Кадмирование

Кадмий намного пластичнее цинка, выдерживает большие линейные деформации, имеет прочное сцепление с основным металлом, высокую устойчивость к агрессивным химическим соединениям. Технология получения покрытий регламентируется положениями ГОСТ 9. 305-84. Кадмирование металла не рекомендуется проводить для деталей, работающих в прямом контакте с синтетическими топливными маслами, оно может использоваться для защиты поверхностей от негативного влияния солевых брызг и морской воды, в условиях постоянной повышенной влажности воздуха.

Процесс кадмирования – сложные электрохимические реакции, происходящие в специальных ваннах, толщина покрытия выбирается в зависимости от условий эксплуатации деталей.

Во время коррозии кадмия образуются ядовитые химические соединения, в связи с этим категорически запрещено использовать кадмий для защиты поверхностей деталей, имеющих контакт с пищевыми продуктами. Отливка анодов из кадмия должна выполняться при эффективной вентиляции и не допускать нагрева металла более +400°С.

Большая цена металла (в 50 раз дороже цинка) существенно ограничивает сферы использования кадмиевых покрытий. Их применяют для защиты поверхностей наиболее ответственных деталей, работающих в сложных условиях: портовых сооружений и деталей морских судов, высокопрочных пружин, ответственных электрических контактов и т. д. Высокая пластичность позволяет снизить усилия при затяжке крепежа, кадмирование используется для покрытия стали, меди, алюминия и их сплавов. Для повышения эксплуатационных и физических показателей кадмиевое покрытие может дополнительно хроматироваться.

Перед обработкой детали должны очищаться от жира и механических загрязнений. Очистка делается химическим или механическим способом. Конкретное решение принимается в зависимости от степени и характера загрязнителей.

Краткая характеристика используемых электролитов

Электролиты, используемые для кадмиевых покрытий, делятся на две большие группы:

1. Кислые простые. Широко применяются в промышленном производстве, кадмирование происходит в сульфатных, борфторидных и прочих растворах. Удовлетворительные результаты получаются, если в ванны для кадмирования добавляются ПАВ. За счет этих компонентов структура покрытия приближается к структуре, полученной в цианидных электролитах. Гальваника делается при выходе по току 100%, на катоде происходит только разряд ионов металла. Кислые электролиты используют преимущественно для обработки небольших деталей простой конфигурации из-за невысокой рассеивающей способности раствора. Иногда используются цианидные растворы, отличающиеся высокой рассеивающей способностью, сталь покрывается ровным слоем вне зависимости от конфигурации. Выход по току меньше, чем у кислых составов, что несколько уменьшает коэффициент полезного действия.
2. Сложные комплексные. Применяются для замены особо вредных цианидных электролитов, обладают высокой рассеивающей способностью, обеспечивают мелкозернистое покрытие стали. Широкое распространение сложных электролитов сдерживается проблемами с обезвреживанием технологических сточных вод.

Простые кислые электролиты

1. Сульфатные. Главный компонент – сульфат кадмия, концентрация 40–400 г/л. Для повышения электропроводности в раствор добавляется сульфат аммония или сульфат алюминия.
2. Борфторидные. В состав входит борфторид кадмия, что позволяет выполнять кадмирование крепежа при более высоких токах.

После добавки ПАВ значительно тормозятся катодные процессы, за счет чего увеличивается образование мелкозернистых покрытий. Как ПАВ применяются ОС-20 и ДЦУ, комбинирование нескольких ПАВ улучшает показатели кадмиевых покрытий. Аноды изготовлены из чистого кадмия.

Для приготовления простых кислых электролитов все компоненты растворяются отдельно в теплой воде, гальванические ванны наполняются водой до половины, в которую вначале осторожно вливается серная кислота, а потом добавляются растворы солей. После остывания раствора в него вливаются ПАВ, кислотность выдерживается в пределах 3–5. Недостаток кислых электролитов – возможность появления на поверхности металла темных пятен различной формы.
Цианидные электролитыГлавный компонент – цианидная соль кадмия, в результате химических реакций в растворе образуется определенное количество щелочи. Кадмирование протекает с выделением водорода. За счет устойчивости комплексного аниона на поверхности стали образуется прочная мелкозернистая структура кадмия. Электролит характеризуется высокой рассеиваемостью, что позволяет обрабатывать глубокопрофиллированные поверхности, процесс отвечает требованиям государственных стандартов. Выход по току уменьшается до 90–95%. Значительное влияние на плотность тока оказывает фактическая концентрация, процесс имеет высший КПД.

При недостаточной концентрации цианида натрия на металле происходит пассивация анодов, поверхности покрываются пассивной пленкой, что может вызвать неполадки в технологии, качество кадмиевого покрытия ухудшается. С целью минимизации последствий негативного явления в раствор добавляется гидроксид натрия.

Наиболее широко используемые в промышленности электролиты имеют следующий состав:

Для получения блестящей поверхности стали используются следующий состав электролита:

Сложные нецианидные электролитыАммонийные

По показателям рассеивающей способности располагаются на промежуточном месте между цианидными и сульфатными, характеризуются высокой проводимостью тока и могут использоваться во вращательных устройствах. Растворимость составляющих выше, чем кислых составов.

В последнее время широкое распространение получают аммонийно-уротропиновые электролиты с повышенными показателями рассеивающей способности. Они обеспечивают мелкозернистое кадмирование, составы безвредны, могут применяться в установках вращающегося типа. Для осаждения необходимы высокие показатели катодной поляризации, образуются соединения кадмия с сульфатом и уротропином.

Известны случаи использования добавления в раствор хлора. Хлористо-аммонийное кадмирование используется для покрытия крепежа слоем с увеличенными показателями толщины.

На основе аминопроизводныхКадмий в электролите производит комплексные катионы, сообразователями бывают трилон и полиэтиленполиамин. Электролит образует на поверхности металла мелкозернистую структуру. Недостаток электролита – высокая токсичность и проблемы с отработанными техническими составами.

Пирофосфатные электролитыИзготавливаются из пирофосфата калия и солей кадмия.

Выход по току уменьшается по мере роста поляризации, при добавлении трилона Б гальваника происходит при лучших показателях. Трилон Б перед добавкой растворяют в теплой воде и вводят в раствор, после приготовления показатели кислотности регулируются отдельно, кадмирование может выполняться в любых ваннах.
Финишная обработка покрытийС целью увеличения показателей устойчивости к коррозионным процессам поверхности стали покрывают слоем хрома. Перед пассивацией крепеж осветляется в растворе с содержанием серной кислоты. Для увеличения пластичности стали кадмирование может завершаться тепловой обработкой.

Оборудование для кадмирования

Промышленное оборудование для кадмирования состоит из специальных емкостей для ванны и дополнительных устройств. В зависимости от номенклатуры и количества деталей гальваника выполняется в ваннах различного типа.

1. Колокольная ванна. Используется для обработки стальных деталей средней величины. Процесс протекает под контролем электроизмерительной аппаратуры, возможна работа в автоматическом режиме. Может иметь погружной или наливной колокол. Наливной колокол на каждую партию крепежа наполняется электролитом, новое кадмирование требует замены электролита. Стальные детали выгружаются одновременно с раствором. Погружной колокол погружается в электролит, постоянно находящийся в ванне, процесс не требует постоянной замены электролита. Второй способ считается экономически выгодным.

2. Барабанная ванна. Перфорированный колокол заменяется вращающимся барабаном. Кадмиевое покрытие стали получается более однородным, стальные детали постоянно вращаются, что уменьшает зернистость и позволяет покрывать сложные поверхности.

3. Ванны для блестящих покрытий. Процесс блестящего покрытия стальных элементов требует постоянного движения электролита. Результат достигается по методу безвоздушного перемешивания или при постоянном покачивании. Блестящее кадмиевое покрытие требует непрерывной фильтрации электролита. Оборудование имеет специальные механизмы, выполняющие перемещение состава. Весь процесс контролируется электронными устройствами.

Если технология требует высоких температур, то поверхности гальванических ванн могут дополнительно футероваться особо стойкими марками листового поливинилхлорида. Линии для кадмирования могут включать в себя отдельные ванны по химической очистке стальных поверхностей и промывке деталей после завершения процесса.