Высказывания и цитаты:

И ни церковь, и ни кабак -
Ничего не свято!
Нет, ребята, всё не так,
Всё не так, ребята!
Владимир Высоцкий

  • 22Мар

    Доброго времени суток! Не буду оригинальным в приветствии.

    Я давно хотел поделиться конструкцией установки для нанесения электрохимических покрытий на различные изделия. Начну с того, что всё что я нашел в интернете для работы в домашних условиях, это полностью ручной, и от этого трудоемкий и неудобный процесс. Своей задачей я поставил цель автоматизировать технологический процесс, для того, чтобы случайно не сделать ошибки и упростить работу. Результат конечно, всегда успешный. Потому как в случае неудачи покрытие придется снимать и наносить заново.

    IMG001

    Покрытия металлов применяют для придания изделию антикоррозионных свойств, механических, декоративных и многих других.
    Меня заинтересовала также тема покрытия металлами неметаллов.

    Существует достаточно большое количество способов нанесения металлических покрытий. Я не буду их перечислять, а хочу лишь сделать обзор некоторых, которые вызвали у меня наибольший интерес.

    1. Гальванические покрытия – пленки одних металлов, нанесенные на поверхность токопроводящих деталей способом электрохимического осаждения из растворов электролитов. Гальванические покрытия наносят на поверхность изделия осаждением металлов при электролизе водных растворов соответствующих солей. Покрываемое изделие служит одним электродом, а пластина осаждаемого металла – другим. Изделия помещают в гальваническую ванну, наливают раствор и пропускают постоянный ток. При этом покрываемое изделие является катодом, а пластина осаждаемого металла – анодом. В процессе нанесения покрытия анод растворяется, а из раствора металл осаждается на катоде (защищаемое изделие). Растворимый анод мы заменяем нерастворимым (например, свинец), а заданную концентрацию электролита поддерживаем извне добавлением осаждаемым металлом или его солями.

    2. Газоплазменное напыление. Данный процесс представляет собой высокоскоростное напыление при низких температурах, которое применяется при производстве различных металлических покрытий, а также покрытий из неметаллов. Назначение такого покрытия в создании дополнительного защитного слоя, который будет препятствовать износу изделий.
    По сути, газоплазменное напыление – это целая группа различных процессов термической обработки, при которых пламя распыляют при сверхзвуковой скорости. Самым первым видом высокоскоростного напыления был процесс, в котором применялась детонационная пушка. Чтобы создать плотное покрытие при относительно низкой температуре, необходимо задействовать очень мощную энергию.
    Процесс газоплазменного напыления заключается в том, что кислород и топливо сжигаются в специальной камере в непрерывный поток продуктов сгорания, производя мощную струю, имеющую огромную скорость. В пар добавляют специальный порошок, частицы которого получают значительное ускорение и наплавляются на поверхность. Для создания плазмы может использоваться электрический разряд, а для вместо порошка — металлическая проволока.

    Второй способ является наиболее удобным и перспективным по сравнению с первым. За рубежом он практически полностью вытеснил первый.
    В России же по старинке в большом количестве применяется технология электрохимических покрытий.

    Однажды я задался целью заняться хромированием колес автомобилей и других подобного размера изделий, в том числе неметаллических у себя в гараже. Очень хотелось пойти по второму пути. Но тогда я решил сделать самоделку с минимумом затрат и выбрал более сложный первый способ.
    В автосервисах очень популярны каталитические способы покрытий — изделие покрывается из краскопульта несколькими компонентами, это позволяет без сложной подготовки поверхности сделать блестящее декоративное покрытие, но такое покрытие не будет прочным.

    Итак, я купил две огромные 220 литровые бочки, каждую распилил пополам, и у меня получилось 4 емкости. Одну задействовал под процесс хромирования, другую под меднение, третью под травление, четвертую под теплоноситель (вода).

    На картинке внизу опытный образец для процесса хромирования. Взамен полубочки, в которую должно погружаться литье или диск колеса взято для проверки ведро из-под замазки Terraco.

    Процесс в действительности и простой и одновременно сложный.

    Во-первых, необходимо тщательно подготовить поверхность изделия. А именно,  зачистить, удалить всю ржавчину, любой ее след не даст другому металлу лечь на поверхность, потом поверхность необходимо выровнять и отшлифовать, потому как любая неровность или вмятина после хромирования станет еще более заметна. Потом поверхность необходимо обезжирить, я делал это в нагретом растворе NaOH (едкий натр) и кальцинированной соды CaCO3, а потом промывал в воде. И то на изделии оставались участки, которые не подвергались в дальнейшем электрохимическому осаждению.

    Для алюминия немного сложнее  — на его поверхности образуется защитная оксидная пленка, которая образуется под влиянием воздуха. Для этого деталь из алюминия или алюминиевого сплава протирается тканью, смоченной бензином, и обезжиривается в течение 3-5 мин. в растворе: 50 г/л Na2CO3, 50 г/л Na3PO4, 30 г/л жидкого стекла при T = 60-65о. После промывки в горячей и холодной воде, деталь обрабатывают в цинкатном растворе (200 г/л ZnSO4  7H2O, 200 г/л NaOH) в течение 30-40 сек., затем промывают водой и производят обработку в разбавленном 1:1 растворе HNO3 в течение 5-7 сек. Деталь промывается в воде и вновь погружается в тот же цинкатный раствор на 10 сек.

    После этого как алюминиевую так и стальную деталь можно сразу же помещать в ванну для хромирования, но лучше подвергнуть процессу меднения, как делал я. Причины следующие: на медную поверхность гораздо лучше ложится хром, чем на сталь, а другая причина в том, что хромированный слой, который ложится на сталь является пористым, и он не обеспечит полностью защиту от коррозии. Через него будет частично проникать вода, и следы коррозии из под хрома станут видны через несколько лет. Что касается алюминия, то на медь хром ложится лучше, поэтому также проводим меднение.

    Еще важной причиной меднения является то, что Вы увидите все плохо зачищенные и плохо обработанные участки. Медь, ровным слоем покрывая поверхность, после зашкуривания, позволяет кое-какие изъяны сгладить.

    Для процесса меднения я применял самый простой способ — электролит (в рассчете 3 мл серной кислоты, на каждые 100 мл дистиллированной воды) и 20 гр. медного купороса. Токи при меднении совсем маленькие  10 — 15 мА на квадратный сантиметр поверхности детали. Анод свинцовый или угольный. Температура 18-25 градусов, что очень удобно. В процессе покрытия, концентрация медного купороса уменьшается и как следствие появляется необходимость его добавлять. Иногда я просто кидал в гальваническую ванну медные провода и наливал серной кислоты в пропорциях, что выгодно, с экономической точки зрения. Напряжение выставляете, например 6 вольт, чем оно меньше, тем лучше, если достигается заданный ток.

    Хочу заметить, что у гальваников широко применяется для лучшего осаждения металлов включение детали под напряжение с обратной полярностью под большим током на 10-30 секунд. При этом происходит разрушение некоторых участков поверхности, появляется шероховатость, что приводит в дальнейшем к лучшему сцеплению осаждаемого металла с поверхностью. Итак, это мы тоже сделали перед меднением.

    Следующий этап — погружение в ванну хромирования. Алюминиевую деталь погружаем сразу под напряжением. Выставляем нужный ток.

    Для получения твердых блестящих покрытий я использовал следующий состав электролита (г/л) и режим хромирования:

    Хромовый ангидрид — 150-250 г/л
    Кислота серная — 1,5-2,5 г/л
    Выход по току = 12-13
    Температура = 45-60°С
    Плотность тока = 15-50 А/дм2

    Концентрацию хромового ангидрида в растворе можно определить косвенно — по плотности электролита, покупаем ареометр в автомагазине, лучше отечественный.

    Небольшое отступление: В качестве источника тока на моем заводе применяются огромные трансформаторы с управлением тиристорами, которые ограничивают ток. Ток этот может достигать до 1200 ампер, напряжение до 12 вольт (обычно 3-6 вольта). Размеры ванн 3 метра длиной на метр шириной. Для поддержания температуры по стенам ванны прикреплены титановые трубы, по которым идет вода (теплоноситель), который имеет определенную температуру и поддерживает таким образом постоянство температуры в ванне. Что меня удивило — так это чистый воздух в цеху. Над каждой ванной стоят по две вытяжных вентиляции. Дело в том, что в моем гараже этого нет, и работы надо проводить обязательно с открытыми воротами. Однажды я не открыл ворота — не прошло и 10 минут, как воздух стал едким, что нельзя было сдержать кашель. Это может вызвать отравление, будьте аккуратны.

    Для покрытия металлического диска автомобиля необходимо заклеить скотчем поверхность, которая не подлежит покрытию, потом требуется рассчитать общий ток, чтобы соблюсти заданную плотность тока. Итого нам надо иметь хотя бы 400 ампер. Когда-то нам потребовалось бы изготавливать конструкцию как на моем заводе — но сейчас я бы предложил использовать для этого сварочный инвертор или сварочный трансформатор. Однако, там и там требуется переделка или доработка. Таких мощных инверторов я не видел — и поэтому вы можете подключить их в параллель, а вот переделать на нем схему регулировки напряжения под силу не каждому. Сварочный инвертор на выходе выдает напряжение 20 вольт в процессе сварки и 60 вольт на холостом ходу, нам же надо сделать регулируемое напряжение от 0 до 12 вольт. В действительности же достаточно до 7 вольт для процесса хромирования. И этот потенциометр вывести на корпус и поставить вольтметр. В случае с трансформатором — паяем тиристорную схему, которая ограничивает ток и подсоединяем к выходу трансформатора. Напряжение там не регулируется, всегда 6 вольт примерно под нагрузкой.

    Форма анодных свинцовых электродов должна примерно повторять конфигурацию хромируемого изделия — иначе, одна часть может покрыться толстым слоем, а другая вообще чуть-чуть.

     

    И вот здесь я хочу рассказать то, ради чего я и начинал писать эту статью. При хромировании необходимо четкое выполнение условий температуры. И здесь есть трудности — для получения декоративных блестящих покрытий температура должна варьироваться в пределах 5 градусов, это легко реализовать при малых токах, где токи не вызывают изменение температуры. Но здесь же токи огромные — за пять минут в рабочем режиме при хромировании диска в моей 100 литровой полубочке раствор нагревается на 30 градусов. Что заставляет нас автоматизировать процесс — этот процесс у меня выполняется автоматически.

    гидравлика1

    Контроль за поддержанием температуры выполняет контроллер ОВЕН 2ТРМ1, у него есть два независимых реле по выходу. Выхода настраиваем на работу от одного датчика температуры (который кладем в раствор, но он должен быть покрыт кислотостойким лаком). Контроллер с одним выходным реле для этой цели не подходит, так как нам надо отрабатывать режимы ожидание, охлаждение и нагрев.

    Когда температура находится в пределах нормы, например, 45-50 градусов, то оба реле выключены и гидроклапана закрыты (на них нет напряжения). Хочу обратить внимание, что я купил гидроклапана на сайте aliexpress на напряжение 24 вольта, но при этом напряжении они греются, в итоге пришлось запитывать их от 6 вольт, работают отлично.

    При включении в сеть этой конструкции температура раствора ниже заданной, происходит нагрев. На рисунке справа снизу. Для нагрева ведра Terraco полуторакиловатным теном от 5 градусов до 45 мне требовалось около 30 минут, поэтому для большой бочки ставьте два нагревательных элемента по полтора киловатта.  В цикле нагрева происходит прогон воды в замкнутой системе.

    При достижении температуры в 45 градусов цикл нагрев завершается.  Система переходит в режим ожидание.

    Погружается хромируемая деталь — в процессе хромирования температура доходит до 50 градусов и включается цикл охлаждение — на рисунке слева снизу. Холодная вода из бочки проходит через трубку в растворе и охлаждает его.

    В качестве трубки я не покупал титановую, так как ее можно заменить простым аналогом, главное, чтобы она не окислялась в серной кислоте и обладала хорошей теплопроводностью — гофротрубкой.

    IMG_002

    Два гидроклапана, мотор и вентиль.IMG_003

    Нагревательный элемент

    IMG_004

    Здесь я описал практическую часть электрохимического покрытия хромом, теоретические аспекты можно прочитать здесь.  Деталь забыл хромированную сфотографировать. И еще — для электрохимического покрытия неметаллов, например, камня, пластмасс, можно купить графитовый порошок, перемешать с цапон-лаком и залить смесь в краскопульт. Графит является недорогим токопроводящим материалом, на который ложится медь. Таким образом, можно сорвать цветок, покрыть графитовым лаком, высушить, захромировать, и подарить. Всё!

2 комментария

WP_Cloudy

Ваш ответ

Внимание: Модератор оставляет за собой право редактировать или удалять комментарии.

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: