Электроосаждение металлов на алюминиевые сплавы

Основные методы и виды гальванических покрытий на алюминий и его сплавы. Анализ схемы предварительной подготовки алюминия, а также его сплавов. Цинкатный и станнатный растворы. Непосредственное нанесение гальванических покрытий на алюминий и сплавы.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 14.08.2011
Размер файла 26,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

На тему: «Электроосаждение металлов на алюминиевые сплавы»

Алюминий и его сплавы находят большое применение в народном хозяйстве благодаря своим ценным свойствам (малой плотности, хорошей теплопроводности, высокой электрической проводимости, достаточно высоким механическим характеристикам).

На детали из алюминия и его сплавов покрытия наносят с целью повышения коррозионной стойкости или придания поверхности новых свойств. Это позволяет сочетать ценные свойства алюминия со свойствами применяемых покрытий. Виды покрытий и их назначение приведены в таблице 1.

Таблица 1. Виды и назначение гальванических покрытий на алюминий и его сплавы

Назначение

Вид гальванического покрытия

Защитно-декоративное

Создание поверхностной проводимости

Покрытие под пайку

Повышение твердости, износостойкости

Улучшение скольжения

Предотвращение контактной коррозии

Предотвращение заедания резьбовых изделий

Для сцепления с резиной

Подслой для нанесения других видов покрытий

Хромовое, серебряное, золотое, родиевое

Серебряное, родиевое

Оловянное, оловянно-свинцовое, олово-висмутовое, кадмиевое, серебряное, никелевое, медное

Хромовое, никелевое

Оловянное

Кадмиевое

Цинковое

Латунное

Медное, никелевое

Алюминий обладает рядом свойств, затрудняющих получение качественных гальванических покрытий. Сложность нанесения покрытий обусловлена наличием на поверхности алюминия и его сплавов прочной и легко восстанавливающейся оксидной пленки, препятствующей удовлетворительному сцеплению осаждаемого металла с основанием. Образование на поверхности алюминиевых сплавов оксидных пленок связано, в свою очередь, с высоким сродством этого металла к кислороду. Другой важной причиной, осложняющей технологию нанесения электрохимических покрытий на алюминий и его сплавы, является высокое отрицательное значение потенциала алюминия и его стремление к переходу в ионное состояние. Этот процесс вызывает контактное вытеснение из растворов электролитов более электроположительных металлов: цинка, меди, серебра, никеля, олова, хрома и т.д. контактные осадки не отличаются, как правило необходимым сцеплением. Существенные затруднения в технологический процесс вносит также взаимодействие алюминия с кислыми и щелочными электролитами, применяемыми для получения обычных гальванических покрытий, а также наличие на поверхности литых алюминиевых изделий трещин и пор, в которых задерживаются эти электролиты.

Возможность наносить металлические покрытия на алюминий и его сплавы появилась только после того, как удалось разработать способы подготовки поверхности для удаления оксидных пленок с поверхности покрываемых изделий и уменьшить активность ионов осаждаемых металлов. Кроме того, удалось выбрать режимы электролиза, сводящие к минимуму контактное вытеснение металлов. Особый способ подготовки поверхности и условия электроосаждения уменьшающие возможность контактного вытеснения, очень важны для покрытия алюминия и его сплавов.

Различают следующие методы подготовки поверхности алюминия и его сплавов.

1. Увеличение шероховатости поверхности механическими методами (пескоструйным, гидроабразивным) или химическими с применением растворов фтористоводородной, соляной и трихлоруксусной кислот. Благодаря такой обработке удается получать покрытия, хорошо сцепленные с основой, но с низкими декоративными и коррозионными свойствами. Широкого практического применения этот метод не нашел.

2. Контактный метод - получение промежуточных пленок контактного металла.

3. Электрохимическое осаждение.

4. Нанесение оксидной пленки.

Контактное осаждение цинка перед нанесением гальванических покрытий

Сущность метода состоит в том, что для получения промежуточной пленки контактного металла алюминий перед нанесением покрытия погружают в агрессивные растворы, содержащие ионы более положительного металла. В результате взаимодействия с раствором естественная оксидная пленка снимается и выделяется слой контактного металла, на который затем наносится покрытие. Травление поверхности а процессе контактного обмена происходит неравномерно, и она становится шероховатой, что улучшает условия осаждения и сцепления покрытий.

Для формирования контактной пленки используются щелочные и кислые растворы. При погружении в щелочные и кислые растворы. При погружении в щелочной раствор оксиды алюминия растворяются с образованием алюминатов

Al2O3 + 2OH - 2 AlO2 + H2O

На практике используют цинкатный и станнатный растворы. При активировании алюминия в растворе цинката натрия на его поверхности образуется пленка контактного цинка

алюминий сплав гальванический покрытие

3 ZnO22- + 2 Al + 2 H2O 2 AlO2- + 3 Zn + 4 OH-

Раствор для цинкатной обработки в простейшем случае состоит из 5 - 100 г/л оксида цинка и 50 -500 г/л едкого натра. Обработку ведут при температуре 15 - 300С в течение 0,5 -1 мин. Качество покрытий высокое. Это объясняется рядом факторов. Цинк в щелочном растворе находится в виде комплексных ионов, потенциал его выделения достаточно отрицателен и приближается к потенциалу алюминия. Вследствие высокого перенапряжения выделения водорода на цинке его осаждение не сопровождается заметным выделением водорода. Пленки получают плотными, тонкими.

Толщина и компактность цинковой пленки зависят от концентрации раствора, соотношения компонентов, температуры и времени выдержки в нем изделия. Из разбавленных растворов получают крупнокристаллические пленки, в то время как осадки на более концентрированных по цинку растворах имеют мелкокристаллическую структуру и обеспечивают хорошее сцепление с гальваническим покрытием. С увеличением температуры и времени выдержки толщина пленок увеличивается. При недостаточной выдержке контактное покрытие не успевает затянуть основной металл, при передержке образуется толстая рыхлая пленка.

Часто практикуется двукратная обработка в цинкатном растворе. Для этого полученную при первой обработке пленку удаляют травлением изделий в разбавленной азотной кислоте (1:1) и после тщательной промывки вновь обрабатывают в растворе цинката. Хотя механизм улучшения сцепления пленки при двукратной обработке не вполне ясен, результаты такой обработки для ряда сплавов весьма заняты, поэтому на практике она применяется довольно часто.

Более равномерные по толщине покрытия цинка получаются при добавлении к приведенному выше составу раствора хлорида железа (2 - 3 г/л) и сегнетовой соли (8 - 10 г/л). эти добавки особенно эффективны при обработке алюминиевых сплавов, содержащих магний. При обработке дюралюминия (сплав алюминия с медью) рекомендуется заменить оксид цинка в цинкатном растворе эквивалентным количеством сульфата цинка. Рост пленок в таких растворах быстро прекращается, поэтому в отличие от простейшего раствора не требуется строгого соблюдения времени выдержки изделий. После нанесения контактного цинка на нем можно осадить покрытия из других металлов. Непосредственно на цинк можно наносить медь, никель и другие покрытия.

Цинкатный раствор легче всего готовить из сульфата цинка. К 40 - 50%-ному раствору едкого натра добавляют 30%-ный раствор сульфата цинка. При этом выпадает осадок гидроксида цинка, который тут же растворяется в избытке щелочи.

Хлоридные растворы применяются для осаждения пленок контактного железа и никеля. Наибольший интерес представляет осаждение никеля, поскольку его коррозионная стойкость выше. Для выделения контактного никеля рекомендуется раствор, содержащий 1420-1450 г/л фосфорной кислоты и 20-45 г/л хлорида никеля (II) NiCl2 * 6H2O. Обработку рекомендуется проводить при температуре 50 - 600С, время выдержки от 0,2 до 0,5 мин.

Для обработки в растворах, содержащих в качестве активаторов ионы BF-4 , рекомендуют процесс Лимеда Al, при котором в виде контактной пленки осаждается сплав цинк-никель, состоящий из 60 - 70% Zn и 30 - 40% Ni, он менее активен, чем чистый цинк. Для получения контактной пленки для всех сплавов алюминия применяется раствор следующего состава (г/л): Zn(BF4)2 20 - 40; Ni(BF4)2 200; NH4BF4 40. Режим работы: рН 4,2 (для сплава АЛ-9 рН 2,5), температура 18-200С. Время осаждения (с) пленки зависит от типа сплава и составляет: 30-60 - для алюминия и сплава Д-16; 45 - для сплавов АМг, АМц; 210-360 - для сплавов АЛ-2; 40-60 - для сплава АЛ-9. После выдержки деталей в растворе дается импульс тока ia = 0,15 А/дм2 продолжительностью 20-30 с.

Для алюминия и его сплавов разработаны различные схемы предварительной подготовки (таблица 2)

Таблица 2. Схемы предварительной подготовки алюминия и его сплавов

Технологические операции подготовки алюминия и его сплавов

Чистый алюминий и его сплавы с марганцем

Все сплавы алюминия, за исключением высококремнистых

Высококремнистые сплавы

Осветление в растворе 50%-ной HNO3

Промывка, контактное цинко-вание.

Двукратная промывка

Обработка в 15%-ном растворе H2SO4

Промывка, осветление в 50%-ном растворе HNO3

Промывка, контактное цинкование, двукратная промывка.

Контактное цинкование, промывка

Обработка в 50%-ной азотной кислоте

Промывка, контактное цинкование, двукратная промывка.

Обработка в смеси HNO3 и HF (3:1)

Промывка, контактное цинкование

Двукратная промывка

На контактную пленку наносят медь из пирофосфатного или цианидного (рН меньше или равно 10) электролита и матовый или блестящий никель.

Электрохимическое осаждение цинка. Слой цинка можно наносить электрохимическим способом. Этот способ пригоден для алюминия и всех его сплавов, кроме сплавов, содержащих более 30% магния. По этому способу на детали осаждают очень тонкий слой цинка из цианидного электролита следующего состава (г/л) при режиме работы:

ZnCl2……………………0,5 iк , А/дм2……………………….0,6

NaCN……………………0,5 t , 0C……………………………18-20

NaOH……………………10,5 ф , c……………………………..20

Затем детали покрывают слоем латуни, никелируют в обычном сульфатном электролите, подвергают термической обработке при температуре 220-2300С. Термообработка обеспечивает высокую степень сцепления никеля с покрываемой поверхностью и может быть использована для осаждения покрытий на детали для жестких условий эксплуатации, а также на детали для последующей пайки.

Оксидирование алюминия перед нанесением гальванических покрытий. Для оксидирования алюминия и его сплавов перед нанесением покрытий применяют растворы на основе щавелевой, фосфорной, хромовой и других кислот. Наибольшее распространение для анодирования алюминия и его сплавов получили фосфатные электролиты. Лучшие результаты дает анодирование в растворе, содержащем от 250 до 500 г/л фосфорной кислоты при плотности тока 1,3-2 А/дм2 ; напряжение на ванне 10-40 В. Продолжительность обработки при t = 18-350С составляет 10-15 мин.

Толщина и качество пленки зависят от напряжения, температуры и продолжительности обработки, а также от концентрации кислоты. Необходимая степень пористости обеспечивает концентрированным растворами кислоты и повышением температуры. Для улучшения качества оксидных покрытий из фосфатных растворов раствор рекомендуется перемешивать.

Диаметр пор оксидной пленки, полученный анодированием в фосфорной кислоте, несколько больше диаметра пор пленок, полученных другими методами, поэтому создаются благоприятные условия для хорошей адгезии металлических покрытий. Так как в сильнощелочных электролитах существует опасность, что анодная пленка растворится до того как начнет осаждаться металл, рекомендуется сначала нанести промежуточное покрытие меди из пирофосфатного раствора.

Для анодирования алюминиевых сплавов перед нанесением гальванических покрытий применяется также 20%-ный раствор серной кислоты. Анодная обработка ведется при 18-250С и плотности тока 1 А/дм2, продолжительность обработки 10 мин. последующая обработка анодированных деталей ведется в растворе соды при температуре 50-550С в течение 2-3 мин. Этой методикой пользуются при изготовлении биметаллических (алюминий - медь) форм для офсетной печати.осаждение меди на изделиях, анодированных в серной кислоте, осуществляется из обычных кислых электролитов.

Для анодирования может быть использован 3-5%-ный раствор щавелевой кислоты. Обработка ведется при плотности тока 0,5 А/дм2 в течение 10 мин. Напряжение в начале процесса 5 В. Оно быстро повышается до 50 В. Полученная таким образом оксидная пленка обрабатывается в цианидном растворе или в 1%-ном растворе плавиковой кислоты. Продолжительность обработки составляет несколько секунд. Чтобы получить равномерную оксидную пленку, детали после обезжиривания перед оксидированием рекомендуется обработать сначала в растворе едкого натра (50 г/л) при температуре 65-700С в течение 3-10 с, а затем в растворе карбоната натрия (30 г/л) или тринатрийфосфата (30 г/л) в течение 10 с. После этого детали промывают в холодной воде, опускают на 10 с. в концентрированную азотную кислоту, снова промывают, и переносят в щавелевую ванну для анодирования.

Непосредственное нанесение гальванических покрытий на алюминий и его сплавы. Разработаны способы непосредственного покрытия алюминия и его сплавов в гальванической ванне. При этих способах условия для хорошего сцепления покрытий с алюминиевой поверхностью создают в самой ванне электроосаждения.

Ю. Я. Лукомский с сотрудниками разработали технологические процессы и электролиты меднения, никелирования, цинкования алюминия и его сплавов.

Для непосредственного осаждения меди и никеля на алюминий и его сплавы рекомендуют электролит (г/л) следующего состава при режиме работы:

Для осаждения меди Для осаждения никеля

CuSO4 * 5H2O…………..50 NiSO4 * 7H2O……………….200

Na4P2O7 * 10H2O………...220 H3BO3……………………….25

NaH2PO4 * 2H2O…………15 NaF…………………………..2

NaNO2…………………….15 NaCl………………………….2

iк , А/дм2…………………..0,06 K2S2O8……………………….2

t , 0C……………………….60 iк , А/дм2……………………..0,1

pH………………………….7,5 t , 0С…………………………55

рН……………………………4,5

Для непосредственного цинкования алюминия и его сплавов можно применять электролиты следующего состава (г/л) при режиме работы:

№1 №2 №1 №2

ZnSO4……………….200 75 ПАВ…………………….6 6

(NH4)2SO4………….. - 25 iк , А/дм2……………......0,2 0,1

H3BO3……………….30 20 t , 0С……………………25 25

NH4F………………...40 30 рН………………………5,0 5,0

Качество покрытия не зависит от состава и свойств покрываемых сплавов. На качество покрытия и его сцепление с алюминиевой поверхностью влияют кислотность электролитов, добавки активаторов, окислителей и температура электролиза.

Литература

1. К. П. Баташев «Нанесение гальванических покрытий на алюминий и его сплавы».Л.: 1965

2. Н. Т. Кудрявцев «Электролитические покрытия металлами» М.:Химия, 1979.

3. Н.Т. Кудрявцев Прикладная электрохимия М.: Химия, 1975

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Алюминий и его сплавы. Характеристика и классификация алюминиевых сплавов. Деформируемые, литейные и специальные алюминиевые сплавы. Литые композиционные материалы на основе алюминиевого сплава для машиностроения. Состав промышленных дюралюминов.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 15.01.2014

  • Достоинства алюминия и его сплавов. Малый удельный вес как основное свойство алюминия. Сплавы, упрочняемые термической обработкой. Сплавы для ковки и штамповки. Литейные алюминиевые сплавы. Получение алюминия. Физико-химические основы процесса Байера.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 05.03.2015

  • Эксплуатационные свойства металлов. Классификация металлических материалов. Черные и цветные металлы, их сплавы. Стали для режущих и измерительных инструментов. Стали и сплавы со специальными свойствами. Сплавы алюминия и меди. Сплавы с "эффектом памяти".

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.03.2013

  • Система алюминий-магний (Al-Mg) как одна из самых перспективных при разработке свариваемых сплавов, основные недостатки и преимущества данной группы. Сплавы алюминия с прочими элементами, их основные характеристики. Области применения алюминиевых сплавов.

    контрольная работа [24,6 K], добавлен 21.01.2015

  • Характеристика алюминия и его сплавов. Технологический процесс производства алюминия и использование "толлинга" в производстве. Состояние алюминиевой промышленности и мировой рынок алюминия в конце 2007 - начале 2008 гг. Применение алюминия и его сплавов.

    контрольная работа [6,2 M], добавлен 14.08.2009

  • Характеристика алюминия (серебристо-белого металла), его химическая активность, природные соединения, содержание в земной коре. Модификации оксида алюминия, их получение и применение в технике. Механические свойства и назначение алюминиевых сплавов.

    реферат [11,2 K], добавлен 23.11.2010

  • Механические свойства, обработка и примеси алюминия. Классификация и цифровая маркировка деформируемых алюминиевых сплавов. Характеристика литейных алюминиевых сплавов системы Al–Si, Al–Cu, Al–Mg. Технологические свойства новых сверхлегких сплавов.

    презентация [40,6 K], добавлен 29.09.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.