Требования к качеству воды и промывки в гальваническом производстве

20 Октябрь 2016
 Октябрь 20, 2016
Предельные концентрации вредных неорганических примесей
Категория: Статьи

Источник: Виноградов С.С. “Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование.”, 2005 г.

В гальваническом производстве при нанесении покрытий детали обрабатываются поочерёдно в нескольких растворах, имеющих, как правило, отличающиеся друг от друга составы с чёткими границами интервалов концентраций веществ.

При вынимании деталей из технологической ванны вместе с деталью на её поверхности выносится тонкая плёнка раствора (“нельзя выйти сухим из воды”), который (если бы не было промывки), попадая в следующую по ходу техпроцесса технологическую ванну, загрязняет её, что в большинстве случаев приводит к появлению брака. В то же время вынесенный деталями раствор из последней технологической ванны при их сушке образует тонкий налёт сухих веществ, которые при эксплуатации изделий растворяются в конденсирующейся на поверхности деталей влаге (обычное явление в реальных условиях эксплуатации) и образуют раствор, способствующий коррозии покрытия и основы и нарушению функциональных характеристик покрытий. Поэтому промывка деталей предназначена для предотвращения загрязнения технологических растворов и обеспечения чистоты поверхности готовых деталей. Следовательно, требования к составу промывной воды в гальваническом производстве определяются предельной концентрацией примесей в технологических растворах и свойствами и назначением покрытий.

Эффективность работы электролитов и качество получаемых осадков в значительной степени определяется чистотой растворов с точки зрения наличия или отсутствия посторонних неорганических и органических загрязнений. Загрязнения растворов далеко не всегда вызывают видимые невооружённым глазом дефекты, часто брак оказывается “скрытым” и выявляется на последующих стадиях эксплуатации. Например, нередки случаи, когда никелевые покрытия, удовлетворяющие требованиям по внешнему виду, не обладают паяемостью, являются хрупкими, пористыми, имеют повышенное переходное сопротивление, не обеспечивают получение качественных сварных швов и т.п. Различные электролиты могут быть в большей или меньшей степени чувствительны к загрязнениям, но суть заключается в том, что во всех случаях загрязнения сказываются на свойствах покрытий. Для наиболее распространённых растворов и электролитов в табл. 1 приведены предельные концентрации вредных примесей, влияющих на качество обработки поверхности и наносимых покрытий.

В процессе эксплуатации растворов содержание в них примесей колеблется в очень широких пределах, различающихся на 3-4 порядка в зависимости от состава электролита, материала обрабатываемых деталей, условий электролиза, случайных факторов. Многие металлические примеси соосаждаются совместно с основным металлом, некоторые вещества разрушаются на электродах, поэтому их концентрация в растворе постоянно уменьшается. Если такие примеси поступают от какого-то постоянного источника в концентрации ниже допустимой, то можно считать такой источник загрязнений не существенным. Однако некоторые примеси не захватываются покрытием и не разрушаются на электродах; такие примеси, даже поступая в концентрации гораздо ниже допустимой, при длительной эксплуатации раствора постоянно накапливаются, их концентрация в растворе стремится к значению концентрации в источнике загрязнений. Одним из главных источников загрязнений, причём постоянным во времени, является промывная вода. Таким образом, концентрация вредных примесей в промывной воде должна быть ниже предельной концентраций вредных примесей в электролитах.

Таблица 1

Предельные концентрации вредных неорганических примесей
в технологических растворах и электролитах

Предельные концентрации вредных неорганических примесей

Тогда легче предотвратить попадание в электролиты и накопление в них примесей, чем организовывать их удаление. При этом многие примеси удаляются с большим трудом (хлор-ионы), а есть практически не удаляемые, например, примеси аммония и силикат-ионов.

Из вышеизложенного вытекает главный принцип определения качества воды для промывки: качество промывной воды должно определяться не только и не столько составом раствора, после которого осуществляется промывка деталей, сколько составом раствора, перед которым проводится промывка. Например, зачем отмывать деталь от хлоридов перед хлоридным электролитом? Качество воды в последней промывной ванне перед сушкой готовых деталей должно определяться свойствами и назначением покрытия. Так, например, после фосфатирования под окрашивание перед сушкой струей горячего воздуха промывку можно не проводить, в то же время детали с декоративными и функциональными покрытиями требуют перед сушкой тщательной промывки.

Категории воды для гальванических производств

Используемая для промывки деталей вода должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении и химически инертной к покрытию.

В соответствии с ГОСТ 9.314-90 в гальваническом производстве может использоваться вода трёх категорий: вода 1-й категории по своим физико-химическим показателям соответствует питьевой воде, а вода 3-й категории – дистиллированной воде (табл. 2). Причём по данному ГОСТу перед многими операциями для промывки регламентируется применение воды только 3-й категории (табл. 3).

Вполне естественно, что чем чище промывная вода, тем лучше промываются детали и тем качественнее получаются покрытия. Однако, учитывая экономические возможности заводов, а также практику работы гальванических цехов, можно с большой долей уверенности утверждать, что применение дистиллированной воды для промывки деталей желательно, но во многих случаях излишне.

Об этом говорит не только практика работы гальванических цехов. Действительно, зачем промывать детали в такой чистой воде (3-й категории) перед меднением и хромированием, не говоря уж о применении столь чистой воды для промывки перед осветлением и пассивированием коррозионностойких сталей? Непонятно также, почему вода 1-й категории (питьевая) может применяться лишь для промывки в операциях подготовки поверхности к покрытию, и то не всегда.

Таблица 2

Физико-химические показатели воды

Показатели качества воды, ингредиенты Допустимые значения показателей качества и ингредиентов по категориям:
1 кат. ГОСТ 9.314 питьевая вода СанПиН 2.1.4.107 4-01 2 кат. ГОСТ 9.314 3 кат. ГОСТ 9.314 дистил-лиро-ванная вода ГОСТ 6709
Сухой остаток, мг/л 1000 1000 400 5,0 5,0
Мутность, мг/л 2,0 1,5 1,5
Жесткость, мг-экв/л 7,0 7,0 6,0
pH 6,0-9,0 6,0-9,0 6,5-8,5 5,4-6,6 5,4-6,6
Удельная электрическая проводимость, См/м, (при 20°С) 2×10-3 2×10-3 1×10-3 5×10-4 5×10-4
Сульфаты, мг/л 500 500 50 0,5 0,5
Хлориды, мг/л 350 350 35 0,02 0,02
Нитраты, мг/л 45 45 15 0,2 0,2
Фосфаты, полифосфаты (по PO43-), мг/л 30 3,5 3,5 1,0
Аммиак и аммонийные соли, мг/л 10 5,0 0,02 0,02
Нефтепродукты, мг/л 0,5 0,1 0,3
ПАВ (анионоактивные), мг/л 5,0 0,5 1,0
ХПК, мг/л 150 50
Окисляемость перманганатная, мг/л 5,0 0,08
Остаточный хлор (своб./связ.), мг/л 1,7 0,3-0,5 1,7
0,8-1,2
Ионы тяжелых металлов суммарно, мг/л 15 5,0 0,4
Железо (Fe), мг/л 0,3 0,3 0,1 0,05 0,05
Медь (Cu, суммарно), мг/л 1,0 1,0 0,3 0,02 0,02
Цинк (Zn2+), мг/л 5,0 5,0 1,5 0,2 0,2
Кадмий (Cd, суммарно), мг/л 0,001
Никель (Ni2+), мг/л 5,0 0,1 1,0
Хром (Cr6+), мг/л 0,05
Хром (Cr3+), мг/л 5,0 0,5 0,5
Свинец (Pb, суммарно), мг/л 0,03 0,05
Алюминий (Al3+), мг/л 0,5 0,05
Кремний (Si), мг/л 10,0

 

Таблица 3

Области применения воды в соответствии с ГОСТ 9.314-90

Категория воды  Область применения   Дополнительные указания
 1  Промывка деталей после операций подготовки поверхности к покрытию, кроме операций, где используется вода категорий 2 и 3.  –
2  Приготовление электролитов и промывка во всех случаях, кроме перечисленных для воды 3-й категории.  Вода, использованная на промывку, может быть применена повторно как вода 1-й категории.
 3  Приготовление электролитов и промывка перед обработкой в электролитах, составленных на воде 3-й категории, а  также при специальных требованиях к качеству и внешнему виду, для особо ответственных деталей.  Вода, использованная на промывку, может быть применена повторно как вода 1 и 2-й категорий.

Использование воды различного качества в гальванике

Учитывая, что назначение промывки заключается в предупреждении загрязнения раствора следующей ванны, а также то, что реально в гальванические цеха подаётся только питьевая водопроводная вода, можно предложить следующие рекомендации по использованию воды различного качества:

1. Для приготовления технологических растворов необходимо использовать дистиллированную воду в тех случаях, когда на это указано в технологической документации; в остальных случаях следует использовать конденсат или питьевую водопроводную воду.

2. Для промывки в проточных ваннах перед всеми технологическими ваннами можно использовать обычную питьевую водопроводную воду. Когда предельная концентрация какого-либо вещества в технологическом растворе меньше, чем нормируемая концентрация данного вещества в питьевой воде, то в этом случае потребляемая водопроводная вода подвергается анализу на содержание в ней этого вещества и, в случае необходимости, очистке именно от этого вещества. Одним из наиболее часто встречающихся случаев в практике работы гальванических цехов является высокое содержание в водопроводной воде железа, что может негативно сказаться на качестве многих, особенно никелевых и хромовых, покрытий. В этом случае перед подачей воды на промывку перед ванной нанесения покрытий необходимо подвергать воду очистке от железа любым из доступных методов, например, аэрацией с последующей фильтрацией. Для промывки в непроточных ваннах дистиллированную воду необходимо использовать лишь в том случае, когда промывная вода из этих ванн улавливания служит для подпитки технологической ванны, раствор в которой готовился на дистиллированной воде. Например, ванны улавливания после никелирования и хромирования заполняются дистиллированной водой, так как промывную воду из этих ванн улавливания постоянно подливают в ванны соответственно никелирования и хромирования для компенсации потерь растворов на испарение и унос в вентиляцию. Вместо дистиллированной воды можно использовать конденсат, образующийся в системе подогрева растворов насыщенным или перегретым паром.

3. Дистиллированную или обессоленную воду для промывки используют в технологических процессах, в которых это особо оговаривается (микроэлектроника, радиотехника и т.п.).

Качество промывки деталей в гальванике

Что касается качества промывки, то и здесь главным требованием является исключение критического (свыше допустимого) загрязнения технологических растворов и обеспечение надлежащего качества поверхности готовых деталей. Однако здесь рассматривается вклад в загрязнение последующего технологического раствора не только компонентами, содержащимися в исходной воде, применяемой для промывки, но и компонентами, вынесенными поверхностью деталей из предыдущей технологической ванны. При промывке в ванне непроточной промывки раствор, вынесенный из технологической ванны с деталями, и растворённые в нём вещества полностью с поверхности деталей не удаляются, а лишь снижается их концентрация путём разбавления промывной водой. Самая первая партия деталей промывается чистой водой, а последующие – водой, загрязнённой веществами, смытыми с поверхности предыдущих деталей. Таким образом, в промывной воде постоянно увеличивается концентрация компонентов раствора из предыдущей ванны. При отсутствии постоянного или периодического обмена загрязнённой промывной воды на чистую может наступить такой момент, когда состав раствора в промывной ванне сравняется с составом раствора предыдущей технологической ванны и промывная ванна полностью прекратит выполнять своё назначение. Поэтому загрязнённая промывная вода должна частично или полностью обмениваться на чистую. Скорость обмена промывной воды должна быть такой, чтобы вынесенное поверхностью деталей количество компонентов предыдущего технологического раствора не повлияло на работу последующего технологического раствора, т.е. в промывной ванне необходимо поддерживать концентрацию компонентов предыдущего технологического раствора меньше предельной. Для окончательной промывки готовых деталей предельная концентрация компонентов раствора в последней ступени промывки определяется назначением и свойствами покрытия.

В табл. 4 представлены предельные концентрации отмываемого вещества (компонента предыдущего технологического раствора) в промывной воде в последней по ходу движения деталей ступени промывки для большинства встречающихся на практике случаев.

На качество промывки после некоторых операций влияет температура воды. Так, например, щелочные растворы плохо смываются с деталей, и поэтому после химического и электрохимического обезжиривания, травления алюминия и т.п. промывку ведут в горячей воде (70-90°С). В тоже время после обработки в горячем растворе щелочного оксидирования стальные детали нежелательно промывать в горячей воде, так как промывная вода может вскипеть вследствие опускания в неё горячих деталей (нагретых до 140°С). Если после горячей промывки следует активация, то перед этой операцией необходимо предусмотреть промывку в холодной воде, что исключает быстрое высыхание деталей после промывки в горячей воде и окисления, а также перетравливания горячей поверхности деталей в ванне активации.

В соответствие с ГОСТ 9.314-90 горячая вода (выше 59°С) применяется после операций обезжиривания, травления и снятия травильного шлама в щелочных растворах, при наличии на поверхности значительного количества масел или смазок, перед химическим обезжириванием или перед одновременным обезжириванием-травлением, перед нанесением покрытий в тёплых и горячих растворах, перед сушкой. Горячая вода не рекомендуется к применению после операций хроматирования по цинковому и кадмиевому покрытиям и химического оксидирования стали, алюминия и его сплавов.

Таблица 4

Предельные концентрации отмываемых
веществ в промывной воде

Наименование основного* отмываемого компонента или иона технологического раствора Наименование операции или тип электролита, используемого в этой операции, перед которой производится промывка Предельная концентрация отмываемого вещества в последней ступени промывки, cn, г/л
Общая щелочность в пересчете на NaOH Щелочной электролит 0,800
Кислый или цианистый электролит 0,100
Анодирование алюминия 0,050
Сушка 0,100
Промывка в мыльной воде 0,200
Кислота в пересчете на H2SO4 Кислый электролит 0,100
Щелочной электролит 0,050
Цианистый электролит 0,010
Наполнение, сушка 0,010
CN общ. Межоперационная промывка, сушка 0,010
Cr6+, Zn2+, Pb2+, Sn2+ Sn4+ Межоперационная промывка, сушка 0,010
CNS, Cd2+ Межоперационная промывка, сушка 0,015
Cu2+, Cu+ Никелирование 0,002
Другие операции, сушка 0,010
Ni2+ Меднение 0,020
Хромирование, сушка 0,010
Соли драгоценных металлов в пересчете на металл Сушка 0,001
Fe2+ Межоперационная промывка, сушка 0,300
Красители Межоперационная промывка, сушка 0,005

*За основной отмываемый компонент (ион) данного технологического раствора принимают тот, для которого кратность разбавления является наибольшей.

Тёплая вода (40-59 °С) применяется после операций обезжиривания, хроматирования, травления лёгких сплавов, снятия шлама, анодного окисления, перед и после химического оксидирования чёрных и цветных металлов. В остальных случаях рекомендуется применять для промывки деталей холодную воду.

Добавить комментарий