Застосування електрохімічного осадження хрому в поліграфії

МІНІСТЕРСТВО НАУКИІ НАУКИ УКРАЇНИ

Санкт-Петербурзькийдержавний університет технології та дизайну

Північно-Західнийінститут друку

ФакультетПоліграфічних технологій і обладнання

Спеціальність 261202

Кафедра Технологіїполіграфічного виробництва

РЕФЕРАТ

з дисципліни"Спеціальні глави хімії"

Тема роботи В«Застосуванняелектрохімічного осадження хрому в поліграфії В»

Студентка

Новицька Е.М.

гр. ВТ-3

Керівник

Соловйов В.Б.

Санкт-Петербург 2010

Зміст

Введення

1. Електрохімічні методи формних процесів

2. Загальні відомості про хромі

3. Хромування

4. Особливості підготовки деталей до хромуванню

5. Приготування, коригування та робота хромових ванн

5.1 Приготування електроліту

5.1.1 Складання електроліту

5.1.2 Опрацювання електроліту

5.2 Коригування електроліту

5.3 Аноди

5.4 Робота хромової ванни

6. Перевірка якості та утилізація гальваноосадков

6.1 Перевірка якості

6.1.1 Зняття дефектних хромових покриттів

6.2 Утилізація

7. Недоліки хромування

8. Висновок

Список використаної літератури

Введення

В даний час,поліграфія є однією з провідних і розвиваються галузей. Щодня мимаємо справу з тією чи іншою друкованою продукцією: свіжа преса, всілякіброшури, різні упаковки. Друкарське устаткування стає все більш і більшсучасним, однак не можна помітити того факту, що навіть саме просунутеобладнання має свій термін служби.

Для підвищення термінуслужби обладнання використовують різні методи захисту деталей.

Метою реферату єдослідження процесу електрохімічного осадження хрому, і оцінити його значеннядля поліграфічного виробництва.

1.Електрохіміческіе методи формнихпроцесів

Електрохімічні методизнайшли широке застосування в технології поліграфічного виробництва. Вонизастосовуються для отримання за допомогою електролізу на неметалевої іметалевої основи гальваноосадков. Так само для отримання оксидних покриттівна металі з певними властивостями.

Електрохімічні методимають два різновиди: гальваностегія і гальванопластика.

Гальванопластика - це електрохімічнийметод одержання за допомогою електролізу копій оригіналу - матриці.

Більш докладно розглянемогальваностегію.

Гальваностегія - це електрохімічнийметод отримання на металевих поверхнях за допомогою електролізу найтоншихметалевих покриттів, які міцно зчіплюються з основою.

У поліграфіїгальваностегія знайшла широке застосування для поліпшення механізації властивостейдрукарських форм. На поверхню друкованих форм наносять найтонше покриття Cr, Ni, Co. Найбільшміцним є хромове покриття, далі розглянемо його властивості.

електрохімія осадженняхром поліграфія

2. Загальні відомості про хромі

Хром - елемент 6-ї групиперіодичної системи елементів Д.І. Менделєєва. Його атомний номер 24, атомнамаса 51,99.

Фізичні властивості хромунаступні: температура плавлення 1890 - 1900 В° С; щільність (при 20 В° С) 6,9 7,2г/см Ві;

Сполукишестивалентного хрому є сильними окислювачами. Всі хромові кислотивідносяться до сильних; по мірі ускладнення їх складу ступінь їх дисоціації в розведенихрозчинах зростає. Оксид CrO має амфотернівластивостями. Сполуки Cr володіютьосновними властивостями, нестійкі.

Електрично обложенийхром володіє рядом цінних властивостей: високою твердістю, зносостійкістю,термо-і хімічну стійкість.

Хром володіє великоюстійкістю проти впливу багатьох кислот і лугів: він не розчиняється врозчинах азотної та сірчаної кислот, в соляній і гарячої сірчаної кислотах легкорозчиняється, на повітрі та під дією окислювачів пасивується - на йогоповерхні утворюється тонка окисна плівка.

Добре полірованаповерхня хрому має високі декоративні якості, які відрізняютьсястабільністю в часі: хром не тьмяніє навіть після нагріву до 328-448 В° C. Хромові покриття застосовують внаступних випадках:

- Длязахисно-декоративних цілей. Захисно-декоративному хромуванню піддаютьдеталі автомобілів, велосипедів, приладів і т.п.

- Для збільшеннявідбивної здатності. Відбивна здатність хромового покриттяпоступається лише відбивної здатності срібла та алюмінію, проте внаслідокбільш високої стійкості проти окислення відбивна здатність хрому більшстабільна. Тому хромове покриття широко використовується у виробництві дзеркал,відбивачів, прожекторів.

- Для збільшеннязносостійкості.

- Для відновленнязношених розмірів. Нарощування шару хрому на зношені поверхнітермооброблених валів, втулок дозволяє відновити розміри деталей і цимзбільшити термін експлуатації виробів.

Товщина хромових покриттіввстановлюється в залежності від умов експлуатації та призначення покриттів погалузевої документації.

3. Хромування

Створення першихвиробничих установок по хромуванню відноситься до кінця 20-х роківпоточного сторіччя. За минулий період часу хромові покриття, в порівнянні зіншими гальванічними покриттями, отримали найбільш широке поширення.

Важливою областюхромування є захисно-декоративні покриття. Поряд з цим хромовіпокриття одержали широке поширення в машинобудуванні для збільшеннязносостійкості нових деталей машин і інструменту, а також для відновленнязношених деталей.

Технологіяелектролітичного, або гальванічного хромування є випробуваним способомзбільшення зносостійкості тертьових деталей, захисту їх від корозії, а такожспособом захисно-декоративної обробки. Хромування часто використовується длязахисту поверхонь нових деталей від негативних факторів.

Розрізняють два основнихвиду електролітичного хромування: декоративне і тверде

При декоративномухромуванні шар хрому наносять на подслой іншого металу, найчастіше нікелю.При правильному веденні процесу електролітичного осадження нікелевий подслойвельми надійно оберігає сталь від атмосферної корозії, тоді як без ньогохромове покриття поступово тьмяніє. Тому зазвичай для отриманнядекоративного нетускнеющего покриття красивого відтінку дуже тонкий шар хромуосаджують електролітично поверх нікелю. Подібне тонке хромоване покриттязазвичай буває пористою, що, однак, ніякої шкоди не приносить, так як захистзабезпечується лежачим під ним шаром нікелю. Іноді замість нікелю осаджують мідьяк більш дешевий корозієстійких подслой. При твердому хромуванні наносятьпорівняно товстий шар хрому (до 5 мм.) для того, щоб використовувати високутвердість, зносостійкість і малий коефіцієнт тертя хромованого покриття.У подібних випадках хром зазвичай беруть в облогу прямо на основний метал безякогось проміжного підшару.

4. Особливості підготовки деталей дохромуванню

Підготовка поверхнідеталі до захисно-декоративного та зносостійких покриттів хромом має багатозагального. Послідовність технологічних операцій наступна:

1) механічна обробкаповерхні (шліфування або полірування);

2) промивання органічнимирозчинниками для видалення жирових забруднень і протирання тканиною;

3) закладення отворів іізоляція ділянок поверхні деталі, що не підлягають хромуванню;

4) монтаж підвіски;

5) знежирення;

6) промивка у воді;

7) травлення;

8) декапирование.

Вимоги до механічноїпідготовці.

Перед покриттямповерхню деталі обробляється по тому класу чистоти, який зазначений дляготової деталі.

Після механічноїобробки на поверхні деталі не повинно бути неметалічних включень, атакож раковин, тріщин і глибоких рисок, тому хром добре відтворює всі цідефекти.

зачеканення отворів та ізоляція поверхні.Отвори, якщо такі є на поверхні виробу, перед хромуваннямповинні бути закриті свинцем або іншим стійким в х...ромової кислоті матеріалом. ВІнакше навколо отвору залишаються не покриті хромом ділянки.Зачеканення проводиться урівень з хроміруемой поверхнею. По закінченніізоляції, підлягають хромуванню ділянки, необхідно ретельно очистити відзабруднення лаком. Поверхню зачищають наждачним полотном.

Монтаж підвіски . При монтажі підвіски на детальнеобхідно прослідкувати за тим, щоб деталі не закривали один одного і вседілянки їх поверхні, по можливості, однаково відстояли від поверхніанода.

Знежирення. При видаленні з поверхні деталіжирових забруднень слід мати на увазі, що сталеві загартовані тонкостіннідеталі, що працюють при значних питомих навантаженнях, не допускаєтьсязнежирювати на катоді; в цьому випадку застосовується анодна знежирення абознежирення хімічним способом.

декапирование. Перед хромуванням сталеві тачавунні деталі піддаються анодному декапірованію протягом 30-90 сек. прищільності струму 25-40 А/дм.Вироби з міді та мідних сплавів анодному декапірованію не піддаються.

5. Приготування, коригування таробота хромових ванн

5.1 Приготування електроліту

Електроліти для хромовихванн приготовляются з двох основних компонентів - хромового ангідриду і сірчаноїкислоти.

5.1.1 Складання електроліту

Для приготуванняелектроліту розраховане кількість хромового ангідриду дробиться на невеликішматки, завантажується у ванну хромування і заливається для кращого розчиненняводою, підігрітою до 60-80 В°. При цьому можна використовувати водопровідну воду, незабруднену залізом, проте, в районах з жорсткою водопровідною водою для цихцілей необхідно користуватися конденсатором або навіть дистильованою водою.

Після розчиненняхромового ангідриду розчин перемішують і визначають в ньому вміст CrO за питомою вагою.

Розчин після ретельногоперемішування піддають аналізу і, встановивши дійсний зміст CrO і HSO, підраховують ідодатково вводять відсутню кількість компонентів.

5.1.2 Опрацювання електроліту

Для нормального осадженняхрому рекомендується утримання в електроліті невеликої кількості Cr Ві, близько 2-4 г/л. У готовомуелектроліті виробляють пробне хромування.

Заміна хромового електролітупроводиться через 1-2 роки і залежить від інтенсивності експлуатації ванни ізабруднення її домішками.

При експлуатації ваннислід враховувати, що в процесі електролізу концентрація тривалентного хромув електроліті змінюється в залежності від конфігурації деталей. Так, прихромування деталей, площа покриття яких більше площі анода, наприклад,при хромування внутрішній поверхні циліндра, концентрація тривалентногохрому в електроліті поступово зростає. Якщо ж площа деталі - катодазначно менше площі анода, що має місце при хромування зовнішніхциліндричних поверхонь, то зміст тривалентного хрому в електролітізнижується.

5.2 Коригування електроліту

Для підтримкипостійної концентрації CrO і HSO електроліт періодичнокорегують шляхом введення до нього нових порцій хромового ангідриду і сірчаноїкислоти.

Кількість додається уванну хромового ангідриду визначається на підставі питомої ваги електролітуабо за результатами аналізу. Додавання в ванну CrO здійснюєтьсящодня.

Коригуванняелектроліту сірчаною кислотою проводиться значно рідше. Один раз на 7-10 днівелектроліт піддають аналізу на вміст Crі Cr і сірчаної кислоти. На підставі аналізу розраховуютьвідсутню кількість HSO і вводять його в електроліт.Після цього електроліт ретельно перемішують і дають йому відстоятися. Томусірчану кислоту рекомендується вводити в ванну під час перерв у роботі.

5.3 Аноди

Матеріалом анодів дляванни хромування служить чистий свинець або сплав, що складається з 92-93% свинцю і8-7% сурми. Аноди зі сплаву Pb або Sb в меншій мірі покриваютьсянерозчинної і непроводящая плівкою хромовокіслого свинцю, ніж аноди з чистогосвинцю.

Під час електролізувиділяється на аноді кисень, взаємодіючи зі свинцем, утворює на йогоповерхні темно-коричневого кольору непровідну плівку перекису свинцю.Опір анода в процесі електролізу збільшується і тому через певніперіоди роботи ванни необхідно аноди чистити. При безперервній роботі ванни івисоких щільності струму очистку анодів виробляють один раз на зміну або післязакінчення циклу електролізу.

Видалення оксидної плівкиз анодів проводиться шляхом обробки їх в соляній кислоті, розведеної 1:1,або в 10-процентному розчині їдкого натру. Після цього аноди промиваються водою.

За формою анодивиготовляються у більшості випадків плоскими і циліндричними. Однак внаслідок поганої розсіює здатності хромового електроліту, при покриттідеталей з глибоким рельєфом обриси анода повинні визначатися формою катода.

5.4 Робота хромової ванни

Запорукою успіху прихромуванні є правильність вибору режиму електролізу, а такождотримання його при хромування. Абсолютно не допускаються відхилення відвстановленої величини щільності струму і температури електроліту. Коливанняостанньої допускається в межах +/-1. Дляотримання однакової щільності струму, на одночасно завантажених у ваннудеталях необхідно керуватися наступними правилами:

- Підвіски і контактиповинні виготовлятися з однакових матеріалів.

-Поперечний перетинструмопровідних частин підвісок повинне бути розраховане на необхідну силу струмубез значного нагрівання.

-Якість контактів прихромуванні через застосування великих густин струму має виключноважливе значення. Тому поверхня контактів необхідно ретельно очищати відкорозії і всякого нальоту електроліту.

Крім того, відстаньміж виробами і анодами у ванні для всіх підвісок повинне бути однаковим.Недотримання цих вимог може призвести до неоднорідності покриття потовщині шару хрому.

У процесі хромуванняне допускаються перерви струму, так як при повторному нарощуванні відбуваєтьсявідшаровування хрому. Це можна спостерігати або безпосередньо після хромування,або після механічної обробки, в результаті якої верхній шар хромуобсипається. Повторне хромування допустимо, якщо виріб після перерви струмупіддати анодному травленню в протягом 30-40 сек. при щільності струму 25-30 А/дм, а потім, змінивши напрямструму, продовжувати хромування. При цьому осадження хрому слід починати звідносно низьких катодних густин струму (але не нижче 20-25 А/мд), ​​і поступово збільшуватидо встановленої величини.

При хромуваннярельєфних деталей рекомендується на початку електролізу справити "поштовх струму";це особливо доцільно у відсутності фігурного анода. Цей прийом полягає вте, що електроліз починають при щільності струму, приблизно, вдвічі більше, ніжслід, а через 1-2 хв., величину її поступово знижують до нормальної.Завдяки "поштовху струму" вдається осадити хром на поглиблених ділянках вироби.

6. Перевірка якості та утилізація гальваноосадков

6.1 Перевірка якості

Дляхарактеристики якості покриттів необхідно і достатньо визначити ступіньміцності зчеплення з основою, твердість, пористість, пластичність, внутрішнінапруги, блиск, ступінь вирівнювання, зносостійкість і корозійнустійкість.

6.1.1 Зняття дефектниххромових покриттів

Видаленнядефектних хромових покриттів з поверхні деталі здійснюють кількомаспособами: хімічним розчиненням хромового покриття, нанесеного на деталі зсталі, міді, латуні, нікелю в 10-20% розчині соляної кислоти, але при цьомузатруює сталь; електрохімічним розчиненням хромового покриття здеталей із сталі, латуні і міді в 10-15% розчині їдкого натру при аноднійщільності струму 10-20 А/дм2 і температурі 25-З0 В° С. В якості катода застосовуютьсталь. Електроліт не діє на сталь. Для зняття хромового покриття залюмінію та цинкових сплавів разом з підшаром нікелю рекомендується аноднерозчинення в 60% розчині сірчаної кислоти з добавкою гліцерину при щільностіструм...у 5-10 А/дм2.

6.2 Утилізація

Утилізаціявідходів - трудомісткий і досить складний процес, що вимагає високогопрофесіоналізму від працівників та наявність спеціального обладнання. Особливоце стосується утилізації промислових відходів - адже у відпрацьованих різнимивиробництвами матеріалах можуть бути присутніми вельми шкідливі для людини інавколишнього середовища речовини.

Деякіпідприємства пропонують утилізацію гальваноосадков шляхом використання їх уЯк добавок при виробництві будівельних матеріалів, а саме ввиробництві цементу. Основний принцип утилізації гальваноосадков -високотемпературні процеси, що мають місце при випаленні клінкеру(Температура випалу в зоні спікання досягає 1550 В° С). В ході освітивідповідних мінералів (Аліта, Беліта, трьохкальцієвого алюмінату,чотирьохкальцієвого алюмоферіта і т.д.) важкі метали осідають вкристалічних гратах (ефект зв'язування), ізоморфно заміщаючи основніелементи структур.

7. Недоліки хромування

Істотним недолікомхромування є негативний вплив на екологію процесу нанесенняпокриття. Шестивалентний хром, що утворюється в технологічному процесі,є найсильнішим канцерогеном, внаслідок чого в Європі, Японії і СШАзалишилися тільки виробництва із замкнутим циклом, що не виділяють шкідливих речовинв навколишнє середовище.

З 70-х - 80-х років XXстоліття з'явилася економічна і екологічно чиста альтернатива гальванічногохромуванню - високошвидкісне газополум'яне напилення карбідів вольфраму іхрому.валів.

8. Висновок

деталей.

Список використаної літератури

1.

2.

3.

4.

5.

6.