СПОСОБ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК C25D5/00 

Изобретение относится к гальванической обработке деталей, в частности может найти применение при нанесении покрытий в различных отраслях машиностроения (автомобилестроение, приборостроение и др.).

Ограничение величин объемов жидкости, выносимой деталями из электролитов, в которых их обрабатывают, имеет большое практическое значение.

Известен механизм создания на поверхности детали слоя жидкости при извлечении из ванн в зависимости от скорости извлечения детали, вязкости жидкости и т.д. Установлено, в частности, что уменьшение скорости извлечения деталей приводит к уменьшению выноса жидкости (см., З.П.Шпильман, В.И.Байков. Реодинамика и теплообмен в пленочных течениях. Минск: Наука и техника, 1979, гл.4).

В указанном источнике отмечается, что уменьшение скорости извлечения деталей приводит к уменьшению скорости выноса и одновременно к падению производительности технологического процесса. Таким образом, аналог характеризуется значительным выносом электролита и связанным с этим значительным расходом воды на промывку деталей, который обычно превосходит жесткие нормы - 0,2 л/м² поверхности деталей (ГОСТ 9.305-84. Покрытия металлические и неметаллические неорганические).

Известен принятый нами в качестве прототипа способ гальванической обработки деталей, в котором извлечение деталей из электролита производят со скоростью, равной скорости стекания электролита с детали, а в момент отрыва деталей от поверхности электролита скорость извлечения детали увеличивают в 5-10 раз (RU, №2092626, МКИ6 С 25 D 5/00, 1995 г.).

Недостатком прототипа является его сложность и необходимость перерасчетов значений скоростей извлечения деталей в зависимости от концентрации и состава каждого электролита.

Задачей изобретения является повышение производительности процесса гальванической обработки деталей за счет уменьшения выноса электролита и сокращения расхода промывной воды.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе гальванической обработки деталей, включающем их загрузку в гальваническую ванну, выдержку в электролите, извлечение детали с последующей загрузкой в промывную ванну, выдержку в ней и извлечение из нее, согласно изобретению деталь извлекают из электролита через слой помещенной над ним гидрофобной среды с плотностью, меньшей плотности электролита;, в качестве гидрофобной среды используют кремнийорганический продукт - олигодиэтилсилоксан с плотностью 0,9 г/см³; в качестве гидрофобной среды используют кремнийорганический продукт - развлетвленные олигометилсилоксановые жидкости с плотностью меньшей 0,9 г/см³; в качестве гидрофобной среды используют кремнийорганическую эмульсию.

Заявленная совокупность признаков изобретения обеспечивает решение поставленной задачи в силу следующих обстоятельств. Стекающая с детали жидкость имеет два слоя - внутренний в виде практически неподвижной пленки ничтожной толщины, определяемой межмолекулярным взаимодействием детали и жидкости, и внешний, который движется по внутреннему, испытывая сопротивление движению за счет сил гидравлического трения между этими слоями. При прохождении же непосредственно после электролита через гидрофобную среду последняя, в силу своих водоотталкивающих свойств, препятствует выносу электролита на водной основе, причем внешний слой электролита скользит по внутреннему, оставаясь под пленкой гидрофобной среды.

Таким образом, предлагаемый способ гальванической обработки деталей включает их загрузку в процессную (гальваническую) ванну, выдерживание при включенных электродах в электролите соответствующего состава и извлечение детали из электролита через слой помещенной над ним гидрофобной среды.

В качестве подходящей среды может успешно использоваться, например, широко применяемый в отечественной технике и промышленности кремнийорганический продукт - олигодиэтилсилоксилан

Плотность при 20°С марки ПЭС-1 этого продукта 0,90 г/см³, он не растворим в воде, углеводородах и других органических средах, при высокой температуре не испаряется, безвреден, нетоксичен.

К этому же ряду относятся разветвленные олигометилсилоксановые жидкости, например, марки ПМС-2,5 р (плотность 0,886 г/см³, температура замерзания - 138°С, температура кипения 132°С, вязкость 2,5 мм²/с) или олигодиметилсилоксан марки ПМС-1 с плотностью 0,820 г/см³.

В заявленном предложении может применяться кремнийорганическая эмульсия (как известно, кремнийорганические продукты легко эмульсируются). Их эмульсии являются стабильными структурами типа масло в воде. Например, выпускаемая российской промышленностью гидрофобизирующая эмульсия сметанообразной консистенции КЭ-10-15 содержит олигомера 30%, кремния 9,5-12%. Эмульсии стабильны при температуре 0°-30°С в течение 6-12 месяцев (М.В.Соболевский и др. \Свойства и области применения кремнийорганических продуктов\, М.: Химия, 1975 г., с.20-60).

При опускании обрабатываемой детали в электролит сквозь слой находящейся над электролитом гидрофобной среды (кремнийорганической жидкости или ее эмульсии) происходит следующее: частички налипшей на поверхность детали гидрофобной среды подвергаются воздействию двух сил: гидрофобной силы отталкивания электролита и архимедовой силы выталкивания налипшей среды, имеющий меньшую плотность. Под действием этих, направленных вверх сил частички среды всплывают в свой слой. При вынимании детали из процессной ванны, напротив, частички налипшего на деталь электролита испытывают воздействие со стороны кремнийорганического продукта: собственно гидрофобного отталкивания, силы тяжести и силы инерции при движении детали вверх. Все эти силы направлены вниз, что обеспечивает полное удаление электролита. Следы налипающей на поверхность детали среды легко смываются в обычной промывной ванне благодаря гидрофобным свойствам среды и легко удаляются с поверхности промывной ванны.

Пример реализации 1

Поверхность электролита хромирования площадью 1-2 м² в гальванической ванне покрывают слоем толщиной 3,0 см гидрофобной (лиофобной) олигодиметилсилоксановой жидкости марки ПМС-1. При извлечении детали из электролита после процесса хромирования капли налипшего на поверхность детали электролита благодаря воздействию на них гидрофобной жидкости и силы тяжести практически полностью стекают с детали. Присутствие оставшихся на детали следов кремнийорганического продукта на ощупь не ощущалось. Измерения объемов вынесенного деталями электролита из процессной ванны за одинаковые промежутки деталями электролита из процессной ванны за одинаковые промежутки времени показали, что вынос электролита при использовании слоя гидрофобной среды уменьшается в среднем в 1,9 раза. Существенно сократились и вредные выбросы с поверхности электролита, закрытого предложенной \жидкой крышкой\. Измерения вблизи процессных ванн показали, что наличие в атмосфере ионов хрома и др. вредных выбросов не превышало ПДК.

Пример реализации 2

Поверхность электролита хромирования площадью 1-2 м² в гальванической ванне покрывают слоем лиофобной (гидрофобной) эмульсии КЭ-10-15 слоем 5 см.

Технологический процесс хромирования в гальванической ванне производят обычным путем, после чего деталь извлекают из электролита. Проходя сквозь слой гидрофобной эмульсии, внешний слой электролита, налипшего на поверхность детали, отталкивается гидрофобной эмульсией, отжимаясь таким образом в ванну. В то же время вследствие взаимоотталкивания сред пограничный (молекулярный) слой эмульсии на поверхности детали, хорошо связанный с ней молекулярным взаимодействием пограничных слоев, отталкивает и эмульсию, препятствуя ее выносу из процессной (гальванической) ванны. Незначительное количество эмульсии, налипшей на поверхность детали, смывается с нее вместе с остатками электролита традиционным способом в промывной ванне. Измерения показали, что вынос электролита уменьшился по сравнению с прототипом в 1,8 раза.

Отметим, что оставшиеся на детали следы гидрофобной среды в отличие от электролита препятствуют коррозии металла и в отдельных случаях могут не подвергаться промывке.

Вследствие своих лиофобных (гидрофобных) свойств используемая эмульсия не смешивается с электролитом и промывной водой и легко отбирается с поверхности водных систем для дальнейшего использования.

Значительное уменьшение выноса электролита предлагаемым способом как непосредственно с деталями, так и за счет уменьшения испарения электролита с поверхности ванн позволяет в несколько раз уменьшить расход промывной воды, сократить время выдержки деталей над ванной и количество промывок, т.е. в значительной степени повысить производительность процесса гальванообработки, одновременно снизив непроизводительные потери дорогостоящих составляющих электролита (хромин, хромоксан, драгоценные металлы и др.).

Уменьшение выноса электролита позволяет уменьшить расход промывной воды, а отсутствие стекания с детали электролита, уже отжатого кремнийорганической средой, при движении детали над процессными ваннами с различными электролитами позволяет продлить срок их работы.

Отметим и следующий технический результат: слой кремнийорганической среды, размещенный на поверхности электролита, предотвращает испарение летучих фракций с поверхности электролита и загрязнение ими (СО, NO, ионы тяжелых металлов и др.) окружающей среды. Использование предложенной \жидкой крышки\ позволит сократить испарения с поверхности электролита вредных веществ в атмосферу, что особенно важно вблизи процессных ванн, до ПДК.

Перечисленные технические результаты показывают, что заявленное предложение эффективно решает поставленную перед ним задачу.

Изобретение относится к гальванической обработке деталей, в частности может найти применение при нанесении покрытий в различных отраслях машиностроения (автомобилестроение, приборостроение и др.). Гальваническую обработку деталей производят путем их загрузки в гальваническую ванну, выдержки в электролите, извлечения деталей из электролита через слой помещенной над ним гидрофобной среды с плотностью, меньшей плотности электролита. Технический результат: повышение производительности, уменьшение выноса электролита из процессной ванны, устранение вредных испарений с поверхности электролита, сокращение расхода промывной воды. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ гальванической обработки деталей, включающий их загрузку в гальваническую ванну, выдержку в электролите, извлечение деталей из гальванической ванны с последующей загрузкой в промывную ванну, выдержку в ней и извлечение из нее, отличающийся тем, что деталь извлекают из электролита через слой помещенной над ним гидрофобной среды с плотностью, меньшей плотности электролита.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобной среды используют кремнийорганический продукт - олигодиэтилсилоксан с плотностью 0,9 г/см³.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобной среды используют кремнийорганический продукт - разветвленные олигометилсилоксановые жидкости с плотностью, меньшей 0,9 г/см³.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобной среды используют кремнийорганическую эмульсию.