Poradnik elektronika

FAQ Forum dyskusyjnego



Polecamy

Dyskusja na temat:



CHROMOWANIE TECHNICZNE

 Powłoki galwanicznie nakładane przy pomocy elektrolizy to między innymi powłoki techniczne (funkcjonalne): - stosowane w celu uzyskania określonych własności fizycznych lub technologicznych powierzchni, np. zwiększenie odporności na ścieranie, zmiana współczynnika tarcia, poprawa własności elektrycznych powierzchni, poprawa zdolności łączenia przez lutowanie, zmiana wymiarów pokrywanych części, regeneracja zużytych powierzchni, uzyskanie zwiększonego stopnia odbicia i połysku powierzchni, zabezpieczenie określonych powierzchni w czasie wykonywania innych procesów obróbki powierzchniowej oraz uzyskiwania grubych warstw w galwanoplastyce. Powłoka galwaniczna ma strukturę krystaliczną, której postać uzależniona jest głównie od szybkości wzrostu kryształów oraz ilości zarodków krystalicznych.

Czynnikami mającymi najistotniejszy wpływ na jakość powłoki są: gęstość prądu katodowego, stężenie i intensywność mieszania elektrolitu, temperatura, obecność substancji powierzchniowo czynnych, oraz właściwości materiału podłoża. Wielką zaletą powłok chromowych jest ich twardość - większa od twardości zahartowanych stali. Cecha ta jest wykorzystywana do otrzymywania powłok technicznych.

Powłoki techniczne nakłada są bezpośrednio na podłoże stalowe lub inne, a ich grubość wynosi 5 ÷ 200 um, a nawet do 1 mm. Powłoki techniczne o grubości większej niż 25 um, z uwagi na wysoką twardość, ok.1000 HV, określa się jako "chrom twardy", są one jednak kruche. Zaletą ich jest obniżenie współczynnika tarcia względem stali, wysoka odporność na zużycie, dobra przewodność cieplna i trwałość w wysokich temperaturach. Taki zespół właściwości pozwala na zastosowanie chromu wszędzie tam, gdzie wymagana jest odporność na ścieranie, erozję i korozję wysokotemperaturową.

 

Składniki kąpieli przy otrzymywaniu powłok technicznych:

chromowanie elektrolityczne

Schemat elektrolizera do nakładania powłok galwanicznych;
A (anoda) - metal powłokowy,
K (katoda) - pokrywany przedmiot

Bezwodnik kwasu chromowego CrO3 200-250 g/l
Kwas siarkowy H2SO4 2 - 2,5 g/l
Temperatura 50-52 st. C
Gęstość prądu 40-50 A/dm2

 

Rola składników kąpieli

Bezwodnik kwasu chromowego CrO3

Wzrost zawartości bezwodnika w kąpieli powoduje poprawę przewodnictwa elektrolitu i zdolności krycia kąpieli, lecz również powoduje obniżenie katodowej wydajności prądu i zawężenie obszaru gęstości prądu, przy której otrzymuje się powłoki błyszczące.

Kwas siarkowy H2SO4 (siarczany SO42- )

Optymalne powłoki chromowe uzyskuje się w kąpieli, w których stosunek CrO3 do SO42- jest równy 100 do 0,8 - 1,2. Wyższe stężenie jonów SO42- jest przyczyną spadku wydajności prądowej, zawężenia obszaru zdolności krycia jak również powstające wówczas powłoki są bardziej kruche. Przy mniejszej zawartości jonów SO42- zwiększa się zdolność krycia lecz pogarsza wgłębność. Przy bardzo niskich stężeniach jonów na powierzchni powłok powstają plamy o odcieniu brunatnym.

Głównymi czynnikami wpływającymi na wygląd powłoki są: gęstość prądu katodowego, stężenie i intensywność mieszania elektrolitu, temperatura, obecność substancji powierzchniowo czynnych, rodzaj elektrolitu, własności metalu, na którym osadza się powłokę.

Gęstość prądu. Jest to stosunek natężenia prądu, do całkowitej powierzchni katody A/dm2. Przy małych gęstościach prądu wyładowanie jonów na katodzie następuje powoli i szybkość wzrostu powstałych już zarodków przekracza szybkość powstawania nowych zarodków. Warunki te sprzyjają powstawaniu powłok grubokrystalicznych. W miarę wzrostu gęstości prądu zwiększa się również szybkość powstawania zarodków i powłoka staje się dzięki temu bardziej drobnoziarnista.

Stężenie elektrolitu. Elektrolity stosowane do galwanicznej obróbki powierzchni, czyli kąpiele galwaniczne mogą być roztworami prostych soli wydzielanych metali, bądź roztworami ich związków kompleksowych*. Zwiększając stężenie jonów powłokotwórczych albo mieszając elektrolit można stosować większe gęstości prądu bez obawy tworzenia struktury grubokrystalicznej lub wydzielania wodoru. Wzrost stężenia elektrolitu powoduje również wzrost przewodnictwa kąpieli, a więc zmniejszenie spadku napięcia.

Temperatura. Wzrost temperatury ma dwojaki wpływ. Z jednej strony sprzyja dyfuzji, co zapobiega ? w pewnym stopniu powstawaniu struktury gruboziarnistej lub powłok gąbczastych przy dużych gęstościach prądu, z drugiej zaś strony zwiększa szybkość wzrostu kryształów, co sprzyja tworzeniu powłok gruboziarnistych.

Mieszanie kąpieli wpływa na obniżenie grubości warstwy dyfuzyjnej, a więc umożliwia podwyższenie gęstości prądu i w rezultacie wzrost szybkości osadzania metalu.

Substancje powierzchniowo czynne. Dodatek do elektrolitu bardzo małych ilości substancji powierzchniowo czynnych lub koloidalnych powoduje powstawanie powłok drobno--krystalicznych, bez ich udziału powłoka osadzana w tych samych warunkach miałaby budowę grubokrystaliczną.

Elektrolit. Rodzaj elektrolitu wywiera istotny wpływ na budowę powłoki - drobno lub grubokrystaliczną. Być może, zachodzi to wskutek możliwości powstawania substancji koloidalnych, które sprzyjają tworzeniu powłok drobnoziarnistych.

Jakość powłok galwanicznych jest ściśle związana z własnościami kąpieli galwanicznych: wgłębnością, zdolnością krycia i mikrowygładzania.

Procesy nakładania wybranych powłok galwanicznych

Technologia nakładania powłok galwanicznych obejmuje:

  • przygotowanie powierzchni podłoża,
  • elektrolityczne nakładanie powłoki,
  • obróbkę wykańczającą.

Powłoki galwaniczne wymagają bardzo starannego przygotowania powierzchni metalu podłoża do elektrolizy, tj.: oczyszczenia mechanicznego, odtłuszczenia, trawienia oraz dotrawiania, przeprowadzonego bezpośrednio przed nałożeniem powłoki w celu usunięcia warstwy tlenków. Pomiędzy kolejnymi operacjami przygotowania przedmiotu należy stosować płukanie, aby uniknąć przenoszenia składników poszczególnych kąpieli. Przedmioty do pokrywania galwanicznego powinny być całkowicie wykończone pod względem obróbki mechanicznej, posiadać odpowiednie wymiary i wymagany stopień gładkości powierzchni i krawędzi.

 

CHARAKTERYSTYKA SUBSTANCJI

Bezwodnik kwasu chromowego CrO3

Identyfikacja zagrożeń

Substancja utleniająca, żrąca, rakotwórcza, mutagenna, toksyczna i niebezpieczna dla środowiska. Może powodować raka oraz dziedziczne wady genetyczne. Działa toksycznie w kontakcie ze skórą i po połknięciu. Działa również bardzo toksycznie na drogi oddechowe. Powoduje poważne oparzenia. Może powodować uczulenie w następstwie narażenia drogą oddechową i w kontakcie ze skórą. Stwarza poważne zagrożenie dla zdrowia człowieka w

następstwie długotrwałego narażenia. Możliwe upośledzenie płodności. Grozi wybuchem po zmieszaniu z materiałem zapalnym.

Obchodzenie się z substancją

Zapewnić skuteczną wymianę powietrza (wentylacja). Postępować zgodnie z zasadami dobrej praktyki przemysłowej oraz ogólnymi zasadami bezpieczeństwa i higieny pracy z substancjami chemicznymi. Podczas stosowania nie jeść, nie pić, unikać kontaktu z substancją. Unikać działania na substancję: otwartego ognia i wysokiej temperatury, kontaktu z materiałami palnymi.

Magazynowanie

Przechowywać we właściwie oznakowanych, szczelnie zamkniętych opakowaniach, w chłodnym, suchym, dobrze wentylowanym pomieszczeniu magazynowym, wyposażonym w instalację elektryczną i wentylacyjną.

Kontrola narażenia i środki ochrony

Parametry kontroli

NDS: 0,1 mg/m3

NDSCh: 0,3mg/m3


Środki ochrony

Stosować odpowiednią wentylacje wywiewną, miejscową i ogólna zapewniającą utrzymanie stężenia produktu w powietrzu poniżej określonych limitów (minimum 10-krotna wymiana powietrza na godzinę). Zaleca się wyposażenie miejsca pracy w wodny natrysk do płukania oczu oraz prysznic. Należy natychmiast zmienić zanieczyszczone ubranie, wymyć ręce i twarz po pracy z ta substancją. Zaleca się stosować krem do skóry bariero ? ochronny. Środki ochrony indywidualnej :

  • dróg oddechowych - wymagane / półmaska filtrująca klasy P3
  • oczu - wymagane / gogle chroniące oczy przed parami/aerozolami/
  • rąk - wymagane / rękawice kwasoodporne/
  • Inne środki ochrony- odzież ochronna kwasoodporna.
Pierwsza pomoc

  • Po kontakcie z oczami: płukać oczy dużą ilością chłodnej wody, najlepiej bieżącej, około 15 minut (unikać silnego strumienia wody ze względu na ryzyko mechanicznego uszkodzenia rogówki). Wezwać lekarza.
  • Po kontakcie ze skórą: zdjąć odzież, myć skórę dużą ilością bieżącej letniej wody. Nie stosować mydła ani środków zobojętniających. Na oparzenia założyć jałowy opatrunek. Wezwać lekarza.
  • Po spożyciu: W razie połknięcia nie wywoływać wymiotów. Podać do wypicia białko jaj kurzych albo mleko. Poza tym nie podawać niczego doustnie. Założyć stałą drogę dożylną (pielęgniarka). Wezwać lekarza.
  • Po narażeniu drogą oddechową: wyprowadzić zatrutego z miejsca narażenia. Zapewnić spokój w dowolnej pozycji. Chronić przed utratą ciepła. W razie chrypki, "świszczącego" oddechu, można podać do wdychania Atrovent (1-2 rozpylenia). Podać tlen do oddychania, najlepiej przez maskę. Wezwać lekarza

Kwas siarkowy H2SO4

Substancja silnie żrąca. W stężeniach powyżej 15%, w kontakcie ze skórą, oczami lub przewodem pokarmowym wywołuje poważne oparzenia. Obchodzenie się z substancją

Podczas stosowania nie jeść, nie pić, unikać kontaktu z roztworami, unikać wdychania par, przestrzegać zasad higieny osobistej, stosować środki ochrony indywidualnej. Pracować w dobrze wentylowanych pomieszczeniach, unikać działania na substancję wysokiej temperatury, ostrego światła słonecznego i wody. Nie dopuszczać do zetknięcia się kwasu z zasadami i sproszkowanymi metalami. W razie potrzeby rozcieńczania wlewać kwas do wody.

Magazynowanie

Magazyn kwasów powinien posiadać wentylację mechaniczną. Łatwo zmywalna, nienasiąkliwa i kwasoodporna podłoga, pochylona w kierunku studzienek ściekowych lub nad tacami bezpieczeństwa. Ściany pomalowane emalią kwasoodporną, odrębna kanalizacja. Chronić przed działaniem ciepła oraz kontaktem z wodą i wilgocią.

Niezbędna wentylacja miejscowa, wywiewna z obudową w przypadku emisji aerozolu do środowiska oraz wentylacja ogólna pomieszczenia. Otwory zasysające wentylacji miejscowej przy płaszczyźnie roboczej lub poniżej. Wywiewniki wentylacji ogólnej w górnej części pomieszczenia oraz przy podłodze.

Kontrola narażenia i środki ochrony

Parametry kontroli

  • NDS: 1 mg/m3
  • NDSCh: 3 mg/m3

Środki ochrony indywidualnej

Należy właściwie dobrać odzież ochronną do miejsca pracy, zależnie od stężenia i ilości substancji. Stosowane środki ochronne powinny posiadać atest.

Środki ochrony :

dróg oddechowych - wymagane / maskę lub półmaskę z filtropochłaniaczem klasy B-P2/.

oczu - wymagane / gogle chroniące oczy przed parami/aerozolami/

rąk - wymagane / rękawice kwasoodporne/

Inne środki ochrony - odzież ochronna kwasoodporna.

Środki ochrony zbiorowej

Wentylacja mechaniczna - ogólna i miejscowa

W sytuacjach awaryjnych jeżeli występuje niedobór tlenu w powietrzu (stężenie poniżej 17% obj.) lub gdy stężenie kwasu siarkowego przekracza 1% obj. stosować autonomiczny lub stacjonarny sprzęt izolujący.

Pierwsza pomoc

Po narażeniu drogą oddechową: świeże powietrze. Wezwać lekarza.

Po zanieczyszczeniu skóry: zmyć dużą ilością wody. Przyłożyć glikol polietylenowy 400. Natychmiast zdjąć skażoną odzież.

Po zanieczyszczeniu oczu: płukać dużą ilością wody przez co najmniej 10 minut trzymając szeroko rozwarte powieki. Natychmiast wezwać lekarza/pogotowie

.

Po spożyciu: dać poszkodowanemu do picia dużą ilość wody (w razie konieczności kilka litrów), unikać wymiotów (ryzyko perforacji).

Natychmiast wezwać lekarza/pogotowie. Nie próbować zobojętniania.

Wymagania dla pomieszczeń galwanizerni

Wysokość galwanizerni powinna wynosić co najmniej 4,2 m.

Ściany i sufity w galwanizerniach i w ich pomieszczeniach pomocniczych, a w szczególności tych, w których stosuje się lub przechowuje kwasy, ługi i inne substancje chemiczne, powinny być gładkie, nienasiąkliwe, łatwo zmywalne i chemoodporne, a miejsca połączenia ścian z podłogą oraz ścian z sufitem - zaokrąglone.

Elementy budowlane oraz metalowe i drewniane w pomieszczeniach powinny być zabezpieczone substancjami chemoodpornymi lub w inny sposób przed niszczącym działaniem kwasów, ługów i innych substancji chemicznych.

Przechowywanie substancji chemicznych

Substancje chemiczne stosowane w procesie galwanotechnicznym powinny być przechowywane w magazynie wyposażonym w:

  1. wentylację mechaniczną zapewniającą, co najmniej 10-krotną wymianę powietrza w ciągu godziny,
  2. instalację wodną z zaworami czerpalnymi i wężami do spłukiwania podłogi, oraz w urządzenia do neutralizowania i separatory ścieków,
  3. drzwi z dwoma niezależnymi zamkami otwierane na zewnątrz magazynu,
  4. informację zakazującą wstępu osobom nieupoważnionym.

Kwasy, ługi i inne substancje chemiczne mogą być przechowywane w jednym pomieszczeniu magazynowym, jeżeli:

  1. poszczególne substancje, w zależności od składu chemicznego i przeznaczenia, zostaną odpowiednio oddzielone od siebie,
  2. pomieszczenie to zostanie wyposażone w instalację odprowadzającą ścieki (instalacja powinna być wyposażona w separatory ).

Stężone kwasy lub ługi należy przechowywać w zamkniętych pojemnikach, napełnionych nie więcej niż do 90% ich pojemności. Naczynia szklane o pojemności powyżej 5 litrów, w których przechowuje się trujące, żrące lub parzące substancje chemiczne, należy zabezpieczyć odpowiednio wytrzymałymi opakowaniami ochronnymi z uchwytami.

Opracowane na podstawie wykładu dr inż. Iwona Romanowska - Słomka
TECHNICZNE BEZPIECZEŃSTWO PRACY
Chromowanie - otrzymywanie powłok technicznych
WYŻSZA SZKOŁA ZARZĄDZANIA OCHRONĄ PRACY W KATOWICACH
Halina W. Małgorzata W. Klaudia K. Andrzej K. Jan W.