Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка процесса нанесения цинковых покрытий с повышенными коррозионными свойствами

Диссертация: Разработка процесса нанесения цинковых покрытий с повышенными коррозионными свойствами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В литературе имеются сведения о гальванотермическом способе получения покрытий сплавом цинк-олово на стальной ленте, основанном на послойном электрохимическом осаждении цинка и олова с последующей термообработкой. В этом случае, под воздействием температуры происходит полная взаимная диффузия послойно осажденных олова и цинка, а образующийся сплав % имеет одинаковый химический состав по всей… Читать ещё >

Разработка процесса нанесения цинковых покрытий с повышенными коррозионными свойствами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Литературный обзор
    • 1. 1. Коррозионная стойкость цинковых покрытий и пути ее увеличе
      • 1. 1. 1. Электролиты и режимы осаждения цинковых покрытий
      • 1. 1. 2. Хроматная обработка цинковых покрытий
      • 1. 1. 3. Легирование цинка более электроположительными метал
      • 1. 1. 4. Электроосаждение покрытий сплавом цинк-олово
      • 1. 1. 5. Фазовое строение сплава цинк-олово
    • 1. 2. Особенности гальванотермического нанесения покрытий 18 1.2.1. Способы получения поверхностных сплавов 1.2.2. Основные закономерности диффузии в твердой фазе
      • 1. 2. 3. Методы исследования диффузии в твердой фазе
    • 1. 3. Общие закономерности процессов нанесения иммерсионных покрытий
      • 1. 3. 1. Практическое применение иммерсионного метода нанесе ния покрытий
  • Глава 2. Методики экспериментов
    • 2. 1. Приготовление электролитов j 2.2. Предварительная подготовка образцов
    • 2. 3. Анализ электролитов и сплавов
    • 2. 4. Поляризационные измерения
    • 2. 5. Проведение коррозионных испытаний
    • 2. 6. Электронномикроскопические исследования осадков сплавов
    • 2. 7. Исследование распределения компонентов сплава по толщине ^ осадка
    • 2. 8. Расчет распределения олова по толщине покрытия
  • Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение
    • 3. 1. Исследование процесса взаимной диффузии цинка и олова i 3.2. Исследование процесса иммерсионного восстановления на поверхности цинковых покрытий
    • 3. 3. Исследование коррозионных свойств гальванотермического сплава цинк-олово
    • 3. 4. Исследование влияния технологических параметров на процесс формирования поверхностных гальванотермических сплавов цинк-олово
  • Выводы

Для защиты стальных металлоконструкций от коррозии широко применяются гальванические цинковые покрытия. Однако, в ряде случаев коррозионная стойкость цинка недостаточно высока. Например, в промышленной атмосфере и морской воде происходит быстрое разрушение цинковых покрытий, что, в конечном итоге, приводит к быстрой потере их защитного действия по отношению к стали.

Наиболее перспективным методом повышения коррозионной стойкости цинка является его легирование более электроположительными металлами. По мнению ряда исследователей, наилучшими коррозионными характеристиками обладают покрытия сплавом цинк-олово, содержащим 60−80% олова. Такие сплавы сохраняют анодный характер защиты по отношению стали даже при высоком содержании электроположительного компонента, а по коррозионной стойкости значительно превосходят цинковые покрытия. Следует подчеркнуть, что высокие коррозионные свойства покрытий обеспечиваются, как правило, при определенном соотношении металлов в сплаве.

Широкому применению в промышленности электрохимических технологий нанесения сплава цинк-олово препятствует ряд существенных недостатков. Так, практически для всех электролитов характерна сильная зависимость состава сплава от условий осаждения, нестабильность ионного состава электролита в процессе хранения и эксплуатации. Частичная или полная пассивация растворимых анодов из металлического олова или сплава цинк-олово в процессе электролиза также приводит к быстрому накоплению ионов Sn (IV) в растворе и влияет на химический состав и качество осаждаемых покрытий.

В литературе имеются сведения о гальванотермическом способе получения покрытий сплавом цинк-олово на стальной ленте, основанном на послойном электрохимическом осаждении цинка и олова с последующей термообработкой. В этом случае, под воздействием температуры происходит полная взаимная диффузия послойно осажденных олова и цинка, а образующийся сплав % имеет одинаковый химический состав по всей глубине покрытия. Однако, при обработке сложнопрофилированных деталей такой способ не может обеспечить образования сплава с заданным химическим составом на всей поверхности. Это связано с тем, что электролиты цинкования и оловянирования не обладают идеальной рассеивающей способностью по металлу и толщина каждого слоя, а, следовательно, и состав покрытия на различных участках не будет соответствовать оптимальному.

Существенного улучшения физико-химических свойств металлов, в том числе и коррозионной стойкости, можно добиться путем поверхностного легирования, то есть образованием сплава заданного химического состава в очень тонком поверхностном слое металла изделия.

В этом случае, на поверхность цинковых покрытий с толщиной, рекомен-^ дованной в гальванотехнике для защиты стали от коррозии, наносится тонкий (1−2 мкм) слой олова. Поскольку для нанесения олова можно использовать иммерсионный (бестоковый) способ, толщина этого покрытия будет практически одинакова на всей поверхности, в т. ч. и деталей сложного профиля. При соблюдении определенных режимов термообработки, в поверхностном слое покрытия образуется сплав одинаковый по глубине и химическому составу.

В связи с этим разработка процессов повышения коррозионной стойкости цинковых покрытий путем их поверхностного легирования представляет собой весьма актуальную задачу.

ВЫВОДЫ.

Впервые изучен процесс формирования поверхностного сплава цинк-олово гальванотермическим способом. Показано, что иммерсионный способ осаждения олова толщиной до 2 мкм на гальванические цинковые покрытия с последующей термообработкой приводит к образованию на поверхности тонкого (до 0,8 мкм) слоя сплава цинк-олово, содержащего 80−60% олова. Установлено, что механизм образования поверхностного сплава цинк-олово на цинковых покрытиях подчиняется II закону Фика — «диффузия с непостоянным источником». Показана высокая степень совпадения расчетных данных по химическому составу сплава с результатами Оже-спектрального анализа.

Поляризационными измерениями и коррозионными испытаниями методом погружения в 5%-ный раствор NaCl показано, что коррозионная стойкость покрытий с поверхностным сплавом цинк-олово в несколько раз превышает соответствующий показатель для цинковых покрытий.

Установлено, что образование поверхностного сплава цинк-олово приводит к значительному (в 2−3 раза) увеличению времени защиты стали от коррозии по сравнению с цинковыми покрытиями. Показано, что наилучшими коррозионными свойствами обладают покрытия с поверхностным сплавом толщиной около 0,8 мкм и содержащие 80−60% олова.

Изучен процесс иммерсионного восстановления олова из сернокислых, пи-рофосфатных и малонатных растворов на поверхности гальванического цинкового покрытия. Показано, что наиболее качественные оловянные покрытия с высокой скоростью осаждения формируются из сернокислых растворов. Определены концентрации компонентов и рН раствора, температура и время обработки, обеспечивающие нанесение иммерсионного покрытия толщиной 2 мкм.

Установлено, что процесс иммерсионного восстановления олова из сернокислых растворов прекращается после достижения величины бестокового потенциала электрода, соответствующего стационарному потенциалу олова в этом растворе. Установлено, что максимальная толщина осажденного оловянного слоя в изученных растворах не превышает 2 мкм. Исследовано влияние параметров термообработки на толщину и химический состав формирующихся покрытий. Определены время (150±5 мин) и температура (190±-5°С) термообработки цинк-оловянных покрытий, обеспечивающие формирование поверхностного сплава Zn-Sn толщиной до 0,8 мкм, содержащего от 80 до 60% олова.

Изучена возможность длительной эксплуатации и корректировки сернокислого раствора оловянирования. Показано, что в процессе эксплуатации происходит накопление ионов цинка. Установлено, что разработанный раствор оловянирования обеспечивает обработку 1−1,2 м в 1 литре раствора.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.Дж. Слэндер, У. К. Бойд Коррозионная стойкость цинка.// Справочник, -М., Металлургия, 1976 г., -200 с.
  2. Патент РФ № 2 050 729 «Электролит блестящего цинкования». Приоритет 27.12.94. Зарегистрирован 20.12.95
  3. Патент РФ № 2 063 482 «Щелочной электролит цинкования». Приоритет 27.12.94. Зарегистрирован 10.06.96
  4. В.И., Смирнов К. Н., Серов А. Н., Ваграмян Т. А. Современные технологии нанесения гальванических покрытий// Тез. докл. Международ. Конф., поев. 200 лет. со дня рождения Якоби Б. С., -Москва, 2001, с. 121−122
  5. Н.Т. Электролитические покрытия металлами// М., Химия, 1979 г., -352 е., ил.
  6. Комбинированная система для оптимальной противокоррозионной защиты. Duplex-system fur den optimalen Korrosionsschutz// Hoffman Walter. Metall-handwerk+Tecchn. -1988, -90, № 7, c.671−673
  7. Ю.Федотьев Н. П., Бибиков Н. Н., Вячеславов П. М. и др. Электролитические сплавы// М., Машгиз, -1962, 157 с.
  8. Aotani К. Studies on the electrodeposited alloys. On the structure electrodeposited alloys (3rd report)//J. Electrochem. Soc. Jap., 20, -1952, p.611−614
  9. Kimitaka Nishio, Hirotada Kato, Hidetoshi Shindo, Akira Tachikawa Corrosion-resistant paints and corrosion-resistant painted steel materials// Патент JP 2 000 080 309, A2 21, Mar 2000 (Japan)
  10. Прикладная электрохимия// Под ред. Кудрявцева Н. Т., -2-е изд., перераб. и доп., -М., 1975 г.,-552 с.
  11. Пат.548 184 Великобритания, МКИ С 25Д 3156 Electroplated corrosion proof and method of making the same.
  12. Verberne W.M.J.C. Zn-Co alloy electrodeposition// Trans. Inst. Metal Finish. -1986, -64, № 11, -p.47−53
  13. Shers A.P. Zinc-cobalt deposits from an acid chloride electrolyte// Trans. Inst. Metal Finish. -1989, -67, № 3, -p.67−69
  14. C.H., Мальцева Г. Н., Рамбергенов A.K.Mahieu Свойства и применение сплава цинк-кобальт// Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике, Тез. докл., Пенза, -1994, -с.22−23
  15. Пат.8 516 224 Великобритания, МКИ С 25Д 3/56 Zinc-cobalt alloy plating.
  16. Grunwald Ernest, Horatin Trif, Harsanyi Mihay, Harsanyi Julia, Juhos Csaba, Varhelyi Csaba Die galvanische Abscheidung von glanzengen Zink-Kobalt-Legierungsschichten aus schwchsauren Electrolyten// Galvanotechnik, -1987, -78, № 6, -c.1610−1614
  17. Short N.R., Abibsi A., Dennis J.K. Corrosion resistance of electroplated zinc alloy coating// Trans. Inst. Metal Finish. -1989, -67,№ 3, p.73−77
  18. Mahieu J., De Wit K., De Boeck A., De Cooman B.C. The properties of electro-deposited Zn-Co coatings// J.Matter. 8(5), -1999, ASM International, -p.561−570
  19. Hyun-Tae Kim, Young-Sool Jin// Patent CA Section, Repub. of Korea, KR 128 121 B1 16 Apr 1998
  20. Lee H.H., Hiam D.// Corrosion resistance of galvanized steel// Corrosion (USA), 1999, 45, № 10
  21. Коррозионностойкие покрытия сплавом Zn-Fe//Galvanotechnik, 1993, -84, № 4
  22. Paul Alexander Osman, Jian Yu, Samuel James Harris, Haibo Yan, Laurence Charles Archibald Electroplating of steel surface with Zn-Co as a primer substrate suitable for painting// Patent GB 1998−16 402 29 Jul 1998
  23. Younan M.M. Surface microstructure and corrosion resistance of electrodeposited ternary Zn-Ni-Co alloy// J. Appl. Electrochem., -30(1), -2000, -p.55−60
  24. Durairajan A., Krishniger A., Haran B.S., White R.E., Popov B.N. Characterization of hydrogen permeation through a corrosion resistant zinc-nickel-phosphorus alloy// Corrosion (Houston), -56, -2000, -p.283−288
  25. Zhao Zhang, Jianqing Zhang, Chunan Cao, Yude Shu, Ruinen Tang Factors affecting P and Fe contents in Zn-Fe-P alloy electrodepositing// Diandu Yu Huan-bao, -20(3), -2000, -p.71−72
  26. Carey Jay F. II, Zamanzadeh Mehroz Sheet coated with tin-zinc alloy for gray color in roofing service// Patent USA US5489490 A 6 Feb 1996
  27. Carey Jay F. II, Zamanzadeh Mehroz Corrosion-resistant tin-zinc alloys for low-reflective coatings of metal or alloy sheets// Patent USA US 5 491 036 A 13 Feb 1996
  28. Ashiru O.A., Shirokoff J. Electrodeposition and characterization of tin-zinc alloys coatings//Appl. Surf. Sci., -103(2), -1996, -p.159−169
  29. Shirokoff J., Ashiru O.A., A structure-corrosion study of tin-zinc alloys platedthfrom proprietary cyanide-free plating bath// 6 Middle East Corros. Conf., vol.2, -1994, -p.465−473
  30. Brenner A. Electrodeposition of alloys: Principles and Practice. Academic Press, -New York, London.-1963,-vol.2
  31. Nelson Mary J., Croshart Earl C. Cadmium plating replacements// NASA Conf. Publ., -1995, -p.277−284
  32. Raichevsky G., Ivanova V., Vitkova St., Nikolova M. Composition of passive chromate films on a Zn-Sn alloy// Surf. Coat. Techol., -82(3), -1996, -p.239−246
  33. H.J., Runge Е. Защитные свойства гальванических покрытий Zn-Sn// Galvanotechnik, -73, № 11, -1983, -р.1217−1221
  34. Дохи Ноболса, Обата Кейго Электроосаждение сплавов цинк-олово из глю-конатных электролитов. Исследование покрытий сплавом цинк-олово/ЛГ. Metal Finishing Soc. Jap., -24, № 12, -1973, -p.674−680
  35. Дохи Ноболса, Обата Кейго Исследования по электроосаждению сплава олово-цинк, получаемых электроосаждением из глюконатных электролитов// J. Metal Finishing Soc. Jap., -25, № 1, -1974, -p. 14−20
  36. Raub J., Pfeiffer Vetter Galvaniche zink-zinn Legirungen// Galvanotechnik, -70, № 1,-1979, p.716
  37. С., Холмстед Т., Бауэр Р., Ньюмэн Д. Поиск альтернативы процессу электролитического кадмирования// Гальванотехника и обработка поверхности, -т.2, № 3, -1993, с. 14−18
  38. J. Steele Improvements in coating and impregnating metals and metallic articles.// British Patent 13, 216, -1850
  39. Gorguan J. Improvements in coating or plating the faces of printing type and stereotype plates.//British Patent 1385,-1860
  40. Kremann R. Die elektrolytiche Darstellung von Legirungen aus wasserigen Losungen// Vieweg Braunschweig, -1914, -p.68
  41. A.M. Справочник по электрохимии. —Л., Химия, -1981, c.486
  42. Angles R.M. The electrodeposition of tin-zinc alloys// J. Electrodepositors Tech. Soc., 21,-1946, -p.45−64
  43. Cuthbertson J.W., Angles R.M. The electrodeposition and properties of tin-zinc alloys// J. Electrodepositors Tech. Soc., 94, -1948, -p.73−98
  44. Г. Г., Биркган Л. Н., Лабутин В. П. Справочник гальванотехника. -М., Металлургиздат, -1954, 650 с.
  45. B.C., Федоренко Г. А., Кудра O.K. Электроосаждение оловянно-цинкового сплава из пирофосфатного, триполифосфатного электролита.//
  46. Изв. высш. учебных заведений. Химия и хим. технология, 12, № 7, -1969, с.928−932
  47. O.K., Галинкер B.C., Федоренко Г.А. Авторское свидетельство СССР № 244 060, 1967
  48. Angles R.M. Electroplating and Metal Finishing, 7, 12, -1954, -p.450
  49. Davies A.E., Angles R.M. Transactions of the Institute of Metal Finishing, 33, 1955−1956,-p.277
  50. В.И. Электролитическое осаждение сплавов. -М., Машиздат, -1961, с. 173
  51. Rama Char Electroplating and Metal Finishing, 10, 12, -1957, -p.391
  52. Ф.К., Якименко Г. Я. Электролит для электроосаждения сплава цинк-олово. Авторское свидетельство СССР № 169 370, 1964
  53. Э.Д., Кравцова Р. И., Комаров Н. В. Способ электролитического осаждения сплава цинк-олово. Авторское свидетельство СССР № 344 027
  54. Л.И., Патрусевич Е. П. Способ электролитического осаждения сплава цинк-олово. Авторское свидетельство СССР № 308 099
  55. А.И., Давыдова A.M. Электролит для электроосаждения сплава цинк-олово. Авторское свидетельство СССР № 443 111
  56. Galvanotechnik, 9th ed., vol.1, p.783, Akad. Verlagsges., Leipzig, 1949
  57. Такахаси Акио, Ихара Ясуо, Игарадзи Сюдзи, Игараси Тосио. Блескообра-зующие добавки. Японская заявка № 52−130 436, 1977
  58. Э.Д., Кравцова Р. И. Изучение электроосаждения сплава цинк-олово из пирофосфатного электролита. Уч. зан. Калининского гос. пед. ин-та, -1969, 60, № 249, с. 100
  59. И.М., Лингейн Д. Д. Полярография, -М.-Л., Госхимиздат, 1948, с.508
  60. .В. Курс общей химии. Изд. 8-ое, -М., Госхимиздат, 1948, с.1004
  61. Lewsey B.C. Some observation on the electrodeposition of tin-zinc alloy// Electroplating, 6, № 11, -1953, -p.411−415
  62. Т.А., Осама Б. Оде Замена и снижение расходов дефицитных материалов в гальванотехнике// М., Моск. дом научно-технической пропаганды, -1983, с.116−119
  63. А.Ф., Георге У. Электролитическое покрытие сплавами методы анализа. Изд. металлургии, -М., -1980
  64. .А. Электроосаждение металлов из пирофосфатных электролитов. — Рига, «Зинатне», -1975, 196 с.
  65. В., Рейнор Г. В. Структура металлов и сплавов. -М., Металлургиздат, -1959
  66. Р.П. Структуры двойных сплавов. Т.2, -М., Металлургия, 1970
  67. Bertorelle Е., Fogliani F. Studies on the electrodeposition of the alloys zinc-tin. Chim. e ind. (Milan), 34, p.639−645
  68. Д., Нонов И., Гаджов И., Куюмджиева Ю. Свойства и коррозионное поведение гальванических покрытий олово-цинк. 3 Нац. Научно-техн. Конф. Междун. Участие: Коррозия и защита от коррозии, Варна, 1982
  69. Патент Великобритании № 1 211 494, -1978
  70. Патент Японии № 33−711, -1976
  71. Патент Великобритании № 2 086 426, -1982
  72. Патент Японии № 16−863, -1974
  73. Патент США № 3 857 681, -1974
  74. Патент Великобритании № 1 349 696, -1974
  75. Патент США № 2 002 261, МКИ С 25Д 7/06
  76. Патент Франции № 1 174 055, МКИ С 25Д 5/10
  77. Е.Н. Разработка процесса электрохимического нанесения барьерного покрытия сплавами цинк-никель и цинк-кобальт//Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, -Москва, -РХТУ им. Д. И. Менделеева, -1997
  78. Т.А., Буркат Г. К., Зайцева Н. А. Влияние добавок никеля и кобальта на гальваностойкий слой медной электролитической фольги// Гальванотехника и обработка поверхности, т.2, № 2, -1993, с.55−58
  79. Цуда Сэйдзо, Тарумидзу Эйити, Кавасаки Хиронобу, Ватанабэ Такаси Способ получения на стали двухслойных гальванических покрытий// Японская заявка № 53−65 230,1976
  80. Асано Хидэдзиро, Кавасаки Хиронобу, Хаяси Томохико Нанесение сплавов цинка на поверхность стального листа// Японская заявка № 56−366, 1982
  81. Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. -М., Янус-К, -1997, -384 е., ил.
  82. В.А., Зосимович Д. П. Докл. АН СССР, 1938, т.20, с. 31 92.3осимович Д. П. Укр. Хим. журнал, 1976, т.43, с. 1039
  83. .Г., Исаев Н. Н., Бодягина М. М. О механизме электрохимического сплавообразования// Электрохимия, т.22, № 3, -1986, с.427−429
  84. М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Химия, 1962, т.2, с.1183
  85. .Г., Устиненкова Л. Е., Тихонов К. И. Образование поверхностных сплавов в процессе контактного обмена// Электрохимия, т. ЗЗ, № 5, 1997, с.556
  86. П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1979, 296 е., ил.
  87. В.Н. Физическая химия твердого тела. М.: Химия, 1982. 320 с.
  88. К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М.: Металлургия. 1985. 480 с.
  89. С.Д., Дехтяр И. Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. -М., ГИФХЛ, 1960
  90. .С. и др. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. -М., Металлургия, -1974
  91. А.Г. Кинетика гетерогенных процессов./ МХТИ им. Д. И. Менделеева. М., -1974. 56 с.
  92. А.Я. Диффузионные процессы в сплавах. -М., Наука, -1975
  93. Т.Н., Бобровская В. П., Рева О. В. Процессы диффузии и фазовых превращений в электрохимически осажденных сплавах// Гальванотехника и обработка поверхности, т.5, № 3, -1997, -с.26−35
  94. Т.Н., Бобровская В. П. Тез. докл. IX Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и методам исследования твердых тел. -май 22−24, -1995, Черноголовка.
  95. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. -М., Наука, -1975
  96. Л.И., Донченко М. И. Контактный обмен (цементация) металлов// Коррозия и защита от коррозии: Сб. т.2, Итоги науки/ ВИНИТИ АН СССР, -М., -1973, -с.113−170
  97. Л.И., Донченко М. И. О контактном выделении металлов// Журнал прикладной химии, -1972, т.45, № 2, -с.291−294
  98. М.И. Проблема контактного обмена металлов в гальванотехнике// Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук, КПИ, Киев, 1997
  99. Richard Edgar New application & production usages of immersion white tin in the fabrication of printed wiring boards// Proceedings Annual International Technical Conference AESF Sur/Fin'98, 22−25 Jun 1998, -p.29−39
  100. П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. — 2-е изд., перераб. и доп., -М., Машиностроение, -1991, 384 е.: ил.
  101. Гальванотехника: Справ, изд. Ажогин Ф. Ф., Беленький М. А., Галль И. Е и др., -М., Металлургия, -1987, 736 с.
  102. Г. В., Кедров В. В., Струкова Г. К., Классен Н. В. Новый бестоковый метод нанесения тонкослойных покрытий из благородных металлов на металлические подложки// Гальванотехника и обработка поверхности, т.7, № 3, 1999, -с.24−32
  103. В., Швенк В. Катодная защита от коррозии. Справочник. —М., Металлургия, 1984, 495 с.
  104. М.И., Герасименко А. А. Защита машин от коррозии в условиях эксплуатации. -М., Машиностроение, 1980, 224 с.
  105. Рид С. Электроннозондовый микроанализ. -М., 1979, -с. 11−35.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!