Дільниця функціонального покриття індієм

РЕФЕРАТ

Звіт про ДП: 68 с., 22 табл., 41 джерело.

ІНДІЄВЕ ПОКРИТТЯ, ПІРОФОСФАТНИЙ ЕЛЕКТРОЛІТ, ПІДВІСКА, СТАЦІОНАРНА ЛІНІЯ, КОМПОНОВКА ДІЛЬНИЦІ.

У даному проекті розробляється дільниця функціонального покриття індієм. Для підготовки поверхні деталей застосовується електрохімічне знежирення та хімічне травлення у розчині хлоридної кислоти з інгібіторм. Осадження покриття проводиться в пірофосфатному електроліті індіювання. Обробка деталей здійснюється на підвісках в ваннах стаціонарного типу. Складена компоновка дільниці, виконані матеріальні та технічні розрахунки.

Розроблені заходи з охорони праці. Дано техніко-економічне обґрунтування ьпроекту.

ЗМІСТ

Вступ

1. Особливості виробництва індію

2. Розробка технологічного процесу нанесення покриття

2.1 Характеристика деталей, вибір виду і товщини покриття

2.2 Вибір та обґрунтування підготовчих операцій

2.3 Вибір і обґрунтування робочого електроліту для одержання покриття

2.4 Вибір і обґрунтування завершальних операцій. Після промивки в холодній та теплій воді деталі сушать при температурі 40-50 ⁰С повітрям

2.6 Карта технологічного процесу

2.7 Контроль якості та товщини покриття

3. Розрахунок устаткування

3.1 Розрахунок фонду робочого часу та програми дільниці

3.2 Обґрунтування вибору устаткування та його розрахунки

4. Розрахунок витрат матеріалів

4.1 Розрахунок витрат хімікатів та матеріалів на запуск лінії

4.2 Розрахунок витрат хімікатів та матеріалів на виконання річної програми

4.3 Розрахунки витрат води на промивні операції

4.4 Розрахунки витрат електроенергії на електрохімічні процеси та вибір джерел струму

4.5 Розрахунок пристроїв для нагрівання електролітів і витрат енергоносіїв

5. Охорона праці

5.1 Загальна характеристика умов виконання технологічного процесу

5.2 Промислова санітарія

5.3 Пожежна безпека

6. Техніко-економічне обґрунтування технологічного процесу

6.1 Розрахунок потреб дільниці в хімікатах і анодах

6.2 Визначення потреби енергетичних ресурсів

6.3 Визначення кількості працюючих

6.4 Розрахунок витрат на оплату праці.

6.5 Розрахунок витрат утримання і експлуатації устаткування

6.6 Підрахунок собівартості електрохімічного покриття

6.7 Розрахунок економічної ефективності заходів, запропонованих у проекті

Перелік використаних джерел

Висновок

ВСТУП

Індій - сріблясто-білий м'який, пластичний метал з густиною 7,31 г/см^З і температурою плавлення 155 ^оС, атомна маса - 114,8. Стандартний потенціал індію Е^о_In⁺_/In = -0,139 В, тому його можна витісняти з розчинів такими металами, як цинк, алюміній, причому індій виділяється після міді й перед кадмієм, що використовують у технології. Індій стійкий на повітрі, його поверхня при зберіганні не тьмяніє. У воді в присутності повітря повільно кородує.

Основними властивостями індію, які визначили його використання в машинобудуванні, є низький коефіцієнт тертя, висока стійкість у середовищі мінеральних масел і продуктів їх окиснення в атмосферних умовах. Найважливішою галуззю застосування індію є виробництво відповідальних підшипників зі свинцево-срібно-індієвими покриттями для двигунів. Індій використовується в захисних антикорозійних покриттях .Індій і його сплави застосовуються як корозійностійке покриття металевих пропелерів, для поліпшення контакту й опору зношуванню щіток в електроприладах, при виготовленні дзеркал і рефлекторів, що мають велику відбивну здатність, у припоях, ювелірному виробництві. медицині.

Залежно від того, в якому стані індій знаходиться в розчині, електроліти індіювання поділяють на прості (або кислі) та комплексні. В кислих електролітах індій знаходиться у вигляді простих гідратованих іонів. Серед кислих електролітів практичне застосування знайшли сульфатні, хлоридні, борфторидні та сульфаматні. В комплексних електролітах індій зв’язаний в комплексні катіони або аніони. Найбільш важливими серед комплексних електролітів є ціанідні, аміачно-тартратні, трилонатні, поліетиленполіамінові та пірофосфатні розчини.

Даний проект присвячений проектуванню дільниці функціональних покрить деталей індієм.

1. ОСОБЛИВОСТІ ВИРОБНИЦТВА ІНДІЮ

Індій не входить до складу мінералів як основний компонент. Індій розчинний у сульфатній, хлоридній та нітратній кислотах. Його розчинність знижується в ряді кислот: НNО_з - НСl - H₂S0₄. У флуоридній кислоті він розчиняється повільно і тільки при нагріванні. Органічні кислоти - оцтова, форміатна, лимонна, щавлева - поступово розчиняють індій:

2 In = 6H₂C₂O= 2H₃(In(C₂O₄)₃) + 3H₂ (1)

У розчинах лугів індій нерозчинний.

З хлором і бромом реагує при кімнатній температурі; з йодом, халькогенами, фосфором, арсеном і стибієм - при нагріванні; з азотом і воднем не взаємодіє. В атмосфері S0₂ при 750-1000 ^оС перетворюється в суміш оксиду і сульфіду з незначною кількістю сульфату:

6In + 3SO₂ = In₂S₃ + 2In₂O₃ (2)

У водних розчинах індiй переважно присутнiй у ступені окиснення ІІІ. При іонізації індію у водних розчинах завдяки гідратації компенсується частина енергії, що витрачається на утворення іонів, і робота виходу іонів Іn⁺ та In^З+ у розчин становить відповідно Е = 0,112 ^. 10^-19 та Е = -5,062 ^. 10^-19 Дж. Додатне значення роботи виходу вказує на нестійкість іона In^+, тому сполуки Іп (I) у водних розчинах швидко руйнуються в результаті або окиснення, або диспропорціонування з константою швидкості 1,3^.10^-5 дмЗ/(моль ^. с).

Оксид Іn₂О₃ одержують термообробкою гідроксиду або нітрату індію. Монокристали індій оксиду отримують шляхом реакції в атмосфері НСl або гідротермального синтезу з лужних розчинів. Це речовина світло-жовтого кольору, яка кристалізується. Густина Іn₂О₃-7,1 г/смЗ. Плавиться при температурі 1910^оС. При нагріванні понад 1200 ^оС починається сублімація оксиду In₂О₃ дисоціацією до нижчого оксиду; температура кипіння близько 3300 ^оС. Тонкі плівки індій оксиду прозорі й електропровідні.

Гідроксид In(ОН)з утворюється у вигляді білого осаду при дії лугів чи аміаку на розчини солей індію. З розведених розчинів індій гідроксид починає осаджуватися при рН близько 3,4. У присутності комплексоутворювачів (ацетат, галогеніди лужних металів) рН початку осадження зростає. Для одержання гідроксиду без домішки основних солей рекомендують осаджувати його аміаком з розчину Іn(NОз)з. підкисленого оцтовою кислотою. Підвищення температури знижує рН спочатку осадження. Добуток розчинності гідроксиду дорівнює 1,41 ^. 10^-ЗЗ.

Свіжоосаджений індій гідроксид легко розчиняється в розведених мінеральних, а також в оцтовій, форміатній і винній кислотах. Він має амфотерні властивості, однак його кислотні властивості виражені слабкіше, ніж у галій гідроксиду. Розведені розчини лугів, а також аміак на індій гідроксид не діють. Концентровані розчини лугів (вище 20 %) розчиняють індій гідроксид з утворенням індатів.

Індій стійкий на повітрі, його поверхня при зберіганні не тьмяніє.

У воді в присутності повітря повільно кородує.

Галузі застосування. Основними властивостями індію, які визначили його використання в машинобудуванні, є низький коефіцієнт тертя, висока стійкість у середовищі мінеральних масел і продуктів їх окиснення в атмосферних умовах.

Найважливішою галуззю застосування індію є виробництво відповідальних підшипників зі свинцево-срібно-індієвими покриттями для двигунів. Індій використовується в захисних антикорозійних покриттях.

Існують такі методи нанесення індієвих покриттів:

1) гальваностегія;

2) розпилення металу в розплавленому стані;

3) конденсація пари індію;

4) нанесення індієвого порошку на поверхню виробу, який нагрівасться, розплавлювання його і дифузія;

5) нанесення індію, емульгованого у відповідному носії (нафта), який потім випаровується у вакуумі або інертному середовищі.

Індій і його сплави застосовуються як корозійностійке покриття металевих пропелерів, для поліпшення контакту й опору зношуванню щіток в електроприладах, при виготовленні дзеркал і рефлекторів, що мають велику відбивну здатність, у припоях, ювелірному виробництві. медицині.

Основні сировинні джерела. Індій - типовий розсіяний елемент, часто зустрічається в сульфідних мінералах. Вміст у земній корі становить 1,0 . 10-5 % (за масою). Сліди його знаходять у більшості цинкових обманок і в олов'яних рудах. Він зустрічається в манганових, залізних j вольфрамових рудах. У незначних кількостях індій іноді міститься в товарному цинку. Джерелами індію також служать відходи і проміжні продукти свинцевого виробництва.

Переробка сировини, що містить індій. При гідроелектрометалургійній переробці поліметалевих руд індій переходить у цинковий, мідний та олов'яний концентрати, менше - у свинцевий і залізний. У процесах пірометалургійної переробки руд, при окисному випалюванні, індій та його вищий оксид Іn₂O₂ мають малий тиск пари і, як правило, залишаються в недогарку. Нижчі оксиди In₂O₃ і сульфіди Іn²S мають велику леткість.

При переробці цинкових концентратів за температур 850 - 930 ^оC в окисному середовищі більша частина індію залишається в недогарках. При вилуговуванні цинкових недогарків сульфатною кислотою більша частина індію, подібно галію, залишається в осаді через низьке значення рН (2,0-3,4). Індій, що перейшов у розчин, видаляється в мідно-кадмієві осади при цементації цинковим пилом. Мідно-кадмієві осади містять, %: Іn - 0,003, Сu - 10, Cd - 6, решта - цинк, і можуть бути використані для вилучення індію з супутнім одержанням кадмію.

Індій міститься у свинцевих концентратах. У процесі відновної плавки свинцевих концентратів індій розподіляється між усіма продуктами плавки. Частина індію (20-25 %) потрапляє в пил, причому його концентрація збільшується в 5-10 разів порівняно з концентратом. У шлаки переходить від 10 до 50 % індію; у чорновий свинець - до 50 % індію.

При відновній плавці олов'яних концентратів індій розподіляється між пилом (75 %) і чорновим оловом (20 %). У чорновому олові вміст індію може становити 0,1 %.

При плавці мідних концентратів приблизно половина індію переходить у штейн (проміжний продукт виробництва), від 5 до 15 % звітрюється з пилом, решта потрапляє в шлаки (розплав продуктів пустої породи із флюсами).

Вилучення індію з концентратів. Для індію невідомі специфічні хімiчні реакції, які дозволяли б відразу відокремити його від великих кiлькостей супутніх елементів. Тому схеми вилучення індію відрізняються великою складністю і багатостадійністю .

Для вилуговування індiйвмісної сировини застосовують обробку сульфатною кислотою або відпрацьованим цинковим електролітом. Більшого вилучення індію в розчин досягають сульфатизуванням сировини. Здійснюють цю обробку в печі киплячого шару при температурі 300 ^оС. Проте високотемпературна сульфатизація пов'язана з утворенням великої кількості шкідливих газів, тому іноді віддають перевагу цьюму способу при низькій температурі (180-200 ^оС), що дозволяє при наступному водному вилуговуванні перевести в розчин 86-87 % індію. У результаті вилуговування продукту (після сульфатизаціі) розчин містить 0,1 г/дм^З індію і значні кількості міді, кадмію, алюмінію, арсену та інших елементів. З рідкісних елементів у цих розчинах можуть бути присутні галій, талій, германій, селен, телур.

Для одержання з сульфатних розчинів індієвого концентрату використовують різні методи:

а) осадження малорозчинних сполук;

б) екстракцію органічними реагентами;

в) цементацію.

Спосіб гідролітичного виділення індію (осадження малорозчинних сполук) базується на відмінності кислотності виділення індій гідроксиду і гідроксидів супутніх металів. При нейтралізації нагрітого сульфатного розчину до рН = 4,8 У результаті гідролізу виділяється індій гідроксид, розчинність якого у воді становить 3,67 ^. 10^-5 моль/дм^З. За цих умов від індію можна відділити основну масу міді, цинку і кадмію. Разом з індієм співосаджується галій і залізо (III). Гідролітичний метод дозволяє досягти тільки поступового збагачення; у результаті декількох переосаджень одержують індієвий концентрат.

Як осаджувач індію використовують двозаміщений фосфат і дифосфат натрію. Але найкращим осаджувачем є натрій триполіфосфат Nа₅Р_ЗО₁₀. При використанні цього реагенту цинк, мідь і залізо (П) не заважають осадженню, арсен незначно співосаджується, а залізо (Ш) осаджується разом з індієм, тому його попередньо необхідно відновити до двовалентного. Оптимальні умови осадження: рН = 2,5 -2,7 і три-, чотириразовий надлишок триполіфосфату відносно індію.

Екстракційний спосіб є ефективним щодо вилучення індію з сульфатних розчинів, якийвикористовується у промисловості. Для екстракції індію застосовують ди-2-етилгексилфосфат:

In³⁺ + 3(HR₂PO₄)₂ = In(R₂PO₄)₃^.3HR₂PO₄ + 3H⁺ (З)

де R - етилгексиловий радікал.

Супутні індію елементи: Zn, Cd, Сu, Ni, Мn, As, Fe (II) - екстрагуються тільки зі слабокислих розчинів.

Виділення металевого індію і його рафінування. Цементація (витіснення). Індій можна осаджувати з розчину цинком або алюмінієм. Щоб уникнути співосадження домішок цементацію ведуть не цинковим пилом, а на листах цинку або алюмінію.

При надлишку іонів SO^2-₄ частина індію залишається в розчині внаслідок утворення комплексних іонів (Іn(SО₄)₂)^- і зменшення різниці потенціалів індію й цинку. Тому із сульфатних розчинів індій цементують на алюмінієвих листах з одержанням індію у вигляді губки, що легко знімається. Для депасивації алюмінію в розчин додають 10-20 мл НСІ на 1 дм³ розчину при температурі 60 ^оС. У процесі цементації нагрівання припиняють, оскільки реакція екзотермічна. Після закінчення цементації в розчині залишається 0.5 г/дм³ індію, який доосаджують цинковим пилом.

Для одержання компактного металу індiй промивають водою, пресують у брикети і плавлять під захисним шаром натрій гідроксиду. Чорновий метал містить 96-99 % індію.

Крім сульфатних розчинів, для електрохімічного виділення індію можна використовувати сульфаматні електроліти, що містять сульфамінову кислоту HSО₄NH₂ (процес проводять при кімнатній температурі й густинах струму до 1100 А/м² з виходом за струмом близько 90 %), і флуороборатні електроліти (при густинах струму 500-1000 А/м², рН = 1 і з виходом за струмом 40-75 %). Набули застосування хлоридні і флуоросилікатні електроліти. Сприяють електролізу також органічні домішки - солі винної, лимонної кислоти, піридину та ін. Крім того, індій одержують з концентрованої індієвої амальгами (30 % Іn) шляхом електрохімічного розкладання в розплаві ІnСl при 250 ^оC. Катодом служить розплав індію.

Рафінування індію. У напівпровідниковому індії вміст домішок не повинен перевищувати 1 ^. 10^-5 - 1 ^. 10^-6 %.

Індій, що рафінується, містить наступні домішки: РЬ, Сu, Cd, Fe,Zn, Al, Sn, Тl та ін.

Для рафінування індію застосовують спосіб послідовної цементації і електрохімічний метод.

Спосіб послідовної цементації базується на різниці потенціалів виділення індію металів-домішок. Технічний індій розчиняють при нагріванні в сульфатній кислоті. Залишок, що не розчинився і містить мідь, срібло і свинець, відфільтровують, а з кислого розчину цементують домішки на листах чорнового індію. При цьому видаляються більш електропозитивні домішки, ніж індій, мідь, стибій, бісмут, срібло й олово.

Другу цементацію проводять для видалення кадмію і талію, які не цементуються на індії. Третю цементацію проводять на листах алюмінію високої чистоти для виділення самого індію.

Електрохімічне рафінування індію проводять у кислому розчині (рН = 2-3), отриманому розчиненням індію в хлоридній кислоті (40-60 г/дм³) з додаванням амоній хлориду (30-80 г/дм³) для підвищення електропровідності. Електроліз ведуть у кварцових або керамічних електролізерах. Анодами слугують пластини, відлиті з чорнового індію. Як катоди використовують листи з чистого індію, алюмінію або титану.

Домішки РЬ, Sn, Сu, Ві, що містяться в анодному індії, в основному переходять в анодний шлам, для збирання якого аноди поміщають у бавовняні мішки; Zn, Аl, Мn - переходять у розчин. Кадмій також накопичується в розчині й лише незначно співосаджується з індієм на катоді. При електролізі підтримують густину струму на рівні 100-200 А/м², температуру - до 40^оС. Аноди виробляють товщиною 1 мм. При дворазовому проведенні рафінування одержують індій з вмістом домішок нижче 10^-4 % (після плавки під шаром гліцерину і амоній хлориду).

Для кращого очищення індію запропоновано електроліз в електролізерах з діафрагмою і безперервним очищенням електроліту шляхом цементації на металевому індії.

Процес амальгамного рафінування полягає в електрохімічному виділенні індію на ртутному катоді з утворенням амальгами та наступному анодному розкладанні амальгами з осадженням очищеного індію на катоді. Замість першої стадії електролізу іноді просто розчиняють індій у ртуті. Висока розчинність індію у ртуті (до 57,5 %) сприяє його виділенню на ртутному катоді, причому амальгама ще залишається рідкою при вмісті в ній 35 % індію. На кожній стадії амальгамного рафінування індій очищається від домішок.

Поєднуючи катодний та анодний процеси, можна очистити індій від великої кількості домішок. Виняток становлять кадмій і талій внаслідок близькості потенціалів амальгам цихметалів (-0,44 та -0,37 В відповідно) та індію (-0,43 В). Щоб відокремити кадмій і талій, рекомендується до елепроліту додавати калій йодид, який зв'язує кадмій у комплекс (CdI₄)^2- і тим самим зсуває потенціал згаданих металів у більш негативний бік.

Процес проводять у багатокамерному електролізері з біполярними ртутними електродами. У такому електролізері ртуть, що служить катодом в одній камері, одночасно є анодом в іншій камері, так що процеси утворення й розкладання амальгами проходять одночасно. Електролітом служить розведена сульфатна кислота. Амальгамний метод забезпечує значно глибше очищення індію порівняно зі звичайним рафінуванням (99,9995 %).

Електрохімічне покриття індієм. Покритгя індієм застосовують як антифрикційне для поліпшення змащування фільєр під час вилучення алюмінію, для захисту від корозії, у напівпровідниковій техніці електрохімічним шляхом осаджується із сульфатних розчинiв, що містять 8-10 г/дм³ вільної сульфатної і невелику кількість оцтової кислот. Введення в сульфатний електроліт боратної кислоти пiдвищує електропровідність електроліту і зменшує розміри кристалiв, що виділяються. Додавання желатину також поліпшує якість осаду, знижує вихід за струмом. Постійний вміст індію в електроліті та підтримання рН = 2,0^_2,7 здійснюють шляхом спільного застосування розчинних (індієвих) і нерозчинних (графіт, нержавіюча сталь) анодiв; як катод використовують нержавіючу сталь. Електроліт працює при кімнатній температурі й зберігає стійкість багато місяців. Густина струму дорівнює 200 А/м², вихід індію за струмом становить 30-80 %. Осад рiвний і щiльно прилягає до електрода.

Iндiй також видiляють iз сульфiдно-лужного електролiту.Вихiдний розчин з кiлькiстю iндiю близько 50 г/дм³ одержують, розчиняючи In(OH)₃ в насиченому розчинi Na₂S. Електролiз проводять з дiафрагмою до кiнцевоi кiлькостi iндiю близько 10 г/дм³. Вiдпрацьований електролiт регенерують дiєю Ba₂S.

2. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ НАНЕСЕННЯ ПОКРИТТЯ

2.1 Характеристика деталей, вибір виду і товщини покриття

Проектом задається функціональне покриття для деталей зі сталі марки Ст3. По складності конфігурації деталі відносяться до другої групи (контакти, рельєфні і штамповані деталі, що не мають порожнин, у яких може затримуватися електроліт). Умови експлуатації відносять до легких, так як вони використовуються в приміщеннях з нормальною температурою та вологою.

Згідно з державними стандартами захисним покриттям таких деталей можна використовувати індієве покриття.

Враховуючи умови експлуатації деталей і їх обираємо товщину покриття 6 мкм . Позначення нанесеного покриття Ін6.

2.2 Вибір та обґрунтування підготовчих операцій

Деталі, які потрапляють до дільниці нанесення покриття, мають на своїй поверхні різні забруднення, які потрапили на них внаслідок операції механічної обробки. До цих забруднень відносяться іржа, оксидні плівки, мастила. Для видалення жирових забруднень з поверхні деталей необхідно виконати операцію знежирення.

Тваринні і рослинні жири взаємодіють із лугом з утворенням колоїдного розчину натрієвих солей вищих жирових кислот і добре розчинного у воді гліцерину.

Мінеральні олії при взаємодії з лугом утворюють при підвищених температурах емульсію, і таким чином видаляються з поверхні деталей.

Для знежирення поверхні застосуємо електрохімічне знежирення. На даній операції на поверхні деталей виділяється кисень, або водень, які сприяють відриву жирових плівок з поверхні. Спочатку проводимо катодне знежирення, а після нього анодне знежирення.

Склад розчину для електрохімічного знежирення (1), г/дм³:

Температура 60⁰С обрана тому, що при збільшенні температури реакція омилення прогресує, і її швидкість зростає. Критерієм якісного знежирення є суцільна плівка води на поверхні знежирених деталей при промивці.

Після знежирення здійснюється гаряча промивка для кращого видалення залишків забруднень. Під час такої промивки деталі прогріваються. Якщо гарячі деталі помістити в розчин травлення, то може виникнути перетравлювання поверхні, тому що швидкість травлення в гарячій кислоті значно вище, ніж у холодній. Тому після гарячої промивки здійснюється холодна промивка, а лише потім проводять травлення

Видалення з деталей значного прошарку окалини, продуктів корозії, сульфідних чи оксидних плівок, що утворюються внаслідок взаємодії з навколишнім середовищем і міцно зчеплені з металом, здійснюється хімічним шляхом – обробкою поверхні виробів у розчинах кислот. Під час травлення хімічний зв’язок цих сполук з основним металом порушується, і вони видаляються з його поверхні.

Поверхня чорних металів звичайно вкрита шаром окалини та іржі. До складу окалини входять такі оксиди: FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄; до складу іржі – FeO, Fe₂O₃. Причому шар оксидів неоднаковий як за товщиною, так і за складом: зовнішня частина містить вищі оксиди, а на межі з металом знаходяться нижчі оксиди – FeO. Травлення чорних металів проводять у розчинах сульфатної та хлоридної кислот або їх сумішей. Для травлення обираємо хлоридну кислоту. При травленні перебігають такі реакції:

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O (1.1)

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₂ + 3H₂O (1.2)

Fe₃O₄ + 8HCl = 2FeCl₂ + FeCl₄ + 4H₂O (1.3)

Fe +2HCl = FeCl₂ + H₂ (1.4)

Аналогічні реакції мають місце при травленні в розчинах сульфатної кислоти, але механізм травлення в цих кислотах неоднаковий. В сульфатній кислоті головним чином перебігають реакції 1.1 і 1.4, видалення ж оксидів Fe₂O₃ i Fe₃O₄ в значній мірі відбувається завдяки порушенню з’єднання з металом внаслідок підтравлення та розпушення воднем, який відриває їх від металевої поверхні. В хлоридній кислоті на відміну від сульфатної переважно розчиняються оксиди, а чистий метал не розчиняється.

З цієї точки зору більш небезпечним є травлення в сульфатній кислоті. При однакових концентраціях і температурах швидкість травлення в хлоридній кислоті вища, ніж в сульфатній, але при підвищенні температури швидкість травлення в сульфатній кислоті різко зростає ( в 10 – 15 разів), тоді як на травлення в хлоридній кислоті температура такого суттєвого впливу не має. До того ж розчини хлоридної кислоти не рекомендують підігрівати вище 40 ^оС через летючість хлористого водню.

З метою запобігання наводнювання, перетравлювання деталей, а також для зниження втрат металу і витрат кислоти в травильні розчини вводять інгібітори травлення, що захищають метал і від водневої крихкості. На оксидах і травильному шламі інгібітори не адсорбуються. Дія інгібіторів полягає в гальмуванні обох або однієї з супряжених реакцій анодного розчинення заліза

Fe – 2e = Fe²⁺

чи катодного виділення водню

2H⁺ + 2e = H₂­

Якщо втрати металів при травленні досягають 3 – 4 %, то при введенні в розчини інгібіторів вони зменшуються до 1 – 1,5 % .

Для хімічного травлення деталей доцільно використовувати розчин наступного складу, г/дм³:

Після ванни травлення ставиться ванна двокаскадної промивки.

2.3 Вибір і обґрунтування робочого електроліту для одержання покриття

Для індіювання використовуються електроліти як на основі простих гідратованих іонів індію, так і комплексних іонів.

До простих електролітів відносять сульфатні, борфторидні, хлоридні, сульфаматні електроліти. Причому, кислі електроліти індіювання вважаються більш стабільними, ніж лужні.

Сульфатні кислі електроліти прості за складом, стабільні в роботі, не вимагають спеціальної вентиляції і підігрівання. Вихід за струмом в цих електролітах становить 80-90 %. Осади мають порівняно грубокристалічну структуру, їх розсіювальна здатність низька, тому в сульфатних електролітах покривають лише деталі простої форми. Відхилення від вказаного рН призводить до зниження виходу за струмом і погіршення якості покриття. При додаванні боратної кислоти до електроліту різко підвищується вихід за струмом..Тому цей електроліт найкраще підходить для покриття індієм.

З борфторидних електролітів індіювання осаджуються при високих густинах струму. З них отримують задовільні покриття на чавуні. Розсіювальна здатність борфторидного електроліту низька, і майже така ж, як у сульфатного електроліту. Відмінність електроліту – висока чутливість до домішок, тому в процессі експлуатації необхідно чистити електроліт активованим вугіллям.

Хлоридний електроліт використовують для покриття деталей з середнім рел’єфом. Розсіювальна здатність цього електроліту вище, ніж у сульфатного. Покриття в цьому електроліті отримують напівблискучими, мікрокристалічними, щільними, рівномірними.

Сульфаматний електроліт має високу розсіювану здатність, стабільний в роботі, нетоксичний. Різко падає вихід за струмом в процессі роботи. Електроліт треба відновлювати активованим вуглем.

Серед комплексних електролітів індіювання найбільш поширені ціаністі, аміачно-тартратні, поліетиленполіаміновий, пірофосфатний, трилонатний.

В ціаністих електролітах отримують дрібнокристалічні, рівномірні за товщиною плівки осади індію. Їх використання потребує індивідуальної вентиляції, спеціальних заходів щодо скиду та знешкодження стічних вод, в яких промиваються деталі після покриття індієм, і особливої обережності в експлуатації. Розсіювальна здатність ціаністих електролітів висока, вона залежить від складу електроліту та режиму електролізу. При невисокій концентрації ціанистого натрію розсіювальна здатність ціанистого електроліту більше, ніж у кислих електролітів . Вона різко зростає з ростом концентрації вільного ціаністого натрію.

Склад електроліту для індіювання,г/дм³:

З метою зменшення виносів у стічні води коштовних хімікатів і зменшення забруднення навколишнього середовища після ванн для нанесення покрить установлюються ванни уловлювання, а потім йде промивка у холодній воді.

Приготування електроліту. Металічний індій розчиняють у розведеній теплій сірчаній кислоті, а потім додають інші компоненти. Або анодно розчиняють індій при густині струму 10-15 А/дм³ і після досягнення необхідної концентрації вводять інші компоненти.

2.4 Вибір і обґрунтування завершальних операцій

Після промивки в холодній та теплій воді деталі сушать при температурі 40-50 ⁰С повітрям

Розрахунок середньої товщини покриття і часу обробки деталей

Середня товщина покриття розраховується за формулою:

d_cp = d_з ^. К,

де: d_з - задана товщина покриття, мкм;

К - коефіцієнт нерівномірності товщини шару покриття, рівний 1,12;

d_cp = 6 ^. 1,12 = 6,72 мкм

Необхідний час електролізу у ваннах покриття визначають за формулою:

,хв.

де: d_cp - середня товщина покриття, мкм;

g - густина індію, g =7,31 г/см³;

q - електрохімічний еквівалент 1.4 г/А^. ч;

j_k - катодна густина струму, j_k =0.85 А/дм ²;

ВС - вихід індію за струмом, ВС = 80%.

 хвил.

2.6 Карта технологічного процесу

Всі операції, перераховані в п.п. 1.2 - 1.4 зведені до табл.2.1.

Таблиця 1.1 - Карта технологічного процесу нанесення покриття індієм.