Введение к работе
Актуальность темы. По объему производства алюминий занимает среди металлов второе место после стали. Алюминий и его сплавы используют в строительстве жилых и общественных зданий, сельскохозяйственных объектов, в судостроении, для оборудования силовых подстанций, для изготовления кабельных, токопроводящих изделий в электротехнике, корпусов и охладителей диодов, специальной химической аппаратуры, товаров народного потребления. Алюминий находит широкое применение в авиационной и автомобильной промышленности.
Одним из распространенных направлений электрохимической обработки алюминия является получение цветных анодных покрытий, представляющих собой оксид алюминия с внедренными компонентами различной химической природы. Окрашенные покрытия обладают повышенной коррозионной стойкостью, механической прочностью и придают декоративный внешний вид. Перспективность использования в таких процессах различных нестационарных режимов вызвана широкими возможностями для управления структурой, свойствами и качеством покрытий, а также возможностью интенсификации процессов окрашивания.
В настоящее время для адсорбционного окрашивания анодной оксидной пленки (АОП) на сплавах алюминия в качестве красящих агентов используют органические красители. Для электрохимического окрашивания известны электролиты на основе сульфатов различных металлов. Особенностью настоящей работы является использование в качестве красящих компонентов отходов гальванических производств - гальваношламов (ГШ) после реагентной очистки сточных вод. В состав ГШ входят соединения различных металлов: Cu, Ni, Zn, Cr, Fe, Co и др., такие же металлы в виде сульфатов входят в состав электролитов электрохимического окрашивания анодированного алюминия. Поэтому при окрашивании АОП применение ГШ для приготовления растворов окрашивания является перспективным и актуальным с точки зрения решения экологических и экономических проблем.
Цель работы.
Изучение механизма и кинетических закономерностей процесса электрохимического окрашивания алюминия и его сплавов в сернокислых электролитах на основе ГШ для разработки технологии получения цветных покрытий широкого спектра цветовой гаммы с применением нестационарных режимов электролиза.
Задачи исследования:
Установить влияние концентрации серной кислоты и навески ГШ на степень извлечения катионов металла, являющихся красящими агентами, в процессе приготовления электролита окрашивания.
Исследовать влияние параметров импульсного электролиза на кинетику электрохимического окрашивания предварительно сформированных АОП в растворах сульфатов металлов и в электролитах на основе ГШ.
Исследовать влияние параметров реверсивного электролиза на кинетику совмещенного оксидирования и окрашивания алюминия и его сплавов в растворах сульфатов металлов и в электролитах на основе ГШ.
Изучить свойства получаемых покрытий. Оптимизировать условия для получения покрытий черного цвета. Получить новые сведения о природе носителя окраски.
На основании проведенных исследований разработать технологию для формирования окрашенного анодного покрытия в растворах ГШ требуемого цвета. Дать предложения по внедрению разрабатываемого способа.
Научная новизна:
Впервые проведены систематические исследования электрохимического окрашивания АОП на сплавах алюминия в электролитах на основе ГШ с использованием нестационарных режимов электролиза в широком интервале плотностей тока, напряжения, концентрации компонентов, длительности импульса и паузы, температуры, что позволило дать практические рекомендации для получения заданной цветовой гаммы на алюминии и его сплавах.
Впервые с помощью метода планирования эксперимента проведено математическое моделирование для процесса электрохимического окрашивания сплавов алюминия в растворах на основе ГШ. Полученные уравнения позволяют оптимизировать условия для получения требуемой цветовой гаммы на алюминии и его сплавах.
Научно обоснована возможность использования совмещенного анодирования и окрашивания сплавов алюминия с применением реверсивного электролиза в сернокислых электролитах, содержащих ГШ.
Практическая значимость результатов работы. Проведено систематическое исследование ГШ и электролитов на его основе. Установлено влияние концентрации серной кислоты на растворяющую способность по отношению к сухому ГШ. Предложен способ, обеспечивающий высокую степень извлечения катионов металлов из ГШ в процессе приготовления электролита на их основе. Подобраны нестационарные режимы для электрохимического окрашивания предварительно полученной АОП на алюминии и сплавах его основе, а также изделий из алюминия без предварительного оксидирования при совмещенном анодировании и окрашивании в электролитах, содержащих ГШ. Получены покрытия различной цветовой гаммы с высокой коррозионной стойкостью и светостойкостью. Даны рекомендации по внедрению технологии на ОАО ЭПО «Сигнал», г. Энгельс.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на Международных и Всероссийских конференциях: в Иваново (2008 г.), Москве (2009 г.), Новочеркасске (2008 г.), Санкт – Петербурге, Саратове, Воронеже, Кирове, Ульяновске. По результатам работы получено финансирование по программе «У.М.Н.И.К.».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 2 статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методического и экспериментальных разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Изложена на 160 страницах и включает 75 рисунков, 28 таблиц, список использованной литературы состоит из 145 наименований.
