Тепловой баланс ванной электрохимического обезжиривания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения курсового проекта были рассчитаны:
1.Внутренние размеры и рабочий объём ванны(1600*700*1150мм) полная вместимость ванны 1200л. Объём электролита с учётом его уровня в ванне составляет 975л.
2. Электрический баланс ванны, в результате которого была определена токовая нагрузка ( 832 А ) и суммарное напряжение на ванне ( 3,93В ). В соответствии полученными значениями, выбран выпрямитель тока ПУЛЬСАР ПРО 1000/12 (Р) – 54.

...

Содержание
Введение 1
1. Механизм электрохимического обезжиривания 9
2.Электролиты электрохимического обезжиривания 13
3. Конструкция ванны электрохимического обезжиривания 16
4. Исходные данные 19
5. Расчет габаритных размеров ванны 20
6. Расчет напряжения на ванне 23
Заключение 28
Список используемой литературы 29
Приложения 30

Введение

Все операции, которым подвергаются детали до поступления в гальванический цех, оставляют следы на их поверхности в виде различных загрязнений. Инородный слой толщиной в тысячные доли микрометра резко снижает прочность сцепления покрытия с основным металлом, а при увеличении его толщины прочность сцепления падает почти в геометрической прогрессии. От качества очистки поверхности в значительной мере зависит и качество гальванических покрытий.
Загрязнения на поверхности металла могут быть различными по своей природе и свойствам. Термическая окалина, продукты коррозии, сульфидные или окисные пленки появляются в результате взаимодействия металла с окружающей средой и довольно прочно связаны с ним силами химического сродства и удаляются травлением, в процессе которого нарушается их хим ическая связь с металлом. Загрязнения в виде жиров, консервационных смазок, остатков полировочных паст, абразивов, охлаждающих эмульсий связаны с металлом адгезионными силами и удаляются в процессе обезжиривания, разрушающего адгезионные связи.
Способ очистки поверхности деталей от жировых загрязнений определяется их природой. Жиры минерального происхождения, к которым относятся полировочные пасты, консистентные смазки, минеральные масла, не растворяются в воде, и для их удаления применяют специальные органические растворители. Жиры растительного или животного происхождения практически не растворяются в воде, но взаимодействуют с водными растворами щелочей или солей щелочных металлов, образуя растворимые в воде мыла.
Одной только обработки деталей органическими растворителями недостаточно, чтобы очистить поверхность от загрязнений, и эта операция является лишь первой в процессе обезжиривания деталей перед осаждением покрытий.
Органические растворители токсичны, и применять их можно только при использовании специального оборудования и соблюдения соответствующих правил техники безопасности. Пожароопасными растворителями, как бензин и керосин, не следует пользоваться. После удаления следов растворителя детали поступают на химическое или электрохимическое обезжиривание.
Щелочные растворы обеспечивают удаление с поверхности металла животных и растительных жиров в результате химического или физико-химического взаимодействия с ними. При этом, хотя минеральные жиры не участвуют в реакции, при определенных условиях под воздействием щелочных растворов они могут образовывать водные эмульсии, что облегчает их последующее отделение от поверхности металла. Вводя в щелочные растворы поверхностно-активные вещества (ПАВ), можно усилить их эмульгирующее действие и тем самым активное влияние на минеральные жировые загрязнения. Под воздействием горячего щелочного раствора, содержащего эмульгаторы и вещества, понижающие межфазное натяжение на границе раствор — жир и раствор — металл, происходит разрыв жировой пленки, уменьшение
ее толщины, образование отдельных капель масла и отрыв их от поверхности металла. При этом одновременно отделяются также мелкие механические загрязнения.
Хотя, как было сказано, удаление растительных и животных жировых загрязнений с поверхности металла в щелочных растворах связано с химической реакцией их омыления и превращения в водорастворимые продукты, эта реакция не является единственным и решающим фактором, определяющим эффективность обезжиривающего действия раствора. Как показывают исследования, более важным фактором является способность щелочного раствора понижать поверхностное натяжение на границе водной и жировой фаз. Отсюда становится понятным благоприятное влияние, которое оказывает на процесс обезжиривания в щелочных растворах введение в их состав ПАВ. Это связано с их способностью образовывать так называемые мицеллы — сложные комплексы, состоящие из большого количества атомов, молекул, ионов, которые формируются при диспергировании фазы в определенной среде или при возникновении новой фазы в процессе ее конденсации из молекул и ионов. Благодаря процессу мицеллообразования ПАВ способствуют формированию в растворе весьма устойчивых эмульсий, пены, включающих в себя частицы загрязнений. ПАВ понижают межфазное поверхностное натяжение, улучшают смачивание металла, способствуют диспергированию твердых и эмульгированию жидких загрязнений, а также создают благоприятные условия для быстрого и эффективного удаления жировых и некоторых других загрязнений независимо от их природы.
Современные синтетические ПАВ разделяются на катионоактив- ные, анионоактивные и неионогенные. К катионоактивным относятся соли первичных, вторичных и третичных аминов, четвертичные аммониевые основания и некоторые другие соединения. Они не обладают достаточно хорошими моющими свойствами и применяются промышленностью в небольших количествах для специальных целей. К катионоактивным ПАВ относится ОС-20.
Анионоактивные ПАВ диссоциируют в водной среде с образованием отрицательно заряженного органического иона. К ним относятся мыла карбоновых кислот, алкилсульфокислоты, алкилсульфаты, алкиларилсульфонаты, в том числе такие продукты, как сульфо- нол НП-1, НП-3, ДС-РАС.
Неионогенные ПАВ, в отличие от анионоактивных, не имеют в своем составе гидрофильной солеобразующей группы и не диссоциируют в водных растворах. К ним относятся полиэтилен- гликолевый эфир, выпускаемый промышленностью как препараты ОП-7, ОП-10, ОП-20, ОП-30, синтанол ДС-10, ДТ-7. Они устойчивы в щелочной, кислой и нейтральной средах.
При выборе' ПАВ в качестве добавок в обезжиривающие или другие растворы, используемые в гальванотехнике, наряду со свойствами того или иного продукта, необходимо учитывать и возможность обезвреживания его в сточных водах. Такому обезвреживанию поддаются биологически мягкие ПАВ, в отличие от биологически жестких, выведение которых из стоков затруднено или невозможно. К последней группе относятся ОП-7, ОП-10, сульфонол НП-1, контакт Петрова, алкилсульфонат. Этого недостатка не имеет синтанол ДС-10, который можно применять в качестве заменителя препаратов ОП.
Обезжиривающие растворы обычно содержат два — четыре щелочных компонента и один — три ПАВ. Щелочными компонентами являются едкая щелочь, кальцинированная сода, фосфаты и силикаты. Щелочи и соли щелочных металлов омыляют растительные и животные жиры и являются резервом для нейтрализации кислотных загрязнений. Фосфаты умягчают воду, способствуют диспергированию образующихся растворимых фосфорнокислых солей кальция и магния и препятствуют их повторному осаждению на поверхность металла. Кроме этого фосфаты улучшают моющую способность растворов и их склонность к пенообразованию. Способность улучшать пенообразование понижается при переходе от мета- фосфата к поли- и пирофосфатам. В этом же порядке уменьшается активность фосфатов по отношению к ионам кальция. Коррозия металлов усиливается при переходе от мета- к поли- и пирофосфатам.
Существенное значение для успешной очистки деталей имеет быстрое удаление с их поверхности обезжиривающего раствора и загрязнений. Легче всего смываются растворы фосфатов, затем силикатов и труднее всего кальцинированной соды и едкого натра. Наибольшей эмульгирующей способностью из указанных соединений обладают силикаты, которые содействуют также отделению и коагуляции мелких механических загрязнений. Силикаты могут образовывать на поверхности металла, в особенности цинка и алюминия, тонкие пленки, несколько повышающие стойкость металлов против коррозии в обезжиривающем растворе. Но если в дальнейшем на металл наносят гальванические покрытия, эти пленки должны быть предварительно удалены, чтобы они не препятствовали прочному сцеплению покрытия с основой. Приведенные выше соображения о роли отдельных химических соединений в процессе обезжиривания необходимо учитывать при подборе состава обезжиривающего раствора.
Эффективным способом очистки поверхности деталей от реагирующих со щелочными растворами жиров, а также механических загрязнений является электрохимическое обезжиривание. С его помощью особенно хорошо удаляются тонкие, прочно держащиеся на металле пленки. Эффективность очистки поверхности металла таким способом определяется в основном не химическим действием раствора на слой загрязнений, а изменением электрического заряда обрабатываемой поверхности и механическим воздействием на этот слой выделяющихся при электролизе пузырьков газа.
Под влиянием поляризации металла уменьшается прочность сцепления с ним жировой пленки, происходит ее разрыв и образование отдельных капель. Мелкие пузырьки газа, выделяющиеся на электроде, задерживаются каплями жира. По мере протекания электролиза мелкие пузырьки соединяются, образуя более крупные, которые постепенно вытягивают капли и, наконец, отрывают их от поверхности металла. Электролиз проводится в щелочных растворах, состав которых аналогичен применяемому при Химической очистке, Но при электрохимическом обезжиривании электролит выполняет роль проводника тока и является лишь вспомогательным средством для удаления с поверхности металла загрязнений. Поэтому концентрация в нем солей и ПАВ может быть ниже, чем в растворах для химического обезжиривания.
Для электрохимического обезжиривания чаще всего используют постоянный ток при анодном или катодном включении обрабатываемых деталей. Катодная обработка проходит более интенсивно вследствие того, что при одинаковом количестве электричества, пропущенного через электролит, на катоде выделяется вдвое больше газа, чем на аноде. Однако катодное обезжиривание мало приемлемо для черных металлов, так как выделяющийся при электролизе атомарный водород сорбируется металлом и ухудшает его механические свойства. В этом отношении преимущество остается за анодным процессом, который не оказывает побочного нежелательного воздействия на сталь. Применительно к цветным металлам катодная обработка менее опасна. Анодное обезжиривание для них также применимо, но следует избегать длительной анодной обработки, которая может привести к окислению поверхности.
Обезжиривание можно проводить с использованием переменного тока пониженного напряжения. При этом не происходит наводоро- живания металла, повышается коэффициент полезного использования электроэнергии, за счет большей загрузки ванны увеличивается производительность оборудования. Наряду с этим обезжиривание переменным током (по сравнению с постоянным) требует затраты большего времени и дает несколько ниже качество очистки поверхности металла от загрязнений. Целесообразным является использование реверсированного постоянного тока. Исследования показали, что при определенном соотношении продолжительности катодного и анодного периодов можно достигнуть хорошего качества очистки поверхности, предотвращая одновременно процесс наводоро- живания металла.
Усовершенствование технологии очистки поверхности деталей в гальваническом производстве идет по пути применения новых обезжиривающих средств, интенсификации и повышения качества обезжиривания. Одним из перспективных направлений можно считать применение водных растворов на основе ПАВ. Как было показано выше, такие растворы могут позволить исключить применение токсичных и пожароопасных растворителей, снизить расход химикатов при обеспечении хорошего качества очистки поверхности деталей.
Промышленностью выпускаются специальные моющие композиции, предназначенные не только для бытовых нужд, но и для нужд различных отраслей производства.
Добавление к растворам кислот ПАВ, улучшающих смачивание и предотвращающих коррозию металла, позволяет в некоторых случаях сочетать в одной операции обезжиривание и травление.
Для деталей, поверхность которых, помимо жиров, загрязнена мелкими твердыми частицами, например металлической пылью, целесообразным является применение эмульсионного способа очистки.
Он основан на использовании смеси органического растворителя, эмульгатора и воды или слабощелочного раствора. В такой смеси скорее происходит эмульгирование жиров и смывание механических загрязнений, чем в обычных органических растворителях или водных щелочных растворах.
Эмульсионную обработку проводят в одну или две стадии. В первом случае органический растворитель с эмульгатором
смешивают с водой или щелочным раствором. Образуются два слоя. При погружении обрабатываемых деталей в ванну они проходят последовательно через оба слоя. В верхнем слое удаляются следы минеральных масел и смазок, в нижнем слое смываются другие жировые и механические загрязнения. Двухстадийная эмульсионная очистка состоит из последовательной обработки деталей в двух ваннах: в первой находятся органический растворитель и эмульгатор, во второй — горячий щелочной раствор.
Интенсификация процессов обезжиривания достигается применением струйной обработки или ультразвукового поля. Активность водных щелочных растворов или эмульсий значительно возрастает, если они подаются на поверхность деталей под некоторым давлением. Струйная обработка особенно рекомендуется для очистки крупногабаритных изделий.
Эффективность действия ультразвукового поля основана на явлении кавитации — образовании в жидкости микроскопических, наполненных воздухом пузырьков, которые, быстро захлопываясь, создают очень высокие местные давления. Возникающие при этом гидравлические удары настолько сильны, что они срывают с поверхности металла прочно приставшие пленки жиров и других загрязнений. Степень удаления жировых пленок с помощью ультразвука почти в десять раз выше, нем химическим или электрохимическим методом. Особенно большое значение имеет способность ультразвуковых колебаний проникать в узкие щели, поры, очистка которых другими методами не дает хороших результатов. Так как ультразвуковая очистка происходит в основном за счет механических колебаний, то состав рабочей жидкости имеет меньшее значение, чем при обычном химическом обезжиривании. Поэтому при использовании щелочных растворов концентрация их может быть значительно понижена.
Использование ультразвука требует специального оборудования и дополнительных затрат. Рентабельность их будет очевидна применительно к обработке деталей, требующих особо тщательной очистки поверхности. В других же случаях (в особенности в условиях массового производства) следует предварительно провести анализ экономической и технической эффективности применения ультразвуковой очистки.

e