Способ нанесения кадмиевого покрытия на металлические детали в электролите кадмирования

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов. Способ включает нанесение кадмиевого покрытия на металлические детали в электролите кадмирования, очищенном от примесей током 20-25 А в течение 3-5 часов, содержащем, г/л: кадмий борфтористоводородный 180-200, борфтористоводородную кислоту 30-60, желатин 1-2. Покрытие наносят при температуре 25±10°С и плотности тока 0,6-0,8 А/дм². Технический результат - увеличение эксплуатационных характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов в условиях морской атмосферы и тропического климата.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов.

Кадмирование - процесс нанесения кадмиевых покрытий на поверхность стальных изделий методом электролитического осаждения с целью защиты их от коррозии в морской атмосфере. Также данное гальваническое покрытие применяют в декоративных целях для придания поверхности приятного внешнего вида. Толщина покрытий обычно составляет 15-25 мкм. Высокая пластичность кадмиевого покрытия используется для покрытия резьбовых соединений, при этом обеспечивается герметичность при их затяжке. Кадмирование находит широкое применение в таких сферах как авиастроение, судостроение, машиностроение. Кадмирование производят также в целях предупреждения или снижения электродвижущей силы работающих гальванических элементов. Кадмированию подвергают наиболее ответственные детали самолетов, кораблей, аккумуляторов, а также изделия, предназначенных для эксплуатации в условиях тропического климата. Обычно для кадмирования применяют электролиты на основе простых солей кадмия с добавками коллоидов (желатина или клея), получая вполне удовлетворительную структуру покрытия. Для кадмирования изделий сложного профиля прибегают к растворам комплексных, чаще цианистых солей. Борфтористоводородные электролиты обладают большей рассеивающей способностью, чем обычные кислые, и обеспечивают получение мелкокристаллических покрытий при высоких плотностях тока. Также данные электролиты обеспечивают получение менее хрупких покрытий, чем цианистые, и в этом отношении они имеют существенные преимущества при покрытии деталей с большими внутренними напряжениями, например пружины, шайбы пружинные.

Известны обычные кислые электролиты кадмирования, использующие в качестве основных компонентов кадмий сернокислый. Нанесение кадмиевых покрытий осуществляют путем электролитического осаждения известных электролитов при высоких плотностях тока и pH<5. Для интенсификации процесса осаждения температуру и плотность тока повышают одновременно с перемешиванием электролита [1].

Основным недостатком использования обычных кислых электролитов кадмирования является защелачивание их в прикатодной зоне, и как результат, образование рыхлых, губчатых и шероховатых покрытий.

Известен электролит кадмирования [2], который содержит следующие компоненты:

кадмий сернокислый - 50-60 г/л

аммоний сернокислый - 100-150 г/л

кислота борная - 20-30 г/л

блескообразующие добавки:

добавка АС-55А - 30-60 мл/л

добавка АС-55В - 2-6 мл/л

Нанесение кадмиевых покрытий осуществляли в электролитической ванне стационарным способом при pH 3, температуре 27°C и плотности тока 1,6 А/дм².

Недостатком вышеуказанного электролита кадмирования и способа его нанесения является невозможность его использования при локальном осаждении кадмия из-за возникновения пригаров при высоких плотностях тока.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и потому принятым за прототип является способ [3], при котором электролит кадмирования содержит кадмий борфтористоводородный с концентрацией 140-160 г/л и борфтористоводородную кислоту с концентрацией 35-40 г/л, нанесение покрытия происходит при плотности тока 3-8 А/дм².

Недостатком этого способа является то, что интервал концентраций основных веществ и плотность рабочего тока недостаточны для нанесения качественного кадмиевого покрытия и получения светлых и легко полирующихся осадков.

Технической задачей изобретения является разработка экономически эффективного способа нанесения кадмиевого покрытия на металлические детали в электролите кадмирования для использования их при изготовлении никель-кадмиевых аккумуляторов с высокими эксплуатационными характеристиками в условиях морской атмосферы и тропического климата.

Указанный технический результат достигается способом нанесения кадмиевого покрытия на металлические детали в электролите кадмирования путем приготовления электролита кадмирования с содержанием кадмия борфтористоводородного равного 180-200 г/л и электрохимической очисткой электролита кадмирования током 20-25 А в течение 3-5 часов.

Предложенный способ нанесения кадмиевого покрытия на металлические детали в электролите кадмирования заключается в следующем.

Взвешивается необходимое количество борной кислоты, окиси кадмия и желатина. За сутки до приготовления электролита кадмирования приготовить желатин, для чего в 1 л дистиллированной воды всыпать расчетное количество желатина, тщательно перемешать эбонитовым стержнем и оставить для набухания. По истечении суток с набухшего желатина сливается остаток воды, добавляется 1 л горячей воды с температурой 70±10°C и перемешивается эбонитовым стержнем до полного растворения. Затем в ванну приготовления электролита кадмирования наливается расчетное количество фтористоводородной кислоты и небольшими порциями при непрерывном перемешивании сжатым воздухом всыпается борная кислота. Далее раствор борфтористоводородной кислоты отстаивается в течение 1-1,5 часов для полноты прохождения химической реакции. По окончании времени отстаивания в раствор борфтористоводородной кислоты небольшими порциями при непрерывном перемешивании засыпается расчетное количество окиси кадмия. Для полноты прохождения химической реакции раствор отстаивается в течение 30-60 минут. По истечении времени отстаивания в ванну вливается раствор желатина, далее электролит кадмирования доводится дистиллированной водой до рабочего объема и перемешивается с помощью сжатого воздуха в течение 20-40 минут, В дальнейшем осуществляется электрохимическая очистка электролита кадмирования для удаления примесей меди, олова, никеля, сурьмы током 20-25 А в течение 3-5 часов. После окончания процесса очистки электролит кадмирования фильтруется с помощью фильтровальной установки, и приступают к работе.

В качестве анодов используются аноды кадмиевые марки КД0, КД1.

Анализ электролита кадмирования на содержание основных компонентов производится не реже двух раз в месяц. Электролит кадмирования должен соответствовать следующим показателям:

кадмий борфтористоводородный - 180-200 г/л;

борфтористоводородная кислота - 30-60 г/л;

желатин - 1-2 г/л.

Контроль качества кадмиевого покрытия осуществляют путем внешнего осмотра деталей и проверкой соблюдения технологического режима в процессе покрытия.

Процесс кадмирования проводится в стальных ваннах, футерованных листовым пластикатом. Подвесные приспособления имеют надежный контакт с деталью и штангой. Перед началом процесса кадмирования тщательно очищают штанги, включают систему подогрева и перемешивания электролита. При достижении температуры в 25°С отключают подогрев и перемешивание и завешивают расчетное количество деталей таким образом, чтобы они не соприкасались друг с другом. Кадмиевые аноды раз в месяц вынимают из чехлов, очищают проволочными щетками до металлического блеска и промывают водой.

Скорость наращивания кадмия при выходе по току, равном 95%, составляет 11-16 мкм/ч при плотности тока 0,6-0,8 А/дм². По окончании процесса кадмирования детали выгружают из ванны, промывают в холодной проточной воде, а затем в горячей непроточной воде с последующей сушкой.

Нанесение кадмиевого покрытия происходит при температуре 25±10°С и плотности тока 0,6-0,8 А/дм². Аноды в рабочей ванне используют марок КД0, КД1, и их завешивают в чехлах из ткани КС-34.

Удаление некачественных кадмиевых покрытий с деталей производят химическим способом в растворе азотнокислого аммония с концентрацией 450-550 г/л.

Выбор концентрации кадмия борфтористоводородного, силы тока и времени для электрохимической очистки электролита кадмирования продиктованы следующими соображениями.

При концентрации кадмия борфтористоводородного меньше 180 г/л происходит уменьшение срока службы аккумулятора в условиях морской атмосферы и тропического климата из-за недостаточной толщины покрытия, а при концентрации больше 200 г/л происходит порча электролита кадмирования и нерациональное использование дорогостоящих материалов из-за сильного растворения кадмиевых анодов.

Указанные сила тока 20-25 А и время в течение 3-5 часов, являются оптимальными для проведения электрохимической очистки электролита кадмирования и обеспечения рационального использования материалов при приготовлении, а также увеличения срока службы рабочей ванны с электролитом кадмирования.

Преимущества способа заключаются в снижении энергоемкости процесса кадмирования за счет использования небольшой плотности рабочего тока, повышении качества кадмиевого покрытия и увеличении его срока службы никель-кадмиевого аккумулятора в условиях морской атмосферы и тропического климата за счет использования кадмия борфтористоводородного с концентрацией 180-200 г/л.

Использование данного изобретения в промышленности позволяет повысить защитные и декоративные свойства кадмированных деталей, что влечет за собой изготовление никель-кадмиевых аккумуляторов и батарей на их основе с высокими эксплуатационными характеристиками и работоспособностью в условиях морской атмосферы и тропического климата.

Источники информации

1. Дасоян М.А. и др. «Технология электрохимических покрытий». - Л.: Машиностроение, 1972 г.

2. Патент России №2302483, заявл. 13.03.2006.

3. Ямпольский A.M. «Краткий справочник гальванотехника». - Л.: Машиностроение, 1981 г.

Способ нанесения кадмиевого покрытия на металлические детали в электролите кадмирования, очищенном от примесей и содержащем кадмий борфтористоводородный, борфтористоводородную кислоту и желатин, отличающийся тем, что очистку электролита от примесей осуществляют током 20-25 А в течение 3-5 ч, покрытие наносят при температуре 25±10°С и плотности тока 0,6-0,8 А/дм² из электролита, содержащего, г/л:

кадмий борфтористоводородный	180-200
борфтористоводородная кислота	30-60
желатин	1-2