Электрохимическое Цинкование.
Способы защиты от коррозии Электрохимическая защита Изменение фазового состава (легирование) Методы на стадии проектирования Обработка среды Консервация поверхности Нанесение покрытий (металлические и не металлические) Комплексные методы защиты
Основание выбора цинковых покрытий Хорошие защитные и физикомеханические свойства Не вредный в отличии от кадмия Более масштабный процесс, чем никелирование (первое место по объему производства – цинкование)
Из металлов подгруппы цинка (Zn, Cd, Hg) наиболее широко в гальванотехнике используют цинк, в меньшей степени - кадмий. Область применения кадмиевых и цинковых покрытий в значительной степени определяется защитными и физикомеханическими свойствами цинка и кадмия. Основной областью использования цинковых и кадмиевых покрытий является защита стальных деталей от коррозии. E 0 Zn 2+/Zn = -0, 76 В; E 0 Cd 2+/Cd = -0, 402 В; E 0 Fe 2+/Fe = -0, 44 В Несмотря на относительно не высокий нормальный потенциал - 0, 76 В, металлический цинк является довольно коррозионностойким в атмосферных условиях. Так как потенциал цинка имеет более отрицательное значение, чем потенциал железа, то при контакте цинка с железом и наличии влаги образуется гальванический элемент, в котором железо служит катодом. И при этом продукты белой коррозии цинка не ухудшают защитные свойства покрытия, хотя значительно портят внешний вид покрытия.
Применение цинковых покрытий
Типы электролитов цинкования Кислые (цинк в виде ионов Щелочные (цинк в комплексах) Сернокислые Цинкатные Солянокислые Цианидные Борфторводородные Аммиакатные Пирофосфатные
Состав электролитов цинкования и условия электролиза Кислые электролиты. Из кислых электролитов наибольшее распространение получили сернокислые, так как в хлористых растворах цинковые аноды сильно разрушаются, а борфтористоводородные растворы сложны в приготовлении, более дороги и токсичны. Для цинкования деталей на подвесках или в насыпном виде в колоколах и в барабанах обычно применяют растворы, содержащие: Zn. S 04 80 -160 г/л Al 2(SO 4)3 20 -30 г/л Na 2 SO 4 50 -100 г/л H 3 BO 3 20 -30 г/л б/о добавки iк до 3 -5 А/дм 2 Температура кислых электролитов с органическими добавками поддерживается в пределах 18÷ 25 °С, а в электролитах, не содержащих органических добавок (например, для цинкования проволоки, ленты или листов при высоких плотностях тока) - до 500 С. Катодные выходы но току колеблются в пределах 95 -100%. Аноды для цинкования в кислых электролитах изготовляют, как правило, из чистого электролитического цинка (99, 85— 99, 9%), содержащего не более 0, 02— 0, 03% РЬ, Во всех кислых электролитах цинковые аноды растворяются с высоким выходом по току, который при повышенной кислотности превышает 100% вследствие коррозии. Для этих электролитов характерна низкая рассеивающая способность, поэтому они применяются главным образом для цинкования изделий простой формы. Допустимые катодные плотности тока и выход металла по току в кислых электролитах выше, чем в комплексных, следовательно и скорость процесса более высокая.
Слабокислые электролиты Zn. S 04 140 -160 г/л NH 4 Cl (Na. Cl) 1 -3 г/л (NH 4)2 SO 4 10 -12 г/л H 3 BO 3 15 -25 г/л б/о добавки р. Н 4, 5÷ 5, 5 Zn. S 04 NH 4 Cl (Na. Cl) H 3 BO 3 б/о добавки р. Н 4, 5÷ 5, 5 80 -120 г/л 180 -220 г/л 15 -25 г/л Zn. Cl 2 KCl H 3 BO 3 б/о добавки р. Н 4, 5÷ 5, 5 60 -80 г/л 180 -200 г/л 15 -25 г/л Преимущества: Просты по составу и в приготовлении, высокие допустимые плотности тока и ВТ, покрытия с высокой степенью блеска, низкая наводораживаемость стальной основы Недостатки: Низкая РС, наличие ионов NH 4+ затрудняет очистку сточных вод, высокая концентрация хлорид ионов – высокая коррозионная активность электролита
Щелочные цианидные электролиты Zn. O 40 -80 г/л Na. CN 80 -90 г/л Na. OH 40 -50 г/л Преимущества: В цианидных электролитах цинк находится в виде комплексного аниона Zn(CN)42 - и частично в виде комплекса Zn(OH)42 -. Поэтому разряд ионов цинка из таких комплексов происходит с высоким перенапряжением и поляризуемостью. Осадки получаются мелкокристаллические. Электролит имеет самую высокую РС. ВТ падает с ростом плотности тока. Недостатки: v Цианидные электролиты обладают высокой токсичностью (при взаимодействии свободного цианида с СО 2 в присутствии влаги воздуха в атмосферу выделяется HCN): 2 KCN + СO 2 + H 2 О = 2 HCN↑ + К 2 CО 3 Электролизеры должны быть оборудованы специальными устройствами для вентиляции, чаще всего бортовыми отсосами. v Вследствие карбонизации (накопление К 2 CО 3 выше 90 г/л) цианидные электролиты менее устойчивы по составу, чем кислые, и требуют частой корректировки. v Серьезным недостатком цианидных электролитов цинкования (без специальных добавок) является значительное наводороживание стальных деталей, что приводит к резкому ухудшению механических свойств деталей после покрытия: уменьшается пластичность, увеличивается хрупкость.
Щелочные цинкатные электролиты Zn. O 40 -60 г/л Na. OH 80 -120 г/л Трилон Б до 1 г/л б/о добавки Преимущества цинкатных электролитов: Цинк находится в виде комплексного аниона Zn(OH)42 -, из которого цинк разряжается с высоким перенапряжением, но с меньшей, чем из цианидного комплекса. Электролиты сравнительно просты по составу и в приготовлении, малотоксичны, коррозионно не активны. Электролит имеет хорошую РС, но меньшую, чем цианидные электролиты. Недостатки: Обязательное присутствие в составе ПАВ, склонность анодов к пассивации при недостатке щелочи.
Наводораживаемость покрытия и деталей В результате наводороживания происходит изменение механических, физических и химических свойств металлов. Особенно сильно влияет водород на механические свойства сталей, вызывая уменьшение длительной прочности, пластичности, ударной вязкости, выносливости стали в различных средах и т. п. Все это приводит к снижению надежности в эксплуатации и долговечности стальных изделий, а часто и к разрушению ответственных конструкций. Как известно, выделение металла при электролизе происходит не одновременно по всей поверхности, а сначала на отдельных, наиболее активных, ее участках. Следовательно, до тех пор, пока поверхность основы не полностью закрыта осаждающимся металлом, источником наводороживания может быть водород, который разряжается на незакрытых осадком участках катодной основы, а затем и в основании открытых пор покрытия (1 -й источник). После того как покрытие полностью перекроет поры, разряд водорода будет возможен только на поверхности осадка и источником наводороживания будет водород, который, разряжаясь, проникает в осадок и диффундирует через него в основу (2 -й источник).
Термическое обезводороживание Для устранения водородной хрупкости детали подвергают термическому обезводороживанию. Обезводороживание обязательно для тонких пружин и деталей, испытывающих при эксплуатации значительные нагрузки. Обезводороживание должно производиться сразу, но не позднее, чем через 30 минут после нанесения цинкового покрытия путем нагрева и выдержки при температуре 190 -2000 С в печи с циркуляцией воздуха в течение 2 -4 часов или больше, затем детали охлаждают на воздухе до комнатной температуры.
Выводы Рассмотрены кислые и щелочные электролиты цинкования, указаны их достоинства и недостатки. Показано, что кислые электролиты не рационально применять для сложнопрофильных деталей из-за низкой рассеивающей способности, щелочные в данном случае лучше. Из кислых лучшими и простыми по составу являются сернокислые электролиты, электролиты содержащие ионы хлора являются коррозионно-опасными для стальной основы цинкуемой детали, ионы аммония представляют затруднения при извлечении их сточных вод гальванических цехов. Цианидные электролиты высокотоксичны и требуют частой корректировки, но имеют высокую РС, что хорошо для цинкования сложнопрофильных деталей. Цинкатные электролиты малотоксичны, коррозионно не активны, и имеют хорошую РС. Указано, что после обработки деталей в электролитах, вызывающих ее сильную наводораживаемость нужно обезводородить сталь, провести термическую обработку.
Спасибо за внимание!
Скачать презентацию Электрохимическое Цинкование Способы защиты от коррозии Электрохимическая
Tsinkovanie.ppt