Введение к работе
Актуальность работы.
С развитием современной металлообрабатывающей промышленности постоянно расширяется область применения электролитических покрытий. Одновременно повышаются требования, предъявляемые к технологии электроосаждения металлов и физико-химическим свойствам получаемых осадков.
Электролитическое хромирование, ввиду ценных свойств осаждаемых покрытий, является одним из наиболее распространенных гальванических процессов, однако обладающим серьезными недостатками, в частности, низкими энергетическими показателями (в стандартном электролите.хромирования выход качественного металлического осадка по \ току не превышает 13%). Кроме того, проведение данного технологического процесса наносит значительный экологический вред.
Применение электролитов на основе трехвалентных соединений хрома в какой-то мере снимает ряд проблем, но при этом значительно усложняется технологический процесс, без возможности получения защитных покрытий повышенной толщины.
На основании анализа закономерностей, связывающих условия электроосаждения и свойства получаемых покрытий хрома из известных электролитов, автор считает, что указанные недостатки в значительной степени возможно ликвидировать при:
- использовании в качестве добавок органических веществ, спо
собных инициировать электрохимическое восстановление хромат-ионов,
положительно влияющих на активный ил в системах очистки гальвано
стоков или образующих на поверхности электролита лену
(пенообразователи), что повышав! безопасность процесса хромирова-
.. ния; --:
-разработке электролитов для осаждения покрытий сплавом на основе хрома, с более высокими, чем у хромовых, физико-механическими свойствами.
Цель работы: разработка высокопроизводительных электролитов для получения сплава Cr-Zn на основе хромовой кислоты с органическими добавками с возможностью регулирования свойств получаемых покрытий.
Указанная цель определила постановку следующих задач:
- изучение физических свойств (плотность, вязкость, поверхност
ное натяжение, удельная электропроводность) электролитов с добавками
с целью выявления их корреляции с технологическими показателями ре-
альных электролитов для получения покрытий хромом и сплавом хром-цинк;
изучение влияния содержания солей цинка на физические свойства растворов электролитов сплззсобразования Cr-Zn на основе хромовой кислоты;
создание модели прогнозирования характеристик процесса электролиза и свойств получаемых покрытий;
изучение влияния концентрации ионов цинка (II), органической добавки, температуры электролита, плотности тока на выход сплава по току, физико-механические свойства покрытий;
-построение оптимизационной математической модели на основании полученных данных;
изучение влияния разработанного технологического процесса на окружающую среду;
изучение возможности применения построенной математической модели на основе прогнозирования с целью рекомендации этой методики для создания электролитов сплавоосаждения хрома с другими металлами.
Научная новизна.
-
Впервые разработаны электролиты осаждения электролитического сплава Cr-Zn, Cr-AJ, Cr-Mg на основе растворов хромовой кислоты в присутствии органической добавки.
-
Изучены физико-химические свойства электролитов хромирования и осаждения сплава на основе хрома (плотность, вязкость, поверхностное натяжение и удельная электропроводность).
-
Предложена полукачественная модель прогнозирования технологических показателей процесса электроосаждения (выход по току) и свойств получаемых покрытий.
-
Впервые изучено влияние различных факторов на процесс совместного восстановления ионов Zn(ll) и Cr(VI) в присутствии добавок органического вещества - 4-метиламинофенола.
-
Впервые изучено влияние состава и режимов электролиза на состав сплава и его выход по току.
-
Изучено влияние состава и режимов электролиза на физико-механические и коррозионные свойства получаемых сплавов Cr-Zn.
-
Проведена оптимизация состава электролита и режимов электролиза для осаждения сплава Cr-Zn, в результате которой выявлена возможность управления выходом сплава по току, микротвердости, изно-со- и коррозионной стойкости осадка.
-
Изучено влияние известных и предлагаемых электролитов на экологию окружающей среды.
9. Разработана методика комплексной оценки влияния процесса хромирования на экологическую безопасность. Прикладное значение.
Разработаны и рекомендованы з производство высокопроизводительные электролиты хромирования.
Разработан и рекомендован в производство высокоэффективный технологический процесс получения хром-цинковых покрытий из электролита с органической добавкой, обладающих повышенной коррозионной стойкостью.
- Предложена методика оценки экологичности гальванических
процессов, основанная на расчете критерия экологичности. Сравнитель
ная оценка известных и разработанных электролитов выявила преиму
щества последних.
На защиту выносятся:
-
Закономерности влияния состава электролита, режима электролиза на технологические показатели процесса электроосаждения хром-цинковых сплавов из электролитов на основе растворов хромовой кислоты и характеристики получаемых покрытий.
-
Определение физических характеристик растворов электролитов как метода прогнозирования технологических показателей процесса электроосаждения хрома и сплавов на его основе.
-
Сравнительная методика, позволяющая определить влияние гальванических производств на окружающую среду, рассмотренная на примере процессов хромирования и сплавоосаждения на основе хрома.
Апробация работы.
Результаты исследований докладывались:
на ill научно-технической конференции стран СНГ "Процессы и сборудоззние экологических производств" (г.Волгоград, 1995);
на Международной научно-практической конференции "Экология и регион" (г.Ростов-на-Дону, 1995);
на Всероссийской конференции по электрохимии (г.Москва, 1998);
на научно-практической конференции "Комплексные проблемы строительной экологии и охрана окружающей природной среды" (Турция, г.Кемер, 1996);
на Международном Симпозиуме "Экология и безопасность жизнедеятельности" (г.Волгоград, 1996);
на межвузовской конференции "Химия и технология элементоор-ганических и полимерных материалов" (г.Волгоград, 1996);
на региональной конференции "Устойчивое развитие Воягоірад-ской области" (г.Волгоград, 1996);
-на международной научно-практической конференции "Современные аспекты инженерно-строительной экологии и охраны окружающей среды" (Израиль, г.Тель-Авив, 1997);
- на II! Международной конференции из серии "Нелинейный мир" "Экология. Экологическое образование. Нелинейное мышление" (г.Воронеж, 1997);
-на ежегодных областных конференциях молодых ученых (г.Волгоград, 1994-97);
-на ежегодных научно-технических конференциях преподавателей ВолгГАСА (г.Волгоград, 1995-97).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы освещено в 14 публикациях. Получено шесть положительных решений на выдачу патентов РФ на изобретения.
Объем и структура. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, 47 рисунков, состоит из введения, литературного обзора, методики экспериментов, трех экспериментальных глав, выводов и списка литературы, включающего 162 наименования.
