парафина, церезина или воска. Детали можно также по-
крыть бесцветным лаком, в качестве наполнителя, что особенно
рекомендуется при химическом оксидировании.
Для увеличения светопрочности рекомендуется детали до-
полнительно обрабатывать силикатом натрия — жидким стек-
лом.
Высушенные после уплотнения детали монтируются на спе-
циальные подвески и погружаются в жидкое стекло уд. веса 1.13
на 1—2 мин. Избыток жидкого стекла удаляется встряхиванием
деталей, после чего их оставляют для просушивания на воздухе
в течение 30 мин. Для окончательного закрепления детали по-
мещаются в сушильный шкаф, где они высушиваются при тем-
пературе 120—180° С не менее одного часа.
В результате такой сушки пленка жидкого стекла теряет спо-
собность растворяться в воде, что значительно увеличивает стой-
кость анодирования.
Для значительного повышения защитной способности окра-
шенной пленки ее подвергают пассивированию. Для пассивиро-
вания после окрашивания растворы хромпика не могут быть
применены, так как они действуют на органические красители,
124
изменяя цвет окраски. Пассивирование пленки без изменения
тона окраски достигается обработкой в растворам солей никеля
и кобальта. По данным НИИХИММАШа, рекомендуются рас-
творы в г/л и режимы обработки для пассивирования окрашен-
ных оксидных пленок:
Сернокислого никеля ... 4,2
Сернокислого кобальта . . 0,7
Уксуснокислого натрия . . 4,8
Борной кисло!ы..........5,3
или другой раствор (в г/л):
Уксуснокислого натрия ........... 5,5
Уксуснокислого кобальта .... 0,1
Борной кислоты.................... 3,5
Обработка ведется при температуре 80—85° С в течение 15—
20 мин, pH раствора 4,5—5,5. Материал ванны — эмалировапное
железо или (нержавеющая сталь.
Образующаяся пассивная пленка бесцветна, не изменяет то-
на окраски и закрепляет краситель ib пленке. Активность пас-
сивирующего раствора (свежеприготовленного или долго стояв-
шего без употребления) (необходимо проверять путем погружения
в раствор па 10—15 мин образцов свежеоксидированного алю-
миния при температуре 80—85° С; при последующем погружении
в раствор .красителя образцы не должны 1воспринимать окраску.
После пассивирования детали промывают холодной проточной
водой, затем горячей и высушивают при температуре 50—60° С.
После пассивирования рекомендуется применять окончатель-
ную операцию обработки—заполнение свободного объема ок-
сидной пленки. Этот процесс производят погружением деталей
в расплавленные органические продукты.] парафин, церезин, воск
или бесцветные лаки.
Окрашивание неорганическими красителями. Окрашивание
оксидированного алюминия и его сплавов неорганическими кра-
сителями осуществляется заполнением пор оксидной пленки цвет-
ным неорганическим соединением, которое образуется в резуль-
тате последовательного погружения в растворы соответствующих
солей. Неорганические окрашивающие вещества более стойки
к действию света, чем органические красители.
Свежеоксидированные детали после промывки обрабатывают
последовательно в двух растворах при комнатной температуре.
Время выдержки в каждом растворе 5—10 мин. После обработ-
ки в первом растворе детали промывают холодной водой и по-
гружают во второй раствор, где они окрашиваются в соответст-
вующий тон. Для усиления тона окраски допускается повторение
процесса окрашивания.
В табл. 14 приведены составы растворов, ib которых можно
получать различную окраску оксидированных пленок. Детали
125
.ru
Таблица 14
Неорганические растворы для окрашивания оксидированного алюминия
Цвет окраски Растворы солей Концен- трация в г/л Получающееся окра- шенное соединенно
Синий или голубой а) железосинеродистый калий (желтая кровяная соль) , б) хлорное железо 10-15 10—100 Берлинская лазурь
Коричневый а) железосинеродистый калий б) медный купорос 10—50 10—100 Железосинероди- стая медь
Черный а) кобальт уксуснокислый б) маргапневокислый 50—100 15—25 Окись кобальта
Желтый а) двухромовокислый калий б) свинец уксуснокислый 50—100 100-200 Двухромовокислый свинец
Золотисто- желтый а) гипосульфит б) калий марганцевокислый 10—50 10—50 Окись марганца
Белый а) уксуснокислый свинец б) сернокислый натрий 10—50 10-50 Сернокислы й сви- иец
Белый а) хлористый барий б) сернокислый натрий 10—50 10-50 Сернокислый барий
Оранжевый а) калий хромовокислый б) азотнокислое серебро 5—10 Хромовокислое се- ребро
вначале погружают в раствор а), затем окрашивают в раство-
ре б).
Окрашенную пленку можно получить обработкой и в одном
растворе, например двухромовокислый калий дает лимонно-жел-
тый цвет, а обработка в растворе щавелевокислого железа-ам-
мония по способу Г. М. Бадальяна при температуре 55° С в те-
чение 3—5 мин дает окраску от светло-золотистого до латунно-
бронзового цвета, в зависимости от времени гвыдержки. При
составлении раствора берут на 1 л воды:
Щавелевой кислоты............ . 22 г
Железо-аммонийных квасцов ... 28 »
Аммиака 25%-ного................30 мл
Цвет раствора бледно-зеленый, pH = 5-5-6.
Окрашенные неорганическими красителями детали промыва-
ются холодной и горячей водой, затем высушиваются при тем-
126
пературе 50—65° С и подвергаются операции заполнения сво-
бодного объема пор пленки путем пропитки в расплавленном
парафине, воске или обрабатываются вазелином, олифой или же
бесцветным лаком.
ДЕКОРАТИВНОЕ АНОДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ
При оксидировании алюминия в серной кислоте возможно
получение бесцветных, прозрачных пленок достаточной толщи-
ны, пригодных для адсорбционного окрашивания с имитацией
золота.
Этот вид поверхностной обработки алюминия широко исполь-
зуется для декоративной отделки различных изделий из алю-
миния и его сплавов, особенно галантерейно-ювелирных, а также
изделий культурно-бытового назначения.
Лучшие результаты при имитации золота получаются при ис-
пользовании чистого алюминия АСЮ, АО, Al, А2, пригодны так-
же алюминиевомагниевые сплавы марок АМг, АМг5п и дуралю-
мин марок Д1, Д16 и др. Сплавы алюминия с кремнием могут
быть окрашены только в темные цвета.
Большое значение имеет состояние поверхности исходного ме-
талла, которая должна быть без поверхностных изъянов и де-
фектов. С этой целью штампованные, точеные и литые детали
должны подвергаться тщательному шлифованию и полированию.
Покрытия, имитирующие золото, получаются только при пред-
варительном электрополировании поверхности.
Процесс декоративного анодирования подразделяется на сле-
дующие основные стадии:
1) механическая подготовка поверхности изделия (шлифова-
ние и полирование);
2) химическая подготовка поверхности (обезжиривание, ос-
ветление, электрополпрование);
3) анодирование;
4) адсорбционное окрашивание и уплотнение оксидной
пленки.
Схема технологического процесса анодирования изделий из
алюминия с имитацией золота приводится ib табл. 15.
Иногда после электрополирования на поверхности металла
образуется невидимая пленка, которая выявляется в виде ма-
товой пленки .после анодирования и приводит к браку. Причиной
этого явления может быть повышенная температура при элек-
трополировании (выше 75° С) и накопление в электролите трех-
валентного хрома.
Рекомендуется для устранения этого дефекта применять пос-
ле электрополирования декапирование в растворе, состоящем
из 5 г/л едкого натрия и 10 г кальцинированной соды. Время
обработки 20—30 сек до начала газообразования; температура
40—50° С.
127
chipmaker.ru
Таблица 15
Схема технологического процесса анодирования изделий
из алюминия с имитацией золота
Наименование операций Составы растворов Режим работы Выдержка в мин
компоненты концен- трация в г/л плотность тока б а/дм* темпера- тура в °C
Подготовка поверхности мехаичческим способом (по- лирование, шлифование) Промывка в органическом растворителе, протирка во- лосяными щетками — — — — —
Бензин, керо- син и др. —
Монтаж деталей на под- вески — — — — —
Обезжиривание химиче- Едкий натр 10 — — —
ское Тринатрийфос- фат 30 — 60—70 3—5
Жидкое стекло 30 — — —
Продукт ОП-7, ОП-Ю или ОС-20 5 — — —
Промывка в теплой про- точной воде — — — 60 0,5
Промывка в холодной проточной воде — — — 18—20 0,5
Осветление Азотная кисло- та 300 — 18—20 3
Промывка в холодной проточной воде — — — 18—20 0,5
Электролитическое поли- рование Ортофосфорная кислота 850 10—50 65—85 2—10
Серная кислота 430 — — —
Хромовый ан- гидрид 65 — — —
Промывка в непроточной воде — — — — —
Промывка в холодной проточной воде — — — 18—20 0,5
Анодное оксидирование Серная кислота 200 0,8—1 13—22 15
Промывка в нейтрализую- щем растворе Аммиак 20 — 18—20 0,5
Промывка в холодной проточной воде — — — 18—20 1,2
Промывка в дистиллиро- ванной воде — — 18—20 1—2
Адсорбционное окрашива- ние Оранжевый 2Ж для алюминия — 1,6 i — 5 Сек
Желтый 3 для алюминия — 0,06 50—60 0,5—2
Черный кислот- ный М — 0,06 — —
Сода кальцини- рованная — 0,05 —
128
Продолжение табл. 15
Наименование операций
Составы растворов
компоненты
св
X
Промывка в холодной
воде
Уплотнение оксидной
пленки
Сушка в сушильном шка-
фу
Дистиллирован-
ная вода подкис-
ленная (pH =
= 4,54-6)
18—20 0,5
90—100 20—30
50-75 15
Следует иметь в виду, что электрополирование является са-
мым 'существенным процессом при декоративном анодировании,
так как от качества этой обработки зависит внешний вид изде-
лий и качество имитации.
Результаты электрополирования в большой мере зависят
также от качества контакта деталей с подвесками и токопода-
ющими (анодами) штангами ванн, поэтому для каждого вида
деталей нужно конструировать такие специальные подвесочные
приспособления, которые обеспечивают надежную подводку то-
ка к деталям в ванне. Подвесочные приспособления изготовля-
ются обычно из полосового алюминия толщиной 2—4 jwjw или из
алюминиевой проволоки (диаметром 5—10 мм). Места контак-
тов перед монтажом деталей должны зачищаться напильником
или протравливаться в растворе едкого натрия с последующим
осветлением в азотной кислоте.
После монтажа прикасаться руками к деталям до окончания
процесса не следует.
После анодирования изделия промывают в холодной воде,
окрашивают в растворе красителей, кипятят 30 мин в дистилли-
рованной воде для уплотнения оксидной пленки и сушат горя-
чим воздухом.
Для замены трудоемкой операции монтажа анодирование
мелких деталей (шурупов, шайб, болтов, заклепок и пр.) целе-
сообразно производить в алюминиевых перфорированных кон-
тейнерах (фиг. 38). Детали укладываются в контейнер и плотно
прижимаются крышкой, благодаря чему между ними обеспечи-
вается плотный контакт. Контейнер, имеющий контактный крю-
чок для подвески на анодную штангу, погружается в ванну.
Анодирование мелких деталей в таком приспособлении прохо-
дит вполне удовлетворительно. Необходимо периодически для
улучшения контакта снимать с этого приспособления в раство-
ре щелочи оксидную пленку.
9 Заказ 1495 1 29
chipmaker.ru
Лучшие результаты при анодировании мелких изделий на-
сыпью получают при применении специальных корзин и ванн
с циркуляцией электролита.
Оксидировочная корзина цилиндрическая или коническая
изготовляется из перфорированных листов алюминия толщиной
4—5 мм.
Внутри устраивается циркуляционная трубка, изготовляемая
из пластмассы с отверстиями от 2 до 2,5 мм; шаг отверстий в
Фиг. 38. Контейнер для анодирования мелких деталей:
а — конический: б — цилиндрический; 1, 3 - места сварки;
2, 4 — перфорированный алюминиевый лист.
трубке постепенно уменьшается в направлении сверху вниз,
что обеспечивает равномерное распределение циркулирующего
электролита.
Рекомендуемые размеры корзин приводятся в табл. 16.
Ванны для оксидирования с применением корзин для мелких
изделий дополняются оборудованием для принудительной цир-
куляции электролита внутри корзин.
Таблица 16
Размеры (в мм) конической и цилиндрической корзины
для анодирования
Типы корзин А в С D d Е g
Коническая 460 310 432 160 85 80 4,5
Цилиндрическая 350 200 322 lie — — 4,5
Цилиндрическая 500 350 472 210 — — 4,5
130
Схема устройства ванны с циркуляцией электролита для ано-
дирования мелких изделий приведена на фиг. 39.
При декоративной отделке мелких деталей целесообразно
вместо электрополирования подвергать эти детали химическо-
му полированию в течение 0,5—1 мин, при температуре 100—
110° С, в кислотном растворе состава:
Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,7)
Азотная кислота (уд. вес 1,4) .
Серная кислота (уд. вес 1,80) . .
Мочевина .................
630 мл
150—200 мл
200 мл
10 г
Мелкие детали погружаются в раствор в дырчатой коробке
из винипласта. Работу нужно производить в вытяжном шкафу.
Фиг. 39. Устройство ванны с цирку-
ляцией электролита для анодирова-
ния деталей в контейнерах:
1 — контейнер; 2 — резервуар для элек-
тролита; 3 — катоды; 4 — аноды; 5 —
насос; 6 — контрольный клапан.
Характерные дефекты, наиболее часто встречающиеся при
декоративном анодировании алюминия и его сплавов, приведе-
ны в табл. 17.
На фиг. 40 приведен малогабаритный автомат для оксидиро-
вания или анодирования, который предназначен для работы на
предприятиях с небольшим объемом производства.
Принцип конструкции основан на том, что общую длитель-
ность всех операций при предварительной и последующей обра-
ботке деталей можно сделать равной продолжительности опера-
ции покрытия.
Предварительные и последующие операции проводятся в ван-
нах, расположенных по окружности на площадке второго эта-
9* 131
chipmaker.ru
Таблица 17
Характерные дефекты при декоративном анодировании
Дефекты Причины дефектов Способы устранения дефектов
Непрочная снимающаяся пленка Растравливание пленки Неравномерная или гонкая оксидная пленка Радужные пятна Появление на оксидированных дета- лях местного растравливания Рыхлая пленка, сходящая с деталей после окрашивания Детали не окрашиваются Неокрашенные участки на деталях Окраска сходит при прикосновении Бледная непрочная окраска Окраска слишком яркая Повышенная температура электроли- та (выше 25° С) Увеличенное содержание серной кис- лоты в электоолите Плохие контакты деталей в подвес- ках То же Плохая промывка после анодирова- ния, отсутствие нейтрализации Накопление в электролите солей алюминия выше 25 г/л (в пересчете на металлический алюминий) Отсутствие оксидной пленки Истощенный раствор красителя Плохой контакт в процессе анодиро- вания Рыхлая оксидная пленка Некачественное анодирование Передержка деталей в красильном растворе Слишком высокая температура раст- вора Снизить температуру электролита Откорректировать электролит Улучшить контактирование То же Ускорить и улучшить промывку и нейтра- лизацию после анодирования Сменить электролит Повторить анодирование, проверив кон- такты Подогреть раствор Приготовить свежий раствор красителя Снять оксидную пленку, улучшить кон- такты и повторить анодирование Проверить температуру анодирования и содержание в электролите алюминия Проверить режим анодирования Уменьшить время окрашивания Снизить температуру раствора. Интенсив- ность окраски можно уменьшить погруже- нием деталей в 3%-ный раствор уксусной кислоты
о
X
2
X
X
> X
и -
о
2
2
X
о
о
2
о
X
0\
*3
X
75
о
ш
X
X
S
X
о
J3
3
05
ь
X
2
X
X
W
J3
X
3
о
3
о
ГВ
о
X
о
и
св
75
X
X
о
X
2
Ss
Ss
О
и
X
X
о
о
о
ь
ГВ
§
X
X
X
2
(Т
о
*3
о
и
О)
о
X
X
ч
X
о
X
S3
а
* о
X5
X
X
X
ы
X
о
X
о
о
ь
ГВ
)3
3
Е
5
о
ГВ
§
X
о
*3
О’
ГВ
X
X
X
О
0\ х
о гв о
О о
X
X
2
сл
о
х«
ГЪ
75
св
о
X
X
и
ГВ
X
X
ГВ
X
X
ГВ
75
ГВ
X
о
о
2
X
X
X
о
13
X
о
ХС
св
S3
X
X
о
X»
X
□
о
S3
св
£•
5
Е
СВ
х=
о
Ок
о
X
о
о
Ss
X
X
о
св
св
75
св
св
75
св
Е
X
3
X
о
о
X
S3
X
X
о
S3
о
X
о
X
S3
X
X
X
cj м
св
2 75
св
е
Е »
п W
W £
со
X Е
X
. . О
СО X
гв
и X
х )з
св
о
X
о
и
05
X
J3
о
W
со
X
S
о
м ¥
X
х гв
Хс
*3
св я
Н о
W ь
S3
X я
2 х
X 2
X
□
СВ X
)=J
X
X
св
S3
X
я
о
X»
chipmaker.ru
Chipmaker.ru
ГЛАВА VI
ОКСИДИРОВАНИЕ МАГНИЯ И МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Магний и магниевые сплавы в коррозионном отношении
весьма нестойки. Для защиты магниевых сплавов от коррозии
применяется оксидирование хймическими и электролитическими
методами. Наиболее распространенным является химическое ок-
сидирование, дающее оксидную пленку, почти не уступающую
по своим защитным свойствам пленкам, полмченным электроли
тическим путем. Методы оксидирования подразделяются на ок-
сидирование для временной и для длительной защиты от кор-
розии.
ХИМИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ
Химическое оксидирование с целью временной защиты дета-
лей из магниевык сплавов в процессе производственной обра-
ботки производится по упрощенной схеме. Детали подвергают
обезжириванию органическими растворителями, после чего об-
рабатывают в растворе хромового ангидрида (200 г/л СгОз)
при температуре 50—60° С в течение 8—10 мин. При этой обра-
ботке с поверхности литых деталей также удаляются остатки
плавочных флюсов, которые могут стать очагами интенсивной
коррозии. После оксидирования в растворе хромового ангидри-
да детали подвергают промывке в течение 2—3 мин в горячей
воде с добавкой 0,5% хромпика, после чего высушивают в су-
шильном шкафу при температуре не выше 40° С в течение 10—
15 мин.
Для оксидирования магниевых сплавов с целью длительной
защиты и для образования грунта под лакокрасочные покрытия,
повышающие коррозионную стойкость, применяется метод, но-
сящий название дихромизации.
Подготовка поверхности заключается в обезжиривании дета-
лей вначале органическими растворителями, а затем в щелочно-
фосфатном растворе состава (в г/л):
Тринатрийфосфат ..............50—60
Углекислый натрий . . . 50—60
Жидкое стекло ........... 25—30
134
Обработка производится при температуре 50—60° С в тече-
ние 4—5 мин. Обезжиренные детали промываются вначале в
теплой (50—60° С) воде, а затем холодной проточной воде, пос-
ле чего подвергаются оксидированию.
Обезжиривание можно производить электрохимическим пу-
тем на катоде в растворе состава (в а/л)-
Тринатрийфосфа г ............. 25- -30
Сода кальцинированная . 25—30
Обработку ведут при температуре 80—90° С и плотности то-
ка 2—4 а/дм2 в течение 1—3 мин, аноды стальные.
При обработке деталей из магниевых сплавов, изготовлен-
ных литьем под давлением, рекомендуется для получения более
однородной поверхности применять травление в одном из сле-
дующих растворов:
А. Ортофосфорная кисло-
та (уд. вес. 1,5) . . . 35—40 мл
Хромовый ангидрид 15—25 г
Вода.................. 1л
Температура раство-
ра ....... 18—25 С
Время обработки 20—30 сек
Б. Азотная кислота (уд
вес 1,4)............... 65—75 мл
Серная кислота (уд.
вес 1,84) .... 2—3 мл
Хромпик калиевый 4—6 г
Вода . . . 1л
Режим обработки тот же.
Для защиты деталей из магния и его сплавов от коррозии
применяют химическое или электрохимическое оксидирование.
Последний метод дает оксидные пленки, более устойчивые про-
тив износа и не изменяет размеров деталей, как это имеет место
при химическом оксидировании, когда наблюдается снижение
размеров деталей примерно на 0,01 мм.
Для химического оксидирования литого и прокатанного ма-
териала рекомендуются следующие составы растворов (в а/л) и
режимы оксидирования.
1. Для оксидирования литых изделий:
Двухромовокислый калий 50
Азотная кислота............... 110
Хлористый аммоний ... 1
Оксидирование производится при температуре раствора
70—80° С в течение 1,5—2 мин.
2. Для оксидирования прокатного материала (в г/л):
Двухромовокислый калий ..........20
Азотиая кислота ................30
Хлористый аммоний .... 1
Температура раствора 70—80° С, продолжительность вы-
держки деталей 4— 5 мин. В обоих случаях в свежеприготовлен-
ных растворах продолжительность оксидирования уменьшается
135
chipmaker.ru
в 2—3 раза. Большое влияние на качество покрытия оказывает
температура раствора. Повышение температуры выше 80° С при-
водит к растравливанию деталей и получению рыхлой пленки;
при темпера^ре ниже 70° С значительно ухудшаются защитные
свойства оксидной пленки.
Получаемая в этих растворах оксидная пленка приобретает
желтый цвет с оттенками от золотистого до темно-коричневого.
Толщина пленки в зависимости от продолжительности выдерж-
ки составляет 2—3 мк.
Для оксидирования деталей, имеющих жесткие допуски или
полированную поверхность, применяют раствор состава (в г/л):
Бихромат калия . . 150—160 Сернокислый аммоний 2—4
Хромовый ангидрид . 1—3 Уксусная кислота
(60%-ная)....... 10-20
Обработку ведут при температуре раствора 60—-70° С в тече-
ние 0,5—1 мин.
Универсальным, пригодным для оксидирования всех приме-
няемых в промышленности марок магниевых сплавов является
раствор (в г/л):
Бихромат калия......... 30—50
Калиевые квасцы ..........18—12
Уксусная кисло га (60%-над) . . 5—8
Обработку ведут при температуре 15—30°С в течение 5—
15 мин. Кислотность должна быть в пределах pH = 3,34-3,5.
В зависимости от состава сплава получаемая пленка имеет цвет
от золотистого до темно-коричневого. Съем металла при оксиди-
рованпи в указанном растворе составляет 0,7—1,2 мк. г*
Для усиления защитных противокоррозионных свойств при-
меняют электрохимическое оксидирование, при котором детали
подвергаются обработке на аноде.
Процесс ведут в хромовокислых или щелочных электролитах
состава (в г/л):
Натрий двухромовокислый .... 100
Натрий фосфорнокислый (однозаме-
щенный) .................... 40
Режим процесса: плотность тока анодная 1,5—3 а]дм2, тем-
пература электролита 50—55° С, напряжение на клеммах ванны
5—6 в, pH = 4, катоды свинцовые.
В зависимости от состава сплава образуются пленки корич-
невого или черного цвета.
При уменьшении кислотности до pH = 5,5 вследствие исто-
щения электролита в процессе работы, в него добавляют не-
большими порциями ортофосфорную кислоту до получения нор-
мального значения кислотности (pH = 4).
136
Из щелочных электролитов имеет распространение:
Едкий калий ................. . 80—90 г/л
Фтористый калий...... 300 г/л
Плотность тока Da = 3 -е 4 а/дм2. Температура электролита
45—50° С, напряжение на клеммах ванны 70—80 в, продолжи-
тельность оксидирования 8—15 мин. Катоды стальные.
В этом электролите получают бесцветные твердые износоус-
тойчивые пленки толщиной до 30 мк, которые могут быть в даль-
нейшем окрашены в растворах органических красителей.
Приспособления для подвески следует изготовлять из маг-
ниевых сплавов или алюминиевого сплава АМ2.
При электрохимическом оксидировании важно соблюдать
температурный режим и продолжительность электролиза, так
как при превышении их возможно растравливание оксидной
пленки.
После оксидирования детали тщательно промывают в холод-
ной проточной воде, затем в теплой (50—60е С) воде, после чего
высушивают при температуре не выше 60° С в течение 10—
15 мин. Для улучшения защитных свойств пленок их обрабаты-
вают в 5—10%-ном растворе бихромата калия 20—30 мин. Ре-
комендуется не позднее чем через 24 ч после оксидирования по-
крывать детали цинкхроматным грунтом.
Контроль качества защитных свойств оксидной пленки про-
изводится капельным методом. На оксидированную поверхность
наносят каплю водного раствора (в %):
Хлористый натрий ...............................1
Фенолфталеин (в виде 1%-иого спир-
тового раствора)................0,1
Этот раствор следует приготовлять ежедневно.
Продолжительность времени, прошедшего от момента нане-
сения капли до ее порозовения, характеризует защитные свойст-
ва оксидной пленки. В промышленности приняты следующие
нормативы испытания качества оксидной пленки при темпера-
туре испытания 20° С (табл. 18).
Таблица 18
Нормативы испытания качества оксидной пленки при температуре
испытания 20° С
Марка сплава Норма вре- мени до по- розовения капли в мин Марка сплава Номер вре- мени до по- розовения капли в мин
МАЗ 10 Магниевый сплав с со-
АМ5Г>3 5 держанием 5% алю-
МА1 2 МИНИЯ Магниевый сплав с со- держанием 9% алю- миния 1 1
137
chipmaker.ru
При испытаниях, производимых в помещении с температурой
выше 20° С, необходимо вводить поправочный коэффициент, так
как повышение температуры увеличивает скорость реакции.
Температура помещения в °C 25; 30; 35; 40
Поправочный коэффициент 1,5; 1,9; 2,3; 3,0
Детали, забракованные по качеству оксидной пленки, под-
вергаются вторичному оксидированию; оксидная пленка предва-
рительно снимается в растворе для обезжиривания или в рас-
творе содержанием 250—300 г/л едкого натра с последующей
обработкой в растворе хромового ангидрида.
ХОЛОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для химического оксидирования магниевых сплавов при
комнатной температуре предложен (М. И. Тимоновой и
Е. Б. Кац) раствор, в котором в качестве пленкообразующего
был выбран двухромовокислый калий, активатором служили
алюмокалиевые квасцы, а для повышения стабильности рас-
твора и улучшения качества образующейся пленки добавлялась
уксусная кислота. Состав раствора:
Двухромовокислый калий 30—50 г/л
Алюмокалиевые квасцы 8—12 »
Уксусная кислота
(60%-ная) ... 5—8 мл/л
Кислотность раствора должна быть в пределах pH — 3,3 -> 3,5.
Оксидирование производится при температуре 15—30°С в тече-
ние 5—15 мин, в зависимости от состава сплава.
Цвет получающейся оксидной пленки зависит от состава об-
рабатываемого сплава: на сплаве МА8 пленка темно-желтая, на
сплаве МА2 — от золотистого до темно-желтого, на сплаве
ВМ65-1 —от темно-коричневого до черного. Сплав МЛ5 после
оксидирования приобретает пленку золотистого цвета, а после
предварительной обработки в растворе, содержащем едкий натр
в количестве 400 г!л— пленку черного цвета. При составлении
раствора вначале в горячей воде растворяют квасцы, затем
двухромовокислый калий, после чего добавляют уксусную ки-
слоту. При корректировании раствора, чаще чем другие ком-
поненты, добавляется уксусная кислота.
Предложенный раствор обладает слабым травящим дейст-
вием, поэтому практически изменения размеров деталей не про-
исходит. При необходимости повторного оксидирования деталей
из сплавов МА2 и МА8 ранее нанесенную пленку необходимо
удалять в растворе щелочи, при повторном оксидировании спла-
вов МЛБ и ВМ65-1 по ранее полученной пленке адгезионные и
138
защитные свойства покрытия не изменяются. Стойкость пленок
к воздействию высокой температуры характеризуется следую-
щими данными.
При нагреве до 100° С защитные свойства пленки не снижа-
ются. Не наблюдается снижения коррозионной стойкости пле-
нок и при периодическом нагреве до 150° С. Непрерывный нагрев
при 150, 200 и 250° С снижает коррозионную стойкость пленок.
Оксидирование деталей, изготовленных из магниевых спла-
вов, производится по следующей технологической схеме: обез-
жиривание в растворе состава (в а/л)
Тринатрийфосфат .... . 60—40
Едкий натр .... 25—10
Жидкое стекло . 20—30
при температуре 60—90° С в течение 1,5—5 мин; промывка в
горячей и холодной воде; обработка в растворе хромового ан-
гидрида концентрации 200 г/л при 20—25° С в течение 0,5—1 мин;
промывка в холодной воде; оксидирование химическое; промыв-
ка в холодной и горячей воде; наполнение пленки в растворе
хромпика содержанием 50 г,/л двухромовокислого калия, в тече-
ние 15 мин при температуре 80°С; промывка в теплой воде; суш-
ка; контроль качества пленки; дополнительная защита лакокра-
сочными покрытиями (глифталевым грунтом АЛГ-7, бутилмет
акрилатовым грунтом АГ10С, эмалями А15Ф, ХВЭ-4 и др.).
В результате такой обработки на всех применяемых в про-
мышленности магниевых.сплавах образуется качественная за-
щитная пленка.
МЕСТНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Нередко в процессе производства оксидированные и окра-
шенные детали из магниевых сплавов подвергаются механиче-
ской обработке, в результате чего защитное покрытие может
нарушиться и коррозионная стойкость деталей снизиться. В ря-
де случаев для местного оксидирования поврежденных участков
поверхности применяют растворы селенистой кислоты с добав-
кой бихромата натрия, в результате чего образуется на поверх-
ности светло-коричневая пленка.
Этот способ имеет существенный недостаток, заключающий-
ся в том, что избыток оксидирующего раствора не может быть
удален (из-за повреждения пленки) и должен высохнуть на де-
тали, при этом на поверхности остаются соли, понижающие
прочность сцепления с лакокрасочным покрытием и даже вызы-
вающие его вспучивание.
Для устранения этого недостатка разработан метод местного
оксидирования, при котором получается хроматная пленка, об-
ладающая достаточными защитными свойствами.
139
chipmaker.ru
Предварительно обезжиренную поверхность оксидируют лег-
ким натиранием ватным тампоном, смоченным оксидирующим
раствором. Натирание производят в течение 15 сек, с дополни-
тельной выдержкой 2—3 мин до удаления избытка раствора
или в течение 30—45 сек без выдержки. Остатки оксидирующего
раствора удаляются протиркой мокрым ватным тампоном, пос-
ле чего производится сушка естественная или обдувкой сухим
сжатым воздухом до полного высыхания.
Состав раствора для местного оксидирования:
Окись магния .... 8,9 г Серная кислота . . 0,6—1,0 ил
Хромовый ангидрид . . 45,0 » Вода ........ 1000 мл
Приготовление раствора ведут в такой последовательности.
Окись магния размешивают в стеклянном сосуде с неболь-
шим количеством воды до полужидкой консистенции. Затем до-
бавляют 400--500 мл воды и при непрерывном перемешивании
вводят небольшими порциями хромовый ангидрид. Перемеши-
вание производят до полного растворения окиси магния, после
чего добавляют остальное по расчету количество воды.
В результате местного оксидирования получается пленка зо-
лотистого цвета, иногда с цветами побежалости, обладающая
хорошими защитными свойствами.
Chipmaker.ru
ГЛАВА VII
ОКСИДИРОВАНИЕ МЕДИ, ЦИНКА, СЕРЕБРА
И ДРУГИХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Свойства оксидных пленок. Оксидирование цветных метал-
лов, меди, цинка, магния и их сплавов основано на химических
или электролитических процессах, в результате которых на по-
верхности металла образуются оксидные пленки, несколько по-
вышающие противокоррозионную стойкость изделий, а в ряде
случаев улучшающие их внешний вид.
Оксидные пленки, получаемые на меди и ее сплавах, имеют
глубокий черный, синевато-черный, коричневый, золотистый и
другие цвета и придают изделиям защитные свойства в усло-
виях атмосферной коррозии, при повышенной температуре,
влажности и в слабоагрессивных средах. Промасливание оксид-
ных пленок или покрытие лаком значительно увеличивает про-
тивокоррозионную стойкость изделий.
Оксидирование цветных металлов и сплавов находит приме-
нение в качестве защитного декоративного покрытия в приборо-
строении, в оптико-механической, судостроительной и других от-
раслях промышленности.
Оксидная пленка из меди состоит из окиси меди СиО черного
цвета и имеет толщину около 1 мк при химическом способе ок-
сидирования и 2—5 мк при электролитическом оксидировании.
При анодном оксидировании процесс протекает в две фазы: сна-
чала образуется весьма тонкая пленка закиси меди CU2O, затем
формируется более толстая пленка окиси меди СиО.
Оксидные пленки, получаемые на сплавах меди, в зависимо-
сти от состава сплава и применяемых методов могут иметь не-
сколько измененный состав и различные цвета. Оксидные плен-
ки, получаемые на цинке, окрашивают в цвета: желтый, зеле-
ный и черный различных оттенков, в зависимости от применен-
ных составов и режимов обработки.
ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОКСИДИРОВАНИЯ МЕДИ
Из различных способов химического оксидирования меди
наиболее эффективным и дающим оксидную пленку высокого
качества является обработка в щелочных растворах персульфа-
141
chipmaker.ru
та калия (K2S2O8). Оксидные пленки, получаемые по этому спо-
собу, имеют толщину около 1 мк, окрашены в черный цвет, хо-
рошо противостоят истиранию и достаточно устойчивы против
коррозии. Изделия перед оксидированием монтируются на под-
вески и обезжириваются путем обработки раствором щелочи
или органическим растворителем, промываются в горячей воде,
после чего подвергаются слабому травлению в смеси серной и
азотной кислот, затем промываются в холодной воде и завеши-
ваются в ванну для оксидирования.
Оксидирование меди и омедненных изделий производят в
растворе следующего состава:
Едкий натр...................... 50 г
Персульфат калия . 15 »
Вода........................... 1л
Персульфат калия вводится в виде порошка в разогретый
раствор щелочи. Обработка производится при температуре 60—
65° С в течение 5 мин.
Окончание реакции окисления и момент образования плот-
ной оксидной пленки характеризуется началом интенсивного
выделения пузырьков кислорода на поверхности оксидируемых
изделий. Самопроизвольное прекращение процесса наступает
при образовании пленки определенной толщины, и момент появ-
ления пузырьков кислорода указывает на окончание формиро-
вания покрытия. После оксидирования изделия промываются в
холодной, затем в горячей воде, высушиваются и демонтируются
с подвесок, после чего протираются маслом.
При оксидировании необходимо строго соблюдать темпера-
турный режим, так как при пониженной температуре оксидная
пленка становится рыхлой и легко осыпается с поверхности из-
делий, а при повышенной температуре ускоряется разложение
персульфата калия, что приводит к быстрому истощению рас-
твора. Подвески изготовляются из медной проволоки; перед
каждой загрузкой изделий в ванну их необходимо трави гь в
20%-ной соляной кислоте для удаления оксидной пленки, могу-
щей вызвать брак при следующем оксидировании.
Для оксидирования латунных и бронзовых изделий рекомен-
дуется состав с уменьшенным содержанием персульфата калия:
Едкий иатр.............. . . 50 г
Персульфат калия . . 7,5 »
Вода .... . 1л
Температура процесса 60—65° С, продолжительность обра-
ботки 20—25 мин. Образующийся после оксидирования на по-
верхности изделий легкий рыхлый налет после просушивания
удаляется волосяными щетками, после чего изделия протирают-
ся маслом.
142
Персульфатный метод оксидирования имеет ряд существен-
ных недостатков, что ограничивает область его применения.
Во-первых, хорошие результаты оксидирования получаются
только при обработке медных изделий. Изделия же из большин-
ства медных сплавов необходимо предварительно омеднять с
нанесением слоя меди толщиной 3—5 мк.
Во-вторых, персульфат калия крайне неустойчивое соедине-
ние и вследствие самопроизвольного разложения его приходит-
ся часто (не реже одного раза в смену) корректировать раствор
и производить химический анализ. Концентрация щелочи не
должна уменьшаться менее 4,5% NaOH, концентрация персуль-
фата калия не должна сни-
жаться более чем до 0,5% в
ванне для оксидирования
меди и 0,25% в ванне для
латуни и бронзы.
В-третьих, требуется
строгое соблюдение темпе-
ра гурного режима в узких
пределах, для чего в ванне
должно быть, кроме нагре-
вательного устройства, так-
же устройство для охлаж-
дения.
В-четвертых, для созда-
ния по всей поверхности из-
делий равномерной оксид-
ной пленки и для избежания
Фиг. 41. Вайна для химического ок-
сидирования медных деталей.
пятнистости покрытия обрабатываемые изделия необходимо
слегка покачивать. Для этой цели в конструкции ванны преду-
сматривается подвижная рама для подвески изделий, которая
совершает возвратно-поступательное движение, чем достигает-
ся слабое перемешивание раствора. Число качаний должно быть
20—40 в мин, размах качаний—15—20 мм
Большим неудобством персульфатного метода является то,
что на дне ванны быстро накапливается шлам — осадок окиси
меди, способствующий быстрому разложению персульфата ка-
лия. Этот осадок необходимо периодически удалять из ванны.
для чего рекомендуется ванну изготовлять с коническим днищем
и спускным краном для удаления осадка (фчг. 41).
По указанным причинам, несмотря на высокое качество ок-
сидной пленки, персульфатный способ оксидирования не нахо-
дит широкого применения в производственных условиях, тем
более, что он не дает возможности оксидировать распростра-
ненные в промышленности марки латуней и бронз.
Наиболее распространенным химическим способом получе-
ния оксидных пленок на латунных изделиях является оксидиро-
вание в медно-аммиачном растворе. Образующаяся оксидная
143
chipmaker.ru
пленка имеет интенсивный черный цвет только на латуни, со-
держащей 52—65% меди; на латуни с другим содержанием ме-
ди часто получается пленка темно-синего цвета. Для оксидиро-
вания применяют аммиачные растворы углекислой меди, в ко-
торых концентрация компонентов может колебаться в довольно
широких пределах, например:
Водный аммиак (25%-ный) 200 мл/л
Углекислая медь...... 40—200 г/л
Углекислая медь обычно получается осаждением медного ку-
пороса углекислым натрием.
Оксидирование производится при температуре 15—25°С в
течение 5—15 мин. Латунные изделия рекомендуется предвари-
тельно обрабатывать в растворе, состоящем из 70 г/л двухро-
мовокислого калия и 40 г/л серной кислоты, в течение 15—
20 сек при температуре 15—25° С, а затем декапировать в
5%-ном растворе серной кислоты. В процессе оксидирования
концентрация аммиака в растворе быстро уменьшается, что
приводит к образованию дефектных покрытий и требует частого
корректирования ванны.
При ухудшении внешнего вида оксидных пленок — отсутст-
вии глубокой черной окраски вследствие истощения раствора —
последний сменяется полностью. Оксидные пленки, полученные
по этому методу, обладают невысокой механической прочно-
стью, для повышения которой рекомендуется оксидированные
изделия покрывать бесцветным лаком.
В тех случаях, когда не требуется надежной защиты от кор-
розии и желательно сохранить цвет основного металла, изделия
подвергают процессу пассивирования, дающему тончайшую ок-
сидную пленку.
Для пассивирования применяют следующий раствор:
Двухромовокислый калий 150 г/л
Двухромовокислый натрий 150 »
Серная кислота (концент-
рированная) .......... 50—100 мл/л
Обработка ведется при температуре 15—25° С в течение 20—
25 сек.
Оксидирование латунных, а также медных изделий с образо-
ванием оксидной пленки коричневого цвета можно производить
в электролите (в г/л):
Марганцевокислый калий 5
Сернокислая медь ... . 50
В зависимости от времени выдержки получается оксидная
пленка различных оттенков коричневого цвета, незначительной
толщины и малой механической прочности. Противокоррозион-
144
ная стойкость ее невысокая, поэтому указанный метод применя-
ется только для декоративной отделки некоторых изделий, обыч-
но с последующим покрытием бесцветным лаком.
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОКСИДИРОВАНИЯ МЕДИ
Электролитический метод оксидирования меди и ее сплавов
вследствие своей универсальности и простоты выполнения на-
шел наиболее широкое применение. Сущность метода заключа-
ется в том, что изделия из меди и ее сплавов подвергаются
анодной обработке в водном растворе щелочи при нагревании.
При этом процессе, в результате взаимодействия выделяющего-
ся на аноде кислорода с металлом изделия на поверхности ме-
талла образуется черная оксидная пленка. Толщина оксидной
пленки составляет 1—2 мк, она эластична и обладает достаточ
ной механической прочностью и коррозионной устойчивостью,
не меньшими, чем у пленок, получаемых по персульфатному
способу.
По сравнению с химическими методами, анодный метод ок-
сидирования обладает рядом преимуществ. Во-первых, он явля-
ется универсальным, так как дает возможность получать добро-
качественное покрытие как на медных изделиях, так и непос-
редственно на изделиях, изготовленных из различных медных
сплавов. Хорошо оксидируются, например, следующие марки
латуни: ЛС-59, Л-62, Л-68, а также оловянистая бронза и дру-
гие сплавы меди. Во-вторых, механическая прочность оксидных
пленок такова, что становится излишним покрытие их лаком.
В-третьих, применяется более простой, дешевый и устойчивый
раствор, чем при химическом методе оксидирования.
При выборе концентрации электролита следует иметь в ви-
ду, что с понижением концентрации щелочи толщина оксидной
пленки уменьшается, интервал плотностей тока, при которых
получаются доброкачественные покрытия, сужается. При повы-
шении же концентрации щелочи оксидная пленка приобретает
более рыхлое строение, и значительно ухудшается сцепление
между пленкой и основным металлом. Наилучшие результаты
получаются в растворе едкого натрия 15—20%-ной концен-
трации.
Свойства оксидной пленки в большой степени зависят от
плотности тока при оксидировании. С увеличением плотности
тока образование оксидной пленки ускоряется, но при этом
уменьшается толщина пленки. На практике применяют плот-
ность тока в пределах от 0,5 до 10 а/дм2.
Температура процесса существенно влияет на скорость ок-
сидирования. При повышении температуры раствора процесс
оксидирования удлиняется, толщина пленки увеличивается и
возрастают потери металла вследствие его растворения. При
температурах ниже 55—60° С вместе с окисью меди выделяется
10 Заказ 1495 145
chipmaker.ru
гидрат окиси меди зеленоватого цвета. Поэтому температуру
при оксидировании поддерживают в пределах, близких к тем-
пературе кипения раствора.
Процесс анодного оксидирования начинается с монтажа из-
делий на подвески, которые изготовляются из никелированной
латуни.
Пленка, образующаяся при оксидировании, обладает высо-
ким электрическим сопротивлением, поэтому необходимо преду-
преждать возможность обесточивания изделий и для нормально-
го оксидирования обеспечивать надежный контакт между под-
весками и изделиями. Места контакта следует защищать или
перед монтажом протравливать подвески в кислоте.
Подготовка поверхности изделий перед оксидированием за-
ключается в обезжиривании и травлении (для неполированных
изделий) или обезжиривании и декапировании (для полирован-
ных изделий).
После тщательной промывки в холодной проточной воде из-
делия завешиваются в ванну для оксидирования.
Электролит для оксидирования имеет следующий состав:
Едкий иатр .... 100—250 г
Вода............... 1л
Оксидирование ведется при температуре раствора 80—9<)°С
для медных изделий и при температуре 60—70° С в случае окси-
дирования латуни и бронзы. Анодная плотность тока 0,5 а/Ди2,
напряжение от 2 до 6 в, продолжительность выдержки 20—
30 мин. Окончание процесса оксидирования определяется по на-
чалу момента газовыделения и резкому подъему напряжения на | '
клеммах ванны.
По данным М. Н. Узилевского и В. Н. Жуковой для ускоре-
ния процесса и доведения обшей продолжительности его до
10 мин повышают температуру раствора до 90—110е С и плот-
ность тока до 10 а/дм2, причем первые пять минут процесс ве-
дется при анодной плотности тока 2—5 а!дм2, а следующие пять
мин — при 5—10 а!дм2. В качестве катодов применяют сталь-
ные листы. Отношение площади катода к площади анода долж-
но быть не меньше 5: 1, желательно 8: 1. Расстояние между
электродами должно быть равным 95—100 мм.
При недостаточной плотности тока образуется оксидная
пленка красноватого или коричневого цвета; при излишней
плотности тока наблюдается растравливание поверхности из-
делий.
В процессе работы на катодах образуется губчатый осадок
меди, загрязняющий электролит и ухудшающий качество оксид-
ной пленки; этот осадок необходимо периодически удалять
путем промывки катодов.
Свежеприготовленный электролит необходимо проработать
током до появления голубой окраски раствора. Для этой цели
146
при приработке в качестве анодов используются медные пласти-
ны, которые периодически очищаются от образовавшихся окис-
лов протравливанием в 20%-ном растворе соляной кислоты.
После окончания процесса оксидирования изделия тщатель-
но промывают в горячей воде и высушивают при температуре
ПО—120 °C. Высушенные изделия, имеющие бархатисто-черный
цвет, протирают суконкой и смазывают техническим вазелином.
Поверхность оскидной пленки может быть также отполи-
рована.
Электролит для анодного оксидирования обладает высокой
рассеивающей способностью, что позволяет получать равномер-
ную оксидную пленку на изделиях очень сложной конфигура-
ции, например, внутренняя поверхность трубок диаметром около
40 мм и длиной ЗОЭ мм при оксидировании покрывается пленкой
хорошего качества без применения внутренних катодов.
Высокая рассеивающая способность может быть объяснена
тем, что неравномерное первичное распределение тока быстро
выравнивается в результате повышения сопротивления на уча-
стках, близких к катодам, на которых в первую очередь обра-
зуется оксидная пленка, обладающая высоким сопротивлением.
Контроль ванны сводится к периодическому определению со-
держания щелочи в электролите путем титрования стандартным
раствором кислоты. Корректирование ванны осуществляется
добавлением в электролит едкого натрия.
Электролитический метод оксидирования меди и ее сплавов
благодаря ряду преимуществ успешно применяется в промыш-
ленности.
Цветное оксидирование меди. Для окрашивания меди и мед-
ных покрытий в цвет, имитирующий золото, применяется метод
химического оксидирования без наложения тока извне, с помо-
щью контактного металла (алюминия), за счет разности потен-
циалов меди и алюминия. Этот способ дает воспроизводимые ре-
зультаты и не отличается особой сложностью.
Электролитом служит раствор состава (в г/л):
Медь сернокислая .50
Едкий натр ...... 35
Щавелевая кислота . 30
Значение pH раствора должно быть в пределах 9,2—9,6.
Процесс ведут при температуре 26—32° С. Время оксидирова-
ния для получения золотистого цвета на деталях, изготовл< н-
ных из меди, составляет 7 мин, для омедненных— 14 мин.
Обрабатываемые детали должны иметь алюминиевые кон-
такты, т. е. подвешены на алюминиевых крючках или соединены
с алюминиевыми пластинками.
Соотношение меди и контакт ирующего с ней алюминия име-
ет весьма существенное значение. С уменьшением соотношения
10* 147
chipmaker.ru
площадей меди и алюминия продолжительность процесса резко
возрастает.
Оптимальные результаты получаются при соотношении по-
верхностей меди и алюминия 4 : 1, в случае медных, и 6: 1 в слу-
чае стальных омедненных деталей.
Процесс оксидирования производится следующим образом.
Детали из меди или стальные омедненные тщательно механи-
ческим способом полируются, так как при химическом оксиди-
ровании оксидную пленку хорошего качества можно получить
только на полированной медной поверхности.
После полирования детали промывают органическими рас-
творителями, протирают древесными опилками или ветошью,
после чего обезжиривают венской известью или электрохими-
ческим путем в растворах, предназначенных для обезжиривания
меди и ее сплавов с последующей промывкой в горячей и холод-
ной проточной воде.
Подготовленные детали монтируют на алюминиевые подвес-
ки с таким расчетом, чтобы рекомендуемое соотношение по-
верхностей было выдержано в нужных пределах, после чего де-
капируют в 5%-ном растворе серной кислоты, промывают в воде
и погружают в ванну для оксидирования. Продолжительность
оксидирования для получения пленки золотого цвета на омеднен-
ных деталях— 14 мин.
Следует иметь в виду, что при продолжении процесса оксиди-
рования после получения золотистой пленки начинается повторе-
ние цветов по второму циклу, в котором последовательность цвет-
ного окрашивания повторяется в следующем порядке:
Розовато-малиновый цвет через 21 мин Малиновый цвет через 30 мин
Желтовато-зелеиый » » 26 » Красный » . . » 40 »
После оксидирования детали тщательно промывают и высуши-
вают с помощью горячего воздуха. Для увеличения противокор-
розионной стойкости оксидированную поверхность покрывают
бесцветным лаком марки УВЛ-1 и УВЛ-3 с последующей горя-
чей сушкой.
Химическое оксидирование с последующей лакировкой яв-
ляется устойчивым покрытием и рекомендуется для отделки из-
делий электроарматуры, изготовленных из меди, а также сталь-
ных, предварительно омедненных.
Химическое окрашивание меди. Способ химического окраши-
вания меди основан на получении на металле тончайших пленок,
интерферирующих луч света, что приводит к своеобразному цве-
товому эффекту.
В процессе окрашивания, который производится при весьма
малой плотности тока, образуется пленка закиси меди, которая в
зависимости от времени выдержки приобретает различные цвета
и оттенки.
148
Для химического окрашивания широко применяется один из
приведенных составов:
Состав 1 (в г/л):
Сернокислая медь
Едкий натр . .
Сахар-рафинад . . . .
Плотность тока В а/дм2
Температура раствора в °C
\/ Состав 2 (в г/л):
50—60 Сернокислая медь . . 20—25
40—45 Едкий натр . . . 60—80
80—90 Глицерин................. 80—99
0,01—0,02 Плотность тока в а/дм2 0,01—0,02
30—40 Температура раствора в °C 40—50
В процессе окрашивания очень большое значение имеет плот-
ность тока, которую не следует увеличивать. Для достижения
нужвых значений рекомендуется питание установки производить
от аккумуляторов. '
Можно также использовать ток, получаемый при наличии
алюминиевого контакта за счет разности потенциалов меди и
алюминия (как это указано выше).
В зависимости от времени выдержки примерно от 2—3 до 17—
22 мин на обрабатываемых деталях получаются цветные пленки,
которые окрашиваются в такой последовательности цветов: фио-
летовый, синий, желтый, оранжевый, красно-лиловый, зеленый.
При длительной выдержке гамма цветов повторяется, но в бо-
лее тусклых оттенках, при передержке получается серо-сталь-
ной цвет.
Приготовление раствора ведут в такой последовательности:
в раствор сернокислой меди вливают раствор сахара (или
глицерин), а затем раствор щелочи. Раствор должен иметь ярко-
синюю окраску.
ОКСИДИРОВАНИЕ ЦИНКА
Для анодного оксидирования цинка, цинковых сплавов или
оцинкованных изделий, при котором получаются покрытия чер-
ного цвета, применяется такой электролит:
Едкий натр . 20 г
Вода 1л
Оксидирование цинка и оцинкованных изделий химическим
путем с получением пленки черного цвета, по данным А. М Ям-
польского [8], производится в электролите (в а/л):
Сернокислый никель 40
Сернокислый аммоний . 20
Сернокислый цинк ... 20
Уксуснокислый свинец .5
Гипосульфит 12
Обработка производится при температуре 20—25° С в тече-
ние 20—25 мин. Оксидная пленка обладает достаточной механи-
ческой прочностью. Дополнительная протирка пленки минераль-
149
ним маслом увеличивает коррозионную стойкость и улучшает
внешний вид. По ускоренному методу цинк можно оксидиро-
вать в черный цвет в электролите (в г!л)-.
Сернокислая медь .... 200
Бертолетовая соль ................. 20
Температура процесса 15—25° С, продолжительность обра-
ботки 2—5 мин. Пассивирование цинковых и оцинкованных из-
делий с получением аморфной пленки от радужно-золотистого до
желтого цвета производится обработкой в подкисленном раство-
ре хромовокислых солей, например:
Двухромовокислый натрий . 200 г/л
Серная кислота (концентриро-
ванная) ............... 10 л/л
Температура процесса 15—25°С, продолжительность, вы-
держки 5—15 сек, кислотность раствора в единицах pH должна
быть не выше 1. Образующаяся пленка имеет толщину около
0,5 мм, дает хорошую защиту от коррозии, но механическая
прочность ее невысокая.
После оксидирования изделия промывают холодной водой
и высушивают при температуре не выше 50° С; повышение тем-
пературы сушки ухудшает свойства пленки. Корректирование
раствора производится периодическим добавлением серной кис-
лоты для поддержания кислотности в требуемых пределах.
Для анодного оксидирования цинка, цинковых сплавов или
оцинкованных изделий, при котором получаются покрытия чер-
ного цвета, применяется электролит:
Едкий натр 20 г
Вода................. 1л
Обработка ведется при температуре раствора 40—45° С и
анодной плотности тока 6—12 а!дм2. Время выдержки зависит
от состава обрабатываемого сплава; так, для сплавов цинка,
содержащих 4% алюминия, продолжительность обработки со-
ставляет 7—8 мин-, для сплавов, содержащих 7,5% алюминия и
2,5% меди, выдержка изделий в ванне увеличивается до 40—
60 мин. В качестве катодов подвешивают пластины из листового
свинца с соотношением площадей катодов к анодам 2 : 1.
После оксидирования изделия промывают холодной водой,
высушивают и протирают веретенным маслом. Оксидная пленка
приобретает черный цвет с синим отливом и весьма красива на
полированных поверхностях.
Анодное оксидирование цинка может быть осуществлено так-
же в растворе хромовокислого калия состава:
Хромовокислый калий 60 г
Вода.......... . 1л
150
Обработка производится при температуре электролита 15—
25° С, анодная плотность тока 0,5 а/д.и2, напряжение 6 в, про-
должительность выдержки 10 мин. Образовавшаяся оксидная
пленка содержит окись хрома и имеет зеленый цвет.
Анодное оксидирование цветных металлов в щелочном рас-
творе осуществляют в ваннах, изготовленных из листовой стали
толщиной 4—5 мм и снабженных электроподогревателем, рас-
считанным для подогрева раствора до 110° С.
ОКСИДИРОВАНИЕ СЕРЕБРА
С целью защиты деталей, покрытых серебром, от окисления
и для повышения химической стойкости серебряных покрытий и
защиты деталей, покрытых серебром от окисления, в приборо-
строении широко применяют оксидирование, выполняемое элек-
трохимическим путем. Детали после подготовительной обработ-
ки, заключающейся в промывке бензином и обезжиривании вен-
ской известью, завешивают в электролит в качестве анодов, ка-
тодами служат пластинки из нержавеющей стали.
Состав электролита для анодного оксидирования серебра и
режим процесса:
Натрий сернистый . . . 25—30 г/л Серная кислота...........3—5 г/л
Натрий сериистокислый 15—20 > Ацетон ....................3—5 мл
Температура электролита 18—25° С. Плотность тока Da =
= 0,05 -е 0,5 а/дм2, напряжение 3—6 е, продолжительность об-
работки 3—5 мин.
Приготовляют электролит в следующей последовательности.
Растворяют в горячей воде рассчитанные количества сернистого
и сернистокислого натрия и затем вводят при непрерывном по-
мешивании серную кислоту и ацетон, после чего электролит де-
кантируют в рабочую ванну и добавляют воду до рабочего уров-
ня. Корректируют электролит по данным анализа каждые
10 дней, практически на каждые 50 г сернистого натрия, вводи-
мого в ванну, добавляют 5 мл ацетона.
Оксидирование следует производить непосредственно после
процесса серебрения. При оксидировании деталей сложного про-
филя и имеющих глубокие профили, вследствие плохой работы
электролита в глубину, приходится применять дополнительные
катоды для получения защитной пленки в углубленных местах.
В результате процесса анодного оксидирования вся поверх-
ность деталей приобретает ровный темно-серый или темно-синий
почти черный цвет.
В ряде случаев для усиления защитных свойств серебряных
покрытий достаточно применять химическое пассивирование, яв-
ляющееся простой и экономически выгодной операцией. Пассиви-
рование производят в 1%-ном растворе калиевого хромпика в
течение 15—20 мин, при температуре 18—25° С, при перемешива-
151
chipmaker.ru
нии или встряхивании, кислотность раствора поддерживают в
пределах pH = 3,0-т-4,5 путем корректирования раствора хромо-
вым ангидридом.
Получаемые пассивные пленки бесцветны, повышают стой-
кость серебра против окисления и не влияют на электропровод-
ность поверхности серебряных деталей.
Оксидирование серебра и серебряных покрытий путем химиче-
ской обработки в растворах, содержащих сернистые соединения,
применяется для декоративной отделки изделий и защиты их от
коррозии. .
Наиболее распространенным раствором для химического окси-
дирования является раствор серной печени. Приготовляют серную
печень сплавлением в течение 15—20 мин одной весовой части се-
ры с двумя частями поташа. Для этого в железном сосуде рас-
плавляют серу и затем к ней добавляют сухой поташ, полученный
сплав измельчают и сохраняют в закупоренных сосудах.
Для оксидирования приготовляют раствор из расчета 2—
3 части серной печени на 100 частей воды и нагревают до темпе-
ратуры 60—70° С. В этот раствор погружают на 3—5 мин пред-
варительно обезжиренные детали, если производят местное окси-
дирование, то раствор на обрабатываемую поверхность детали на-
носят кистью или тампоном и после выдержки смывают водой.
Образующиеся довольно устойчивые пленки приобретают чер-
ный или темно-коричневый цвет.
Если при сплавлении серы вместо поташа применять кальци-
нированную соду, то в результате оксидирования будут полу-
чаться более темные пленки. f
В растворе, состоящем из'Г5 а/л серной печени и 40 а/л хло-
ристого аммония, можно получать, в зависимости от времени
выдержки деталей, оксидные пленки на серебре светло-серого
или темно-голубого цвета.
Chipmaker.ru
ГЛАВА VIII
ФОСФАТИРОВАНИЕ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Характеристика фосфатных пленок и область применения фос-
фатирования. Фосфорная кислота и ее соли издавна используют-
ся для защиты металлов от коррозии. Применение фосфатов для
защиты металлических изделий было известно еше в древнем
мире, что подтверждается раскопками в одном из римских зам-
ков, при которых были обнаружены хорошо сохранившиеся же-
лезные предметы, покрытые фосфатом железа [1].
Фосфатирование, широко применяющееся в настоящее время
в промышленности, представляет собой процесс образования на
поверхности металла тонкой, мелкокристаллической, серого цве-
та пленки труднорастворимых в воде солей ортофосфорной кис-
лоты— фосфатов марганца и железа, цинка и железа или цин-
ка. Образующиеся фосфатные пленки обладают микропористой
структурой, содержат большое количество капилляров и поэтому
прочно удерживают различные наполнители — масла, лаки и
краски, а также смазку. Фосфатные покрытия обладают рядом
ценных свойств, обусловливающих область применения фосфа-
тирования.
Фосфатная пленка устойчива в атмосферных условиях и по-
сле пропитывания ее маслами или нанесения лакокрасочного
покрытия особенно надежно защищает стальные изделия от кор-
розии. При этом достигается большая устойчивость, чем при
других методах защиты химическими пленками, например окси-
дировании с промасливанием. Пленка фосфатов вполне устой-
чива к действию смазочных масел, бензина, керосина и толуола.
Обладая хорошей адгезионной способностью (т. е. прочным при-
липанием к поверхности металла), фосфатная пленка является
прекрасным грунтом для последующего покрытия лаками и крас-
ками. Коррозионная устойчивость изделий предварительно фос-
фатированных и лакированных или окрашенных значительно вы-
ше, чем изделий, лакированных или окрашенных непосредст-
венно.
Фосфатные покрытия обладают хорошими изоляционными
свойствами, высоким электрическим сопротивлением и выдер-
153
chipmaker.ru
живают напряжение до 1000 в; жаростойкость их находится в
пределах 500—600° С. По твердости фосфатная пленка превосхо-
дит медь и латунь, но уступает стали.
К недостаткам фосфатных покрытий следует отнести невы-
сокую механическую прочность и неустойчивость к истиранию,
а также слабую устойчивость в щелочах и кислотах, в том чис-
ле и органических. Недостатком фосфатирования является так-
же наводороживание металла в процессе обработки и связан-
ное с этим возникновение трудноудаляемой хрупкости, что осо-
бенно отражается на механической прочности тонкостенных
изделий и пружин. Фосфатные покрытия имеют менее красивый
внешний вид по сравнению с другими покрытиями.
Относительная простота технологического процесса фосфати-
рования и его экономичность, а также ценные свойства полу-
чаемого покрытия определили широкое применение фосфатиро-
вания для:
1) защиты от атмосферной коррозии путем нанесения на из-
делия фосфатных пленок с последующей пропиткой смазками
или маслами;
2) повышения коррозионной устойчивости лакокрасочных
покрытий путем предварительного фосфатирования изделий;
3) уменьшения износа деталей машин, работающих на тре-
ние, путем нанесения марганцево-фосфатных пленок с после-
дующей смазкой, что облегчает приработку трущихся частей;
4) снижения расхода инструмента и улучшения качества об-
работки при волочении и штамповке путем фосфатирования с
последующим промасливанием заготовок;
5) получения электроизоляционного слоя на трансформа-
торных, роторных и статорных пластинках;
6) улучшения качества азотирования — повышения твердости
и глубины азотированного слоя, а также для изоляции участков
деталей при лужении, свинцевании и цинковании.
Фосфатные пленки хорошего качества могут быть получены
на изделиях из углеродистых и низколегированных сталей и чу-
гуна. На изделиях из высоколегированных сталей получают
пленки более низкого качества. Фосфатирование применяют так-
же для защиты цинка и цинковых покрытий. Фосфатные плен-
ки, полученные на алюминии и магнии, уступают по устойчи-
вости против коррозии пленкам, полученным электрохимическим
оксидированием.
При нормальном ведении процесса фосфатирования обра-
зующаяся пленка фосфатов имеет мелкокристаллическую струк-
туру и толщин], 2—4 мк. На величину кристаллов в основном
влияет метод предварительной подготовки поверхности. Так,
например, обдувка песком приводит к образованию мелкокри-
сталлической структуры, предварительное травление поверхно-
сти, наоборот, способствует образованию крупнокристаллической
пленки, толщина которой составляет 9—40 мк и больше.
154
Для лучшей защиты от коррозии стремятся получать плен-
ки фосфатов с мелкокристаллической структурой, как более
сплошные и плотные. Весьма существенным является то, что
фосфатные пленки препятствуют распространению на металле
ржавчины, в противоположность другим видам металлических
и неметаллических покрытий, при которых образовавшаяся на
каком-либо участке поверхности ржавчина интенсивно распро-
страняется под покрытием, что приводит затем к его отслаи-
ванию.
Фосфатирование может производиться химическим или элект-
рохимическим путем, а также методом струйной обработки Рас-
твор для химического фосфатирования — препарат Мажеф со-
держит однозамещенные соли железа и марганца Fe(H2PO4)2 и
Мп(Н2РО4)2, которые в воде подвергаются гидролизу, образуя
двух- и трехзамещенные фосфаты, не растворимые в воде, и сво-
бодную фосфорную кислоту.
При погружении в такой раствор стальных изделий на по-
верхности их вначале будет происходить процесс травления же-
леза с бурным выделением водорода
Fe -f- 2Н3РО4 -> Fe(H2PO4)2 -J- Н2
Fe + Fe (Н^РО^ —2FeHPO4 + Ha
Fe + 2FeHPO4 -> Fe3 (PO4)2 + H2
Наряду с приведенными реакциями в результате гидролиза
будет снова образовываться свободная фосфорная кислота
3Fe (Н2РО4)2 Fe3 (РО4)2 + 4Н3РО4
Переходящее в раствор железо связывает фосфорную кисло-
ту и на поверхности изделий прочно оседает осадок двух- и
трехзамещенных солей марганца и железа, образуя тонкую
плотную кристаллическую пленку фосфатов. Таким образом, об-
разование фосфатной пленки является вторичным процессом,
которому предшествует химическое растворение железа.
По мере роста фосфатной пленки поверхность металла все
больше изолируется от раствора, скорость реакции уменьшается
и процесс прекращается.
Соответственно наблюдаемое вначале бурное выделение во-
дорода постепенно уменьшается и, наконец, выделение пузырь-
ков прекращается, что указывает на окончание реакции. Про-
должительность образования фосфатной пленки по указанному
способу составляет 1,5—2 ч (медленный способ). Для ускорения
процесса были предложены составы, содержащие добавки азо-
тистокислых солей щелочных металлов, меди, цинка (ускорен-
ный способ).
В последнее время для фосфатирования применяют также
растворы фосфатов .марганца и цинка, образующие покрытия,
значительно более коррозионностойкие [6]. При фосфатирова-
155
chipmaker.ru
нии, состоящем из двух одновременных процессов травления и
гидролиза, цинк при взаимодействии с фосфорной кислотой об-
разует растворимое соединение — однозамещенный фосфат цин-
ка и труднорастворимые и нерастворимые двух- и трехзамещен-
ные фосфаты, образующие на стальных изделиях защитную
пленку. При фосфатировании цинковыми солями для ускорения
процесса применяют добавки окислителей (нитратов, нитритов
и хлоратов), в результате чего продолжительность процесса не
превышает 15—20 мин.
Защитные свойства фосфатных покрытий зависят главным
образом от содержания в пленке фосфатов цинка и марганца.
Однако по мере эксплуатации раствора в нем увеличивается со-
держание фосфатов двухвалентного железа, ухудшающих кор-
розионную устойчивость покрытия. Кроме того, накопление со-
лей железа ведет к усиленному шламообразованию и образова-
нию на поверхности обрабатываемых изделий трудноудаляемой
корки. Указанные неполадки имеют место главным образом при
«медленном» способе фосфатирования, при котором растворы за
небольшой срок эксплуатации приходят в негодность и подлежат
замене. При «ускоренном» способе с окисляющими добавками
эти неполадки сказываются в значительно меньшей мере.
Подготовка поверхности перед фосфатированием. Способ под-
готовки поверхности металла существенно влияет на качество
и структуру фосфатной пленки.
На деталях, поверхность которых чисто обработана механи-
ческим путем, образуется тонкая мелкокристаллическая пленка
толщиной 5—10 мк. Такая же пленка образуется на поверхно-
стях, прошедших пескоструйную очистку, гидррпескоструйную
обработку и сухую голтовку с песком. Детали после механиче-
ской обработки подвергаются только обезжириванию (химиче-
скому или в растворителях).
На поверхности деталей, обработанных химическим трав-
лением, фосфатирование протекает неравномерно. Обычно обра-
зуется рыхлая крупнокристаллическая пленка фосфатов, тол-
щина которой составляет 40—50 мк\ противокоррозионные свой-
ства такой пленки понижены.
С целью улучшения качества фосфа гпрования травленой
поверхности рекомендуется удалять протиркой продукты трав-
ления (шлам), а также промывать детали после травления в 3—
5%-ном растворе кальцинированной соды с последующей про-
мывкой в воде. Вообще травление перец фосфатированием ре-
комендуется применять только для деталей, поступающих на
окраску.
Так как пескоструйная очистка является вредной для здо-
ровья, то в настоящее время поверхность перед фосфатирова-
нием обрабатывают путем очистки металлическим песком или
дробью; применяют также гидропескоструйную очистку. Резьбо-
вые и уплотняющие соединения следует при этом защищать за-
156
глушками и манжетами. Химическую подготовку (травление и
обезжиривание) при отсутствии возможности произвести очист-
ку песком или дробью выполняют обычным путем.
В случае необходимости предохранить некоторые участки де-
талей от образования на них фосфатной пленки применяют изо-
ляцию резиновым клеем или хлорвиниловыми лаками.
Следует иметь в виду, что длительный перерыв между песко-
струйной или другой очисткой и фосфатированием влияет от-
рицательно на качество фосфатной пленки. В подобных случа-
ях необходимо применять декапирование в 5%-ном растворе сер-
ной кислоты с последующей нейтрализацией в содовом растворе.
ХИМИЧЕСКОЕ ФОСФАТИРОВАНИЕ СТАЛИ И ЧУГУНА
Для фосфатирования черных металлов применяют водный
раствор препарата Мажеф, представляющего собой смесь дигид-
роортофосфатов, марганца и железа. Фосфатирующий раствор
должен содержать 28—32 а/л препарата Мажеф. Для приготов-
ления такого раствора берут сухой Мажеф в несколько большем
количестве, а именно, 32—35 г/л для того, чтобы компенсиро-
вать потери этого препарата вследствие разложения при кипя-
чении раствора. Если производится зарядка новой ванны, то ко-
личество Мажефа должно быть увеличено с учетом расхода на
фосфатирование стенок ванны. Загрузив препарат в ванну, за-
ливают его водой и кипятят в течение 20—30 мин при периоди-
ческом помешивании. Препарат частично гидролизуется, в ре-
зультате чего в осадок выпадают нерастворимые двух- и трех-
замещенные фосфаты железа и марганца. Кипячение прекра-
щают и дают осадку отстояться, после чего производят анализ
пробы раствора на общую и свободную кислотность. Условная
единица изменения кислотности называется «точкой». Общую
кислотность определяют титрованием децинормальным раство-
ром едкого натра в присутствии индикатора фенолфталеина (до
появления розовой окраски).
На титрование 10 мл раствора должно пойти 28—30 мл ще-
лочи. Количество миллилитров децинормального раствора ед-
кого натра, пошедшего на титрование, условно выражают в
«точках», т. е. общая кислотность должна соответствовать 28—
30 точкам. Свободную кислотность определяют титрованием де-
цинормальным раствором щелочи в присутствии индикатора ме-
тилоранжа.
На титрование 10 мл раствора должно пойти 3—4 мл щело-
чи, т. е. свободная кислотность должна соответствовать 3—4 точ-
кам. Соотношение общей и свободной кислотности должно быть
в пределах 8: 1 -г-7 : 1.
Фосфатирование производят при температуре, близкой к
температуре кипения раствора и составляющей 97—99° С. Весь-
ма важно поддерживать установленный в указанных пределах
157
chipmaker.ru
температурный режим. При понижении температуры даже на
5° С качество фосфатной пленки и ее защитная способность рез-
ко ухудшаются. При повышении температуры до точки кипения
раствора осадок взмучивается, включается в фосфатную плен-
ку, нарушает ее сплошность и ухудшает противокоррозионную
устойчивость.
Детали завешивают в ванну на подвесках из углеродистой
стали так, чтобы в углубленных местах не оставался воздух,
а выделяющийся водород мог свободно удаляться.
Ванна для фосфатирования изготовляется из листовой ста-
ли без футеровки, внутри снабжается вентиляционным кожухом
и змеевиком для обогрева паром (фиг. 42). Мелкие детали фос-
Фиг. 42, Ванна для фссфатир >вания:
1 — корпус; 2 — теплоизоляция; 3 — змеевик из медных труб; 4 — крышка;
5 — груз; 6 — вентиляционные окна; 7 — вентиляционный кожух.
фатируют в перфорированных ведрах, корзинках, подвешивае-
мых в ванну или же во вращающихся дырчатых барабанах,
вращающихся в ванне со скорост ью 20—25 оборотов. Змеевик
рекомендуется изготовлять из латунных или стальных никели-
рованных или хромированных труб для предохранения его от
обрастания пленкой фосфатов, ухудшающей теплопроводность.
Располагать змеевик следует у боковой стенки ванны на рас-
стоянии 200—250 мм от дна для предупреждения возможности
взмучивания осадка. Может быть применен также и электриче-
ский метод нагрева. Ванна снабжается крышкой, открывающей-
ся с помощью блоков с контргрузами.
Непосредственно после загрузки деталей в ванну начинается
реакция препарата Мажеф с поверхностью деталей, сопровож-
дающаяся бурным выделением водорода, которое постепенно
снижается и затем прекращается, что указывает на полное по-
крытие поверхности деталей фосфатной пленкой и окончание
158
процесса. После этого детали дополнительно выдерживают в
ванне в течение 5—10 мин.
Общая продолжительность фосфатирования зависит от мар-
ки стали (состава чугуна), предварительной подготовки поверх-
ности и назначения фосфатной пленки. Для защиты от коррозии
продолжительность процесса колеблется в пределах 1—2 ч. При
фосфатировании в электроизоляционных целях выдержка со-
ставляет 30—40 мин и детали выгружают до окончания реакции.
После выгрузки детали промывают в холодной, затем в го-
рячей воде и высушивают в сушильном шкафу, после чего про-
мывают или покрывают лаком, или подвергают дополнитель-
ной обработке. Фосфатная пленка имеет обычно темно-серый
цвет, еще более темнеющий после промасливания.
В процессе фосфатирования непрерывно образуется осадок
нерастворимых фосфатов, накапливающийся на дне ванны. Этот
осадок следует периодически удалять из ванны черпаком, одна-
ко не полностью, так как некоторая часть осадка должна оста-
ваться в ванне, чтобы не нарушалось равновесие между осад-
ком солей и раствором.
Полную очистку ванны производят обычно один раз в неде-
лю. Дефектные фосфатные покрытия удаляют травлением в
10—15%-ном растворе соляной кислоты или в 15—20%-ном рас-
творе едкого натра, после чего детали подвергают повторному
фосфатированию.
В процессе работы в результате испарения раствора кон-
центрация его может возрастать; в таких случаях раствор кор-
ректируют, добавляя воду до постоянного уровня.
В результате реакции с поверхностью обрабатываемых дета-
лей концентрация раствора может уменьшаться; в. таких слу-
чаях в ванну добавляют рассчитанное на основании анализа
количество препарата Мажеф, растворенного предварительно в
отдельном сосуде, прокипяченного и отстоявшегося.
Для подсчета необходимого количества препарата, добавляе-
мого в ванну, следует пользоваться формулой:
(30 —л) V
1000
где Р — количество препарата в кг, которое должно быть до-
бавлено в раствор;
п — число «точек» по данным анализа;
V — объем раствора в ванне в л.
Вредными примесями в растворе для фосфатирования явля-
ются алюминий, свинец, мышьяк, сульфаты и хлориды Так, при
содержании 0,06—0,1 г/л А12О3 продолжительность фосфатиро-
вания увеличивается, пленка образуется неоднородная с пони-
женной стойкостью против коррозии.
Для устранения вредного влияния примеси алюминия реко-
мендуется добавлять в раствор соли трехвалентного железа,
159
chipmaker.ru
например Fe(OH)3 или Fe£(SO4)3 из расчета пять частей железа
на одну часть алюминия.
Свинец оказывает вредное влияние при содержании его в
пределах 0,03 г/л; примеси мышьяка порядка 0,005% вызывают
получение фосфатных пленок с красноватым оттенком.
Отрицательно влияют также сульфаты и хлориды, накапли-
вающиеся при пользовании технической водой, примеси которых
удлиняют процесс и ухудшают противокоррозионную стойкость
фосфатной пленки.
При нормальном ведении процесса фосфатирование углеро-
дистых сталей и чугуна происходит без особых затруднений.
Фиг. 43. Автомат для фосфатирования поршневых колец.
Для фосфатирования высоколегированных сталей находит
применение раствор препарата Мажеф с общей кислотностью
30—40 «точек» и свободной — 4—7 «точек» с добавлением хлори-
стого бария в количестве 10—12 г/л. Режим фосфатирования:
температура раствора 98—100° С, продолжительность процесса
50—60 мин.
При большой программе покрытия однотипных деталей фос-
фатирование целесообразно производить в полуавтоматических
или автоматических установках.
На фиг. 43 показан автомат для фосфатирования поршневых
колец, сконструированный ЦКБ гальванопокрытий. В автомате
предусмотрено выполнение следующих операций (в мин):
Обезжиривание химическое. 2,9
Промывка горячая...........0,7
Промывка горячая вторая ... 0,7
Фосфатирование горячее ... 30
Промывка горячая ..... 3,0
Сушка . ...................2,9
160
Перемещение деталей из ванны в ванну производится цеп-
ным механизмом, детали закреплены в специальных подвесках,
имеющих размеры: длина 600 мм, ширина 240 мм, высота
720 мм. Скорость движения подвесок: горизонтальная —
0,34 м/мин, вертикальная — 6 м)мин. Темп выхода подвесок
2,16 мин. Производительность автомата 20850 шт/ч, его габари-
ты в мм: длина 10 400, ширина 3280, высота 4050.
Для фосфатирования мелких деталей при крупносерийном
и массовом производствах может быть применен шнековый ав-
томат АФШ-1, конструкция которого разработана ЦКБ гальва-
нопокрытий. Автомат представляет собой машину (фиг. 44) с
расположенными в одну линию камерами обработки деталей,
количество камер соответствует количеству технологических
операций, последовательность и время проведения которых тако-
вы (в мин):
< (безжиривание предварительное 6
Обезжиривание окончательное 6
Пр 'мывка горячая 2
Промывка холодна .1 2
Травление 6
Промывка хе иодная .2
Нейтрализация .............- 2
Обработка в мыльно-содовом
растворе . . . . 2
Промывка холодная 2
Фосфатирование в растворе
цинкефосфатов............30
Промывка горячая ... 2
Пассивирование . 2
Сушка ... 6
Промасливание..............2
Стекание масла ... 2
Каждая камера имеет перфорированный барабан, внутри ко-
торого по стенкам укреплена спираль, играющая роль шнека.
Вращение барабанов происходит от одного электродвигателя
типа АО-41-6. При вращении барабанов детали передвигаются
11 Заказ 1495 161
chipmaker.ru
по спирали и подаются от бункера загрузки через все барабаны
камеры к месту выгрузки. В автомате использован открытый
способ переброски деталей из барабана в барабан через спе-
циальный открытый механизм, что позволяет производить поопе-
рационный контроль деталей. Автомат может быть встроен в
поточную линию. Производительность автомата составляет
30 м2/ч, габаритные размеры в мм: длина 17700, ширина 2160,
высота 2020.
На фиг. 45 показан агрегат для фосфатирования деталей в
массовом производстве. Агрегат состоит из ванн фосфатирова-
ния 1, промывки 2, пассивирования 3 и сушки 6. Детали загру-
жаются в подвески или корзинки 4 и при помощи тяговой це-
6
------------ 7050 -----------------------
Фиг. 45. Полуавтомат для фосфатирования.
пи 5 переносятся из ванны в ванну. Камера сушки 6 находится
в верхней части агрегата и вытянута по всей его длине.
Камера оборудована вытяжной вентиляцией и электрообогре-
вом. Время выдержки деталей в каждой ванне обусловливается
технологическим процессом. Навеска на цепь и снятие готовых
подвесок производится в одном месте перед ванной фосфатиро-
вания. Количество подвесок 33, продолжительность полного
цикла 60 мин.
Дополнительная обработка после фосфатирования произво-
дится для улучшения защитных против коррозии свойств покры-
тия. Тщательно промытые в воде детали после фосфатирования
обрабатывают в 6—8%-ном растворе бихромата натрия или
калия при температуре 70—80° С в течение 10—20 сек. Перед
промасливанием рекомендуется детали обрабатывать в кипящем
2%-ном растворе масла в течение 1—2 мин, после чего их высу-
шивают горячим воздухом.
162
Для промасливания пригодны такие материалы: веретенное
масло 2, машинное масло 2, авиамасло МС-20, смазка ЦИАТИМ
и другие виды смазок. Обработка в веретенном масле марки В
или машинном масле производится при температуре 100—120° С,
в пушсале при 100° С. Избыток смазки удаляется протиркой ве-
тошью. Промасливание пушсалом и вазелином может быть вы-
полнено без подогрева, в этом случае пушсало или вазелин ис-
пользуют в виде 5—7%-ного раствора в бензине. После такой
обработки необходима сушка при 70—100° С для удаления рас-
творителя.
Детали, покрываемые после фосфатирования лаками или
красками, подвергаются предварительной хроматной обработке
в растворе, содержащем 0,5 г/л калиевого хромпика, такой раз-
бавленный раствор не образует подтеков на обрабатываемой по-
верхности.
Ускоренное фосфатирование. Существенным недостатком
обычного фосфатирования является продолжительность про-
цесса, доходящая до 2 ч, а также необходимость работы в уз-
ко^| интервале температур. Значительное улучшение в процес-
се фосфатирования достигнуто в результате применения специ-
альных ускоряющих добавок, куда относятся окислители (нит-
риты, нитраты, хлораты), соединения более благородных, чем
железо, металлов (медь, никель, кобальт), органические (ани-
лин, мочевина и др.), а также восстановители (бисульфит нат-
рия).
Коррозионная стойкость получаемых покрытий несколько
ниже, чем при стандартном способе, поэтому они применяются
главным образом в качестве грунта под лакокрасочные покры-
тия, а также при фосфатировании с целью получения изоляци-
онных пленок.
Давно применяется метод ускоренного фосфатирования, из-
вестный под названием бондаризации. Фосфатирующий раствор
содержит 30—33 г/л препарата Мажеф и 0,3—0,5 г/л окиси меди;
процесс ведут при температуре раствора 96—98° С в течение 5—
10 мин, получаемые пленки имеют темно-коричневую
окраску.
В процессе бондаризации необходимо частое корректирова-
ние раствора, особенно по содержанию меди, которое сильно
влияет на качество пленок.
Применение фосфатов цинка позволяет получать коррозие-
устойчивые покрытия ускоренным способом для защиты деталей
из низколегированных, специальных и трансформаторных ста-
лей.
Состав раствора в г/л [6]:
Монофосфат цинка .... 35—37
Нитрат цинка...............52 -53
Фосфорная кислота свободная 15—16
11* Заказ 1495
163
chipmaker.ru
Общая кислотность раствора должна быть 60—75 точек, сво-
бодная кислотность 12—15 точек.
Процесс ведут при температуре 85—95° С в течение 15—
20 мин. Большое влияние на качество получаемой пленки оказы-
вает соотношение между общей и свободной кислотностью, кв-
. 5 6
торое должно быть — : —.
Избыток свободной фосфорной кислоты вызывает увеличе-
ние продолжительности фосфатирования, а недостаток ее при-
водит к усиленному шламообразованию. Температурный интер-
вал требует точного соблюдения, иначе ухудшается качество
пленки.
Получаемая пленка имеет цвет от светло-серого до темно-
серого. Качество покрытия проверяют нанесением штриха ног-
тем— при хорошем качестве появляется штрих белого цвета. По-
лученная пленка пориста и хорошо впитывает влагу, поэтому
фосфатированные детали следует немедленно высушить и под-
вергнуть окрашиванию не позднее чем через 24 ч.
Раствор для фосфатирования рекомендуется готовить в ви-
де двух концентратов: концентрат I — для составления ванны
и концентрат II — для корректирования ванны. При приготов-
лении 1 л концентрата I придерживаются таких соотношений:
Нитрат цинка . . . 550—500 г/л Фосфорная кислота 140—150 г/л
Монофосфат цинка 370—380 » Вода (смягчени; я) До 1 л
При приготовлении 1 л концентрата II берут такое соотно-
шение:
Нитрат цинка . . 470—490 г/л Фосфорная кислота 175—180 г/л
Монофосфат цинка 460—480 » Вода (смягченная) До 1 л
При приготовлении концентратов необходимое количество
нитрата цинка и монофосфата цинка растворяют каждый в
отдельности в воде (450—500 мл), подогретой до 35—45° С.
После растворения солей оба раствора сливают вместе и
добавляют фосфорную кислоту; раствор при этом становится
прозрачным.
Удельный вес концентрата I (при 15° С) должен составлять
1,5, концентрата II—1,6.
Для составления рабочего раствора ванны фосфатирования
на каждые 91 л воды добавляют 9 л концентрата I и 0,5 л кон-
центрата II.
Применяемая вода не должна быть жесткой, лучше приме-
нять конденсаторную или дистиллированную воду.
Готовый раствор имеет общую кислотность 70 точек, и сво-
бодную кислотность 14 точек. Перед работой раствор следует
проработать на бракованных деталях.
164
В течение работы ванны раствор корректируют добавлением
концентрата II, количество добавки устанавливается опытным
путем, при уменьшении свободной кислотности добавляют фос-
форную кислоту до нормы. Приближенно установлено, что для
повышения свободной кислотности на 1 точку на каждый литр
раствора нужно добавить 1 г фосфорной кислоты (100%-ной).
Мышьяк, являющийся примесью технической фосфорной
кислоты, црайне вреден (так как нормальный ход процесса на-
рушается и даже приостанавливается). Поэтому применяемая
фосфорная кислота должна быть весьма чистой (пищевой). При
загрязнении раствора примесью мышьяка в ванну завешивают
железные листы, на поверхности которых и происходит осажде-
ние мышьяка. Вредными примесями являются также ионы хло-
ра, сульфата, алюминия и кальция.
Холодное фосфатирование. С целью возможности применения
фосфатирования путем струйного распыления фосфатного рас-
твора разработаны составы растворов и режим процесса, вы-
полняемого при пониженной температуре.
На ряде заводов применяется раствор состава (в г/л):
Препарат Мажеф . . .- 35—45
Цинк азотнокислый . ... 70—90
Натрии фтористый . . 4—6
W 1
Соотношение общей кислотности и свободной должно быть
от 10 до 13.
Фосфатирование производится при температуре раствора
20—40° С в течение 20—40 мин.
Ускоренное холодное фосфатирование методом распыления
раствора по способу, разработанному в НИИТракторсельмаше
производится в растворе состава (в г/л):
Окись цинка....... 23—25
Ортофосфорная кислота . . 27—29
Азотная кислота ... 30—35
Нигрит натрия..... 1—1,2
Гипохлорит натрия ... 0,3—0,5
Общая кислотность раствора должна быть 55—60 точек;
кислотность pH = 2,4 4- 2,7. Обработку ведут при темпера-
туре 25—30°.
Раствор готовят из двух концентра гов:
Состав концентрата I: 14,3 кг окиси цинка, 17,4 кг ортофосфор-
ной кислоты (}д. вес 1,7), 30,8 кг азотной кислоты (уд. вес. 1,4),
2,6 кг соды кальцинированной, 30,9 кг воды. Удельный вес та-
кого раствора 1,49—1,50.
Состав концентрата II: 22,5 кг едкого натра, 1,2 кг гипохло-
рита натрия. 70,3 кг воды. Удельный вес раствора 1,19—1,20.
11** 165
chipmaker.ru
Для приготовления 100 л раствора следует взять 12 л концент-
рата I и 75 л воды и влить в рабочую ванну. Затем 1,6 л кон-
центрата Р растворить в 11 л воды и постепенно при помеши-
вании влить в ванну. После этого в ванну добавляют 100—200 г
нитрита натрия, предварительно растворенного в небольшом ко-
личестве воды.
Фосфатирование методом струйного распыления можно про-
изводить в туннельной установке, состоящей из ряда камер, в
которых последовательно выполняются операции химической
подготовки, фосфатирования, хроматного пассивирования и по-
крытия пленки лаком или промасливания.
Детали, закрепленные в подвесках или помещенные в кор-
зинки, перемещаются последовательно через все камеры.
Струйное фосфатирование ускоряет процесс в 12—20 раз по
сравнению с фосфатированием в ваннах и дает экономию хими-
катов и электроэнергии.
Черное фосфатирование. Этот способ фосфатирования заклю-
чается в последовательной обработке деталей в двух разных по
составу фосфатирующих растворах.
В первом растворе на поверхности деталей образуется покры-
тие черного цвета, во втором происходит заполнение пор и от-
ложение второго слоя фосфатов других металлов.
Фосфатные покрытия черного цвета, полученные по этому
способу, имеют лучший внешний вид и более высокую коррози-
онную стойкость по сравнению с покрытиями, полученными по
способу обычного фосфатирования.
Для предварительного фосфатирования применяют любой
из растворов состава (в г/л):
Вариант А
Фосфорнокислое закисное железо 23
Окись цинка.................. . 8
Ортофосфорная кислота - 32
Сода кальцинированная.......... 1
Вариант Б
Стальная стружка.............. 5
Окись цинка................... 8
Ортофосфорная кислота ... 50
Сода кальцгнириванная......... 1
Свободная кислотность 8—14 точек, общая кислотность не ме-
нее 56 точек. Температура раствора 92—97° С. Время фосфати-
рования 10 мин.
Приготовление раствора по варианту А: фосфорнокислое
железо и окись цинка растворяют в фосфорной кислоте, разбав-
ленной водий в отношении 1 :2 и подогретой до 70—90° С, пос-
ле их растворения ванну доливают водой до рабочего уровня
и добавляют соду.
Приготовление раствора по варианту Б:
стальную стружку и половинное количество окиси цинка рас-
творяют в фосфорной кислоте, разбавленной водой в отношении
1 :2 при температуре 80—90° С и после прекращения газовы-
деления добавляют вторую часть окиси цинка и соду постепен-
но при помешивании.
166 ’
Корректирование фосфатирующего раствора производится
при снижении общей кислотности ниже 56 точек; оно заключает-
ся в добавлении на каждый литр раствора 1,5 г окиси цинка
и 3,7 г фосфорной кислоты при снижении общей кислотности на
4 точки от первоначальной ее величины.
Для фосфатного пассивирования служит раствор (в г/л):
Азотнокислый цинк . . 150
Соль Мажеф ....................30
Сода углекислая................ 3
Общая кислотность должна быть не менее 80 точек, свобод-
ная— 1,5—3,5 точки. Фосфатирование ведут при температуре
раствора 50—60° С в течение 10—15 мин.
Общая последовательность операций при черном фосфати-
ровании такова:
пескоструйная очистка и обдувка сжатым воздухом; прогрев
в горячей воде; фосфатирование в первом растворе; промывка;
обработка в 9%-ном растворе хромпика при 80—95е С в течение
5 мин-, промывка; мыльно-содовая обработка в растворе из
30 г/л мыла и 25 г/л соды при температуре 85—95° С в течение
3 мин\ горячая промывка, фосфатное пассивирование, горячая
промывка, окончательная мыльно-содовая обработка в раство-
ре из 50 г/л мыла и 5 г/л соды при температуре 85—95° С в те-
чение 3 мин\ сушка в сушильном шкафу и промасливание. В ре-
зультате такой обработки получается фосфатное покрытие с по-
вышенными защитными свойствами.
Оксидофосфатное покрытие. С целью повышения стойкости
оксидных пленок против коррозии предложен метод фосфатно-
го пассивирования оксидных пленок. Предварительно произво-
дится щелочное оксидирование последовательно в двух раство-
рах состава (в г/л):
Раствор I
Едкий натр........ 50—600
Нитрит натрия .... 30—50
Нитрат нагрия .... 30—50
Температура раствора . - 133—140 °C
Время обработки .... 20 мин
Рас гвор II
Едкии натр.......... 750—850
Нитрит натрия .... 40—60
Температура раствора . . 145—155 °C
Время обработки .... 40 мин
В результате получают относительно толстую (1—1,5 мк)
оксидную пленку (это необходимо, так как при воздействии фос-
фатирующего раствора в первоначальный момент происходит
частичное растворение оксидной пленки). При подготовке по-
верхности пескоструйная очистка не рекомендуется, так как при
этом получают тонкие оксидные пленки, непригодные для фос-
фатного пассивирования. После оксидирования в двух раство-
рах и промывки в холодной воде и обработки в 2%-ном мыль-
167
chipmaker.ru
ном растворе, производят фосфатное пассивирование деталей в
растворе состава (в г/л):
Соль Мажеф............... 30
Сода углекислая .......... 3
Азотнокислый цинк........150
Общая кислотность раствора должна быть не менее 80 то-
чек; свободная кислотность 1,5—3,5 точки. Обработку ведут при
температуре раствора 50—60° С в течение 10—15 мин.
После фосфатного пассивирования детали обрабатывают в
горячем 5%-ном растворе мыла с добавкой 1—3 г/л соды, после
чего высушивают в шкафу и промасливают. Вместо мыльно-со-
довой обработки можно применить обработку в 9%-ном раство-
ре калиевого хромпика. Оксидофосфатное покрытие имеет глу-
бокий черный цвет без заметного кристаллического строения и
усиленные защитные свойства.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ФОСФАТИРОВАНИЯ
Наложение переменного тока позволяет значительно уско-
рить процесс образования фосфатной пленки. Во время анодного
периода электрический ток непосредственно ускоряет раство-
рение железа, а во время катодного периода оказывает деполя-
ризующее действие на водород, что также способствует рас-
творению железа. В результате действия тока происходит интен-
сивное образование и кристаллизация нерастворимых фосфа-
тов, а на поверхности обрабатываемых деталей образуется плот-
ная, мелкокристаллическая фосфатная пленка.
Фосфатирование переменным током применяется главным
образом для получения грунта под лакокрасочные покрытия.
Питание ванны осуществляется трехфазным переменным то-
ком пониженного через трансформатор напряжения 15—20 в.
Детали завешивают на три штанги без каких-либо электродов,
избегая соприкосновения их между собой и корпусом ванны. Ре-
комендуется такой состав раствора для фосфатирования (в г/л):
Ортофосфорная кислота.........22
Окись цинка..................... 9
Тринатрийфосфат ................25
Режим процесса: плотность тока 2—3 а/дм2, температура рас-
твора 65—70° С, время выдержки 15—20 мин.
Может быть также использован однокомпонентный раствор,
состоящий из препарата Мажеф в количестве 30—32 г/л. Фос-
фатирование ведется при плотности тока 2—2,5 а/дм2, темпера-
туре раствора 96—98° С в течение 20—30 мин.
Получаемая в указанных растворах фосфатная пленка кор-
розионностойка, имеет мелкокристаллическую структуру и жел-
товато-серый цвет.
168
После фосфатирования детали подвергают пассивированию в
горячем растворе хромпика, затем высушивают и окрашивают.
Фосфатирование может быть выполнено также при наложе-
нии постоянного тока напряжением 10—15 в. Детали завешива-
ются в ванну в качестве катодов, анодами служат пластины
цинка. Состав электролитов (в г/л);
Азотнокислый цинк. . 50—100 Окись цинка......3—10
Препарат Мажеф . . . 60—80 Фтористый натрий . . . 2—10
Процесс ведут при плотности тока 0,3—0,5 а]дм2, температу-
ре раствора 20—30° С в течение 10—15 мин. Получаемая в этих
условиях фосфатная пленка обладает хорошими защитными
свойствами, имеет темно-серый цвет и мелкокристаллическую
структуру.
Фосфатирование аустенитных сталей. Фосфатирование ау-
стенитных сталей имеет ряд особенностей по сравнению с фосфа-
тированием изделий из перлитных сталей и дает хорошие ре-
зультаты только при наложении электрического тока.
Большое значение имеет подготовка поверхности, которая за-
ключается в электролитическом обезжиривании с последующей
промывкой в горячей и холодной воде и декапировании в тече-
ние 0,5—1,0 мин в растворе соляной и серной кислот с оконча-
тельной промывкой в холодной и горячей воде.
Для электролитического фосфатирования применяют рас-
твор состава (в г/д):
Фосфорная кислота (уд. вес 1,53) 48—50
Азотная кислота (уд. вес 1,4) . . 26—28
Окись цинка.....................25—28
Фосфатирование ведут при плотности тока 2—3 а/дм2, тем-
пературе раствора 60—75° С в течение 5—8 мин; анодами слу-
жат пластины из углеродистой стали.
После фосфатирования детали промывают в горячей воде и
высушивают сухим воздухом или в сушильном шкафу.
Фосфатная пленка при электролитическом фосфатировании
получается мелкокристаллической и имеет цвет от серого до чер-
ного.
Раствор для фосфатирования готовится следующим образом.
Б слегка разбавленную азотную кислоту при перемешивании до-
бавляют окись цинка, а затем фосфорную кислоту и воду до
нужного объема. Приготовленный раствор подвергают кипяче-
нию в течение 40 мин, после чего его заливают в ванну. Общая
кислотность электролита должна составлять 60—70 точек.
ФОСФАТИРОВАНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Для усиления защитной способности цинковых покрытий
стальных деталей и деталей, изготовленных из цинка и его спла-
вов, применяют различные методы фосфатирования. Следует
169
chipmaker.ru
отметить, что противокоррозионная устойчивость оцинкованных
деталей, покрытых фосфатными пленками, значительно превос-
ходит устойчивость деталей, оцинкованных и пассивированных в
хромовых растворах.
Для фосфатирования стальных оцинкованных деталей нахо-
дят широкое применение следующие растворы (в г/л) и режи-
мы покрытия:
1. Препарат Мажеф............. 30
Азотнокислый цинк .... 60
Азотистокислый натрий........ 2
Режим процесса: температура раствора 18—20° С, продолжи-
тельность процесса 20—30 мин.
Раствор должен иметь общую кислотность 38—43 точки и
свободную — 0,5—1,4 точки.
2. Ортофосфорная кислота 20—30 Азотная кислота . 20—30
Окись цинка......... 20—25 Азотистокислый натрий 1,5—2,0
Режим процесса: температура раствора 28—30° С, продол-
жительность обработки 25—30 мин, pH = 2,4 +2,8, общая кис-
лотность — 55—60 точек, свободная — 2—5.
После фосфатирования детали промывают и пассивируют
в 3—5%-ном растворе хромпика при 70—80° С, промывают и
высушивают при 100—120° С в течение 5—10 мин.
С целью улучшения структуры и качества фосфатной плен-
ки, образующейся на цинкованной поверхности, рекомендуется
детали после цинкования предварительно подвергать легкой
гидропескоочистке, протирке с известью или обработке в мыль-
но-содовом растворе состава (в г/л):
Мыло хозяйственное (ядровое) 1—4
Сода кальцинированная .... 3—6
Режим обработки: температура раствора 15—25° С, время вы-
держки 30—60 сек.
После указанной обработки детали промывают в горячей
проточной воде и передают на участок фосфатирования.
Для фосфатирования деталей из цинка и его сплавов может
быть применен раствор состава (в г/л):
Препарат Мажеф . . . 60—65 Натрий фтористый . - 8
Цинк азотнокислый . . 50 Окись цинка.........10—15
Режим процесса: кислотность pH = 3 -4- 3,2, температура
раствора 20—30° С, продолжительность обработки 20—25 мин.
Фосфатирование алюминия применяется только в качестве
грунта под окраску, так как коррозионная устойчивость оксид-
ных пленок на алюминии значительно выше фосфатной.
170
Фосфатирование может быть выполнено химическим или
электрохимическим методом.
Для химического фосфатирования алюминия применяется
раствор (вг/л):
Ортофосфорная кислота . . . 10—15
Цинк азотнокислый . ... 18—20
Цинк борфтористоводородный 10—15
Обработку ведут при температуре 75—85° С в течение 0,5—
5 мин. В этих условиях образуется фосфатная пленка светло
серого цвета. Дополнительной операцией является пассивирова-
ние фосфатной пленки в 3—5 %-ном растворе хромового анги-
дрида при температуре 70—80° С.
Для фосфатирования алюминия может быть использован
раствор, применяемый для фосфатирования цинка.
Для электрохимического фосфатирования алюминия приме-
няется раствор (в г/л):
Препарат Мажеф . . 60—80 Окись цинка .... 3—10
Цинк азотнокислый . 50—120 Фтористый натрий . . . 2—10
Режим процесса: плотность тока катодная 0,1—0,2 а/дм?-.
температура раствора 20—30° С, продолжительность обработки
15—20 мин, pH = 3,0 -г- 3.2, общая кислотность 18—25 точек,
аноды цинковые.
Детали после фосфатирования следует выдержать 3—5 мин
в ванне без тока.
Фосфатирование детален из магния и его сплавов типа элек-
трон производится с предварительной подготовкой их поверх-
ности, аналогичной подготовке перед оксидированием.
Фосфатная пленка на магнии по коррозионной устойчивости
уступает оксидным пленкам, но превосходит устойчивость пле-
нок, образующихся при химической обработке в солянистой или
плавиковой кислотах.
Фосфатирование производится в растворах (в г/л):
Препарат Мажеф ..... 27—32
ч>тористый натрий ... 0,2—0,3
Режим процесса: температура раствора 97—99° С; продол-
жительность 30—40 мин.
Марганец фосфорнокислый (одно-
замещенный)..................30
Натрий кремнефтористый .... 0,3
Режим процесса: температура раствора 95—98° С, продол-
жительность фосфатирования (после прекращения газовыделе-
ния) 15—20 мин.
171
chipmaker.ru
Получающиеся фосфатные пленки имеют желтовато-корич-
невый цвет.
«Голубое» фосфатирование алюминия. «Голубое» фосфа-
тирование заключается в химической обработке изделий из
алюминия и его сплавов в растворах, содержащих фосфорную,
хромовую и плавиковую кислоты. При этом на поверхности
образуется защитная пленка голубовато-зеленого цвета, состоя-
щая из фосфорнокислых хрома и алюминия.
Если изделие с такой фосфатной пленкой покрыть бесцвет-
ным лаком типа УВЛ-3, то такое защитно-декоративное покры-
тие может быть использовано для отделки ряда изделий быто-
вого назначения.
Для голубого фосфатирования могут быть рекомендованы
следующие растворы:
Ортофосфорная кислота 40—60 г
Хромовый ангидрид . . . 4—7 »
Фтористоводородная кислота 3—4,4 мл
Цинк азотнокислый 4—5 г
Вода....................... ЮОо мл
Ортофосфорная кислота
Хромовый ангидрид
Фтчоистый натр
Вода.............
40—50 г
4—7 >
5—7 >
1000 мл
При отсутствии иона фтора фосфатирование не происходит.
Увеличение количества иона фтора против указанного в рецеп-
туре вызывает подтравливание и сползание фосфатной пленки.
Фосфатирование производится погружением изделий на 30—
40 мин в раствор при 18—20° С.
Повышение температуры ухудшает качество пленки. После
фосфатирования изделия промывают в холодной воде и сушат
на воздухе в течение 30 мин. Свежая фосфатная пленка механи-
чески непрочная и легко стирается с поверхности. После сушки
на воздухе она становится прочной к механическим воздейст-
виям.
Для улучшения коррозионной устойчивости фосфатной плен-
ки ее обрабатывают в растворе, содержащем 10 г{л бихромата
калия при температуре 75—85° С.
Возможные неполадки при голубом фосфатировании, их
причины и способы устранения указаны в табл. 19.
Хроматирование алюминия и его сплавов. Хроматирование
деталей из деформируемых алюминиевых сплавов (дуралюми-
на и сплава В95) применяется для защиты от коррозии и полу-
чения электропроводной пленки. Хроматированная поверхность
является также грунтом под лакокрасочные покрытия.
Этот химический процесс производится в растворе состава
(в г!л)-.
Бифторид алюминия или. . 1,5 Хромовый ангидрид . 2—6
Бифторид калия ..... 2 Калий железосинеродис-
тый ... . 0,5—1,0
172
Режим процесса: температура раствора 18—25° С; время об-
работки 1—5 мин.
Таблица 19
Неполадки при голубом фосфатировании
Неполадки Причины Способы устранения
Образуются по- рошкообразные легко сползающие пленки Увеличение Времени вы- держки в растворе • Недостаток в растворе ио- нов фтора и хромовой кислоты Увеличить время вы- держки изделий в рас- творе Откорректировать рас- твор по данным анализа
Пленка стирается руками После фосфатирования пленки не были выдержаны на воздухе Полностью просуши- вать пленку на воздухе после фосфатирования
Пленка не обра- зуется Недостаток ионов фтора в растворе Довести количество фтора до указанного в рецептуре
Полученные пленки выдерживаются на воздухе в течение
24 ч для стабильности их структуры. По сравнению с применя-
ющимся голубым фосфатированием, хроматирование дает воз-
можность получить декоративные пленки, работающие с любы-
ми электрическими режимами.
12 Заказ 1495
chipmaker.ru
Chlpmaker.ru
ГЛАВА IX
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОКСИДИРОВАНИИ
И ФОСФАТИРОВАНИИ
Цехи оксидных покрытий по характеру производимых работ
относятся к вредным участкам производства.
Процессы оксидирования и подготовки поверхности метал-
ла перед оксидированием связаны с применением различных
крепких кислот, щелочей и химических материалов, многие из
которых выделяют вредные для здоровья работающих газы,
пар и брызги электролитов (табл. 20). Очень вредны растворы
и электролиты, содержащие соединения хрома в виде хромового
ангидрида или хромпика.
Наличие незначительных количеств паров хрома в воздухе
производственного помещения создает для работающих угрозу
Таблица 20
Характеристика вредных выделений из ваин
Технологический процесс Температура процесса в °C Вредные выделения
Химическое оксидирование черных металлов Оксидирование алюминия в серной кислоте Оксидирование алюминия в хромовой кислоте Пассивирование в хромовом растворе и в хромпике Осветление дуралюминия Химическое ооезжиривание Электролитическое обезжири- вание Травление черных металлов Промасливание и сушка 138—145 15—30 40—45 90- 95 18—20 80—90 75—80 18—60 100—110 Водород, щелочь, пары воды Водород (обильно), туман кис- лотного раствора, брызги кислоты Водород (обильно), окись хрома, брызги хромовой кисло- ты, пары воды Пары воды, окислы хрома Окислы азота Пары воды, туман едкой ще- лочи Водород, туман едкой щело- лочи, пары воды Водород, брызги кислот, пары воды, иногда мышьяковистый водород Пары акролеина
174
заболевания. Пары хромовой кислоты (ангидрида) поражают
слизистые оболочки носа и горла, вызывая серьезные заболева-
ния.
Растворы хромовой кислоты оказывают вредное действие на
кожу рук и лица, вызывая, особенно при наличии поражений
кожи (ссадин, ранок), образование плохозаживающих язв.
В оксидировочном цехе наиболее опасным является перепи-
вание крепких кислот и щелочей из одной посуды в другую и пе-
реливание в ванны при составлении растворов.
При разливе и повреждении бутылей и в результате несчаст-
ного случая при транспортировке могут произойти ожоги рабо-
тающих.
При химических ожогах крепкой серной, азотной или соля-
ной кислотами, а также едкими щелочами могут быть очень
серьезные повреждения, требующие длительного лечения по-
страдавшего.
Из этих примеров видно, что в цехе оксидирования, во из-
бежание несчастных случаев, нужно точно выполнять правила
безопасной работы и соблюдать соответствующие меры пред-
осторожности.
Основные правила безопасной работы при подготовительных
операциях. При переноске бутылей с кислотой или жидкой ще-
лочью необходимо тщательно осмотреть состояние тары. Пере-
носка бутылей производится двумя рабочими в соответствую-
щей спецодежде.
Если бутыль находится в стандартной таре, при переноске
следует браться не за бутыль, а за тару. Если тары нет или она
неисправна, то при переноске нужно обязательно браться одной
рукой за верхнюю часть бутыли, а другую руку подкладывать
под дно.
Рабочие должны поднимать, нагибать и опускать бутыль од-
новременно, по команде.
При переливании едких жидкостей — кислот и щелочей —
нужно обязательно пользоваться ковшом или сифоном. Засасы-
вать жидкость в сифон можно только насосом, грушей или дру-
гим механическим приспособлением; засасывание жидкости
в шланг ртом воспрещается.
Особенно необходимо соблюдать все меры предосторожности
при приготовлении травильных растворов. Эту работу нужно
производить под личным наблюдением представителя админи-
стративно-технического персонала.
В концентрированную серную кислоту нельзя добавлять во-
ду, потому что кислота, соприкасаясь с водой, вызывает силь-
ную реакцию поглощения воды с большим выделением тепла и
парообразованием, которое может привести к выбрасыванию
кислоты из сосуда. Поэтому при смешивании надо лить кислоту
в холодную воду тонкой струей из керамического ковша и все
время обязательно перемешивать раствор.
12* 175
chipmaker.ru
Нельзя вливать кислоту в нагретую воду. Приготовление
смеси кислот для травления цветных металлов можно произво-
дить только при холодном состоянии кислот.
Смешивание серной и азотной кислот производят в такой
последовательности: сначала наливают азотную кислот}, а к
ней добавляют серную кислоту.
Щелочи (каустическая сода, едкий натр) привозятся на
производство в твердом виде в железных барабанах. При рас-
купорке барабана нужно остерегаться отлетающих мелких
кусков щелочи. Во избежание попадания осколков в глаза при
раскупорке тары и при дроблении больших кусков щелочи нуж-
но надевать защитные очки, а большие куски щелочи обверты-
вать мешковиной. Брать куски щелочи руками можно только
надев резиновые перчатки.
При приготовлении щелочных растворов для обезжиривания
или травления алюминия щелочь опускают в холодную воду,
не допуская разбрызгивания раствора. Куски едкого натра
(каустической соды) рекомендуется помещать в проволочные
корзины или дырчатые ведра и в таком виде опускать в ванну.
Для ускорения растворения раствор следует перемешивать.
Работу по приготовлению растворов можно производить
только в надлежащей спецодежде, защищающей тело от попа-
дания кислот, щелочей и ядовитых испарений.
В случае ожога тела кислотой или щелочью нужно быстро
удалить с обожженного места одежду и смыть место ожога
обильной струей воды в течение 10—20 мин, а затем немедленно
обратиться в медп) нкт за оказанием медицинской помощи.
Для смывания лучше всего применять специальный корот-
кий шланг со сплющенным наконечником. Этот шланг должен
быть присоединен к водопроводной магистрали. Кран гидранта
должен заканчиваться длинной, легко передвигающейся руч-
кой, для того чтобы можно было открывать кран не только ки-
стью руки, но и локтем в случае повреждения пальцев. Пользо-
вание гидрантом для других целей, кроме спасательных, вос-
прещается.
При ожоге глаз нужно немедленно промыть их водой в спе-
циальном приспособлении. Такое приспособление, имеющее
сходство с фонтанчиком для питьевой воды, должно быть в
цехе.
Основные правила безопасной работы при щелочном окси-
дировании. Оксидирование черных металлов в щелочно-нитрат-
ных растворах относится к весьма вредным процессам, связан-
ным с опасностью ожогов и выделением паров и брызг щелоч-
ного раствора.
Ванны для оксидирования должны быть оборудованы бор-
товыми отсосами газов и снабжены теплоизоляцией. На ваннах
рекомендуется устанавливать крышки, которые в процессе
оксидирования должны закрывать ванну.
176
Уровень раствора в ванне должен быть на 400—500 мм ниже
верхнего края ванны Это необходимо для предупреждения вы-
брасывания из ванны щелочного раствора, который обладает
способностью сильно вспениваться, особенно в процессе разбав-
ления водой.
При оксидировании необходимо соблюдать все правила об-
ращения со щелочами; работу вести только в спецодеж-
де, резиновых перчатках и защитных очках. Следует быть осо-
бенно осторожным при погружении и выемке деталей, а
также при добавлении в ванну воды, едкого натрия и окисли-
телей. После включения нагрева ванны, следует немедленно
начать перемешивание раствора железной мешалкой, разрушая
корку на поверхности.
Добавлять в ванну воду нужно осторожно, малыми порция-
ми, пользуясь черпаком с длинной ручкой; при этом необходимо
одевать защитные очки. Следует помнить, что при попадании в
горячий раствор воды она немедтенно вскипает, что может при-
вести к выбрасыванию раствора из ванны. Лучше, если в ванне
имеется трубка для добавления воды, воца из которой попадает
на одну из внутренних стенок ванны.
При добавлении в ванну кусков твердого едкого натра, а
также нитратов и других солей нужно остерегаться брызг раст-
вора. Куски щелочи следует класть в раствор щипцами или по-
гружать их в дырчатом ведре. Защитные очки одевать при этом
обязательно. Для предотвращения выбрасывания раствора ще-
лочи в ванну добавляются небольшими порциями, в виде кус-
ков, вес которых не превышает 1 кг.
При дроблении кусков едкого натра следует остерегаться
попадания осколков в глаза. Эту работу необходимо произво-
дить в защитных очках, крупные куски перед дроблением сле-
дует обвертывать мешковиной.
При добавлении в ванну жидкого раствора щелочи нужт
пользоваться черпаком с длинной ручкой.
Следует периодически прочищать от засорения щели борто-
вого отсоса. Если этого не делать — щели будут полностью за-
несены коркой щелочи и отсос перестанет действовать.
Необходимо остерегаться брызг при погружении в ванну
мокрых, полых и трубчатых деталей. При выемке деталей из
ванны следует дать стечь раствору в ванну, после чего немед-
ленно промыть детали в воде.
В случае ожога тела щелочью нужно немедленно смыть ме-
сто ожога обильной струей воды в течение 10—20 мин, после
чего обратиться в заводской медпункт.
Основные правила безопасной работы при химическом или
электролитическом обезжиривании. Нужно помнить, что едкие
щелочи в горячем состоянии разъедают кожу и могут вызвать
ожоги. Поэтому, если такой раствор попадает на руки или лицо,
необходимо тотчас же смыть его водой.
177
chipmaker.ru
Нельзя класть детали в щелочной раствор руками, во избе-
жание ожогов следует применять щипцы или крючки. Погру-
жать малые детали или изделия в обезжиривающий раствор
нужно в корзинках, изготовленных из стальной проволоки или в
стальных дырчатых ведрах.
Опускать или завешивать детали в ванну следует осторож-
но во избежание ожогов от брызг.
При электролитическом обезжиривании выделяются водород
и кислород, образующие гремучий газ, легко взрывающийся,
поэтому следует избегать образования искр при завешивании и
выемке деталей из ванны. Производить эти операции нужно
при выключенном рубильнике. При работе нельзя допускать
разогревания докрасна контактов.
Образующуюся при обезжиривании пену нужно периодиче-
ски счищать с поверхности ванны и следить, чтобы пена удаля-
лась в сливной карман ванны.
При работе у ванны не допускать разбрызгивания раствора
при добавлении щелочи или раствора в ванну для обезжирива-
ния. Куски едкого натрия нужно опускать в ванну в сетках или
дырчатых ведрах. Раствор щелочи вливать осторожно, тонкой
струей из ковша. При этом нужно обязательно одевать защит-
ные очки.
В тех случаях, когда поверхность изделий покрыта большим
количеством неомыляемых жиров, для обезжиривания приме-
няют трихлорэтилен — негорючее и невзрывчатое вещество, ко-
торое является прекрасным растворителем жиров. Трихлорэти-
лен подогревается в ваннах до температуры 80° С (точка кипе-
ния 88° С), и детали либо погружаются в самую жидкость, ли-
бо подвергаются кратковременному действию ее паров.
При выгрузке деталей из ванны пары трихлорэтилена мо-
гут попасть в помещение. Это представляет опасность, так как
трихлорэтилен — сильный яд и, кроме того, вещество нестойкое,
которое на свету в присутствии кислорода воздуха или откры-
того пламени может разлагаться, образуя хлористый водород,
окись углерода и фосген — ядовитые отравляющие газы. Осо-
бенно велика опасность отравления трихлорэтиленом во время
очистки аппарата от шлама.
При работе с трихлорэтиленом обязательны следующие ме-
ры предосторожности.
Работу с трихлорэтиленом следует производить в закрытом
.аппарате с охлаждением проточной водой, что значительно
уменьшает выделение паров трихлорэтилена, которые большей
частью конденсируются на внутренних стенках аппарата и на
деталях и стекают в сборник.
Для удаления паров трихлорэтилена, выделяющихся при
выемке обезжиренных деталей, аппарат должен быть оборудо-
ван отсасывающей вентиляцией.
Работа с трихлорэтиленом не должна производиться в при-
178
сутствии открытого пламени во избежание образования фос-
гена. Шлам должен удаляться при помощи насоса, рекомендует-
ся предварительная продувка ванны воздухом или паром.
Для обезжиривания трихлорэтиленом рекомендуется приме
нять аппараты, в которых процесс полностью автоматизи-
рован.
Иногда для очистки поверхности деталей от неомыляемых
жирор применяют промывку деталей в бензине. Обезжирива-
ние в бензине крайне опасно в пожарном отношении, потому
что вследствие летучести его воздух помещения может быть
значительно насыщен парами бензина, которые ядовиты и огне-
опасны. При содержании паров бензина в воздухе более
0.3 мг/л возникает опасность отравления.
Поэтому следует избегать применения бензина для обезжи-
ривания и в случае необходимости надо пользоваться специаль-
ными аппаратами — бензомойками. Можно применять также
менее опасную в отношении воспламенения смесь, содержа-
щую 50% бензина и 50% трихлорэтилена.
Правила безопасной работы при травлении. Дтя снятия
окислов с поверхности металла перед оксидированием часто
применяют травление стальных деталей и изделий в растворах
серной или соляной кислоты.
Детали, изготовленные из цветных металлов, травят в раз-
веденных кислотах или в смеси крепких азотной, серной и со-
ляной кислот, а детали, изготовленные из алюминия и его спла-
вов, травят в щелочах и в концентрированной азотной
кислоте.
Крепкие растворы кислот, а также их пары действуют на
кожу человека; при соприкосновении кислоты сильно обжига-
ют кожу. Пары серной, соляной и других кислот вызывают так-
же раздражение слизистых оболочек и верхних дыхательных
путей.
Поэтому при травлении необходимо строго соблюдать меры
предосторожности, особенно при приготовлении травильных
растворов.
Неочищенная серная кислота может содержать следы мышь-
яка в виде различных соединений. Входя в реакцию с водоро-
дом, который образуется при травлении металла, соединения
мышьяка переходят в крайне ядовитый газообразный мышьяко-
вистый водород, который представляет собой бесцветный ядо
витый газ, имеющий запах чеснока. Мышьяковистый водород
проникает в организм человека через дыхательные пути и кожу
и может вызвать очень тяжелое отравление.
При травлении изделий в соляной кислоте выделяется хло-
ристый водород, который действует на слизистую оболочку, вы-
зывает насморк, катар гортани и бронхов, а также разрушает
зубы.
179
r.ru
При травлении изделий в азотной кислоте выделяются бу-
рые пары окислов азота, которые чрезвычайно вредны и опас-
ны для здоровья работающего.
При работе у ванны травления необходимо выполнять ос-
новные условия: помещение, в котором производится травление,
должно быть снабжено хорошо действующей приточно-вытяж-
ной вентиляцией, а у травильных ванн должен быть устроен хо-
рошо действующий бортовой отсос для удаления вредных, выде-
лений.
Следует также избегать чрезмерного подогрева ванн: при
травлении в серной кислоте температура раствора должна быть
не выше 65° С, а при травлении в соляной кислоте температура
раствора должна быть не более 35° С.
Для уменьшения выделения вредных паров кислот при рабо-
те травильных ванн следует обязательно добавлять присадки,
которые предохраняют металл от чрезмерного перетравливания
и уменьшают выделение водорода.
Работать у травильных ванн разрешается только в соответ-
ствующей спецодежде (резиновые сапоги, длинные резиновые
перчатки, резиновый передник и шерстяной костюм).
Основные правила безопасной работы при оксидировании
цветных металлов и сплавов. Для безопасной работы и оздо-
ровления условий труда рабочих на участках анодного оксиди-
рования алюминия, цветных металлов и сплавов, кроме соблю-
дения общих правил обращения с кислотами и щелочами, нуж-
но обеспечить хорошо действующую вентиляцию.
Ванны оксидирования в серной и хромовой кислотах, ванны
для обработки раствором хромпика, ванны для осветления и
другие должны быть оборудованы бортовым отсосом вредных
выделений.
Применение вытяжных шкафов, куда помещаются ванны,
или колпаки над ваннами не всегда удовлетворяет требованиям
техники безопасности, так как при наличии колпака газы за-
сасываются вверх, и рабочие, нагибаясь над ванной для наблю-
дения за процессом, а также при загрузке и выгрузке изделий,
вынуждены эти газы вдыхать. Кроме того, отсасываемые вверх
выделения загрязняют штанги, анодные крючки и другие при-
способления.
Наиболее рациональными являются бортовые отсосы от ван-
ны. при помощи которых вредные газы и пары улавливаются у
мест их выделения.
В некоторых случаях бортовые отсосы комбинируются с вы-
тяжными шкафами, как, например, при травлении цветных ме-
таллов.
Значительный расход воздуха, вызываемый действием вы-
тяжной вентиляции у ванн, не может пополняться естественным
притоком, поэтому в оксидировочном цехе необходима приточ-
ная вентиляция, подающая в достаточном количестве чистый по-
180
догретый воздух. Количество подаваемого воздуха должно при-
мерно соответствовать объему отсасываемого воздуха.
Бортовой отсос устраивается по периметру ванны и рассчи-
тывается на съем паров и газов, выделяющихся непосредствен-
но с поверхности ванн. Наиболее целесообразными являются
бортовые отсосы для вытяжки, соответствующие по форме и
размерам бортам ванн и имеющие с внутренней стороны щели,
располагаемые по уровню бортов ванны. Бортовые отсосы мо-
гут быть двусторонними для небольших ванн и четырехсторон-
ними для ванн большого размера, при этом бортовые отсосы
разных конструкций отличаются формой кожуха (полой короб-
ки), его размерами и шириной щелей.
Для обеспечения хорошего отсоса следует при устройстве
бортовых вытяжек придерживаться следующих правил.
При большой длине ванн (более 1,8—2 м) кожухи бортово-
го отсоса необходимо разделять на ряд секций, снабжая каж-
дую из них отсосом через самостоятельный патрубок.
Ванны для оксидирования нужно делать шириной не более
1—1,2 м. При более широких ваннах часть испарений от ванны
может попасть в помещение. Рекомендуется в ваннах шириной
более 1 м в дополнение к бортовым отсосам устраивать крыш-
ки, особенно при длительном технологическом процессе и вы-
сокой температуре ванн. Ширина щели отсоса должна быть не
менее 30—50 леи, с тем, чтобы обеспечивать скорость отсоса от
5 до 15 м!сек.
Имеются и такие системы вентиляции ванны, при которых
устраивается отсос с так называемым передувом. В этом случае
отсасывающая щель располагается вдоль одного борта ванны,
а на противоположном борту устраивается приточный воздухо-
отвод, выпускающий струю сжатого воздуха по всей длине уз-
кой щели. Таким образом, струя сжатого воздуха вдувает
потоки испарений, направляя их в вытяжную щель.
С целью освобождения помещения оксидировочного цеха
от большого количества трубопроводов над ваннами, устраива-
ют подпольные вытяжные каналы. При таком устройстве устра-
няется шум, создаваемый вентиляцией, особенно если вентиля-
тор будет хорошо изолирован.
Вследствие того, что в цехе оксидирования много влаги, все
токоведущие шины, провода и оборудование, находящиеся под
током, должны быть ограждены от возможного соприкоснове-
ния с ними рабочих и обязательно заземлены.
Следует иметь в виду, что при нормальной работе вентиля-
ции воздушная среда в гальванических цехах почти свободна
от агрессивных газов и паров, концентрация которых весьма
незначительна. Однако в нерабочий период, когда вентиляция
бездействует, особенно в первые часы после ее выключения,
возможно выделение вредных испарений в атмосферу цеха.
Влажность при этом резко повышается и остается на высо-
181
chipmaker.ru
ком уровне до пуска вентиляции. Поэтому коррозия и окисле-
ние приборов и аппаратуры происходят в основном в нерабочее
время [7].
Противодействовать этому можно, если снабдить ванны про-
стейшими укрытиями, которые резко снижают выделения испа-
рений и создают удовлетворительные условия для естественной
вентиляции.
Наиболее простым для стационарных ванн является укры-
тие, изображенное на фиг. 46. На торцовых стенках ванны укреп-
лены щеки из изоляционного материала (винипласта, текстоли-
та), являющиеся одновременно дер-
жателями для штанг. Откидная крыш-
ка, изогнутая по очертаниям боковых
щек, изготовляется из органического
стекла для ванн с рабочей температу-
рой раствора до 60°С или же листо-
вого металла для ванн с более высо-
кой температурой.
Сзади ванны укрепляется металли-
ческая труба с блоком, через который
перекинут стальной тросик, прикреп-
ленный одним концом к крышке. На
другом конце тросика крепится контр-
груз, который перемещается в трубе,
что исключает его раскачивание и со-
скальзывание тросас блока. Вес контр-
груза подбирается так, чтобы крышка
могла занимать лишь два крайних
положения: полное открытие или пол-
ное закрытие.
Существуют также ванны с откид-
ными крышками-укрытиями, действующие на ряде ленинград-
ских предприятий уже несколько лет.
Применение крышек-укрытий особенно целесообразно на
ваннах с длительным режимом работы (ванны хромирования,
фосфатирования). При этом эффективность работы вентиляции
резко возрастает.
Укрытия другого типа (фиг. 47) целесообразно применять на
ваннах периодического действия с большим выделением агрес-
сивных испарений (травильные ванны).
Укрытие состоит из откидной крышки из органического стек-
ла с прикрепленными к ней боковыми щеками из того же мате-
риала. В рабочем режиме открытая крышка облегчает форми-
рование воздушного потока, а в нерабочем закрытая крышка
не позволяет парам и газам проникать в помещение цеха. Прак-
тика работы показывает, что даже при длительной остановке
вентиляции естественная тяга при закрытой крышке достаточна
для удаления паров, выделяющихся от травильных ьанн.
182
Фиг. 46. Усовершенство-
ванное укрытие ванны для
улавливания вредных вы-
делений:
1 — корпус ванны; 2 — боко-
вая щека; 3 — отверстия бор-
тового отсоса; 4 — откидная
крышка; 5 — стойка нз тру-
бы; 6 — блок; 7 — трос
стальной.
и спе-
очки,
ван-
про-
Все работающие в оксидировочном цехе и на участках долж-
ны быть ознакомлены с процессом, с источниками, выделяющи-
ми вредные газы и пары, должны изучить свойства химических
материалов, с которыми работают в цехе, и правила безопас-
ной работы с ними. К работе допускаются только лица, про-
инструктированные в отношении техники безопасности.
Работающие в цехе должны иметь производственную
циальную одежду и обувь, а также защитные средства:
маски и т. п. Спецодежду надлежит
содержать в чистоте. При уходе до-
мой или в столовую ее нужно сни-
мать и оставлять" в специальном шка-
фу в цехе. Перед едой и после работы
следует мыть руки теплой водой с мы-
лом. После работы нужно принимать
теплый душ.
Работающим у ванн с хромовыми
растворами рекомендуется смазыва гь
перед работой слизистую оболочку
носа чистым вазелином. При попада-
нии хромового раствора в глаза нуж-
но немедленно промыть глаза 1%-ным
раствором гипосульфита. Пятна, оста-
ющиеся на коже рук от громового
раствора, рекомендуется смывать
раствором, содержащим 25 частей со-
ляной кислоты, 20 частей спирта и 55
частей воды, после чего руки необхо-
димо тщательно вымыть водой.
В цехе на видном месте должна
находиться аптечка на случай необхо-
димости оказания первой помощи при
несчастных случаях.
Перед началом работы нужно обязательно включить вытяж-
ную и приточную вентиляцию, начинать работу можно только
при условии исправной вентиляции.
Фиг. 47. Устройство
ны для химических
цессов с отсосом выде-
лений:
1 — корпус ванны; 2 — бо-
ковая стенка
<3 — крышка
4 — отверстия
вого отсоса; 5
6 — трос стальной;
верхний уровень электроли-
та.
укрытия,
закрытия;
для боко-
— блок;
7 —
Chipmaker.ru
chipmaker.ru
ЛИТЕРАТУРА
1. Каданер Л. И. Защитные пленки на металлах. Издательство Харь-
ковского Госуниверситета, 1956.
2. Эванс Ю. Р. Коррозия и окисление металлов. М., Машгиз, 1962.
3. Шрейдер А. В. Оксидирование алюминия и его сплавов. Металлург-
издат, 1960.
4. Бахвалов Г. Т., Турковская А. В. Коррозия и защита метал-
лов. М., Металлургиздат, 1959.
5. Т е м к и н а Б. Я. Прогрессивная технология гальванических и химиче-
ских покрытий. М., Машгиз, 1962
6. Сцнборовская Н. Б. Оксидные и цинкфосфатные покрытия ме-
таллов. М., Оборонгиз, 1961.
7. Смирнов А. И., Гельберг И. Г Укрытие гальванических ванн.
Журнал «Ленинградская промышленность», 1962, № 6.
8. Ямпольский А. М. Технология оксидирования и фосфатирования
металлов. Л., Лениздат, 1960.
Chipmaker.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................................. . 3
Глава I. Характеристика защитных окисных пленок на металлах . . 5
Сравнительная характеристика защитных свойств оксидных пленок
на стали................................................. 10
Характеристика оксидных пленок на алюминии.................. 11
Г лава II. Механическая подготовка поверхности металла перед окси-
дированием ................................................ 18
Шлифование ...................................... . ... 19
Полирование ................................................. 25
Подготовка шлифовальных кругов и лент........................ 27
Другие методы отделки поверхности металла.....................30
Подводное полирование .... .................................. 35
Вибрационное полирование ................................ 37
Жидкостное полирование..................................... 38
Пескоструйная и гидроабразпвная очистка...................... 39
Глава III. Химическая и электрохимическая подготовка поверхности
металла перед оксидированием ................................ 43
Обезжиривание в растворителях . . 43
Обезжиривание в растворах щелочей ........................... 45
Электрохимическое обезжиривание . 49
Обезжиривание ультразвуком .................................. 52
Химическое травление ... .... . . 54
Химическое полирование.................................. .... 59
Электрохимическое травление.................................. 60
Одновременное травление и обезжиривание ... 61
Электролитическое полирование . . 65
Глава IV. Оксидирование железоуглеродистых сплавов ... 70
Высокотемпературное оксидирование............................ 70
Термовоздушное оксидирование пермаллоя....................... 72
Оксидирование в расплавленных солях ......................... 74
185
chipmaker.ru
Оксидирование в среде водяного пара .......................... 75
Кислотное оксндиррванне .................................... 77
Щеточное оксидирование ....................................... 79
Бесщелочное оксидирование..................................... 89
Электролитическое оксидирование .............................. 91
Глава V. Оксидирование алюминия и его сплавов . ............93
Химическое оксидирование алюминия............................. 95
Электролитическое оксидирование алюминия в серной кислоте . 97
Анодное оксидирование в хромовой кислоте ...................... 112
Анодное оксидирование в щавелевой кислоте.................. . 116
Эматалирование .............................................. 118
Окрашивание оксидных пленок ..................................121
Декоративное анодирование алюминия......................... . 127
Глава VI. Оксидирование ма1иия и магниевых сплавов ..............134
Химическое оксидирование.....................................134
Холодное окснднрованне магниевых сплавов .................... 138
Местное оксидирование магниевых сплавов..................... 139
Г лава VII. Оксидирование меди, цинка, серебра и других цветных
металлов ................................................. 141
Химические методы оксидирования меди..........................141
Электролитические методы оксидирования меди...................145
Окснднрованне цинка ....................................... 149
Оксидирование серебра ....................................... 151
Г лава VIII. Фосфатирование черных и цветных металлов............153
Химическое фосфатирование стали и чугуна......................157
Электрохимические методы фосфатирования ......................168
Фосфатирование цветных металлов...............................169
Глава IX. Техника безопасности при оксидировании и фосфатировании 174
Литература ................................ 184
Chipmaker.ru
Завод
ИБО?*
Редактор издательства А. Л. Таирова
Технические редакторы В. Д. Элькинд,
Л. А. Макарова
Корректор А. П. Бакутенкова
Переплет художника В. П. Торгаше ва
Сдано в производство 29/V 1963 г.
Подписано к печати 23/IX 1963 г. Т-11979
Тираж 7500 экз. Печ. л. 11.75
Бум. л. 5,88 Уч.-изд. л. 11,75
Цена 51 коп. Формат 60 X 9O’/ie Зак. 1495
Москва, Цветной бульвар, дом 30
Типография «Металлургиздат>
chipmaker.ru
УДК 669.248.001.5
, ПЕРЕДОВОЙ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ
ОПЫТ
Р. Г. Розенблюм
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК
НА РАСТВОР ХИМИЧЕСКОГО
НИКЕЛИРОВАНИЯ
№ 3-66-292/15
Chipmaker.ru
ГОСИНТИ МОСКВА-1966
chipmaker.ru
Chipmaker.ru
При работе на установке непрерывного хими-
ческого никелирования к раствору предъявляются
высокие требования. В этом случае особенно важ-
ны высокая стабильность раствора (в отношении
выпадения порошкообразного никеля), длительная
его работоспособность, низкая стоимость и доступ-
ность основных реактивов.
Промышленное применение химического нике-
лирования осложняется тем, что наряду с катали-
тической реакцией на поверхности изделия, веду-
щей к образованию никельфосфорного покрытия,
одновременно происходит некаталитическая реак-
ция, которая ведет к образованию порошкообраз-
ного никеля в объеме раствора. Выделившийся по-
, рошок, являясь катализатором с сильно развитой
поверхностью, вызывает все ускоряющееся разло-
жение раствора. Вредными последствиями этого
является повышенный расход реактивов, образова-
ние шероховатого покрытия, необходимость про-
мывки ванны азотной кислотой.
Возможность саморазложения раствора учиты-
вают при химическом никелировании. Для того
чтобы избежать саморазложения применяют чи-
стые химические реактивы, нагревают раствор че-
рез водяную рубашку, охлаждают его перед кор-
ректированием и фильтрованием и т. п. Но этих
мер оказывается недостаточно и в раствор вводят
в очень малых количествах (1—200 мг/л) специ-
альные добавки-стабилизаторы.
Несмотря на большое количество веществ, об-
ладающих стабилизирующим действием, они ока-
зываются недостаточно эффективными в промыш-
ленных условиях, и практическое применение мо-
гут найти только некоторые из них. Кроме того,
действие добавок весьма специфично и зависит от
состава раствора; в литературе пет также сведе-
ний о влиянии рекомендуемых стабилизаторов на
количество покрытия, в частности на его пори-
стость. В связи с этим в одной из организаций
авторами была проведена работа по под-
бор} добавки, стабилизирующей раствор химиче-
ского никелирования следующего состава (г/л):
NiSO4 • 7Н2О—30, NaH2PO2-H2O—10, NaCH3COO-
• ЗН2О—10, CHjCOOH—2, при pH, равном 4,8, с
целью применить его на установке химического
никелирования.
Для этого было исследовано действие ряда со-
единений (нитро-, амино-, тиосоединения, сульфи-
ды тяжелых металлов, соли свинца и некоторые
другие) па стабильность раствора, скорость нике-
лирования и пористость покрытий. Опыты прово-
дились при 90°С и плотности загрузки 1,1 дм2/л в
стаканчиках, устанавливаемых в термостат.
Через час после погружения образцы вынима-
3 —
chipmaker.ru
лись и определялась толщина покрытия. Стакан-
чики с раствором выдерживались еще один час
при 90°С, после чего подсчитывалось через микро-
скоп МИМ-6 количество крупинок никелевого по-
рошка на единице поверхности дна стаканчика.
Было найдено, что многие добавки (нитро- и
тиосоедипения, соли РЬ и др.) увеличивают ста-,
бильность раствора, снижая при этом количество
порошка в 100—1000 раз. На фиг. 1 приведено
влияние тиосульфата натрия на скорость никели-
рования и стабильность раствора. Однако недо-
статком тиосульфата натрия, как и многих других
добавок, является способность отравлять процесс
химического никелирования при концентрации, не-
много превышающей необходимую для стабилиза-
ции. Это особенно опасно при работе на установке
химического никелирования, так как при коррек-
тировании трудно поддержать концентрацию до-
бавки с точностью до нескольких мг)л.
Было исследовано влияние некоторых веществ
на раствор химического никелирования, способных
поддерживать постоянную концентрацию стабили-
зирующих ионов в растворе химического никели-
рования, т. е. веществ, обладающих малым произ-
ведением растворимости. Стабилизирующими свой-
ствами обладают хромат свинца, сульфид висмута
и дифенилтиомочевина. На фиг. 2 приведен гра-
фик, показывающий влияние концентрации хрома-
та свинца на скорость никелирования и стабиль-
ность раствора. Как следует из фиг. 2, при приме-
нении раствора, насыщенного хроматом свинца,
исключается возможность отравления никелируе-
— 4 —
Концентрация каг8г 0^5Hz Ot ur/л
Фиг. I. Влияние тиосульфата натрия на скорость никелирования (1)
« стабильность раствора (2)
|1
chipmaker.ru
Концентрации ?з Сг Отдели насыщения
Фиг. 2. Влияние хромата свинца ни скорость никелирования (1)
и стабильность раствора (2)
мой поверхности при хорошей стабилизации раст-
вора химического никелирования.
Однако определение пористости (фиг. 3) пока-
зало, что большинство стабилизаторов, в том чис-
ле соли свинпа и висмута, нитросоединения, дифе-
нилтиомочевина, сильно увеличивают пористость
покрытия. Причем ионы 1 'Ь + и Bi++ прекращают
никелирование на углах, выступах, неровностях
поверхности. Единственная из исследованных до-
бавок, уменьшающая пористость, — это тиосуль-
фат натрия, который, однако, способен отравлять
никелируемую поверхность.
В связи с этим было проверено совместное дей-
ствие двух добавок — хромата свинца (до насы-
щения) и тиосульфата натрия (7 мг/л). При этом
обнаружено, что такая комбинированная добавка
повышает стабильность раствора и обеспечивает
никелированье с высокой скоростью при малой по-
ристости покрытия. В го же время снижение кон-
центрации тиосульфата с 10—15 до 7 мг/л позво-
ляет уменьшить опасность отравления.
Для выяснения механизма влияния добавок
авторами было проведено измерение потенциала
никелируемой поверхности и снятие поляризацион-
ных кривых. Добавки, отравляющие процесс, одно-
временно сдвигают потенциал никелируемой по-
верхности и анодную поляризационную кривую в
сторону положительных потенциалов. Так, добав-
ка 15—20 мг/л тиосульфата натрия сдвигает потен-
циал никелируемой поверхности с 0,39 до 0,24 в
относительно нормального водородного электрода.
Очевидно, действие добавок связано с затруднени-
i —
chipmaker.ru
Толщина покрытия, мк
Фиг. 3. Влияние стаби визирующих
добавок на пористость покрытия:
1 — хромат свинца (насыщенный) и
тиосульфат натрия (7 мг/л); 2 —
тиосульфат натрия (10 мг/л);
3 — сульфид висмута (насыщен-
ный) и тиосульфат натрия (7 мг/л);
4 —• без добавки; 5 — нитробензол
(240 мг/л)-, 6 — желатин (5 мг/л);
7 — хромат свинца (насыщенный);
декстрин (1000 мг/л); 9 — ацетат
свинца (3 мг)л)
ti s г i
Фиг. 4. Схема лабораторной установки химического никелиро-
вания:
1 — напорный сосуд; 2 — фильтр; 3 — реактор; 4 — образцы
5 — термометр; 6 — холодильник; 7 — сосуд для корректиро
вания; 8 •— сосуды с корректирующими растворами
chipmaker.ru
ем или полным прекращением каталитической ре-
акции окисления гипофосфита - первой стадии
процесса химического никелирования.
Действие комбинированной добавки проверя-
лось на лаборатооиой установке химического ни-
келирования (фиг. 4). Без стабилизирующей до-
бавки уже через 4 ч непрерывной работы вес нике-
левого порошка был примерно равен весу покры-
тия. При условии промывки установки азотной
кислотой через каждые четыре часа всего было
осаждено за 65 ч 4 г/л покрытия и 3.9 г/л порош-
ка при средней скорости никелирования 10 мк!ч.
При работе с комбинированной добавкой количе-
ство порошка настолько снижается, что позволяет
работать без промывки азотной кислотой около
50 ч. Осаждалось 9—10 г/л покрытия при средней
скорости никелирования 17 мк/ч (при плотности
загрузки 0,50 дм2ч/л). Расход гипофосфита на по-
крытие при этом снизился с 11,7 до 5,5 г на I г ни-
келевого покрытия.
Тиосульфат натрия добавлялся по 4 мг/л при
каждой корректировке, которая производилась че-
рез 4 ч. Перед опытом готовый раствор химическо-
го никелирования насыщался хроматом свинца. Во
время опыта хромат свинца постоянно находился в
избытке в напорном сосуде. Перед применением
хромат свинца «ч. д. а.» промывался горячим
10%-ным раствором уксусной кислоты и затем го-
рячей водой для удаления примесей растворимых
солей свинца.
Растворы с комбинированной стабилизирующей
добавкой применялись при химическом никслиро-
— 10 —
вании труб на Богословском алюминиевом заводе
и в Одной из организаций г. Свердловска.
Из раствора данного состава максимально мож-
но осадить 9—10 г/л покрытия (т. е. пятикратное
количество по сравнению с одноразовым исполь-
зованием) при условии снижения pH к концу ра-
боты раствора до 4,2.
Данный раствор, содержащий стабилизирую-
щие добавки, имеет некоторые недостатки: остает-
ся опасность отравления никелируемой поверхно-
сти при избыточном корректировании тиосульфа-
том натрия, использование раствора ограничено
выпадением фосфита никеля.
Chipmaker.ru
Редактор инж. И. В. Ольшанская
Т-03101 Поди, к печ. 7/II-66 г. ГОСИНТИ № 317
Уч.-изд. л. 0,34 Тираж 3400 Заказ 3161 Цена 4 коп.
ГОСИНТИ, Москва, Ж-54, Новокузнецкая ул., д. 39
Типографо-офсетное предприятие ГОСИНТИ,
Москва, Б. Полянка, д. 43