Баланс напряжения цинковых электролизеров

Составляющие баланса	Напряжение, В	Процент от общего
Напряжение разложения	1,97
Катодное перенапряжение	0,10
Анодное перенапряжение	0,81
Падение напряжения в электролите	0,45
Падение напряжения в ошиновке	0,24
Итого	3,57

Остальные показатели электролиза цинка:

Катодная плотность тока 400-700 А/м²

Катодный выход по току 88-92%

Температура электролита 3 5 -40°С

Удельный расход электроэнергии 3000-3500 кВт ч/т.

Содержание основных примесей (Pb, Cd, Cu, Fe) в получаемом катодном цинке, как правило, 0,01-0,003%.

Новые направления в гидроэлектрометаллургии цинка - это непрерывный процесс электролиза на вращающемся барабане или движущейся ленте с интенсивной циркуляцией электролита при i_к =3000-6000 А/м² выходом по току до 90%.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Предмет и область применения гидроэлектрометаллургии.

2.Обоснуйте состав электролита для электрорафинирования меди.

3.Назначение регенеративных ванн при рафинировании меди. 4.Обоснуйте состав электролита для электрорафинирования серебра.

5.Природа солевой пассивации при рафинировании меди.

6. Состав электролита для рафинирования золота.

7.Виды электролитов для рафинирования свинца, их достоинства и недостатки.

8. Состав кремнефтористого электролита для рафинирования свинца.

9. Состав электролита для рафинирования висмута.

10. Состав электролита для рафинирования олова.

11. Влияние рН на выход никеля по току.

12. Влияние температуры на выход никеля по току.

13. Состав электролита для рафинирования никеля.

14. Как осуществляется очистка электролита для электрорафинирования Ni?

15. Принцип работы электролизеров с переточной диафрагмой.

16.Влияние температуры на выход по току при электролизе кобальта.

17.Очистка кобальтового электролита от примесей меди, никеля, железа.

18.Состав электролита для электролитического получения кобальта.

19.Показатели и режим электролитического получения никеля.

20.Режим и показатели электролитического получения кобальта.

21.Режим электролитического получения цинка.

22.Влияние температуры на выход цинка по току.

23.Влияние плотности тока на выход цинка по току.

24.Пути интенсификации электролиза цинка.

25.Токообразующие реакции при электролизе цинка.

26.Условия электролиза цинка.

27.Показатели электролиза цинка.

28.Составляющие рабочего напряжения при электролизе цинка.

29.Природа "тумана" при электролизе цинка.

30.Методы борьбы с "туманом" при электролизе цинка.

5. НАНЕСЕНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Важнейшей областью применения электрометаллургии цветных металлов является получение покрытий различного назначения: декоративных, коррозионно-стойких, магнитных, износостойких, электропроводных, конденсаторных, термостойких, под покраску.

Известно несколько способов нанесения покрытий:

1. Путем реализации реакции обмена, например:

Fe + Cu²⁺ = Cu + Fe²⁺

2. Плазменное напыление.

3. Разложение соединений в газовой фазе, например:

TiJ₄ = Ti + 2J₂

4.Бестоковый перенос электроотрицательных металлов на положительные металлы за счет реакции диспропорционирования, например:

2Zr²⁺= Zr(Cu) + Zr⁴⁺

5. Наиболее масштабным является электрохимическое осаждение цветных металлов из водных растворов, органических растворителей, из расплавленных солевых сред.

Гальванические цеха сегодня имеются практически на всех механических, приборостроительных, радиоэлектронных заводах.

5.1. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫВАЕМЫХ ДЕТЕЛЕЙ

Ответственнейшей операцией перед нанесением гальванического покрытия является подготовка поверхности покрываемого изделия, которая, как правило, включает в себя следующие стадии:

- очистку деталей от окалины;

- обезжиривание поверхности;

- травление металлов;

- активирование поверхности.

Очистка деталей из черных металлов от окалины достигается обработкой их 0,2-0,7% раствором хозяйственного мыла, нагретого до 40-50°C в присутствии ПАВ (контакт Петрова, препараты НП-2, НП-3, моющее средство «Прогресс»).

Более качественная обработка достигается шлифованием, полированием в специальных растворах (табл.5.1).

Таблица 5.1

Составы растворов для шлифования, полирования деталей из различных материалов

Материал	Составы растворов, масс.%
шлифования	полирования
Сталь углеродистая	0,8Na₃PO₄+0,2NaNO₃	0,3 Na₃PO₄+0,8Na₂SiO₃
Cталь коррозионно-стойкая	1,0Na₂CO₃+0,25NaNO₃+0,2Ca(OH)₂	0,3 Na₃PO₄+0,2Ca(OH)₂
Al, Mg, Zn и их сплавы	0,8Na₃PO₄	1CrO₃+0,5H₂SO₄
Cu и ее сплавы	0,5-1,0 Na₂CO₃ +8Na₃PO₄	1Cr₂О₃+0,5NaCl

Хорошую очистку деталей от окалины обеспечивает виброхимическая обработка.

Для деталей из черных металлов она реализуется в растворах,г/л:

- CuSO₄(10-50); щавелевая кислота (60), серная кислота (9); перекись водорода (13), тиомочевина (3);

- CrO₃(10). «Прогресс»(10-15).

Для меди и ее сплавов:

- CuSO₄(80-120); NH₄OH (100-140).

Для алюминия и его сплавов:

NaOH (10-30).

Обезжиривание поверхности покрываемых деталей может быть химическим и электрохимическим.

Химическое обезжиривание всех черных и цветных металлов осуществляется их кратковременным (0,5-5 мин) погружением в жидкие тэтрахлорэтилен либо четыреххлористый углерод.

Хорошие результаты дает обезжиривание стали, меди, никеля и их сплавов в жидком трихлорэтилене с добавками 1-3г/л катионата - 10 и 0,01 г/л уротропина (ингибитор коррозии) при 60°С в продолжение 3-20 мин.

Обезжиривание меди и ее сплавов может проводиться и в щелочных растворах, г/л: NaOH (30-50), Na₃PO₄(50-70), Na₂SiO₃(10-15) - при 50-60°C в течение 2-5 мин.

Электрохимическое обезжиривание обеспечивает наиболее высокую степень очистки поверхности. Цветные металлы обезжириваются на катоде, стальные - на аноде, чтобы избежать наводораживания и охрупчивания. Выделяющиеся пузырьки водорода либо кислорода эффективно эмульгируют жиры. Составы электролитов для обезжиривания приведены в табл.5.2.

Таблица 5.2

Составы электролитов для электрохимического обезжиривания

Материал	Состав электролита, г/л
NaOH	Na₃PO₄	Na₂СO₃	Na₂SiO₃	синтанол ДС-10
Черные и цветные металлы	-	50-60	40-50	3-5	1-2
Al, Mg и их сплавы	-	30-40	5-10	3-5	-
Ni и его сплавы	10-20	-	15-30	-	-
Zn и его сплавы	10-12	10-12	10-12	20-25	-

Плотность тока при электрохимическом обезжиривании 3-10А/дм², температура с ПАВ 50-60°С, без ПАВ 60-80°С.

Травление металлов заключается в удалении оксидной пленки с поверхности покрываемых деталей.

Химическое травление осуществляется в растворах, г/л:

- Al и его сплавов – NaOH(40-60), 45-60°С, 1-2 мин.

- Mg и его сплавов – H₂SO₄(4-6)+HNO₃(80-90)+K₂Cr₂O₇(4-6), 20-30°C, 20-30c.

- Cu и ее сплавов - H₂SO₄(130-170), 50-60°С, 3-5 мин.

- Ni и его сплавов - HNO₃(210)+Н₃PO₄(15-30), 100-110°С, 2-3 мин.

- W и его сплавов – KOH(5oб.%)+K₃[Fe(CN)₆]25oб.%+H₂O(70oб.%), 20°С, 2-3 мин.

Электрохимическое травление проводится, как правило, при высоких напряжениях и анодных плотностях тока. Так, например, электрохимическое травление титана реализуется в электролите на основе этиленгликоля (89%), содержащего HF(5%) и NH₄F(6%). Процесс протекает при U_p=30-50B; i_a=60-120 А/дм², 60-90°С в продолжение 0,5-3 мин.

Электрохимическое травление Nb, Cr, Ti осуществляется также в электролите на основе этиленгликоля (83-85%), в который добавляют HF(3-4%), NH₄F(5-6%).Поддерживают напряжение на ванне в пределах 20-50В, анодную плотность тока 50-150А/дм², температуру 60-90°С, время обработки 1-3 мин.

Электрохимическое травление кобальта реализуют в продолжение 15-20 мин в электролите, содержащем 72% этиленгликоля, 25% CoCl₂, 3%H₂O при i_a= 2-3 А/дм², 20-25°С.

Активирование поверхности производится непосредственно перед погружением изделия в ванну покрытия с целью выявления кристаллической структуры металла.

Активирование стали, Cu, Ni осуществляется погружением изделия на 10-30 с в 5-10% раствор H₂SO₄ либо HCl, либо их смеси.

Обработка Al, Mg, Ti осложнена наличием на поверхности прочной оксидной пленки и большим электроотрицательным потенциалом этих металлов. Подготовка их поверхности включает либо растворение оксидной пленки, либо оксидирование с последующим нанесением металлического слоя.

Так, обработка цинкатным раствором (400-500 г/л NaOH, 50-100г/л ZnO) при 20-30°С в продолжение 30-60 с приводит к растворению оксидной пленки с осаждением подслоя цинка на освободившейся поверхности.

Анодирование осуществляется в растворе ортофосфорной кислоты 250-350г/л при 18-35°C, U_p=15-20 B, током 1,3-1,5 А/дм² в течение 10-15 мин. На анодированный слой наносится подслой меди из пирофосфатного электролита.

Перед меднением наносится слой никеля из хлоридного электролита: NiCl₂×6H₂O-250 г/л; HCl-180-200 мл/л; I_к=5-6 А/дм²; t= 40-50°C.

Контактный слой цинка наносится в электролите, г/л: сульфат цинка (40-45), пирофосфат натрия (180-210), фторид калия (7-8), Na₂CO₃(5), при 80-90°C, рH=10-10,5 в продолжение 3,5-5,7 мин.

Подготовка поверхности перед нанесением покрытий на стальные изделия. Очистка от окалины осуществляется в 0,2-0,7% растворе хозяйственного мыла, подогретого до 40-50°C+ПАВ (контакт Петрова, «Прогресс», НП-2, НП-3).

Эффективна виброхимическая обработка в растворе, г/л: CuSO₄(10-50), щавелевая кислота (60), серная кислота (9), Н₂О₂(13) + тиомочевина(3), хромовый ангидрид(10) + «Прогресс»(10-15).

Обезжиривание производится либо в тэтрахлорэтилене – 0,5-5 мин, либо в щелочном растворе, г/л: NaOH (25), Na₃PO₄(15), Na₂CO₃(50), жидкое стекло (2-3) при 80°C.

Электрохимическое обезжиривание черных металлов осуществляется сначала на катоде, затем на аноде (отношение времени 5:1), в электролитах, г/л: NaOH(110), Na₃PO₄(20-30), Na₂CO₃(20-30), жидкое стекло (3-5) либо NaOH (30-40), Na₃PO₄(50-60), Na₂CO₃(20-30), жидкое стекло (8-10)+ДС-10.

Травление обычных сталей проводится раствором,г/л: H₂SO₄(200-250), катанин А,К или И1А(1-5); температура 70-80°С, продолжительность 10-30 мин.

Травление коррозионно-стойких сталей - растворами, г/л: катанин(3-5) +H₂SO₄(400-450) + HCl(250-300) при 40-50°C в течение 40-80 мин, либо HCl (220-250) + уротропина(15-20) при 40-50°C, 10-15 мин.

Травление никеля – растворами, г/л: HNO₃(210)+H₃PO₄(15-30); температура 100-110°С, продолжительность 2-3 мин.

Активирование малолегированных хромистых сталей производится в 50% HCl при 25°С в течение 10-30 с.

Активирование жаростойких сталей осуществляется в растворе, содержащем: 2 объема HNO₃, 1объем H₂SO₄и 5 г/л FeSO₄ - при 25°С, в течение 10-30 с.

Для активирования хромникелевых сталей применяются растворы, содержащие, г/л: NiCl₂(200-250), HCl(150-200), t= 25°С, τ -20-60 мин.

Электрохимическое травление анодное реализуется в электролите, г/л: H₂SO₄ (500-800), K₂Cr₂O₇(15-20), 4-10 А/дм², 25°С, τ - 10-30 с.

Электрохимическое травление катодное реализуется в электролите: 15-20% HCl, i_к=1-2 А/дм², 25°С, в продолжение 1-2 мин.

Последний режим устраняет перетравливание.

5.2. ПОКРЫТИЯ ЦВЕТНЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Никелирование

В зависимости от назначения наносят покрытия различной толщины:

1. 0,5-3 мкм - подслой для нанесения других покрытий,

2. 6-30 мкм - защитно-декоративные и декоративные,

3. До 30 мкм - защита от коррозии в агрессивных средах.

Условия нанесения тонкослойных покрытий, г/л: NiSO₄×7H₂O(150-200), NaCl(10-15), H₃BO₃ (25-30), Na₂SO₄×10H₂O(40-50), MgSO₄×7H₂O(50-60), t-20-30°С, i_к =0,5-2А/дм², рН=5,0-5,5.

Никелирование с получением покрытий средней толщины осуществляется в условиях, г/л: NiSO₄×7H₂O(140-200), NiCl₂×6H₂O (30-40), H₃BO₃ (25-40), Na₂SO₄×10H₂O(60-80), температура –20-25°C, i_к =0,5-2А/дм², рН=5,2-5,8.

Толстослойное никелирование реализуется в электролите, содержащем, г/л: NiSO₄×7H₂O(400), H₃BO₃(25-40); t=50-60°C, i_к =5-10А/дм², рН=2-3.

Цинкование

Матовые покрытия получают в электролите, г/л: ZnSO₄×7H₂O(200-220), Na₂SO₄×10H₂O(50-100), Al₂(SO₄)₃×18H₂O(30), декстрен (10), рН=3,8-4,5, i_к =0,5-2А/дм², температура 18-25°С;

Блестящие покрытия получают либо в сульфатных, г/л: ZnSO₄×7H₂O(200-220), Na₂SO₄×10H₂O(70-80),уксусная кислота (15-20); рН - 3,5-4,5, i_к =1,0-1,5 А/дм²; температура 18-25°С, либо в цинкатных электролитах, г/л: ZnO(15-20), NaOH(150-250), Na₂SnO₂×H₂O(0,2-0,5), i_к =2-2,5А/дм², температура 50°С.

Меднение

Применяют либо сульфатный, г/л: CuSO₄×5H₂O(200-250), H₂SO₄(50-70); i_к =1-2А/дм², температура 25°С (добавка столярного клея обеспечивает мелкое зерно); либо борофторидный электролит, г/л: Cu(BF₄)₂(35-40), HBF₄(15-18), H₃BO₃(15-20), i_к =10А/дм², температура 18-25°С. Этот электролит обеспечивает получение толстых осадков

Хромирование

Осуществляют в электролите, г/л: Cr₂O₃(250—300), H₂SO₄(2-3)+хромин(1-3) 13-15%+ДХТИ-10 (5-8) или ДХТИ-11(5,5-7), должно быть выдержано отношение H₂SO:CrO₃=1:160.

Серебрение

Применяют цианидные электролиты несмотря на их токсичность –покрытие Cu радиосхем, что обеспечивает надежность контактов, безотказность в работе.

Роданидный, г/л: (не токсичен), пирофосфатный Ag_метал(25-35), пирофосфат калия (350-450), (NH₄)₂CO₃(40-45); i_к =0,7-1,0А/дм², температура 15-25°С.

Нитратный, г/л: AgNO₃(30-200), HNO₃(20-40), метионин или тирозин(0,2-0,6), i_к =0,5-3,0А/дм², температура 18-25°С; применяют как высокоскоростной. Скорость осаждения серебра 0,6-1,9 мкм/мин.

Золочение в этилендиаминовом электролите

Золото, г/л(сульфитный комплекс) (3-5): этилендиамин (20% раствор)(30-90)мл/л, (NH₄)₂SO₄ (10), Nа₂SO₄(10), i_к =0,4-0,8А/дм², i_а =0,3-0,5А/дм²,температура 40°С. Анод нерастворимый, свинцовый.

5.3. ОКРАШИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Стальные изделия приобретают окраску от темно-серого до черного в растворе, мл/л: сульфат натрия (80), NH₄Cl(60), ортофосфорная кислота (5), HNO₃(2), температура 60-70°С, продолжительность 15-20 мин.

Промытые в биохромате калия (120-150) при 60-70°C приобретают синевато-черный цвет.

Черный цвет обеспечивается электрохимическим окрашиванием в электролите: Cr₂O₃(150-250), HBF₄(1-2), i_к = 5-10 А/дм²; температура 40-50°С, продолжительность 10-15 мин.

Черный цвет меди обеспечивается химическим окрашиванием в растворе, мл/л:CuCO₃(150-200), NH₃(25%)(1000), температура 30-40°С, продолжительность 10-15 мин.

Электрохимическое окрашивание меди достигается в электролите: NaOH(100-200) при i_к =0,5-1,5А/дм², температуре 80-85°С, U=2-6B, продолжительности процесса 10-20 мин.

Химическое окрашивание никеля достигается в растворе,г/л: гипосульфит натрия (240), ацетат Pb(20), лимонная кислота (30), при температуре 18-21°С. В зависимости от продолжительности обработки получается:

4-5 мин – светло-коричневый цвет,

7-8 мин – фиолетовый,

9-10 мин – ярко-синий,

11-12 – синий,

14-16 – светло-синий.

Темное химическое окрашивание цинка достигается в растворе, г/л: CuSO₄(50), перманганат калия (5); температура 20-25°С, продолжительность 3-6 мин.

Более качественное электрохимическое окрашивание производится анодно в электролите, г/л: NaOH(50), K₂Cr₂O₇(5), при i_а =1-1,5 А/дм², температуре 18-25°С, продолжительности процесса 3-4 мин.

5.4. ОКСИДИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Оксидирование металлов повышает их коррозионную стойкость, улучшает декоративный вид, специальные свойства (электросопротивление , емкость конденсаторов, увеличение коррозионной стойкости и т.д.)

Оксидирование черных металлов

Щелочное оксидирование реализуется в растворе, г/л: NaOH (550-700), NaNO₃(50-100), NaNО₂(200-250), при 135-155°С, в течение 15-20 мин. При этом сталь углеродистая приобретает синевато-черный цвет, стали хромоникелевые – коричневый, фиолетовый, синевато-черный.

Некачественные оксидные покрытия удаляют в 50% HCl при 25°С.

Электрохимическое оксидирование магния осуществляют в электролите, г/л: KF(200-300), KOH(80-90), i_a=3-8А/дм², температура 48-50°С, продолжительность 10-15 мин. Катод стальной.

Оксидирование алюминия химическое реализуют в щелочно-хроматном растворе, содержащем, г/л: Na₂CrO₄(10-20), Na₂CO₃(40-60), NaOH (2-3) при температуре 100°С, продолжительность процесса 3-10 мин.

Электрохимическое проводят в электролитах: сернокислотных K₂SO₄(180-200), катод Pb или сталь 12Х18Н9Т, i_a =0,5-2,0А/дм², температура 15-25°С, U=12-24В и хромоксидных: Cr₂O₃(30-35), i_a=0,2-0,3А/дм², температура 40±2°С, продолжительность 70-80 мин. U=40-50В. Образуют тонкие (2-5мкм), прочные пленки при повышенном напряжении.

Электроизоляционные пленки получают в универсальном электролите: H₂SO₄(180-210), H₂C₂O₄(17-20), этиловый спирт(40-100); отношение поверхности анода к поверхности катода (1:10), i_a =4-6А/дм², температура 10-75°С, продолжительность 50-60 мин. U_кон=40-60В. Используют нерастворимый Pb катод. Пробивное напряжение 950-1700 В. Достоинства этого электролита:

1. Не нужно глубокое охлаждение раствора, как в сернокислотном электролите.

2. Не нужно высокое напряжение (как в щавелевокислом электролите).

3. Высокие защитные свойства пленок.

Оксидирование алюминия с окрашиванием имитирует золото, бронзу, латунь, медь, увеличивает коррозионную стойкость.

Сплавы Al-Si окрашиваются только в темный цвет.

Сплавы Al с Mg, Mn, Cu хорошо окрашиваются в различные цвета.

Имитация Au-999 достигается в растворах, содержащих красящие вещества, г/л: оранж.2ж.(1,6), желт.3(0,06), черн.(0,08), Na₂CO₃(0,05).

Имитация Au-585 реализуется в растворах, содержащих, г/л:оранж.2ж.(0,05-0,1), черн.(0,05-0,01), Na₂CO₃(0,04-0,05).

Эматаль - пленки – непрозрачные пленки, напоминающие эмаль по виду и свойствам. Их достоинства:

Малая пористость(1,3-5,0)%, высокая коррозионная стойкость!

Напряжение пробоя 600 В: выдерживают нагрев до 500°С.

Высокие износостойкость, физико-химические свойства.

Хорошие санитарно-технические свойства – бытовое назначение.

Наносятся на любые алюминиевые сплавы при сниженных требованиях к качеству обработки поверхности в титанооксалатном электролите, г/л:

KTiO(C₂O₄)×2H₂O(40-45); C₂H₂O₄×2H₂O(1-2); C₆H₈O₇×H₂O(1-2); H₃BO₃(8-10); C₃H₉O₃- 50-60°С, 0-120 В, 1,5-2,0А/дм², 30-40 мин, 10-15 мкм. Катод сталь 12Х18Н9Т.

Оксидирование алюминия и его сплавов

Можно выделить 5 групп покрытий:

1. Защитные и защитно-декоративные толщиной 0,3-12 мкм. Известно 26 электролитов, 3 из них наиболее широко применяются:

- сернокислотный 180-200 г/л H₂SO₄, U до 24 В, 13-25°С;

- щавелевокислый 30-100г/л(СООН)₂×2Н₂О, U до65В; 1-2А/дм², 20-30 мин; Катод - сталь, Pb или графит. Покрытие твердое, желтое;

- хроматный 30-50 г/л CrO₃. Плотность тока 1-2 дм², t=13-25°C, катод- сталь, Pb или графит, толщина 2-12 мкм.

П Износостойкие и электроизоляционные. Известно 11 электролитов. Например, г/л: H₂SO₄(200), (СООН)2×2НО (30-50); толщина 100 (от 30 до 300 мкм), продолжительность 40-240 мин, плотность тока 3-6 А/дм², напряжение от 15 до 200 В

В основе составов электролитов щавелевая, серная, уксусная, лимонная кислоты, катод - Pb либо сталь 12Х18Н9Т

Ш. Эматаль покрытия. Известно 7 электролитов на основе CrO₃ , H₃BO₃ щавелевой, фосфорной, лимонной кислот, оксалата тория, оксалата аммония, буры, глицерина. Толщина покрытия 7-15 мкм, i_a =1 А/дм², U = 40-120В, t =41-80°С.

1У. Тонкослойные покрытия для конденсаторов. Известно 5 электролитов на основе ортофосфорной, сульфосалициловой, лимонной, борной кислот, буры, Na₂B₄O₇×10H₂O соды, серной кислоты. Напряжение до 600 В, Т-80-95°С , 15-30 мин

У. Цветные покрытия. 8 электролитов на основе сульфосалициловой, сульфофталеиновой , молочной, щавелевой кислот, t=15-30°С, 40-100В, 30-120 мин, 20-40 мкм. Щавелевая кислота (30-50) дает желтые и под бронзу покрытия, i_a=А/дм², t=25°С, 30-120 мин, 20-40 мкм. Цвета покрытий - желтое, бронзовое, серо-черное, коричневое, черное, золотистое, коричневое.

Оксидирование меди реализуется в электролитах, г/л:

NaOH(150-250), плотность тока 0,8-0,2А/дм², напряжение 6 В при 80-100°С, в течение 10-30 мин, катод - сталь 12Х18Н10Т. Покрытие черное, прочное, коррозионно-стойкое толщиной 0,8-24 мкм;

NaOH(300-500), K₂Cr₂O₇(30-60),(NH₄)₂MoOH(5-15), плотность тока 2-4 А/дм², напряжение 6В при 80-100°С в продолжение 10-30 мин.

Оксидирование цинка осуществляется в электролитах, г/л:

NaOH(20); плотность тока 6-12 А/дм², напряжение 6 В при 40-45°С, в течение 7-8 мин. Покрытие черное;

K₂Cr₂O₇(60); плотность тока 0,5А/дм², напряжение 6 В при 15-20°С, в течение 10 мин. Катод свинцовый. Покрытие зеленое.

5.5. ОКРАШИВАНИЕ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК

Оксидированный алюминий окрашивают с целью декоративной отделки, имитируя золото, бронзу, латунь, медь и другие металлы. При этом дополнительно повышается коррозионная стойкость.

Хорошо окрашиваются сплавы: Al, Al-Mg, Al-Cu, Al-Мn, сплав Al-Si окрашивается только в черный и коричневый цвет. Окрашивание химическое описано ранее. Электрохимическое окрашивание реализуется как на переменном, так и постоянном токе. Последний дает более светлые тона.

Бронзовое окрашивание осуществляется в электролите, г/л: NiSO₄(0,3), (NH₄)₂SO₄(15), H₃BO₃(30) при рН 3,5-5; плотность тока 0,8-1,0А/дм², напряжение 15 В, в течение 5-10 мин.

Золотисто-желтое окрашивание осуществляется в растворе, г/л: Н₂SO₄ (2-5), при плотности тока 0,3-0,5А/дм², напряжении 7,5-12 В, в течение 5-10 мин.

Электрохимическое окрашивание эматаль-пленок осуществляется переменным током (табл.5.3).

Таблица 5.3

Условия окрашивания эматаль-пленок

Электролит	Напряжение, В	Время, мин	Цвет
CuSO₄(22)			Темно-красный
H₂SO₄(10)			Вишневый
			Желтый
Pb(CH₃COO)₂(4-5)			Серовато-защитный
Сульфосалициловая кислота(10-12)			Черный
AgNO₃(0,5)			Кремовый
H₂SO₄ (5)

Перед уплотнением окрашенных оксидных покрытий нельзя их касаться!

5.6. ПОВЫШЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ (УПЛОТНЕНИЕ) ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК

Анодные оксидные пленки на алюминии и его сплавах весьма пористы. Уплотнение производят в кипящей воде, пропиткой маслами, воском, парафином.

При пропитке в кипящей дистиллированной воде – используют способность g-Al₂O₃ поглощать воду. В результате гидролиза образуется Al(OH)₃, что сопровождается увеличением объема. При этом поры заполняются, рН - 5,5-6,5, t=95-100°С, 30 мин.

Лучшие результаты достигаются при обработке паром.

Для длительного хранения оксидные пленки уплотняют:

- в веретенном масле (25°С,1-2 мин),

- парафине (110-120°С, 10-15 мин),

- воске (160°С, 2 мин),

- изоляционном лаке.

Для уплотнения декоративных окрашенных пленок и придания светостойкости оксидные пленки обрабатывают растворами (табл.5.4)

Таблица 5.4

Состав и условия уплотнения окрашенных пленок

Состав, г/л	Условия
Ацетат Ni	Ацетат Co	H₃BO₃	t°С	рН	Время, мин
5,2-6,8	0,85-1,15	7,5-9,5	90-100	5-6	20-30
	-		90-100	5-7	10-20

После этой операции детали тщательно промывают и просушивают.

5.7. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ

Процесс сводится к растворению поверхностных дефектов в условиях частичной пассивации.

Полирование стали осуществляется в электролитах, содержащих, мас.%:

H₃PO₄(70-65), H₂SO₄(20-15),H₂O(10-20); плотность тока 60-80А/дм², напряжение 10-15 В при 60-80°С в течение 5-10 мин.

H₃PO₄(45-40), H₂SO₄(25-27),CrO₃(4-5),H₂O(26-28); плотность тока 35-60А/дм², напряжение 10-15 В при 75-90°С в течение 5-10 мин.

H₃PO₄(60-80), H₂SO₄(20-10),CrO₃(5-6),H₂O(15-4), плотность тока 25-50А/дм², напряжение 10-15 В при 65-80°С, в течение 5-10 мин.

Полирование меди реализуют в растворе, г/л: H₃PO₄(1000-1300), в которую вводят либо амид тиоугольный, либо сульфаниловую кислоту 5-6, либо морфолин 5-8, либо моноэтаноламин 40-50. Процесс ведут плотностью тока 15-50А/дм², при напряжении 8-12 В, t=18-40°С, в течение 2-10 мин.

После полирования изделие 1-2 мин выдерживают в растворе 70-100г/л K₂Cr₂O_7, (1,5-3)г/л H₂SO₄.

Полирование алюминия производят в электролитах, масс.%:

HBF₄(1,25 масс%),H₂O(98,75); плотность тока 1,5-2А/дм², при 28-30°С, в течение 10-15 мин.

H₃PO₄(40-45), H₂SO₄(40-35),CrO₃(5-6),H₂O(14-15); плотность тока 20-17А/дм², напряжение 10-15 В при 70-80°С в течение 5-10 мин.

Полирование никеля осуществляется в электролите, мас.%: H₃PO₄(30-50), H₂SO₄(50-30),H₂O(20); плотность тока 10-100А/дм², напряжение 8-15 В при 18-25°С в течение 3-10 мин.

Полирование вольфрама производят в электролите, мас.%: NaOH(1-10), NH₄OH(3-10); плотность тока 0,5-3А/дм² при 18-40°С в течение 1-3 мин.

Полирование молибдена осуществляют в электролите, мас.%: H₃PO₄(60), H₂SO₄(20), H₂O(20) при плотности тока 150-300А/дм² , t=60-80°С в течение 1-3 мин.

Полирование магния осуществляется в электролите: H₃PO₄(1,7г/см³) 675 мл, этиловый спирт (325мл); плотность тока 0,5А/дм² при 18-20°С в течение 10 мин.

5.8. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА

Назначение процесса - точное профилирование изделий из труднообрабатываемых материалов, прошивка в них лопастей, отверстий, изготовление сеток, резка. Достоинствами процесса являются:

1. Высокая производительность и точность обработки.

2. Экономный расход материала.

3. Независимость от твердости обрабатываемого материала.

Недостатки процесса:

1. Высокая энергоемкость.

2. Сложность регенерации электролита.

Глубина растравливаемого слоя зависит от обрабатываемого материала и используемого электролита:

Материал	Электролит	Глубина растравленного слоя
Жаропрочные сплавы	10-20% NaCl	До 20 мкм
	15-20% NaNO₃	8-15 мкм
Твердые сплавы	8-10 %NaCl	20-30 мкм
	5-6%Na₂СO₃	10-20 мкм
Титановые сплавы	5-15 NaCl	До 60 мкм
	5-15 NaCl 3%KBr	До 60 мкм
Алюминиевые сплавы	5-10% NaNO₃	До 60 мкм

В состав электролита входят хорошо проводящие индифферентные соли, которые обеспечивают высокую интенсивность процесса электролиза. Реакции на электродах:

На катоде 2Н⁺+2е =Н₂

На аноде Ме-nе=Меⁿ⁺

Меⁿ⁺ , как правило, переходит в шлам.

Суммарная реакция:

Ме + nН₂O = Ме(ОН)_n +

Электрохимический эквивалент q, г/(А×ч), объемный q_об,мм³/(А×ч) и линейный q_лин,мм/(А×ч) рассчитываются по формулам:

q= ; q_об= ; q_лин= ,

где М – молярная масса металла;

n –валентность его ионов;

r -удельный вес, г/мм³;

S-обрабатываемая поверхность, мм².

Для сплава q_с=

где С_i– концентрация компонента, мас.%

q_i- его электрохимический эквивалент.

Таблица 5.5

Эквиваленты различных металлов [5]

	q,г/(А×ч)	q_об, мм³/(А×ч)	q_лин, мм³/(А×ч)	r, г/см³
Al	0,336	124,2	2,24	2,70
W	1,14	59,5	0,595	19,35
Cr⁶⁺	0,324	45,6	0,456	7,14
Mg	0,450		2,58	1,74
Ni	1,092	123,6	1,236	8,84
Cu	1,182	132,9	1,329	8,95
Pb²⁺	3,864	340,8	3,408	11,34
Ti	0,444	99.0	0,990	4,54
Zn	1,22	170,4	1,704	7,14

Типичные параметры размерной обработки:

Up- 5-20B, i=0,05-0,5 А/мм².

Давление электролита Р = 500-1500кПа (5-15атм).

Удельный съем 50-150 , мм³/(А×ч).

Зазор между электродами 0,50-0,9 мм.

t- 30-40°С

Удельный расход электроэнергии 5-3) кВт×ч/кг.

Скорость подачи инструмента 0,5-10мм/мин.

Выход по току 60-90%.

Электролиты для размерной обработки.

Таблица 5.6

Обрабатываемость металлов и сплавов в различных электролитах

(1-25%NaCl, 2-30%NaNO₃, 3-15%Na₂SO₄) [5]

	Скорость, мм³/(А×ч)	h_т,%	N, квт×ч/кг

Fe армко	114,3	7,5	11,4		5,6	8,6
12ХГН3	91,5	11,4	7,5			5,6	12,5
Ni ЭИ867							8,6	7,4
ЭИ617							8,3	9,2
Cu М1							8,5	6,4
Al			11,1			9,3
Zn Ц1
Sn 01							2,7	2,8	1-,4
Ti ВТ8			0,33			0,25	21,6
W*(NaOH)	57*	-	-	96*	-	-	79,5*	-	-
Mo*(NaOH)	57*	-	-	46*	-	-	83*	-	-
	11,7*	-	-		-	-		-	-

Наблюдается:

1. Сильная зависимость показателей электрохимической обработки от применяемого электролита.

2. Все конструкционные материалы (черные и цветные) хорошо обрабатываются в растворе NaCl.

3. Для Al, Zn, Sn и их сплавов лучше использовать раствор NaNO₃.

4. Для Ni - Na₂SO₄ или H₂SO₄.

5. Для W, Mo - 10% раствор NaOH.

Регенерация электролита от продуктов гидролиза (шлама)

Очистка электролита от шлама осуществляется либо фильтрацией, либо центрифугированием. Перед очисткой в электролит вводят коагулянт - 1-3 г/л полиакриламина.

Высокой эффективностью обладает электрофлотация. Пузырьки газа, образующиеся при разложении воды Н₂О =Н₂ + О₂, флотируют частицы шлама. Скорость потока 5-8 м/с обеспечивает обновление электролита, удаление шлама.

Для неработающих участков поверхности электродов применяют изолирующие покрытия (эмали, эпоксидные смолы, полихлорвиниловые, полиуретановые смолы толщиной 0,02-0,2 мм при 170-200°С, фторопласт 0,02-0,05(279°С).

Электрохимическая резка и маркировка характеризуется:

1. Высокой производительностью, не зависящей от твердости и вязкости.

2. Высоким классом обработки поверхности.

3. Четкостью изображения маркировки.

Таблица 5.7

Параметры электрохимической маркировки

Металл	Электролит	U,B	t,с
Сталь обычная	10% NaNO₂ или NaNO₃	5-7	1,0-1,5
Нержавеющая сталь	15% NaNO₂	5-7	0,5-1,5
Бронза	8%Na₂CO₃ 2%K₂SO₄	3-5	0,3-0,5
Алюминий и сплавы	8% KBr 8%NH₄NO₃	6-8	1,0-1,5
Титан	H₂O 90%C₂H₅OH	8-10	0,1-0,2

Условия резки труб дисковыми катодами:

i_к = 60-150А/см².

D_кат =300-500 мм.

Скорость вращения 20-30 м/с.

Зазор 0,1-0,5 мм.

Скорость травления 5-12 мм/мин.

Р_эл-т=100-200кПа (10-20 атм).

Шероховатость 6-7 класс.

Характеристика установки для электрохимической размерной обработки профиля турбинных лопаток ЭХО 300:

Размер обрабатываемых деталей до 300 мм.

Скорость подачи инструмента 5 мм/мин на 2-50 мм (рабочий ход).

J до 12000 А, U= 14В, давление электролита до 800 кПа (80 атм) , габаритные размеры 1700х1610х2080.