способ химического никелирования стальных деталей

Формула изобретения

1. Способ химического никелирования стальных деталей, включающий приготовление раствора для никелирования путем последовательного растворения компонентов, подготовку поверхности деталей путем химического обезжиривания, электрохимического обезжиривания щелочным раствором сначала на катоде, затем на аноде, декапирование деталей кислотным раствором с последующей промывкой холодной водой, нанесение никелевого покрытия из раствора, содержащего сернокислый никель, гипофосфит натрия и уксусно-кислый натрий, при pН 4,5 - 5,0, температуре 86 88^oС, замер и корректировку pН щелочным раствором, контроль процесса никелирования с помощью образцов-свидетелей, обработанных по одинаковому с деталями режиму и изготовленных из той же марки стали, промывку холодной и горячей водой и сушку, а также термическую обработку деталей, отличающийся тем, что химическое обезжиривание осуществляют уайт-спиритом, электрохимическое обезжиривание в растворе, содержащем 5 10 г/л кальцинированной соды и 50 60 г/л фосфорно-кислого натрия, при плотности тока 2 А/дм² и температуре 70 80^oС на катоде в течение 2 3 мин и на аноде 0,5 мин, декапирование ведут раствором серной и фосфорной кислот и воды, взятых в равном объемном соотношении, при 70 80^oС, нанесение никелевого покрытия осуществляют из раствора, дополнительно содержащего малеиновый ангидрид при следующем соотношении компонентов, г/л:

Сернокислый никель 21

Гипофосфит натрия 24

Укусусно-кислый натрий 10

Малеиновый ангидрид 1,5

с медными катодами и анодной защитой ванны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрохимическое обезжиривание деталей из высоколегированных сталей осуществляют катодной обработкой в 15% -ном растворе едкого натра при плотности тока до 20 А/дм² в течение 5 7 мин, после чего детали промывают горячей водой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что декапирование деталей из углеродистых и низколегированных сталей осуществляют 12 15%-ным раствором соляной кислоты при 18 20^oС в течение 1 2 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что корректировку pН растворов ведут 25%-ным раствором аммиака.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку деталей из углеродистых и низколегированных сталей ведут при (400 20)^oС в течение 1 ч.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку деталей из высоколегированных сталей ведут при (500 20)^oС в течение 1 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для химического никелирования стальных деталей, работающих в условиях агрессивных сред, высоких давлений и температур.

Известен способ корректировки содержания никеля в кислых растворах химического никелирования путем введения в раствор соли никеля и аммиака, причем корректировку осуществляют аммиачным раствором соли никеля с pH 7-9, содержащим компоненты в следующем соотношении, г/л:

Соли никеля 200-500

Аммиак (25%-ный водный раствор) 80-300

(авт. св. N 945230,С 23 С 3/02, 1982).

Известный способ не учитывает колебания величины шероховатости поверхности металла перед покрытием, что негативно влияет на равномерность толщины покрытия химического никелирования.

Известен также способ химического никелирования стальных деталей путем обработки подложки раствором, содержащим соли осаждаемых металлов, восстановитель, комплексообразователь, буферирующие, стабилизирующие и блескообразующие добавки, причем процесс ведут в присутствии в растворе пассивирующих добавок, выбранных из группы, содержащей 2,4,6-триоксипиримидин и молибденовокислый аммоний (авт.св. N 924166, С 23 С 3/02, 1982).

Известный способ химического никелирования не обеспечивает равномерности покрытия на деталях с шероховатостью от (4-7), что значительно снижает коррозионные и износостойкие свойства материала детали, а также снижает их срок службы.

Цель достигается тем, что согласно способу нанесение никельфосфорного покрытия осуществляют в стационарной ванне, изготовленной из титанового сплава, снабженной водяной рубашкой для подогрева раствора, бортовым отсосом и крышкой, защиту стенок ванны от осаждения никельфосфорного покрытия осуществляют посредством анодной защиты, перед тем как заливать рабочий раствор в ванну, промывают стенки и дно ванны азотной кислотой (1:1), тщательно промывают водопроводной водой, нейтрализуют раствором аммиака (на 1 л воды 7 мл 25% -ного раствора аммиака), затем промывают ванну водопроводной водой до нейтральной реакции, причем разрыв между операциями подготовки ванны и заполнением ванны рабочим раствором не допускается, медные катоды очищают от никеля механическим способом, включает анодную защиту ванны перед началом нагрева раствора, и раствор для химического никелирования имеет следующий состав, г/л:

Никель сернокислый 21

Гипофосфит 24

Натрий уксуснокислый 10

Ангидрид малеиновый 1,5

при следующем режиме работы: температура 86-88^oC; pH 4,5-5,0; плотность загрузки на литр раствора 1 дм² поверхности и перед каждой загрузкой деталей производят замеры pH.

Приготовление раствора для химического никелирования осуществляют в следующей последовательности:

все компоненты, входящие в состав раствора в количествах, соответствующих рецептуре, растворяются в запасной ванне, заполненной на 2/3 холодной обессоленной водой, в следующем порядке: сернокислый никельуксусный натрий, гипофосфит натрия, причем каждый компонент вводят в строгой последовательности после того, как ранее введенный компонент полностью растворился;

после растворения всех компонентов раствор тщательно перемешивают и через суконный фильтр заливают в рабочую ванну;

малеиновый ангидрид вводится непосредственно в подогретый до 40-50^oC рабочий раствор.

Образцы-свидетели для определения толщины покрытия и замера микротвердости изготавливают из материала той же марки, что и контролируемые детали, с такой же шероховатостью и покрыты по той же технологической схеме, причем при химическом никелировании деталей с высокой чистотой покрываемой поверхности используют образцы-свидетели с большей шероховатостью, не влияющей на точность измерения толщины покрытия, и для покрытия деталей 9-10 класса чистоты используют образцы-свидетели 7-8 класса, их предварительно взвешивают на аналитических весах для определения толщины покрытия, помещают в ванну для химического никелирования совместно с деталями и замеры микротвердости производят на образцах-свидетелях, которые предназначены для замера толщины покрытия.

По окончании процесса детали и образцы-свидетели извлекают из ванны и промывают холодной водопроводной водой.

Промывку в горячей воде деталей и образцов-свидетелей производят при T= 70-90^oC.

Сушку деталей осуществляют на воздухе или сжатым воздухом, прошедшим через масловлагоотделитель.

По окончании работы на ванне рабочий раствор охлаждают до температуры 50^oC, отключают анодную защиту и раствор помещают в запасную ванну.

При транспортировке деталей на термообработку их тщательно защищают от атмосферных осадков и различных загрязнений.

Подготовку поверхности деталей перед покрытием производят следующим образом:

на деталях, предназначенных для химического никелирования, тщательно убирают заусенцы, окалину и ржавчину;

детали с указанными дефектами возвращают на исправление;

шероховатость поверхности деталей до покрытия не ниже D 4, а для резьбовых соединений шероховатость поверхности не ограничивается;

детали, имеющие шероховатость поверхности выше D 7, обезжиривают хлопчатобумажной салфеткой, смоченной уайт-спиртом, затем детали протирают сухой салфеткой, причем процесс обезжиривания производят в вытяжном шкафу, а электролитическое обезжиривание производят в растворе следующего состава, г/л:

Кальцинированная сода 5-10

Фосфорнокислый натрий 50-60

с продолжительностью обработки на катоде 2-3 мин, на аноде 0,5 мин, при плотности тока 2 А/дм² и T=70-80^oC.

Для деталей из высоколегированных сталей производится катодная обработка в 15%-ном растворе едкого натра при плотности тока до 20 А/дм² и продолжительности обработки до 5-7 мин до появления равномерного синего цвета, затем осуществляют промывку в горячей воде при T=70-90^oC.

Производят химическую обработку деталей в растворе состава: 3 объема серной кислоты, 3 объема воды, 3 объема ортофосфорной кислоты при T=70-80^oC и продолжительности обработки до появления равномерного налета темно-синего цвета поверхности, затем производят промывку в горячей проточной воде.

Декапирование углеродистых и низколегированных сталей производят в 12-15% -ном растворе соляной кислоты при температуре раствора 18-20^oC и продолжительности обработки 1-2 мин, затем производят промывку деталей в холодной водопроводной воде.

Контроль качества покрытия осуществляется до термической обработки путем внешнего осмотра, причем покрытие должно быть серого цвета, на поверхности покрытия не допускаются вздутия, следы неотмытых солей, пузыри, отслаивание, шелушение, питтинг, видимые следы от захвата руками.

Удаление некачественного никельфосфорного покрытия со стальных деталей производят

в азотной кислоте при комнатной температуре и электролитическим способом в растворе состава: натрий азотнокислый 500-600 г/л при плотности тока 30-35 А/дм² и напряжении 6В;

окончание процесса строго контролируют удалением никельфосфорного покрытия во избежание растравливания основного металла.

Контроль и корректировку раствора химического никелирования производят следующим образом:

проводят анализ раствора химического никелирования после никелирования каждой партии деталей на содержание сернокислого никеля;

содержание гипофосфита натрия определяют из расчета, что на 5,15 г сернокислого никеля приходится 5,65 г гипофосфита натрия;

корректировку раствора химического никелирования производят по данным химического анализа;

допускается работать без корректировки раствора до достижения концентрации сернокислого никеля 15 г/л;

при корректировке раствора химического никелирования необходимое количество сернокислого никеля и гипофосфита натрия растворяют в отдельных емкостях в холодной водопроводной воде и через фильтр вводят в рабочую ванну, при этом раствор необходимо тщательно перемешивать;

корректировка раствора химического никелирования только сернокислым никелем или гипофосфитом натрия не допускается;

уксуснокислый натрий вводится через 2-3 корректировки основных компонентов из расчета 1-2 г/л, причем необходимое количество уксуснокислого натрия растворяют в отдельной емкости в холодной водопроводной воде и через фильтр вводят в рабочую ванну после введения сернокислого никеля и гипофосфита натрия;

малеиновый ангидрид вводят в свежеприготовленный раствор, причем корректировка раствора малеиновым ангидридом не производится;

испарившаяся вода доливается в раствор химического никелирования только при корректировке, причем применяют обессоленную воду при корректировании раствора;

необходимо строго следить за технологической чистотой участка химического никелирования, не допускать пользования подвесками, черпаками, разливными приспособлениями, предназначенными для других технологических процессов;

корректировка pH производится 25%-ным раствором аммиака, причем добавление 175 мл 25%-ного раствора повышает pH на 0,1, при непосредственном добавлении в ванну аммиак разбавляется водой в соотношении 1:4 и замеры pH производят перед загрузкой каждой партии деталей.

На поверхности деталей, подлежащих термообработке, не должно быть жировых и прочих загрязнений.

Термообработку производят с целью увеличения твердости и сцепления покрытия с основой.

Термообработка производится в электропечи, снабженной автоматикой, обеспечивающей регулирование температуры.

Детали укладывают на чистый, выложенный асбестом поддон или приспособление и помещают в печь, причем по окончании загрузки в непосредственном соприкосновении с деталью наибольшей толщины устанавливают контрольную термопару, подключенную к самопишущему прибору.

Устанавливают следующие режимы термообработки:

а) для деталей из углеродистых и низколегированных сталей 20, 23, 35, 45, 15ХМ, 35 ХМ, 25Х1МФЛ, 12Х1МФ, 20 Х1М время выдержки 1 ч при T=40020^oC

б) для деталей из высоколегированных сталей: 08Х18Н10Т, 08Х181А, 12Х13, 14Х17Н2 время выдержки 1 ч при T=50020^oC, причем начало выдержки считают с подхода температуры, фиксируемой контрольной термопарой, и загрузка допускается в печь, нагретую до T=200^oC при скорости подъема температуры от 60 до 70^oC/ч.

Охлаждение деталей производится в печи с открытой дверцей.

Контроль режима термообработки осуществляют по диаграммной ленте.

На деталях, прошедших термообработку, допускаются оттенки соломенно-желтого, сине-фиолетового и светло-коричневого цветов.

Способ осуществляют следующим образом: способ химического никелирования предназначается для стальных деталей, изготовленных из углеродистых и низколегированных марок стали. Никельфосфорное покрытие представляет собой сплав никеля и фосфора, содержание фтора в покрытии 12%

Данный способ позволяет наносить равномерные по толщине покрытия на поверхности деталей сложного профиля. Покрытие с последующей термической обработкой обладает твердостью свыше 750 кг/см²мм², износостойкостью и прочностью сцепления с основой. Осаждение происходит без наложения тока. Способ устанавливает:

подготовку поверхности детали перед покрытием;

состав раствора, его приготовление и режим работы;

контроль качества покрытия;

причины брака и способы его устранения;

удаление некачественного покрытия;

контроль и корректировку раствора химического никелирования;

термическую обработку.

Подготовка поверхности деталей перед покрытием производится следующим образом:

на деталях, предназначенных для химического никелирования, тщательно убирают заусенцы, окалину и ржавчину;

детали с указанными дефектами возвращаются на доработку;

шероховатость поверхности детали до покрытия не ниже D 4, причем шероховатость поверхности резьбовых соединений и деталей не ограничивается;

детали, имеющие шероховатость поверхности выше D 7, подлежат обезжириванию хлопчатобумажной салфеткой, смоченной уайт-спиртом, затем деталь протирается сухой салфеткой; обезжиривание производится в специальном вытяжном шкафу;

при монтаже деталей на подвесные приспособления конструкция приспособлений определяется конфигурацией деталей;

электролитическое обезжиривание производится в растворе следующего состава, г/л:

Кальцинированная сода 5-10

Фосфорнокислый натрий 50-60

при продолжительности обработки на катоде 2-3 мин, на аноде 0,5 мин при плотности тока 2 А/дм² и T_{раствора}=70-80^oC;

промывка деталей производится в горячей воде T=70-90^oC;

затем детали промывают в холодной водопроводной воде;

для деталей из высоколегированных сталей производится катодная обработка в 15% -ном растворе едкого натра при плотности тока до 20,0 А/дм² и продолжительности обработки 5-7 мин до появления равномерного синего цвета с последующей промывкой в горячей воде при T=70-90^oC, причем допускается термическая обработка в растворе состава: 3 объема серной кислоты; 3 объема воды; 3 объема ортофосфорной кислоты при T=80-90^oC и с продолжительностью обработки до равномерного появления налета темно-синего цвета на поверхности детали с последующей промывкой в горячей проточной воде;

декапирование углеродистых и низколегированных сталей производится в 12-15%-ном растворе соляной кислоты при T=18-20^oC и продолжительности обработки 1-2 мин с последующей промывкой в холодной водопроводной воде.

Состав раствора для химического никелирования, его приготовление и режим работы производится следующие.

Нанесение никельфосфорного покрытия осуществляется в стационарной ванне, изготовленной из титанового сплава, снабженной водяной рубашкой для подогрева раствора, бортовым отсосом и крышкой. Защита стенок ванны от осаждения никельфосфорного покрытия осуществляется анодной защитой.

Перед тем как заливать рабочий раствор в ванну, необходимо дно и стенки ванны промыть азотной кислотой (1:1), тщательно промыть водопроводной водой, нейтрализовать раствором аммиака (на 1 л воды 175 мл 25%-ного аммиака), затем промыть водопроводной водой до нейтральной реакции.

На дне и стенках ванны не допускается наличие следов металлического никеля и других загрязнений, так как последние могут служить очагами кристаллизации никельфосфорного покрытия.

Разрыв во времени между операциями подготовки ванны и заполнением ванны рабочим раствором не допускается.

Медные катоды очищают от никеля механическим способом.

Включение анодной защиты осуществляют перед началом нагрева раствора.

Раствор для химического никелирования имеет следующий состав, г/л:

Никель сернокислый 21

Гипофосфит натрия 24

Натрий уксуснокислый 10

Ангидрид малеиновый 1,5

при T=86-88^oC, pH 4,5-5,0, скорости осаждения, равной 12-15 мк/ч и плотности загрузки на литр раствора 1 дм² поверхности. Перед каждой загрузкой деталей производится замер pH, причем pH приготовленного раствора не должен превышать 5,2.

Приготовление раствора для химического никелирования производят следующим образом: все компоненты, входящие в состав раствора в количестве, соответствующем рецептуре, растворяются в запасной ванне, заполненной на 2/3 холодной обессоленной водой, в следующем порядке: сернокислый никель, уксуснокислый натрий, гипофосфит натрия. Каждый компонент вводится в строгой последовательности, после того как ранее введенный компонент полностью растворился. После растворения всех компонентов раствор тщательно перемешивается и через суконный фильтр заливается в рабочую ванну. Малеиновый ангидрид вводится непосредственно в подогретый до 40-50^oC рабочий раствор.

Образцы-свидетели для определения толщины покрытия и замера микротвердости изготавливаются из материала той же марки, что и контролируемые детали, с такой же шероховатостью и покрыты по той же технологической схеме. При химическом никелировании деталей с высокой чистотой покрываемой поверхности используют образцы-свидетели с большей шероховатостью, не влияющей на точность измерения толщины покрытия. Для покрытия деталей 9-10 класса чистоты возможно использование образцов-свидетелей 7-8 класса. Образцы-свидетели предварительно взвешенные на аналитических весах для определения толщины покрытия, помещаются в ванну химического никелирования совместно с деталями. Образцы-свидетели для замера микротвердости используются те же, что и образцы-свидетели для определения толщины покрытия.

По окончании процесса детали и образцы-свидетели извлекаются из ванны и промываются холодной водопроводной водой.

Промывка деталей в горячей воде производится при T=70-90^oC.

Сушка деталей осуществляется на воздухе или сжатым воздухом, прошедшим через масловлагоотделитель.

По окончании работы на ванне рабочий раствор охлаждается до T=50^oC, отключается анодная защита и раствор помещают в запасную ванну (стальная ванна, футерованная кабельным пластикатом). Последовательность операций при установке защитного потенциала и отключения анодной защиты производится с помощью потенциостата. В свободную от раствора рабочую ванну заливается азотная кислота из расчета 7 мл на 1 л воды и ванну закрывают крышкой.

При транспортировке на термообработку детали помещают в специальную тару, исключающую их повреждение при транспортировке. Детали укладывают рядами, при этом каждый ряд закрывают парафинированной бумагой. Детали, имеющие шероховатость 7 и выше, обертывают каждую в парафинированную бумагу. Запрещается осыпать детали в тару навалом.

При транспортировке детали необходимо тщательно защищать от атмосферных осадков и различных загрязнений.

Контроль качества покрытия производят следующим образом:

Контроль осуществляется до термической обработки путем внешнего осмотра. Покрытие должно быть серого цвета, на поверхности покрытия не допускаются вздутия, следы неотмытых солей, пузыри, отслаивание, шелушение, питтинг, видимые следы от захвата руками.

На поверхности никельфосфорного покрытия, полученного химическим способом, допускается шероховатость в виде несосредоточенных частиц, не нарушающая сопряжения деталей и условий работы. Допускается производить глянцовку покрытия бязевыми кругами с пастой ГОИ. В случае отсутствия возможности вертикального размещения деталей в ванне и необходимости их горизонтального завешивания в ванну химического никелирования для последующей их полировки микронной шкуркой предусматривают увеличение толщины покрытия по сравнению с указанной на чертеже на 6-7 мкм. При наличии на поверхности штоков значительного наброса в виде несосредоточенных частиц допускается перед термообработкой производить полировку шлифовальной микронной шкуркой. После полировки шероховатость поверхности должна соответствовать требованиям чертежа и обмер каждого штока производят до и после полировки.

Детали, прошедшие операцию глянцовки, обезжиривают путем протирки салфеткой, смоченной уайт-спиртом.

Толщина покрытия определяется весовым методом на образцах-свидетелях.

Причины брака и способы их устранения приведены в табл. 1.

Удаление некачественного покрытия со стальных деталей производится в азотной кислоте (плотность 1,4 г/см³) при комнатной температуре и электролитическим способом в растворе следующего состава: натрий азотнокислый 500-600 г/л при T=20^oC, анодной плотности тока 30-35 А/дм² и напряжении 6 В, причем окончание процесса удаления никельфосфорного покрытия необходимо строго контролировать во избежание растравливания основного металла.

Контроль и корректировка раствора химического никелирования производится следующим образом.

Анализ раствора химического никелирования производится после никелирования каждой партии деталей на содержание сернокислого никеля.

Содержание гипофосфита натрия определяется из расчета, что на 5,15 г сернокислого никеля производится 5,65 г гипофосфита натрия.

Корректировка раствора химического никелирования производится по данным химического анализа.

Допускается работать без корректировки раствора до достижения концентрации сернокислого никеля 15 г/л.

При корректировке раствора химического никелирования необходимое количество сернокислого никеля и гипофосфита натрия растворяют в отдельных емкостях в холодной водопроводной воде и через фильтр вводят в рабочую ванну, раствор необходимо тщательно перемешивать.

Корректировка раствора химического никелирования только сернокислым никелем или гипофосфитом натрия не допускается.

Уксуснокислый натрий вводится через 2-3 корректировки основных компонентов из расчета 1-2 г/л. Необходимое количество уксуснокислого натрия растворяют в отдельной емкости в холодной водопроводной воде и через фильтр вводят в рабочую ванну после введения сернокислого никеля и гипофосфита натрия.

Малеиновый ангидрид вводят в свежеприготовленный раствор, причем корректировка раствора малеиновым ангидридом не производится.

Испарившаяся вода доливается в раствор химического никелирования только при корректировке, причем рекомендуется использовать только обессоленную воду при корректировании раствора.

Необходимо строго следить за технологической чистотой участка химического никелирования, не допускать пользования подвесками, черпаками, разливными приспособлениями, предназначенными для других технологических процессов.

Корректирование pH производится 25%-ным раствором аммиака. Добавление 175 мл 25% -ного раствора аммиака повышает pH на 0,1. При непосредственном добавлении в ванну аммиак разбавляется водой в соотношении 1:4. Замеры pH производятся перед загрузкой каждой партии деталей.

Термообработку осуществляют следующим образом:

ее осуществляют с целью увеличения твердости и сцепления покрытия с основой;

на поверхности деталей, подлежащих термообработке, не должно быть жировых и прочих загрязнений;

термообработка производится в электропечи, снабженной автоматикой, обеспечивающей регулирование температуры;

детали укладывают на чистый, выложенный асбестом поддон или приспособление и помещают в печь;

по окончании загрузки в непосредственном соприкосновении с деталью наибольшей толщины устанавливается контрольная термопара, подключенная к самопишущему прибору.

Режимы термообработки производят:

а) для деталей из углеродистых и низколегированных сталей 20, 23, 35, 45, 15ХМ, 35Х, 35ХМ, 25Х1МФЛ, 12Х1МФ, 20Х1М, при T=40020^oC время выдержки составляет 1 ч;

б) для деталей из высоколегированных сталей 08Х18Н10Т, 08Х18Н10, 12Х13, 14Х17Н2 температура равна 50020^oC и время выдержки составляет один час, причем начало времени выдержки считается с подхода температуры, фиксируемой контрольной термопарой. Загрузка деталей производится в печь, нагретую до 200^oC при скорости подъема температуры от 60 до 70^oC в час.

Охлаждение деталей производится в печи с открытой дверцей.

Контроль режима термообработки осуществляется по диаграммной ленте.

На деталях, прошедших термообработку, допускаются оттенки соломенно-желтого, сине-фиолетового и светло-коричневого цвета.

Сущность изобретения состоит в том, что, осуществляя операции химического никелирования стальных деталей в строгой последовательности, а именно:

подготовка поверхности деталей перед покрытием;

выдерживание рецептуры состава раствора, его приготовления и режима;

контроль качества покрытия;

причины брака и способы его устранения;

удаление некачественного покрытия;

контроль и корректировка раствора химического никелирования;

термическая обработка,

получают равномерное никелевое покрытие, которое обеспечивает повышенную износостойкость, коррозионную стойкость и увеличивает срок службы изделий.

Преимущество способа заключается в том, что он учитывает не только колебания величины шероховатости поверхности металла перед покрытием, но использует физико-химические свойства сталей различных марок, включая и термическую обработку, что способствует интенсификации процесса химического никелирования и увеличивает срок службы покрытий.

Использование предлагаемого способа позволит значительно повысить производительность труда при химическом никелировании, на 30-60% увеличить износостойкость покрытия и на 30-35% повысить коррозионную стойкость по сравнению с обычными традиционными способами химического никелирования.

Пример 1. Токовая защита ванны осуществляется следующим образом: на фиг. 1, где 1 потенциостат, 2 ванна, 3 катод-пруток, 4 электрод сравнения, 5 амперметр, приведена схема реализации токовой защиты стенок ванны 2 от осаждения на них слоя никельфосфорного покрытия. Потенциостат 1 обеспечивает автоматическое поддержание потенциала ванны 2 относительно электрода сравнения 4 на заданном уровне за счет прохождения тока между рабочим электродом (ванной) и катодом, изменяя величину тока таким образом, чтобы потенциал ванны был равен заданному значению.

Ванна 2, изготовленная из титанового сплава, включается в защитную цепь постоянного тока в качестве анода. На ванне помещаются 8 прутков-катодов 3, выполненных из меди, Ф18-20 мм. Их длина выбирается таким образом, чтобы до дна ванны оставалось 50-60 см.

Электрод-сравнения 4, относительно которого устанавливается защитный потенциал, закрепляется на ванне. Последовательность операций при установке защитного потенциала приведена в инструкции потенциостата. При хлор-серебрянном электроде на потенциостате следует установить потенциал 1500 мВ.

Защитный потенциал на ванну химического никелирования подается одновременно с включением подогрева раствора.

В ходе работы потенциостата необходимо постоянно контролировать величину анодного тока. Для этого в разрыв анодной или катодной цепи включают амперметр 5 со шкалой 5 А. При нормальной работе раствора и периодическом корректировании анодный ток не должен превышать 1,5 А. Если такой ток сохраняется в самом конце очередного процесса никелирования деталей, то можно производить следующий завес.

После многократного корректирования раствора и большого накопления в нем продуктов разложения гипофосфита натрия или в результате скопления на дне ванны металлического никеля или шлама анодный ток может достигнуть 3-4 А.

В случае загрязнения ванны раствор следует отфильтровать, перекачав его в запасную емкость, а рабочую ванну тщательно вымыть, удалить шлам и произвести обработку раствором азотной кислоты (1: 1). Если после фильтрации раствора анодный ток будет превышать 1,5 А, то рабочий раствор для использования не пригоден.

Снимать защитный потенциал следует только после окончания процесса никелирования и охлаждения рабочего раствора (путем пропускания холодной воды через рубашку ванны) до 50-60^oC.

Устройство электрода сравнения приведено на фиг. 2, где 1 - хлор-серебрянный электрод, 2 корпус из оргстекла для крепления хлор-серебряного электрода, 3 металлическая труба для предохранения от механических повреждений, 4 резиновый шланг, 5 асбестовый шнур, 6 - основание из пластмассы, 7 прокладка из тонкого картона,7 винт из пластмассы.

Электрод сравнения собирают следующим образом:

берется резиновый шланг необходимой длины и через него пропускают шнуровой асбест таким образом, чтобы с обеих сторон оставался запас 20-25 см; затем соединяют резиновый шланг с пластмассовым основанием, предварительно пропустив асбестовый шнур сквозь отверстие в последнем;

затем надевают на пластмассовый винт 2 шайбы из тонкого паранита, пропускают асбестовый шнур, выходящий из детали 6, через внутренние отверстия винта и заворачивают винт в деталь 6 таким образом, чтобы боковые отверстия винта не были закрыты;

далее пропускают резиновый шланг через металлическую трубу и надевают шланг на отливку детали 2, пропустив предварительно асбестовый шнур через отверстие в отливке; место соединения резинового шланга с основанием и отливкой детали 2 плотно обвязывают тонкой проволокой;

в последнюю очередь деталь 2 и основание с винтом запрессовывают в металлическую трубу детали 3;

при всех операциях с резиновым шлангом надо следить, чтобы резиновый шланг не перекрутился в трубе 3, и не допускать обрыва асбестового шнура.

Заполнение электрода сравнения 1 н. раствором серной кислоты производят следующим образом.

После сборки электрода сравнения его необходимо заполнить н. раствором серной кислоты. Для этого электрод устанавливают в штатив и медленно начинают заливать раствор в резиновый шланг детали 4 через корпус детали 2. Как только кислота начнет капать из-под основания, необходимо быстро довернуть винт детали 8 отверткой с некоторым усилием, чтобы кислота перестала капать. Если же этого не произойдет, то необходимо заменить картонные прокладки.

После заполнения шланга кислотой (прекращения выхода пузырьков воздуха) нужно налить в деталь 2 примерно 100-150 см³ н. раствора серной кислоты, вставить хлор-серебрянный электрод и произвести контроль заполнения шланга кислотой. С этой целью надо взять тестер и замерить сопротивление, опустив один конец тестера в стаканчик с н. раствором серной кислоты, предварительно опустив туда основание и винт электрода сравнения, а другой подсоединив к вводу хлор-серебряного электрода. Если при этом сопротивление будет превышать 10 кОм, то это значит, что при сборке разорвался асбестовый шнур и в шланге имеются пузырьки воздуха, которые и разрывают цепь. В случае дефекта необходимо более тщательно произвести сборку электрода сравнения.

Электрод сравнения подготавливают к работе следующим образом.

При нормальной величине сопротивления электрод сравнения закрепляют на ванне при помощи специального держателя. Устанавливать электрод сравнения желательно таким образом, чтобы до дна ванны оставалось 50-60 мм. Затем подсоединяют штеккерный ввод хлор-серебрянного электрода к кабелю потенциостата, идущего к клеммам ЭС, и электрод сравнения готов к работе.

Ежедневно перед началом работы необходимо отмечать утечку н. раствора серной кислоты из детали 2 и контролировать целостность цепи: раствор ванны

ввод хлор-серебрянного электрода.

Для последнего необходимо взять тестер и замерить сопротивление, опустив один конец тестера в раствор ванны, а другим коснувшись центрального провода штеккерного разъема хлор-серебрянного электрода. Сопротивление не должно превышать 20 кОм.

В случае большой утечки раствора серной кислоты надо сменить прокладки детали 7 или осмотреть другие детали, соприкасающиеся с раствором серной кислоты и устранить течь.

В случае большого сопротивления электрода сравнения (больше 20 кОм) начинать работу с ванной нельзя, необходимо перебрать электрод-сравнения чтобы величина сопротивления не превышала нормы.

Пример 2. Растворы химического никелирования, использующиеся в ванне без анодной защиты, их составы и режимы приготовления приведены в табл. 2 и производятся следующим образом.

Химическое никелирование производится в стальной ванне, футерованной кабельным пластикатом, или в ванну вставляется мешок из кабельного пластиката. Подогрев раствора производится на водяной бане.

Необходимое количество тиомочевины отвешивается на аналитических весах.

Приготовление раствора производится следующим образом: в отдельных емкостях в небольших количествах холодной воды растворяют необходимое количество сернокислого никеля, уксуснокислого натрия и гипофосфита натрия и через фильтр заливают в рабочую емкость в следующей последовательности: сначала сернокислый никель, затем уксуснокислый натрий и гипофосфит натрия. Тиомочевина вводится непосредственно в нагретый до 40-50^oC рабочий раствор.

Корректировка раствора производится только тиомочевиной перед завесом деталей в ванну в количестве 0,0015 г/л. Раствор может быть использован до трех осадок.

Модификация другого раствора для химического никелирования приведена в табл. 3 и приготовление раствора осуществляют следующим образом:

в отдельных емкостях в небольших количествах холодной воды растворяют необходимое количество сернокислого никеля, уксуснокислого натрия, сернокислого аммония, трилона Б и гипофосфита натрия и через фильтр заливают в рабочую емкость в следующей последовательности: сначала сернокислый никель, затем уксуснокислый натрий, сернокислый аммоний, трилон Б и гипофосфит натрия;

корректировка раствора не допускается. Раствор одноразового использования.

Пример 3. Анализ раствора химического никелирования он основан на способности ионов никеля образовывать прочные бесцветные внутрикомплексные соединения с трилоном Б в аммиачной среде. Необходимые реактивы:

азотная кислота (1:4);

лимоннокислый натрий (5%-ный раствор);

аммиак (25%-ный водный раствор);

индикатор мурексид, смешанный и тщательно растертый с хлористым натрием в отношении 1:100;

трилон Б 0,1 н. раствор.

Ход анализа: 30-40 мл раствора предварительно кипятится с 5 мл азотной кислоты (1:4) в течение 5-10 мин для разложения гипофосфита натрия. Затем 2 мл раствора из этой пробы помещают в коническую колбу емкостью 250 мл, приливают 50 мл воды, 20 мл 5%-ного раствора лимоннокислого натрия, 20 мл 25% -ного водного раствора аммиака, 0,1-0,2 г индикатора мурексида (на кончике ножа) и титруют 0.1 н. раствором трилона Б до появления красно-фиолетового окрашивания.

Содержание сернокислого никеля вычисляют по формуле



где a количество 0,1 н. раствора трилона Б, пошедшее на титрование в мл 0,0029345 теоретический титр точно 0,1 н. раствора трилона Б, выраженный в граммах никеля;

n количество раствора, взятое для анализа, в мл;

4,78 коэффициент пересчета Ni на NiSO₄7H₂O.

Пример 3. Определение гипофосфита натрия производится следующим образом

оно основано на окислении гипофосфита натрия (фосфорноватистокислого натрия) раствором бромат-бромида. Избыток последнего окисляет йодид калия с выделением свободного йода, который титрируют 0,1 н. раствором тиосульфата натрия.

Необходимые реактивы:

раствор бромат-бромида, 0,1 н.

кислота соляная, 4 н.

калий йодистый (KJ);

раствор тиосульфата натрия 0,1 н.

раствор крахмала, 5%-ного;

кислота серная (при плотности 1,11 г/см³).

Ход анализа 5 мл раствора переносят в коническую колбу емкостью 250 мл, притертой пробкой, разбавляют водой до 30 мл, приливают 50 мл 0,1 н. раствора бромат-бромида, 10 мл 4 н. соляной кислоты и оставляют на три часа при T не выше 15^oC. Затем добавляют 2 г йодида (KJ) и через 5-10 мин оттитровывают выделившийся йод 0,1 н. раствором тиосульфата калия в присутствии 5% -ного раствора крахмала в качестве индикатора.

Содержание гипофосфита натрия вычисляют по формуле



где a количество раствора бромат-бромида, прилитого к раствору, в мл;

b количество раствора тиосульфата калия, затраченное на обратное титрование, в мл;

c соотношение между растворами бромат-бромида и тиосульфата калия;

n количество раствора, взятое для анализа, в мл;

K поправка на нормальность раствора бромат/бромида для пересчета на точно 0,1 н. раствора;

0,0265 коэффициент пересчета на гипофосфит натрия.

Раствор бромат-бромида приготовляется следующим образом: 2,78 г химически чистого бромата калия (KBrO₃) и 10 г химически чистого бромистого калия (KBr) растворяют в 1 л воды.

Соотношение между растворами бромат-бромида и 0,1 н. раствора тиосульфата натрия устанавливают следующим образом:

25 мл раствора бромат-бромида отбирают в коническую колбу объемом 250 мл с притертой пробкой, прибавляют 2 г йодистого калия, 20 мл серной кислоты (удельный вес 1,11 г/см³) и через 5-10 мин титруют выделившийся йод тиосульфатом.

Расчет соотношения производится по формуле C= а/с,

где a количество раствора бромата-бромида, взятое для анализа, в мл;

b количество тиосульфата, затраченное на титрование, в мл;

C соотношение между растворами бромат-бромида и тиосульфата.

Пример 4. Определение уксуснокислого натрия он основан на сжигании сухой навески, помещенной в прокаленную фарфоровую лодочку в трубке для сжигания углерода при T=900-1000^oC при токе кислорода без добавления плавней. По количеству образовавшейся углекислоты, которую определяют в приборе Виртка-Штройлена, рассчитывают содержание уксуснокислого натрия.

Ход анализа 2-3 мл раствора вливают в предварительно прокаленную фарфоровую лодочку, помещают в сушильный шкаф и выпаривают при T=100-110^oC (не более) до сухих солей. Лодочку с сухой солью помещают в нагретую фарфоровую трубочку для сжигания, быстро закрывают трубку резиновой пробкой, дают ток кислорода и сжигают сухую соль при T=900-1000^oC.

Содержание уксуснокислого натрия вычисляют по формуле



где a показания бюретки,

K поправочный коэффициент на давление и температуру по таблице, прилагаемой к прибору Виртка-Штройлена;

5,666 коэффициент пересчета с углерода на уксуснокислый натрий (CH₃COONa3H₂O).

Пример 5. Определение фосфита натрия. Анализ производится после длительного использования раствора. Раствор считается непригодным при накоплении фосфита натрия выше 50 г/л.

Необходимые реактивы:

йод 0,1 н. раствор;

раствор тиосульфата натрия 0,1 н.

натрий двууглекислый, 5%-ный раствор;

кислота уксусная, 10%-ный раствор;

крахмал, 1%-ный раствор.

2 мл электролита отбирают в мерную колбу емкостью 200 мл, доливают воду до метки и перемешивают. Из разведения отбирают 20 мл раствора в коническую колбу емкостью 250 мл и добавляют 20 мл 5%-ного раствора двууглекислого натрия, приливают 25 мл 0,1 н. раствора йода, закрывают колбу пробкой и оставляют на 2 ч в темном месте. Затем раствор подкисляют 20 мл 10%-ного раствора уксусной кислоты и избыток йода отфильтровывают 0,1 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала до исчезновения синей окраски раствора.

Содержание фосфита натрия рассчитывают по формуле



где a количество 0,1 н. раствора йода, прибавленного к пробе, в мл;

K₁ поправка к титру 0,1 н. раствора йода;

b количество 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, затраченного на обратное титрование, в мл.

0,0108 титр 0,1 н. раствора йода по фосфиту натрия;

B₁ количество электролита, взятого на анализ, мл

(в данном случае ).