2.1.2 Для никелирования применяют следующие электролиты: борфторидный, сульфаматный, сульфатный
Борфторидный электролит является скоростным, но он дорог из-за бора, а так же агрессивен из-за фтора.
Сульфаматный электролит применяется для нанесения толстых слоёв никеля. Но этот электролит дорог. Требуется перемешивания, подогрева и непрерывная фильтрация.
Сульфатный электролит – это самый распространенный. Позволяет получить осадки с различными физическими и химическими свойствами.
Для данного проекта предлагается сульфатный электролит следующего состава [1]:
−сульфат никеля – основной компонент, источник ионов никеля;
−хлорид никеля – депассиватор;
– борная кислота – буферная добавка, для поддержания pH среды.
Механизм осаждения заключается в следующем:
На катоде происходит восстановление:
Ni2+ ∙ mH2O+ 2e- → Ni0 + mH20,
2H+ + 2e- → H20
На аноде происходит окисление:
Ni0 -2e- → Ni2+.
Ионы никеля в электролите окружены оболочкой из дипольных молекул воды. В двойном электрическом слое часть молекул воды отрывается. Дегидратация последних молекул воды требует затрат энергии, что проявляется ростом перенапряжения, называемого химической поляризацией. При этом равновесный потенциал никеля даже при малых плотностях тока становятся отрицательным. При низких значениях рН, никель почти не осаждается и на катоде выделяется водород. По мере увеличения рН потенциал выделения водорода становится становится более отрицательным и на катоде создаются условия для совместного выделения водорода и никеля. При высоких значениях рН вести осаждение никеля нельзя, так как начинается гидролиз. Для процесса никелирования характерно явление, называемое питтингом. При низких значениях pH (ниже 1-2) никель почти не осаждается и на катоде выделяется водород. По мере увеличения pH потенциал выделения водорода становится более отрицательным и на катоде создаются условия совместного выделения водорода и никеля. Чем выше значение pH, тем меньше доля выделяемого водорода. Но при высоких значениях pH процесс осаждения никеля вести нельзя, так как начинается гидролиз. При высоких значениях pH невооруженным глазом можно заметить на деталях зеленый осадок нерастворимых солей никеля. При увеличении температуры выход по току возрастает, так как потенциал осаждения никеля становится более положительным.
2.2 Схема техпроцесса и его описание
Схема технологического процесса покрытия сплавом олово-висмут составлена в соответствии с ГОСТ 9.305-84 и представлена в картах техпроцесса согласно ГОСТ 3.1408-74. Описание операции техпроцесса приводится ниже.
2.2.1 Химическое обезжиривание применяется для удаления с поверхности деталей основной массы жировых загрязнений. Оно заключается в том, что под воздействием щелочи жиры омыляются и переходят в раствор, а минеральные масла в присутствии специальных поверхностно активных веществ – образуют эмульсию. К веществам входящим в состав обезжиривающих растворов предъявляются особые требования. Они должны хорошо удалять жировые пленки, не должны вызывать коррозию обрабатываемых деталей и должны хорошо смываться при промывке водой. Применение для очистки поверхности изделий растворов готовых моющих препаратов технологически и экологически весьма целесообразно, если они сочетают хорошую обезжиривающую способность по отношению к различным загрязнениям с отсутствием коррозионного воздействия на обрабатываемые металлы.
–МЛ-51 – готовое моющее средство, предназначено для удаления основной массы жировых загрязнений. Смывает минеральные масла, горюче-смазочные материалы, сложнее удаляет полировальные пасты. Механизм операции заключается в эмульгировании жиров, т.к. жиры, входящие в состав полировальных паст неомыляемы. Для улучшения качества обезжиривания повышают температуру раствора и время выдержки.
2.2.2 Промывка проводится с целью уменьшения концентрации химических соединений на поверхности обрабатываемых деталей до такой величины, когда они не будут оказывать неблагоприятного действия на качество выполнения последующих операций. От качества промывки после обезжиривания и травления зависит качество покрытия, работа всех электролитов и состав сточных вод. После операции обезжиривания (химического и электрохимического) применяется промывка в горячей воде т.к. в ней лучше растворяется мыло. Также промывка в горячей воде применяется перед сушкой для ускорения процесса сушки и снижения затрат тепла на неё. Холодная промывка после электрохимического обезжиривания проводится для контроля качества обезжиривания. Улавливание – промывка в ванне с непроточной дистилированой водой, осуществляется до операции покрытия, для предотвращения разбавления электролита, и после неё, для экономии химикатов и снижения затрат на нейтрализацию сточных вод. Вода из ванн улавливания используется для доливки в основные ванны покрытия.
2.2.3 Электрохимическое обезжиривание предназначено для удаления тонких, прочно сцепленных с металлом жировых плёнок, оставшихся после химического обезжиривания.
Операция производится в электролите следующего состава:
–гидроксид натрия – для повышения электропроводности раствора, для омыления омыляемых жиров по реакции:
(C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH →3C17H35COONa + C3H5(OH)3
–кальцинированная сода – для поддержания щелочности раствора в результате гидролиза:
Na2CO3 + H2O → Na2HCO3 + NaOH
Na2HCO3 + H2O → NaOH + H2O + CO2.
–тринатрийфосфат – смягчает воду, улучшает моющую способность, в результате гидролиза поддерживают щелочность. Обладая поверхностно-активными свойствами пептизируют загрязнения. Фосфаты хорошо смываются водой;
–синтанол ДС-10 – биологическая добавка, для эмульгирования неомыляемых жиров и улучшения.
2.2.4 Дозированное травление применяется для удаления оксидов с поверхности деталей с помощью кислых растворов
Дозированное травление заключается в последовательной обработке деталей в двух растворах: в растворе нитрата натрия и в растворе серной кислоты.
После обработки в первом растворе на поверхности латунных деталей остаются капли нитрата натрия. При погружении во второй раствор на поверхности деталей образуется азотная кислота по реакции:
2NaNO3 + H2SO4 → 2HNO3 + Na2SO4.
Травление протекает по следующим реакциям:
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 +H2O;
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O;
ZnO + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + H2O;
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O.
При таком способе травления азотной кислоты на поверхности деталей образуется мало, но достаточно для растворения окислов. Основа практически не подтравливается. Окислов азота при таком травлении выделяется в 50 раз меньше, чем при обычном травлении. Поэтому этот способ травления называется экологически чистым [3].
2.2.5 Активирование – процесс удаления с поверхности деталей тончайшего слоя окислов, которые могли образоваться в промежутке между операциями. При активировании одновременно происходит лёгкое протравливание верхнего слоя металла и выявление его кристаллической структуры, что благоприятствует прочному сцеплению покрытия с основой.
Активирование производится непосредственно перед загрузкой деталей в ванны для нанесения покрытия.
2.2.6 Никелирование – процесс осаждения никеля на поверхность деталей (состав и назначение компонентов см. 2.1).
2.2.7 Покрытие сплавом олово-висмут – осаждения сплава олова с висмутом на поверхность деталей (состав и назначение компонентов см. 2.1).
2.3 Приготовление электролитов для покрытия
2.3.1 Для приготовления электролита никелирования соли, входящие в состав электролита, растворяют отдельно в теплой деминерализованной воде, борную кислоту – в кипящей. Перед приготовлением ванну промывают 3-5% раствором серной кислоты в течение 2-4 часов при температуре 50-600С. Затем ванну промывают водой и сливают в неё все растворы, перемешивают и проверяют pH. Для повышения pHдобавляют 0,3% раствор гидроксида натрия, а для понижения pH – 1н раствор серной кислоты и через 5-10 минут определяют pH.
2.3.2 Для приготовления электролита для нанесения сплава олово-висмут растворяют сульфат олова в тёплой воде при непрерывном перемешивании.
Воду подкисляют серной кислотой. После фильтрации раствора в рабочую ванну добавляют оставшуюся серную кислоту и растворенный в воде сульфат натрия. Препарат ОС-20 растворяют в небольшом количестве тёплой воды и вводят в электролит. Кроме того, в электролит вводят добавки ДДДМ. После проработки электролита током 0,5-1 А/дм2 вводят блескообразующую добавку – формалин.
2.4 Основные неполадки при работе ванн покрытия и их устранение
2.4.1 Основные неполадки в процессе никелирования представлены в таблице 2.1
Таблица 2.1 Основные неполадки в процессеникелирования, их причины и устранение
| Неполадки | Причина неполадок | Способ устранения | |
| Образование крупнокристаллических покрытий на катоде | Защелачивание, повышенная плотность тока, пониженное содержание солей никеля | Откорректировать pH электролита раствором H2SO4, снизить плотностьтока, добавить NiSO4·7H2O и NiCl2·6H2O. | |
| Шероховатость покрытия | Загрязнение электролита механическими примесями, анодным шламом, низкая температура | Отфильтровать электролит,заменить анодные чехлы, провести фильтрацию при пониженной кислотности, повысить температуру, добавить солей никеля | |
| Шелушение осадка | Присутствие в электролите окислителей и (или) солей хрома. | Обработать электролит активированным углём и прокипятить, заменить электролит | |
| Подгар покрытия на углах детали,Отслаивание покрытия | Чрезмерно высокая плотность тока.плохое качество обезжиривания, наличие свинца. | Снизить плотность тока.улучшить качествообезжиривания, селективно очистить электролит | |
| Питтинг | Ванна загрязнена органическими примесями, низкое значение pH, высокая плотность тока, слабое перемешивание, низкая температура, заниженная концентрация борной кислоты | Провести очистку ванны активированнымуглём или перманганатом калия, постепенно снизить плотность тока,откорректировать pH,усилить перемешивание, подогреть электролит, откорректировать концентрацию борной кислоты | |
| Низкая рассеивающая и кроющая способность электролита | Недостаточная площадь анодов, органические и неорганические загрязнения, плохая электропроводность электролита | Увеличить площадь анодов, отфильтровать,проверить концентрацию солей хлора в электролите и откорректировать | |
| Непрокрытие деталей | Плохой контакт деталей с подвеской | Улучшить контакт деталей с подвеской | |
2.4.1.1 Удаление недоброкачественного покрытия никелем производится химическим способом в растворе следующего состава [ ]: