Образования фосфатных покрытий. Часть 2

Страницы: 1 2 3

2 Технологическая часть

 

2.1    Обоснование выбора, вида и толщины покрытия 

2.1.1 Характеристика обрабатываемых деталей

 

Материалом детали, является 35ХГСА, 53ХМЮ.

В зависимости от размеров детали относятся к группе А.

По группе сложности в зависимости от геометрической формы детали

относятся ко II группе (средняя): не имеющие полостей, в которых может задерживаться жидкость.

Шероховатость поверхности деталей находится в пределах от Rz 40.

Масса, кг. От 0,130 до 3 кг.

Габариты Диаметр от 11 до 67 мм. Длина до 250+50 мм.

Площадь поверхности  от 0,5  до  5,3 кв.дм.

4. Загрязнение поверхности деталей: следы мыльно-фосфатной пленки, окалина, коррозия.
5. Конфигурация деталей: полуфабрикаты прессовой обработки диметром от 11 до 67 мм.

Деталь, подлежащая обработке, имеет собственные номер – «11 (полоса)» и «7».

 

2.1.2 Назначение детали и покрытия

 

Основные свойства фосфатного покрытия защитные и антифрикционные.

 

2.1.3 Условия эксплуатации деталей с покрытием

Во время работы, детали, которые покрываются, не контактируют с агрессивными средами и находятся в закрытом атмосферном воздухе. Условия эксплуатации — средние.

Изделия, которые производятся в соответствии с ГОСТ 15150-69, относятся к четвертой категории и предназначены для использования в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями. Эти условия характеризуются более стабильной температурой и влажностью воздуха, а также меньшим воздействием песка и пыли, чем на открытом воздухе или в металлических изолированных конструкциях.

 

2.1.4 Свойства покрытия и его условное обозначение

 

Обозначение покрытия выбирается по ГОСТу 9.306-85 «ЕСЗКС. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначение» в зависимости от способа получения, материала покрытия, признаков, характеризующих их физико-механические и декоративные свойства, а также дополнительной обработки.

Условное обозначение: Хим. Фос/лкп.

Толщина фосфатного покрытия в зависимости от подготовки и технологии нанесения покрытия может быть от 5-10 до 30-50 мкм.

Покрытие фосфатное обладает высоким электросопротивлением и выдает Напряжение от 300-1000В; не поддается пайке, сварке; не  выдерживает ударов; хрупкое; не устойчивое против трения; обладает жаростойкостью в пределах 280-300°С, пористое; обладает повышенной адсорбционной способностью в следствии чего являются очень хорошим грунтом под лакокрасочные покрытия.

Свойства покрываемого металла (твердость, прочность, магнитная способность) после фосфатирования не изменяются; упругость снижается в следствии наводораживания.

Пассивная пленка: сохраняет цвет металла, предохраняет металл от дальнейшего окисления и потемнения в течении недолгого времени.

 

2.1.5 Проверка допустимого контакта металлов покрытия и детали

 

Таблица 2.1 — Допустимость контакта материала детали с химическими покрытиями

 

Примечание:

«+» — допустимый контакт;

«-»- недопустимый контакт;

«0» — контакт, допустимый при наличии смазки.

 

2.1.6 Требования к поверхности детали перед нанесением Покрытия

 

Для того чтобы гальваническая обработка изделий соответствовала требованиям заказчика по сертификации качества, необходимо обеспечить достаточную чистоту поверхности обработанных деталей перед их покрытием. Если детали поступают из механических цехов, то они должны соответствовать ГОСТ 9.301-86. При этом, входной контроль должен проводиться на 2-5% деталей от партии, но не менее чем на 3-х деталях.

1. На поверхности деталей не допускаются:

• неоднородность проката, закатанная окалина, заусенцы;
• расслоения и трещины, выявившиеся после травления, полирования и шлифования;
• поры и раковины.

2. Поверхность деталей после механической обработки должна быть без видимого слоя смазки или эмульсии, металлической стружки, заусенцев, пыли и продуктов коррозии.
3. Поверхность деталей после дробеструйной обработки и гидрополирования должна быть без травильного шлама, продуктов коррозии и заусенцев.
4. Швы на сварных и паяных деталях должны быть зачищены, непрерывны по всему периметру а также должно быть исключено затекание электролита в зазор.

Шероховатость поверхности основного металла по ГОСТ 2789-73 должна быть не более Rz40 — под защитное покрытие.

Указанные требования к шероховатости поверхности не распространяется на нерабочие, труднодоступные для обработки и нерабочие внутренние поверхности деталей, резьбовые поверхности. А также на детали, шероховатость основного металла которых установлена соответствующими стандартами.

Необходимость доведенияя шероховатости указанных поверхностей до установленных значений должна быть оговорена в конструкторской документации.

Острые углы и кромки деталей. За исключением технически обоснованных случаев, должны быть скруглены радиусом не менее 0,3 мм; радиус закругления деталей под твердое и электроизоляционное анодно- окисные покрытия не менее 0,5 мм.

На поверхности деталей после термообработки (отжига, закалки, нормализации, отпуска, старения, а также термообработки, проводимой для улучшения адгезии последующих покрытий) не должно быть забоин, царапин, трещин, пузырей, расслоений, короблений.

 

2.2 Технические условия на готовую продукцию

 

Невидимые после сборки детали допускаются без заделанных мелких раковин и дефектов покрытия, которые не повышают антикоррозийную стойкость.

Покрытие после пропитки маслом может быть темно-серым или черно-серым. Покрытие обязательно должно иметь крупнокристаллическую структуру, а может быть крупнокристаллическая структура, которая не предназначена для окраски.

Не являются браковочными следующие признаки:

• Белый налет, удаляемый протиркой;
• Налет фосфатного шлама на нерабочей поверхности;
• Разнокртсталличность на участках местной закалки, сварки, различной шероховатости.

Примечание:

1. Принанесениипокрытий на металлические детали, необходимо учитывать возможные отклонения на поверхности основного металла и особенности конфигурации изделий. Это может привести к следам от механической обработки проката и отсутствию покрытия в местах контакта детали с приспособлением, находящемся на нерабочей поверхности.
2. На поверхности покрытой детали не являются браковочными следующие признаки:

• Неравномерность блеска и цвета;
• Следы от потеков воды.

3. Контроль толщины покрытия — не нормируется.
4. Контроль прочности сцепления с основным металлом:

Производится периодически по мере необходимости: при смене

электролита, при изменении технологического процесса. Для контроля прочности сцепления отбирают от каждой партии от 0,1 до 1% деталей.

При получении неудовлетворительных результатов по одному из показателей при выборочном контроле покрытий проводят повторный контроль на удвоенном количестве деталей в выборке.

В случае неудовлетворительных результатов при повторном контроле покрытий вся партия подвергается контролю.

 

• Методы контроля качества покрытия

Детали, покрытые фосфатом, имеют равномерное покрытие от светло-серого до темно-серого цвета. 

Это покрытие должно соответствовать требованиям ГОСТ 9.302-88 по защите поверхности деталей.  Согласно выписке из ГОСТа, изделия должны быть погружены в 3% раствор хлористого натрия при температуре 205 градусов Цельсия и выдержаны в течение 15 минут. Затем они извлекаются из раствора, промываются водой, вытираются хлопчатобумажной тканью, фильтровальной бумагой или салфеткой.  

Защитные свойства покрытия считаются удовлетворительными, если в течение указанного времени не появляются точки коррозии на основном металле.

 

• Метод контроля внешнего вида

 

Метод основан на осмотре деталей и их внешнем осмотре, а также применении для га-баритных и форм деталей любого размера и формы.

Контроль проводится невооруженным взглядом на расстояние 25 см от контролируемой поверхности при искусственном или естественном освещении. Освещенность должен быть не менее 300 лк при лампах накаливания, а не менее 500 лк при лампах люминесцентного типа.

Необходимость использования оптического прибора с указанием степени увеличения должно быть оговорено в технических документациях на изделие. Оценка качества внешнего вида покрытия может проводиться на соответствие техническим образцам, размерам, формам, а также внешнему виду которых должен быть согласован с заказчиком.

При оценке качества покрытия следует учитывать состояние детали перед ее нанесением.

 

2.3.2 Методы контроля защитных свойств неметаллических неорганических покрытий

 

Эти методы контроля качества покрытий основаны на использовании различных испытательных растворов, которые способны разрушить покрытие.

Существует два основных метода контроля: метод капли и метод погружения.

В методе капли на поверхность покрытия наносят 2-4 капли испытательного раствора и выдерживают их в течение некоторого времени, наблюдая за изменением цвета капель. Если цвет капель не меняется и не появляются точки коррозии на металлической поверхности в течение определенного времени, то защитные свойства покрытия считаются удовлетворительными.

В методе погружения деталь полностью погружается в испытательный раствор и выдерживается в нем в течение определенного времени. После этого деталь извлекается из раствора, промывается и высушивается. Затем поверхность детали осматривается визуально невооруженным взглядом при освещенности не менее 300 лк. Если на металлической поверхности не обнаружено точек коррозии и цвет покрытия не изменился, то покрытие считается качественным.

 

2.3.3 Методы контроля прочности сцепления покрытий

 

Метод нанесения сетки царапин:

Применяют для определения прочности сцепления покрытий. На поверхности контролируемого покрытия стальным острием наносят 4-6 параллельных линий глубиной до основания металла на расстоянии от 2.0 до 3.0 мм друг от друга и 4-6 параллельных линий, перпендикулярных к ним.

Линии проводят в одном направлении. На контролируемой поверхности не должно наблюдаться отслаивания покрытия.

Методы контроля защитных свойств неметаллических неорганических покрытий.

 

2.4 Характеристика гальванической линии Годовая программа

 

Производительность линии: 60 кв.м. в час по площади поверхности (3 000 шт./час.).

Производительность линии дана с учетом 2-х сменного режима работы оборудования, 16 часов в сутки, 22 рабочих дня в месяц. Время работы  установки  рассчитывается следующим образом: 245 рабочих дней x 16 часов x 90% коэффициент загрузки = 3.528 часов в год при 5-дневной рабочей неделе. Годовая производительность линии составляет 211 680  по обрабатываемой поверхности (10 584 000 шт./год).

Рекомендуемый состав оборудования и средств механизации и

автоматизации:

1. Механическая обработка деталей под нанесение и после нанесения покрытия:

а) шлифовально — полировальные станки одно — и двусторонние;

б) барабанные и вибрационные установки.

2. Производствоитранспортирование растворов: а. средства малой механизации (ручные тележки, электротележки, с установленными на них контейнерами, насосами, фильтрами, дозаторами).
3. 3.Получениепокрытия: а) многопроцессорные автомобильные операторные линии; б) автоматические с системным контролем контроля управления процессом, а также транспортное оборудование.

2.5 Выбор техпроцесса: обоснование.

 2.5.1 Предварительная механическая обработка детали

(до поступления на гальванический участок)

 

Механическая подготовка для снижения шероховатости деталей. Чем меньше шероховатость поверхности, тем выше ее износостойкость и меньше пористость гальванических осадков, тем лучше гальваническое покрытие защищает основу (металл деталей) от коррозии. Требуемая шероховатость должна быть приниматься с учетом вида и назначения гальванических покрытий.

Для обеспечения согласованных с заказчиком сертификационных требований к качеству обработанных изделий необходимо обеспечить соответствующую чистоту и чистоту поверхности изделий перед покрытием. Для этого поступающие на гальванические участки детали могут иметь на своей поверхности грязнения минеральными и растительными маслами, пылью и механические дефекты: царапины, забоины и прочие неровности по поверхности, должны быть очищены и механически обработаны.

Для выполнения этих операций предусмотрены механические подготовительные операции, в том числе шлифование, полирование и пескоструйная обработка.

 

2.5.2 Характер и степень загрязнения поверхности деталей

 

Детали, поступающие после механической обработки или штамповки для фосфатирования, никогда не бывают чисты. Они имеют на своей поверхности масла, жиры, окислы и другие загрязнения, которые перед фосфатированием необходимо удалить, чтобы иметь чистую поверхность.

Удаляют жиры и окислы механическим или химическим способом.

 

2.5.3 Технологический процесс покрытия  фосфатирования

1 Процесс

Этот процесс – промежуточный шаг в технологическом процессе:

• Производительность: 3000 шт./час
• Детали: 11 (полоса)

Технологический процесс

• Обезжиривание
• Промывка теплая
• Травление
• Травление
• Промывка горячая
• Промывка теплая
• Нейтрализация
• Промывка теплая
• Промывка теплая
• Фосфатирование
• Промывка теплая
• Промывка горячая
• Сушка на воздухе

Время выдержки– до полного высыхания

 

2 процесс

Этот процесс – промежуточный шаг в технологическом процессе:

• Производительность: 3000 шт/час
• Детали: 7

Технологический процесс:

• Травление химическое:
• Промывка горячая
• Промывка теплая
• Нейтрализация
• Промывка теплая
• Промывка теплая
• Фосфатирование
• Промывка теплая
• Промывка горячая

 

2.5.4 Выбор подготовительных операций

 

Обезжиривание. Химическое обезжиривание используется для очистки поверхности деталей от жиров и масел. Это процесс, в котором применяются химические растворы для удаления органических жиров и минеральных масел. Обезжиривание достигается благодаря наличию в обезжиривающем растворе специально добавляемых эмульгаторов — веществ, которые проникают между частицами загрязнений и металлом, отделяют их таким образом от поверхности детали и удерживают в виде устойчивой эмульсии — мелких капелек, не сливающихся в сплошной слой жира. В качестве эмульгаторов используется тринатрийфосфат. Поступающие для фосфатирования детали помещают в специальные подвески приспособления и автоматически передаются в ванну обезжиривания.

Для обезжиривания стальных деталей, загрязненных маслами и смазками, применяют раствор следующего состава:

Гидроксид натрия технический                            10-15 г/л

Тринатрийфосфат технический                             25-30 г/л

Сода кальцинированная                                        25-30 г/л

Силикат натрия                                                      5-10 г/л

Температура раствора                                          70-80°С

Время выдержки в ванне                                       8-10 Мин

После обезжиривания детали тщательно промываются в ваннах горячей водой (до 90°С). Тщательная промывка после обезжиривания необходима для того, чтобы удалить щелочи с поверхности деталей. В случае плохой промывки щелочь будет попадать в кислоту и нейтрализовать ее, что при массовом производстве повлечет к излишнему расходу кислоты.

Травление. Операции травления производят с целью удаления с поверхности деталей различного рода окислов: окалины, ржавчины и продуктов коррозии цветных металлов.

Травление чёрных металлов осуществляют в различных кислотах, прежде всего в серной и соляной, а в некоторых случаях — в их смеси. Скорость удаления окалины, ржавчины и оксидов с поверхности деталей зависит от их состава  и структуры, а также от состава травильного раствора, его концентраций, температуры и способов.

Если соляная кислота имеет концентрацию в 10%, то скорость ее растворения выше, чем серная кислота. Растворение ржавчины при растворе серной кислоты протекает особенно сильно при концентрации в 20-40 градусов, а также заметно уменьшается при изменении концентрации.Скорость травления в соляных кислотах значительно повышается с возрастанием температуры.

Механизм удаления окалины в серной и соляной кислотах отличается. В соляной кислоте растворяются в основном окислы, а в серной кислоте главным образом металлическое железо с выделением водорода, который механически разрыхляет и удаляет окалину. Однако растворение стальной основы нежелательно, так как это приводит к излишнему расходованию кислоты, потере металла и выделению вредных испарений.

Кроме того, поверхность металла может оказаться разъеденной и шероховатой. Соляная кислота имеет следующие преимущества: можно работать при комнатной температуре, поверхность деталей меньше разъедается, можно получить более светлую поверхность деталей, малое поглощение водорода, травильные соли легко смываются с поверхности.

Серная кислота имеет следующие преимущества: невысокая стоимость, полное использование травильного раствора. Удаление окалины — это процесс удаления окислов и других загрязнений с поверхности металла.

Окалина может привести к снижению качества изделия и даже к его поломке. Для удаления окалины используются различные химические растворы, включая соляную и серную кислоты. Каждый из этих растворов имеет свои преимущества и недостатки, и выбор зависит от конкретной задачи.

Например, если нужно удалить окалину с поверхности детали, не повреждая ее, лучше использовать соляную кислоту. Серная кислота, с другой стороны, может быть более экономически выгодной, но может повредить поверхность металла.

При выборе раствора для удаления окалины необходимо учитывать множество факторов, включая тип металла, тип окалины, требования к поверхности и другие факторы.

Соляная кислота удаляет оксиды с поверхности металла преимущественно вследствие их растворения. В серной кислоте удаление оксидов происходит главным образом из-за травления самого металла и механического удаления разрыхлённого слоя оксидов выделяющимся водородом.

Скорость травления в серной кислоте повышается с увеличением концентрации, но до определённого предела, выше которого она снова начинает падать.

Раствор ванны травления (Деталь 11):

Серная кислота                                                 100-150 г/л

Соляная кислота                                                         15-30 г/л

Температура раствора                                               50-70°С

Время выдержки в ванне в растворе                         10-15 Мин

 

Раствор ванны травления (Деталь 7)

Серная кислота                                                   150-200 г/л

Соляная кислота                                                 15-30 г/л

Температура раствора                                                 50-80°С

Время выдержки в ванне                                  8-10 Мин

Применение травления для удаления с деталей ржавчины и окалины снижает качество фосфатной пленки и допустимо при условии последующей обработки травленой поверхности в содовом растворе.

 

2.5.5 Обоснование выбора раствора для нанесения покрытия

 

Заказчик утвердил состав ванны фосфирования и он не может быть изменен:

Деталь 11

Фосфатирующий концентрат Фоскон-20                  100-120 г/л

Нитрит натрия                                                   0,12-0,2 г/л

Температура раствора                                               40-60°С

Время выдержки в ванне                                  16 Мин

 

Деталь 7

Цинк фосфорнокислый однозамещённый                 80-100 г/л

Азотнокислый натрий                                       30-70 г/л

Температура раствора                                               60-75°C

Время выдержки в ванне                                  8-10 Мин

 

 

2.5.6 Выбор заключительных операций

 

Промывка. После каждой процедуры подготовки детали следует тщательно промывать, причем особенное внимание следует уделять тому, чтобы в гальванические ванны не попадало даже следов травильных и обезжиривающих растворов.

Загрязнения могут привести к ухудшению сцепления поверхности с основой, появлению пятен и нарушению нормальной работы электролита. Вода должна иметь меньшую жесткость (2 категории), ее необходимо часто менять.

Скорость смещения проточной воды зависит от конечной и начальной концентрации растворов, а также уноса растворов деталями. Промывка проводится в течение 1-3 минут, особенно когда происходит травление, чтобы удалить остатки солей и кислоты из всех пор.

После обезжирения детали промывают сначала теплой воде. Хорошо обезжиренная поверхность должна быть равномерно покрыта водой. Детали с нанесенным покрытием промывают сначала в горячей воды, а затем в моющим растворе. Промывную воду не должно содержать кислот и солей более 0,2%. По температурным режимам промывки делятся на (ГОСТ 9.314-90): холодная (15-39 С), тёплая (0-60 С) и горячая (свыше 60 С) [35].

Сушка. Перед тем, как сойдут детали с фосфатными покрытиями с линии, их необходимо просушить. Эта процедура проводится для предотвращения коррозии из-за высокой влажности деталей. Помимо этого, сушка повышает сцепление недавно образованной пассивной пленки и фосфатных покрытий с фосфатными покрытием. Особенностью высушивания фосфатных деталей является то, что процесс высушивания происходит при температурах до 60 °C. Это объясняется тем, что при вышеуказанных температурах пассивные хроматные пленки разрушаются, поскольку при таких температурах происходит дегидратация, из-за чего снижаются механические и защитные свойства пленок. Сушка деталей, обрабатываемых насыпью на барабане, проводится на противне.

Смазка. Фосфатированная поверхность покрыта пленкой, которая содержит множество микропор, занимающих от 0,1% до 1% общей площади. Чтобы улучшить ее защитные свойства, необходимо обработать или пропитать пленку. Это может быть достигнуто с помощью различных методов. Пропитка маслами обеспечивает более высокую антикоррозионную защиту. Производится оно в индустриальном масле, согласно ГОСТ 20799-75.

Эти смазки служат для длительного предохранения изделий. Для смазки фосфатированных деталей могут применяться и другие эмульсии и лаки. В автомате фосфатирования технологический процесс предусматривает применение эмульсии. Состав и концентрация его регулируется требованиями изделий. В тех случаях, когда смазка не мешает работе изделия, применяется густая эмульсия, а там, где по технологическому процессу она не допускается, применяется более жидкая [36].

Операция по смазке проводится в другом цеху, на отдельной линии.

2.6. Методика корректирования

 

Раствор обезжиривания. Для поддержания правильного состава растворов необходимо проводить корректировку не реже одного раза в месяц на основе результатов химического анализа, который определяет содержание едкого натра и три-натрийфосфата. Раствор травления. Корректирование раствора производят добавлением соляной согласно анализу.

Раствор фосфатирования. Корректирование фосфатирующего раствора производится по его кислотности. Если общая кислотность выше требуемого значения, в раствор добавляют воду.

 

 

                2.6.1 Сводная ведомость анализа и корректирования растворов и электролитов

 

Таблица 2.2 — Анализ и корректирование растворов

 

 

2.6.2 Порядок поддержания ванн в рабочем состоянии и их чистка

 

Чтобы обеспечить эффективную работу промывных ванн, необходимо регулярно производить их чистку.

 В зависимости от типа ванны и условий эксплуатации, эту процедуру нужно проводить от одного до двух раз в неделю. Если ванна установлена на стационарном участке, то промывку следует проводить ежесменно. 

В процессе работы с рабочими растворами они могут загрязняться механическими включениями, илом или примесями, что отрицательно сказывается на качестве покрытий. Поэтому в соответствии с графиком необходимо проводить периодическую чистку ванн. Например, ванны для покрытий нужно чистить два раза в год, а ванны для обезжиривания — один раз в год. 

Если в процессе работы потребуется добавить химических веществ в ванну, необходимо рассчитать необходимое количество согласно данным анализа. Кроме того, необходимо следить за pH раствора и поддерживать его в технологических пределах.

Если pH слишком высокий, то его можно понизить, добавив в ванну небольшое количество концентрата. Если же pH слишком низкий, то его можно повысить, добавив каустик, растворенный в воде.

Важно отметить, что при нормальной работе ванны pH электролита будет стремиться к увеличению. Поэтому необходимо регулярно контролировать pH и проводить корректировку, если это требуется.

 

Дефекты покрытия и способы их устранения приведены в таблице 2.3 [37].

 

Передел брака. Снятие фосфата с деталей производится следующим образом. Сначала производится обезжиривание поверхностей деталей раствором содержащим:

• Тринатрийфосфат 15-35 г/л,
• Сода кальцинированная 15-35 г/л,
• Едкий натр 5-15 г/л,
• Стекло натриевое жидкое 4 г/л.

После обезжиривания детали промываются дважды в проточной горячей и холодной воде, подвергаются травлению (соляная техническая кислота — 150-200 г/л). Протравленные детали тщательно промывают холодной водой. Детали подвергаются фосфатированию непосредственно после снятия фосфатной пленки», обрабатываются после травления начиная с промывки холодной водой.

 

Страницы: 1 2 3