Aby dobrze opanować i zarządzać procesem usuwania oleju, konieczne jest prawidłowe zrozumienie zasady wiązania powłoki z podłożem metalowym. Ten aspekt jest często pomijany, co stwarza trudności w praktyce.
Istotne materiały wskazują, że wiązanie mechaniczne spowodowane mikrochropowatością powłoki i powierzchni podłoża jest silne tylko wtedy, gdy między powłoką a metalicznym podłożem występują siły międzycząsteczkowe i międzymetaliczne. Siły międzycząsteczkowe i międzymetaliczne mogą występować tylko w bardzo małej odległości.
Gdy odległość między cząsteczkami przekracza 5μm, siły międzycząsteczkowe przestają działać. Dlatego cienka warstwa oleju i tlenku na powierzchni podłoża może również hamować siły wiązania międzycząsteczkowego lub metalicznego.
Aby uzyskać wspomniane wiązanie, konieczne jest dokładne usunięcie z produktów plam oleju, rdzy i osadów tlenkowych. Określenie „dokładne”, o którym mowa, nie oznacza, że powierzchnia musi być absolutnie czysta po obróbce galwanicznej, lecz jedynie, że ma ona odpowiednią powierzchnię. Tak zwana powierzchnia kwalifikowana oznacza w rzeczywistości, że warstwy szkodliwe dla galwanizacji muszą zostać usunięte po obróbce galwanicznej i zastąpione warstwami nadającymi się do galwanizacji.
Jednocześnie, dzięki wstępnej obróbce galwanicznej, powierzchnia metalu musi być idealnie płaska. Po obróbce mechanicznej, takiej jak szlifowanie, polerowanie, polerowanie bębnowe, piaskowanie itp., widoczne rysy, zadziory i inne wady powierzchni są usuwane, tak aby powierzchnia podłoża spełniała wymagania dotyczące wyrównywania podłoża i wykończenia elementów galwanizowanych przed usunięciem oleju i rdzy.
Ta kwestia musi być jasna. Tylko wtedy będziemy mogli prawidłowo i praktycznie wybrać schemat procesu obróbki przed galwanizacją i formułę spośród podobnych formuł obróbki przed galwanizacją.
Jak stosować proces odtłuszczania w produkcji?
Zazwyczaj stosuje się odtłuszczanie alkaliczne. Skład roztworu odtłuszczającego i warunki procesu dobiera się w zależności od stanu plamy olejowej i rodzaju metalu.
Gdy do powierzchni przylega duża ilość tłuszczu, czyli warstwa oleju jest bardzo gruba, tłusta i lepka, nie można jej łatwo usunąć wyłącznie za pomocą odtłuszczania alkalicznego. Konieczne jest najpierw zastosowanie innych metod, takich jak szczotkowanie z rozpuszczalnikiem, w celu wstępnego odtłuszczenia, a następnie przeprowadzenie odtłuszczania alkalicznego. Roztwór odtłuszczający o odczynie alkalicznym jest silnie zasadowy i powoduje widoczną korozję w reakcji z niektórymi metalami.
Dlatego odtłuszczanie elementów platerowanych, takich jak aluminium i cynk, powinno odbywać się w możliwie niskich temperaturach i w warunkach o niskim poziomie alkaliczności. Ogólnie rzecz biorąc, dopuszczalne jest odtłuszczanie elementów stalowych o wyższej alkaliczności, ale w przypadku metali nieżelaznych pH roztworu odtłuszczającego powinno być dostosowane do odpowiedniego zakresu. Na przykład, aluminium, cynk i ich stopy powinny mieć kontrolowane pH poniżej 11, a czas odtłuszczania takich produktów nie powinien przekraczać 3 minut.
Z perspektywy kosztów, niektórzy opowiadają się za odtłuszczaniem w niskiej temperaturze, ale obniżenie temperatury przeczy poprawie wydajności. Im wyższa temperatura, tym szybsza reakcja fizyczna i chemiczna między smarem przylegającym do powierzchni a środkiem czyszczącym, a tym samym łatwiejsze odtłuszczanie.
Praktyka dowiodła, że lepkość plam olejowych maleje wraz ze wzrostem temperatury, co ułatwia odtłuszczanie, jednak niska temperatura nie ma takiego wpływu. Dlatego rozważa się stosowanie emulgatorów i surfaktantów. Jeśli chodzi o to, czy odtłuszczanie w wysokiej temperaturze jest dobre i jaka temperatura jest odpowiednia do jego kontroli, z doświadczenia autora wynika, że lepsza jest temperatura 70–80°C. Może to również pomóc w wyeliminowaniu naprężeń szczątkowych metalu bazowego powstałych podczas obróbki skrawaniem, co jest bardzo korzystne dla poprawy przyczepności powłoki, zwłaszcza między wielowarstwowymi niklami.
Części stalowe ogólnego przeznaczenia można poddać odtłuszczaniu łączonemu, np. najpierw odtłuszczanie katodowe przez 3-5 minut, a następnie anodowe przez 1-2 minuty lub najpierw odtłuszczanie anodowe przez 3-5 minut, a następnie katodowe przez 1-2 minuty. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie dwóch procesów odtłuszczania lub zasilacza z komutatorem.
W przypadku stali o wysokiej wytrzymałości, stali sprężynowej i cienkich elementów, aby zapobiec kruchości wodorowej, stosuje się wyłącznie odtłuszczanie anodowe przez kilka minut. Natomiast w przypadku metali nieżelaznych, takich jak miedź i stopy miedzi, odtłuszczanie anodowe nie jest możliwe i dopuszczalne jest jedynie odtłuszczanie katodowe przez 1-2 minuty.
Przygotowanie i konserwacja roztworu odtłuszczającego, zarówno chemicznego, jak i elektrolitycznego, jest stosunkowo prosta. Najpierw należy użyć 2/3 objętości wody w zbiorniku, aby rozpuścić inne substancje oprócz surfaktantów, i jednocześnie mieszać (aby zapobiec zbrylaniu się leku). Ponieważ te substancje uwalniają ciepło po rozpuszczeniu, nie ma potrzeby ich podgrzewania. Surfaktanty należy rozpuścić oddzielnie w gorącej wodzie przed dodaniem. Jeśli nie uda się ich rozpuścić jednocześnie, można wylać górną, klarowną ciecz, a następnie dodać wodę w celu rozpuszczenia. Dodać do podanej objętości i dobrze wymieszać przed użyciem.
Należy zwrócić uwagę na sposób postępowania z płynem do usuwania oleju:
① Regularnie testuj i uzupełniaj materiały. Surfaktanty należy uzupełniać w ilości od 1/3 do 1/2 pierwotnej ilości co tydzień lub co dwa tygodnie, w zależności od wielkości produkcji.
② Zastosowane płytki żelazne nie powinny zawierać nadmiernej ilości zanieczyszczeń metalami ciężkimi, aby zapobiec ich przedostawaniu się do powłoki. Gęstość prądu powinna wynosić 5-10 A/dm², a jej dobór powinien zapewniać odpowiednie wydzielanie się pęcherzyków powietrza. Zapewnia to nie tylko mechaniczne odrywanie kropel oleju od powierzchni elektrody, ale także wzburza roztwór. Przy stałym natężeniu plamy oleju na powierzchni, im większa gęstość prądu, tym szybsza szybkość odtłuszczania.
③ Pływające plamy oleju w zbiorniku należy usuwać w odpowiednim czasie.
④ Regularnie usuwaj osad i brud ze zbiornika i niezwłocznie wymieniaj roztwór w zbiorniku.
⑤ Staraj się używać w elektrolicie środków powierzchniowo czynnych o niskiej zawartości piany; w przeciwnym razie ich wprowadzenie do wanny galwanicznej wpłynie na jakość.
Jak opanować i zarządzać procesem trawienia kwasem?
Podobnie jak proces odtłuszczania, trawienie kwasem (trawienie) odgrywa ważną rolę w obróbce przed galwanizacją. Te dwa procesy są stosowane łącznie w procesie galwanizacji, a ich głównym celem jest usuwanie rdzy i zgorzeliny tlenków z metalowych elementów galwanizowanych.
Zazwyczaj proces usuwania dużej ilości tlenków nazywa się silnym trawieniem, a proces usuwania cienkich warstw tlenków, ledwo widocznych gołym okiem, nazywa się słabym trawieniem. Można je podzielić na trawienie chemiczne i elektrochemiczne. Słabe trawienie jest stosowane jako końcowy proces obróbki po silnym trawieniu, tj. przed poddaniem przedmiotu obróbce galwanicznej. Jest to proces aktywacji powierzchni metalu, który jest łatwo pomijany w produkcji, co jest właśnie jedną z przyczyn łuszczenia się powłoki galwanicznej.
Jeżeli słaby roztwór trawiący jest jednym ze składników kolejnego roztworu galwanicznego lub jego wprowadzenie nie wpłynie na roztwór galwaniczny, lepiej jest umieścić aktywowane części galwaniczne bezpośrednio w wannie galwanicznej bez czyszczenia.
Na przykład w przypadku rozcieńczonego roztworu aktywacyjnego kwasu stosowanego przed niklowaniem, aby zapewnić płynny przebieg procesu trawienia, przed trawieniem należy wykonać odtłuszczanie; w przeciwnym razie kwas i tlenki metali nie będą mogły nawiązać dobrego kontaktu, a reakcja rozpuszczania chemicznego będzie utrudniona.
Aby więc dobrze opanować trawienie kwasem, konieczne jest także teoretyczne wyjaśnienie tych podstawowych zasad.
Zazwyczaj do usuwania osadu tlenkowego z elementów żelaznych i stalowych stosuje się kwas siarkowy i kwas solny do trawienia kwasem. Metoda jest prosta, ale w praktyce trudno osiągnąć oczekiwany efekt, jeśli nie zwróci się na nią uwagi.
Kryteria doboru warunków trawienia kwasem siarkowym są zazwyczaj oparte na doświadczeniu, pozwalającym na ocenę wyglądu przedmiotu obrabianego po trawieniu, którego zresztą nie da się kontrolować ilościowo. Praktyka pokazała, że skuteczność trawienia kwasem siarkowym w usuwaniu zgorzeliny tlenkowej w temperaturze 40°C jest znacznie większa niż w temperaturze 20°C, ale wraz ze wzrostem temperatury efekt łuszczenia nie rośnie proporcjonalnie.
Jednocześnie, w kwasie siarkowym o stężeniu niższym niż 20%, wraz ze wzrostem stężenia, szybkość trawienia kwasem wzrasta, ale po przekroczeniu 20%, szybkość trawienia kwasem spada. Z tego powodu uważamy, że standardowe warunki procesu, tj. stężenie kwasu siarkowego 10–20% i trawienie w temperaturze poniżej 60°C, są bardziej odpowiednie. Należy również zauważyć, że biorąc pod uwagę stopień starzenia roztworu kwasu siarkowego, zazwyczaj, gdy zawartość żelaza w roztworze trawiącym przekracza 80 g/l, a zawartość siarczanu żelaza(II) przekracza 2,5 g/l, roztwór kwasu siarkowego nie nadaje się do dalszego stosowania.
W tym momencie roztwór należy schłodzić w celu krystalizacji i usunięcia nadmiaru siarczanu żelazawego, a następnie należy dodać nową ilość kwasu, aby spełnić wymagania procesu.
Kryteria doboru warunków trawienia kwasem solnym: stężenie powinno być kontrolowane na poziomie 10–20%, a proces powinien być przeprowadzany w temperaturze pokojowej. W porównaniu z kwasem siarkowym, przy tych samych warunkach stężenia i temperatury, szybkość trawienia kwasem solnym jest 1,5–2 razy szybsza niż kwasem siarkowym.
To, czy do trawienia kwasem należy użyć kwasu siarkowego, czy solnego, zależy od konkretnych warunków produkcji. Na przykład, do intensywnego trawienia metali żelaznych często stosuje się kwas siarkowy lub solny, albo „mieszankę” obu tych kwasów w określonych proporcjach.
Jednak rodzaj kwasu użytego do silnego trawienia chemicznego zależy od składu i struktury tlenków na powierzchni elementów żelaznych i stalowych. Jednocześnie konieczne jest zapewnienie dużej szybkości trawienia, niskich kosztów produkcji oraz jak najmniejszych odkształceń wymiarowych i kruchości wodorowej wyrobów metalowych. Należy jednak pamiętać, że usuwanie zgorzeliny tlenkowej w kwasie solnym opiera się głównie na chemicznym rozpuszczeniu kwasu solnego, a mechaniczny efekt złuszczania wodoru jest znacznie mniejszy niż w kwasie siarkowym. Dlatego zużycie kwasu przy stosowaniu samego kwasu solnego jest wyższe niż przy stosowaniu samego kwasu siarkowego.
Gdy rdza i osady tlenków na powierzchni elementów powlekanych zawierają dużą ilość tlenków żelaza wysokowartościowego, można zastosować trawienie mieszanym kwasem, które nie tylko działa rozrywająco na osady tlenków pod wpływem wodoru, ale także przyspiesza ich chemiczne rozpuszczanie. Jeśli jednak na powierzchni metalu znajdują się jedynie luźne produkty rdzy (głównie Fe₂O₃), do trawienia można użyć samego kwasu solnego ze względu na jego dużą szybkość, mniejsze rozpuszczanie podłoża i mniejszą kruchość wodorową.
Jeśli jednak powierzchnia metalu pokryta jest gęstą warstwą tlenku, użycie samego kwasu solnego jest bardziej kosztowne i zużywa więcej energii, a ponadto daje gorsze efekty w usuwaniu tlenku niż kwas siarkowy, dlatego kwas siarkowy jest lepszy.
Trawienie elektrolityczne (kwas elektrolityczny, trawienie elektrochemiczne), niezależnie od tego, czy jest to elektroliza katodowa, elektroliza anodowa, czy elektroliza PR (okresowa elektroliza odwrotna, podczas której okresowo zmieniają się bieguny dodatnie i ujemne obrabianego przedmiotu), można przeprowadzać w roztworze kwasu siarkowego o stężeniu 5–20%.
W porównaniu z trawieniem chemicznym, trawienie elektrolityczne pozwala szybciej usunąć silnie związane osady tlenkowe, powoduje mniejszą korozję metalu bazowego, jest łatwe w obsłudze i zarządzaniu oraz nadaje się do automatycznych linii galwanicznych. Elektroliza PR jest szeroko stosowana w Japonii do usuwania osadów tlenkowych ze stali nierdzewnej.
W Chinach wiele firm stosuje katodowe i anodowe trawienie elektrolityczne w połączeniu z odtłuszczaniem elektrolitycznym do obróbki wstępnej przed galwanizacją. Anodowe trawienie kwasem elektrolitycznym metali żelaznych nadaje się do obróbki części metalowych z dużą ilością zgorzeliny tlenkowej i rdzy, a proces ten można przeprowadzać głównie w temperaturze pokojowej. Podwyższenie temperatury może zwiększyć szybkość trawienia kwasem, ale nie tak bardzo, jak w przypadku chemicznego trawienia kwasem. Zwiększenie gęstości prądu może przyspieszyć trawienie kwasem, ale jeśli jest ona zbyt wysoka, metal bazowy ulegnie pasywacji.
W tym momencie chemiczne i elektrochemiczne rozpuszczanie metalu bazowego praktycznie zanika, pozostawiając jedynie efekt złuszczania tlenków przez tlen. Dlatego prędkość trawienia nieznacznie wzrasta, co wymaga umiejętnego opanowania. Zazwyczaj odpowiednia gęstość prądu wynosi 5-10 A/dm². Do anodowego trawienia kwasem można stosować inhibitory o-ksylenu tiomocznika lub sulfonowanego kleju do drewna w stężeniu 3-5 g/l; do katodowego trawienia elektrolitycznego metali żelaznych można użyć roztworu kwasu siarkowego lub mieszaniny około 5% kwasu siarkowego i 5% kwasu solnego, z odpowiednią ilością chlorku sodu. Ponieważ nie występuje widoczny proces chemicznego i elektrochemicznego rozpuszczania metalowego podłoża (żelaza), odpowiednie dodanie związków zawierających Cl⁻ może pomóc w rozluźnieniu złuszczeń tlenków na powierzchni elementów i przyspieszeniu trawienia. Jednocześnie, jako inhibitory można stosować formaldehyd lub urotropinę.
Krótko mówiąc, kwas siarkowy jest szeroko stosowany do trawienia kwasem stali, miedzi i mosiądzu. Oprócz tego, kwas siarkowy, wraz z kwasem chromowym i dichromianami, jest stosowany jako środek do usuwania tlenków i nalotu z aluminium.
Stosuje się go razem z kwasem fluorowodorowym lub azotowym, lub z obydwoma, do usuwania osadów tlenkowych ze stali nierdzewnej. Zaletą kwasu solnego jest to, że może on skutecznie trawić wiele metali w temperaturze pokojowej; jedną z jego wad jest konieczność zapobiegania zanieczyszczeniu oparami HCl i mgłą kwasową.
Ponadto kwas azotowy i kwas fosforowy są powszechnie stosowane w ręcznej obróbce przed galwanizacją. Kwas azotowy jest ważnym składnikiem wielu środków do jasnego trawienia. Jest mieszany z kwasem fluorowodorowym w celu usuwania zgorzeliny tlenkowej z aluminium, stali nierdzewnej, stopów niklu i żelaza, tytanu, cyrkonu i niektórych stopów kobaltu.
Kwas fosforowy jest stosowany do usuwania rdzy z części stalowych, a także w specjalnych roztworach do stali nierdzewnej, aluminium, mosiądzu i miedzi. Mieszanina kwasu fosforowego, azotowego i octowego jest stosowana do wstępnego anodowania na wysoki połysk części aluminiowych. Kwas fluoroborowy okazał się najskuteczniejszym roztworem trawiącym stopy ołowiowe oraz części miedziane i mosiężne z lutem cynowym.
Doniesiono, że usuwanie kamienia i tlenków metali pochłania 5% światowej produkcji kwasu siarkowego, 25% kwasu solnego, większość kwasu fluorowodorowego oraz dużą ilość kwasu azotowego i kwasu fosforowego.
Dlatego prawidłowe opanowanie stosowania tych kwasów do trawienia kwasem jest niewątpliwie istotną kwestią w technologii obróbki przed galwanizacją. Choć ich użycie nie jest trudne, to jednak niełatwo jest je właściwie stosować, oszczędzać i ograniczać zużycie.
Czas publikacji: 29-01-2026