Автоматическая линия цинкования в барабанах

Рефераты по технологии » Автоматическая линия цинкования в барабанах

84 84

ТПЖА 746 100.883 ПЗ

Лит. Лист Листов

Утвердил

Н. Контр.


Проверил Шишкина С. В.


Разраб. Валов О. С.

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Кафедра ТЭП

гр. ТЭП - 51


СОДЕРЖАНИЕ


СОДЕРЖАНИЕ 5

1 ВВЕДЕНИЕ 6

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ 8

2.1 Годовая программа 8

2.2 Характеристика детали 9

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 10

3.1 Характеристика покрытия 10

3.2 Выбор и обоснование способа нанесения покрытия 13

3.3 Выбор и обоснование типа и состава электролита для нанесения покрытия 17

3.4 Обоснование режимов процесса нанесения цинкового покрытия 22

3.5 Подготовительные операции 25

3.5.1 Обезжиривание 25

3.5.2 Активация 28

3.6 Заключительные операции 31

3.6.1 Пассивирование 31

3.6.2 Сушка 32

3.6.3 Промывка 33

3.7 Технологическая карта 36

3.8 Технологические инструкции по выполнению технологических процессов 42

3.8.1 Сырьё и материалы 42

3.8.2 Приготовление и корректировка электролитов 43

3.8.3 Контроль качества покрытия 44

3.8.4 Дефекты и их устранение 46

3.8.5 Анализ электролитов 47

3.8.6 Обслуживание электролитов 50

3.9 Утилизация цинка из промывных вод и очистка сточных вод 52

4 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ 56

4.1 Выбор основного типа оборудования 56

4.2 Конструктивный расчёт основного оборудования 57

4.3 Электрический расчёт электрохимических ванн 63

4.4 Тепловой расчёт 66

4.4.1. Тепловой расчет нагревающихся ванн 66

4.4.2 Расчёт змеевика. 69

4.4.3 Укрупнённый тепловой расчёт ванн 71

4.5 Материальные расчёты 72

4.5.1 Расчёт расхода воды на промывку 72

4.5.2 Расчёт расхода химикатов и анодов 73

4.6 Расчёт вытяжной вентиляции 77

5 Охрана труда и техника безопасности 79

6 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 83


1 ВВЕДЕНИЕ


Коррозия металлов то есть разрушение вследствие электрохимического или химического воздействия среды причиняет народному хозяйству огромный вред. Ежегодно из-за коррозии выбывает из строя свыше 35% всего вырабатываемого металла.

Для снижения потерь металла и предохранения изделий от коррозии наряду с использованием химически стойких материалов широко применяются различные виды защитных покрытий.

Помимо покрытий предназначенных для защиты основного металла от атмосферной коррозии различают защитно-декоративные покрытия которые не только должны защищать металл от коррозии но и сообщать его поверхности красивый часто блестящий вид на протяжении определённого периода эксплуатации в атмосферных условиях.

Довольно широкое применение имеют износостойкие покрытия назначение которых сводится к повышению сопротивления трущихся поверхностей механическому износу. Эти покрытия повышают срок службы трущихся поверхностей в частности цилиндров двигателей внутреннего сгорания автомобилей и других двигателей.

Покрытия из металлов и сплавов сообщают поверхности оптические магнитные антифрикционные и другие свойства. В последнее время покрытия из драгоценных металлов применяют всё в больших количествах в электронной промышленности – в производстве полупроводниковых приборов и различного рода электрических контактов когда наряду с химической стойкостью требуется сообщить поверхности высокую электропроводность низкое и постоянное переходное электросопротивление и целый ряд других свойств.

Гальванические покрытия по механическим свойствам чистоте коррозионной стойкости и экономичности одни из самых лучших. Возможность регулировать толщину слоя изменением продолжительности процесса и плотности тока возможность уменьшать количество цветных металлов расходуемых на покрытие поверхности делают этот метод довольно привлекательным.

Гальванические процессы осуществляются в цехах защитных покрытий. Повышение технического уровня цехов защитных покрытий внедрение современных технологических процессов и средств автоматизации способствует повышению эффективности труда и значительному увеличению производительности труда.

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ

2.1 Годовая программа


Н
а линию покрытия поступает деталь шуруп с потайной головкой А5·40 выполненный в соответствии с ГОСТ 1145-70. Данная деталь изготовлена из низкоуглеродистой стали ст3. Эскиз детали изображён на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Эскиз детали шуруп А5·40

Годовая программа составляет 50000 м2 в год.

2.2 Характеристика детали


Деталь шуруп изготавливается из стального прутка диаметром девять миллиметров на токарном станке путём удаления излишков металла при помощи различных резцов.

Термообработке деталь не подвергается. После изготовления детали защищаются от коррозии путём нанесения консервационного масла. В таком виде шурупы отправляются на склад откуда далее подаются в гальванический цех на покрытие.

Масса одного шурупа А5·40 составляет 3 6 грамм. Габаритные размеры 8 5Ч8 5Ч40 мм. Площадь поверхности равна 0 002 м2. Шероховатость поверхности находится в пределах от Rz 40 до Rz 80 (см. рис. 2.1).

Шуруп предназначен для эксплуатации в климатическом районе УХЛ (по ГОСТ 15150-69). В данную комбинацию входят следующие типы макроклиматов: очень холодный (кроме Антарктиды) холодный холодный умеренный тёплый умеренный тёплый сухой мягкий тёплый сухой. Рабочая температура воздуха при эксплуатации составляет от 40 до минус 60 °С.

Изделие изготавливается по третьей категории (по ГОСТ 15150-69): для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше чем на открытом воздухе например в металлических с теплоизоляцией каменных бетонных деревянных помещениях.

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Характеристика покрытия


Цинк – металл светло-серого цвета отличающийся хрупкостью и сравнительно малой твёрдостью (50-60 единиц по Бринелю). Цинк обладает следующими физико-химическими свойствами: плотность 7 2 г/см3 атомный вес 65 38; валентность 2; стандартный потенциал по отношению к нормальному водородному электроду составляет минус 0 76 В; электрохимический эквивалент 1 22 г/А·ч; температура плавления 419 °С; при нагреве до 100 – 150 °С цинк становится пластичным и может подвергаться прокатке и ковке при 200 °С и выше цинк снова теряет пластичность и делается настолько хрупким что его легко можно превратить в порошок. В сухом воздухе цинк устойчив. Во влажном воздухе и пресной воде он покрывается белой плёнкой углекислых и окисных соединений защищающих его от дальнейшего разрушения.

В морской воде цинк обладает умеренной устойчивостью. Скорость коррозии цинка в воде при различных температурах связана с изменением свойств продуктов его коррозии: при низких (20–40 °С) и высоких (выше 90 °С) температурах цинк покрывается плотными прочно пристающими к нему продуктами коррозии которые однако в определённом интервале температур (50–80 °С) становятся рыхлыми и легко отстают от поверхности.

Цинк быстро разрушается кислотами и щелочами и легко реагирует с сероводородом и сернистыми соединениями поэтому в таких средах цинковые покрытия неприменимы.

В кислотах цинк растворяется с выделением водорода. Примеси ртути и свинца с высоким значением перенапряжения водорода не оказывают существенного влияния на скорость растворения цинка в то время как примеси меди олова и других электроположительных металлов на которых перенапряжение водорода незначительно повышают скорость растворения цинка в кислых средах.

Основными областями применения цинковых покрытий являются: защита от коррозии деталей машин крепежа стальных листов проволоки и деталей ширпотреба работающих вне помещений в различных климатических районах а также в закрытых помещениях с умеренной влажностью и в помещениях загрязнённых газами и продуктами сгорания; защита изделий из чёрных металлов от коррозии в атмосфере загрязнённым сернистым газом и от коррозионного воздействия бензина и масла; защита водопроводных труб питательных резервуаров и предметов домашнего обихода из чёрных металлов соприкасающихся с водой.

Широкое распространение цинковых покрытий в гальванической практике для защиты от коррозии изделий из чёрного металла объясняется их высокими защитными свойствами. Потенциал цинка отрицательнее потенциала чёрных металлов (стали железа чугуна) т. е. цинк для указанных выше металлов является анодным покрытием и защищает их от коррозии электрохимически. Защитные свойства таких покрытий сохраняются даже при малой толщине слоя а также при наличии в нём пор или обнажённых участков.

Важную роль играет также низкая стоимость цинка по сравнению со многими цветными металлами.

Скорость разрушения цинкового покрытия составляет примерно 1 0–1 5 мкм год для местности характеризующейся наличием в атмосфере значительных количеств сернистого и углекислого газов.

Значительное уменьшение скорости разрушения цинковых покрытий достигается специальной обработкой их в растворах солей хромовой кислоты а также за счёт фосфатных и оксидных плёнок образующихся в результате применения химических и электрохимических видов обработки цинкового покрытия.

Цвет покрытия (по ГОСТ 9.301-86) серебристо-белый или серебристо-серый с голубоватым оттенком. Допускаются незначительные радужные оттенки если нет особых требований к декоративным свойствам покрытия. Детали с цинковым покрытием не являются бракованными если:

  1. матовая поверхность после гидропескоструйной и металлпескоструйной очистки галтования травления;

  2. потемнение или ослабление интенсивности цвета хроматного покрытия на деталях после термообработки;

  3. более тёмный или более светлый оттенок хроматного покрытия в отверстиях и пазах на внутренних поверхностях и вогнутых участках деталей сложной конфигурации острых кромках углах;

  4. матовые полосы вокруг отверстий;

  5. единые механические повреждения хроматного покрытия не более 2% общей площади;

  6. изменение интенсивности цвета или потемнения после прогрева с целью обезводороживания и проверки прочности сцепления.

3.2 Выбор и обоснование способа нанесения покрытия


Практическое применение находят следующие способы нанесения цинковых покрытий:

  1. погружение изделий в расплавленный цинк (горячий способ);

  2. метод термической диффузии;

  3. металлизация распылением металлом из пульверизатора;

  4. контактный метод осаждения цинка;

  5. электролитический метод.

Горячий способ покрытия заключается в том что изделия погружают в ванну с расплавленным металлом или же нагретую поверхность деталей натирают расплавленным металлом.

К недостаткам этого способа следует отнести неравномерность толщины слоя и большой расход металла. Этот способ непригоден для деталей со сложной формой и резьбой.

Диффузионный способ нанесения основан на диффузии в поверхностные слои деталей какого-либо металла при высокой температуре. Диффузионные покрытия наносят при нагреве деталей в твёрдой (порошкообразной) жидкой или газообразной фазе металла.

Способ металлизации распылением заключается в нанесении на поверхность деталей слоя металла распылением расплавленного металла.

Способ контактного осаждения осуществляется без применения внешнего источника тока за счёт вытеснения менее благородными металлами более благородных из растворов их солей. Толщина таких покрытий как правило невелика и защитные свойства их невысоки.

Электролитический метод цинкования. Хотя цинк в ряду напряжений стоит немного левее водорода (Е°= –0 76 В) однако осаждение его не встречает затруднений что объясняется высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке. Благодаря этому в обычных условиях электролиза водород на катоде выделяется в незначительных количествах и ток в основном расходуется на осаждение цинка.

Основными преимуществами электролитического метода цинкования являются:

  1. высокая степень чистоты электролитически осаждённого цинка зависящая главным образом от чистоты анодов и химикатов применяемых для составления ванн;

  2. высокая химическая стойкость цинковых покрытий полученных электролизом обусловленная чистотой осадка;

  3. малый расход цинка обусловленный возможностью точного регулирования количества отлагаемого цинка и толщины покрытия;

  4. хорошие механические свойства покрытия (эластичность покрытия и хорошая сцепляемость с основой).

Цинковые покрытия полученные электролитическим способом отличаются также достаточно высокой стойкостью против коррозии в условиях тропического климата.

Как видно из вышенаписанного электролитический метод нанесения цинкового покрытия является наиболее удовлетворяющим требованиям которые предъявляются к покрываемой детали.

Так как на деталь необходимо нанести защитно-декоративное покрытие то по ГОСТ 9.303-84 минимальная толщина покрытия должна составлять 6 мкм а максимальная 9 мкм.

В таком случае будет наноситься цинковое покрытие Ц6.хр.бцв. со следующими свойствами (по ГОСТ 9.303-84):

  1. Цинковое покрытие является анодным по отношению к стали ст3 и защищает её от коррозии до температуры 70 °С при более высоких температурах – механически. Покрытие предотвращает контактную коррозию стали ст3 при сопряжении с деталями из алюминия и его сплавов; обеспечивает свинчиваемость резьбовых деталей.

  2. Для повышения коррозионной стойкости цинковое покрытие хроматируют. Хроматирование одновременно улучшает декоративный вид покрытия. Хроматная плёнка механически непрочная.

  3. Цинковое хроматированное покрытие теряет свой декоративный вид при условии периодического механического воздействия (прикосновение инструмента рук и т. д.)

  4. Электрохимическое цинкование вызывает потерю пластичности стали в результате её наводораживания. Стали с пределом прочности более 1380 МПа (140 кгс/мм2) цинкованию не подлежат.

  5. Покрытие обладает прочным сцеплением с основным металлом низким сопротивлением механическому истиранию и повышенной хрупкостью при температуре выше 250 °С и ниже минус 70 °С. покрытие обладает низкой химической стойкостью к воздействию продуктов выделяющихся при старении органических материалов.

  6. Микротвёрдость покрытия в среднем составляет 490–1180 МПа (50–120 кгс/мм2); удельное сопротивление при 18 °С составляет 5 75·10-8 Ом·м.

3.3 Выбор и обоснование типа и состава электролита для нанесения покрытия


Для цинкования применяют три типа электролитов: кислые щелочные цианистые и щелочные нецианистые (цинкатные).

Во всех этих электролитах цинк находится в виде двухвалентных ионов.

Из кислых электролитов цинк выделяется в результате разряда на катоде двухвалентных ионов цинка:

ZnSO4 = Zn2+ + SO42- (3.1)

Zn2+ + 2e = Zn. (3.2)

На разряд ионов цинка расходуется почти весь ток так как выделение водорода ничтожно мало. Убыль ионов цинка из растворов компенсируется растворением анодов. Последнее протекает без выделения кислорода.

Протекание указанных электродных процессов на практике несколько нарушается из-за присутствия в электролите примесей выделение которых наряду с выделением водорода несколько снижает катодный выход по току.

Кроме того наряду с чисто электрохимическим растворением анодов происходит частичное химическое растворение цинка благодаря присутствию в растворе некоторого количества свободной кислоты.

Оба эти процесса – разряд посторонних катионов и химическое растворение анодов – изменяют коэффициенты использования тока на электродах и требуют периодической корректировки электролита.

Рассеивающая способность кислых электролитов весьма низкая.

Сульфатный электролит содержит (г/л):

ZnSO4·7H2O……………………………..……………………..……..200-300

Al2(SO4)3·18H2O……………………………………………………..………30

Na2SO4·10H2O………………………..……….…….…………………50-100

Блескообразующая добавка…………………….………………………1-5

Процесс ведётся при 18–25 °С и при рН=3 5–4 5. Плотность тока в перемешиваемых ваннах составляет от 2 до 10 А/дм2 и выше.

Сульфатные ванны несмотря на целый ряд преимуществ (устойчивость в работе высокий выход металла по току отсутствие в составе электролита ядовитых веществ) применяются главным образом для цинкования изделий простой конфигурации (листов ленты проволоки и т. п.)

Основным компонентом цианистых цинковых электролитов является комплексная соль Na2[Zn(CN)4]. Диссоциация этой соли происходит по уравнению

Na2[Zn(CN)4]  2Na+ + Zn(CN)42-. (3.3)

Таким образом цинк в растворе находится в составе аниона.

Разряд на катоде требует значительной энергии активации; этим объясняется высокая поляризация сопровождающая осаждение цинка из цианистых электролитов и мелкокристаллическая структура покрытий.

Осаждение цинка из растворов цианистого комплекса содержащих избыток свободного цианида протекает при потенциале минус 1 7 В. Поэтому несмотря на высокое водородное перенапряжение на цинке выход по току цинка небольшой.

Потенциал осаждения цинка может быть снижен до минус 1 4 В введением в раствор свободной щёлочи. Одновременно снижается концентрация ионов водорода. Вход по току достигает 95–99%.

Страницы: 1 2 3 4 5