Тёмные пятна на цинковом покрытии изделий сложного профиля

Вопрос.

Добрый день, возникла такая проблема. Наносим покрытие Ц.хр. на детали (пробки, сталь 25Х1МФ) из кислых электролитов.

Состав электролита:

Цинк сернокислый 200-260 г/л;

Натрий сернокислый 50-100 г/л;

Алюминий сернокислый 20-30 г/л;

Декстрины кислотные 8-12 г/л;

Температура не менее 18 град С;

Плотность тока 1-2 А/дм кв;

рН 3,5-4,5.

На внутренних поверхностях в зоне R 1…3, а иногда на всей внутренней плоскости – покрытие черного цвета.

На других поверхностях и плоских изделиях этого нет. От чего это может быть? Если эффект экранирования, то, наверное, не образовывалось покрытие. Проконсультируйте, пожалуйста. Может это пригар покрытия. Почему только в определенных местах и на этих изделиях (не на всех)? Спасибо.

Вед. инженер-технолог Мартынова М.А., г. Петрозаводск.

Ответ.

Наиболее вероятной причиной появления темных участков на внутренних поверхностях деталей обычно является загрязнение электролита тяжёлыми металлами.

Кислый электролит цинкования имеет очень низкую рассеивающую способность и по этой причине количество цинка, осаждаемого на внутренних поверхностях, может быть существенно ниже, чем на наружной поверхности деталей. Вместе с тем, примеси на всей поверхности детали осаждаются равномерно, так как их восстановление происходит с диффузионными ограничениями. Таким образом, доля примесей в углублениях получается существенно выше, чем на наружных поверхностях, что и приводит к почернению внутренних поверхностей.

Для проверки сказанного необходимо воспользоваться ячейкой Хулла. По внешнему виду осадка на угловом катоде можно будет чётко увидеть, что в вашем случае (при наличии загрязнений) в области низких плотностей тока осадки темные или даже черные, при умеренных плотностях тока осадки будут более светлыми. При плотностях тока выше допустимого осадки будут иметь дендритообразный вид, а при ещё более высоких плотностях тока покрытие опять почернеет (пригары). (Инструкция по использованию ячейки Хулла имеется в книге В.В. Окулова «Цинкование. Техника и Технология»)

Из вышесказанного следует, что есть два пути решения проблемы:

Первый путь – увеличение плотности тока. При увеличении плотности тока почернение на внутренних поверхностях может исчезнуть, но на выступах, где плотность тока будет выше допустимой, могут появиться дендриты и пригары. (Кстати, пригары бывают на выступающих участках, а не во впадинах). Таким образом, увеличение плотности тока устранит одну проблему, но породит другую.

(На всякий случай, проверьте правильность расчёта покрываемой поверхности и правильность установки величины тока на ванне. При сильном загрязнении целесообразно расчётную плотность тока сделать на верхнем пределе с таким расчетом, чтобы во впадинах плотность тока была не меньше 1 А/дм², а на выступах не более 2 А/дм² Если плотность тока будет выше 2 А/дм², то необходимо применять перемешивание электролита).

Второй путь – очистка электролита. Этот путь более надёжный и гарантирует получение качественных покрытий в более широком диапазоне плотностей тока. Обычно электролиты цинкования загрязняются тяжёлыми металлами вследствие следующих причин:

растворение деталей, случайно упавших на дно ванны (кислые электролиты довольно агрессивны, поэтому упавшие на дно ванны детали самопроизвольно растворяются, загрязняя электролит железом и другими примесями, приводя его в негодность);
некачественная промывка перед операцией цинкования;
коррозия анодных и катодных штаг (медные или латунные катодные и анодные штанги над зеркалом электролита очень быстро корродируют и покрываются зелёными продуктами коррозии, которые осыпаются в электролит и загрязняют его);
растворение анодных корзин и анодных крючков (анодные корзины и крючки следует изготавливать из титана);
нарушение футеровки ванны (если ванна стальная);
при приготовлении и корректировке электролитов используются соли низкой квалификации;
использование анодов низкого качества;
использование воды низкого качества;
из-за случайных ошибок персонала.

Также могут быть и другие причины почернения цинковых покрытий, например, загрязнение органическими примесями, в частности, может быть переизбыток декстрина. Необходимо отметить, что недостаток ПАВ тоже приводит к потемнению цинковых покрытий в области малых плотностей тока.

Очень опасными примесями являются сильные окислители – ионы шестивалентного хрома и азотная кислота. Эти примеси могут попадать в ванну цинкования из ванн хроматирования и осветления с подвесками при плохой промывке и, особенно, при нарушенной изоляции подвесок.

Технология очистки электролитов также изложена в книге В.В. Окулова «Цинкование. Техника и Технология».

Для получения более светлых покрытий можно применить операцию осветления в растворе азотной кислоты. При этом нужно помнить, что операция осветления приводит к снижению толщины цинковых покрытий примерно на 1 мкм.

Покрытие деталей в барабанах позволит повысить качество и равномерность цинкового покрытия.

Переход на щелочные цинкатные электролиты позволит избежать многих проблем, связанных с низкой рассеивающей способностью и высокой агрессивностью кислых электролитов.

В том случае, если тёмное пятно не по всему периметру внутренней поверхности детали, а только в верхней части, то причина тёмного пятна может заключаться в неправильном расположении детали на подвеске.

Если деталь расположена так, как показано на рисунке, то при погружении детали в электролит во внутренней полости может задерживаться воздух, а в процессе электролиза будет скапливаться выделяющийся на катоде водород.

Правильное расположение детали должно быть вертикальным.

В том случае, если деталь повернуть наоборот, то при извлечении детали в нижней части будет задерживаться электролит и вычерпываться в ванну промывки.

В.И. Мамаев

17.12.2019