Вкладыши в гальваническую ванну. Преимущества. Выбор материала.
Гальванические ванны - емкости, содержащие рабочие растворы, в которых выполняются подготовительные, основные (процессы нанесения покрытий) и заключительные операции химической или гальванической (электрохимической) обработки поверхностей деталей, являются основным видом оборудования гальванических цехов и участков. Срок службы ванн во многом зависит от правильно подобранного материала корпуса ванны и внутренней футеровки – вкладыша.
Что представляет собой вкладыш в гальваническую ванну
Вкладыш – это емкость из сварного термопласта, которая устанавливается в гальваническую ванну для защиты конструкционного материала от воздействия агрессивных компонентов раствора. Кроме того, вкладыш в металлическую ванну препятствует прохождению тока по ее корпусу, выравнивая распределение тока в ванне. Толщина стенки вкладыша, как правило, составляет 4-5 мм, что значительно меньше толщины стенки корпуса ванны. Каждый вкладыш изготавливается под размер конкретной ванны и устанавливается в нее свободно, т.е. не крепится к бортам (рис. 1).
Преимущества вкладыша:
- Герметичен, обеспечивает надежную защиту конструкционного материала ванны от воздействия электролита;
- Изготавливается под конкретную ванну по заданию заказчика;
- Легкость монтажа;
- Долговечен, увеличивает срок службы оборудования;
- Не утяжеляет конструкцию – средний вес вкладыша 40-50 кг;
- Разнообразие материалов позволяет подобрать вкладыш под различные условия эксплуатации;
- Снижает расходы заказчика на изготовление оборудования из дорогостоящих материалов.
Виды материалов вкладыша
Выбор материала и толщины вкладыша зависит от габаритных размеров ванны и условий эксплуатации: температура, состав и концентрация компонентов раствора.
Наша компания изготавливает вкладыши из следующих полимерных материалов листового типа:
Поливинилхлорид (PVC). Обладает высокой химической стойкостью к воздействию кислот (ортофосфорной, серной, соляной, разбавленной плавиковой), большинству щелочей и солевых растворов. Нестоек в среде органических кислот, сложных эфиров, разрушается под воздействием концентрированной азотной кислоты. Прочный и износостойкий. Температура длительной эксплуатации от 0 до +60 ℃.
Хлорированный ПВХ (PVC-C). Получен путем хлорирования PVC свободными радикалами хлора. Ключевым отличием от PVC является его термостойкость – материал сохраняет свои свойства при повышенных температурах (до +90 ℃). PVC-C более пластичен, обладает высокой механической прочностью и хорошими термоизоляционными свойствами.
Поливинилиденфторид (PVDF) - один из основных и распространенных фторопластов. PVDF отличается от других полимеров высокой стойкостью к механическим повреждениям, прочностью, твердостью (до 90 МПа по Бринеллю), обладает повышенной упругостью, стойкостью к абразивному износу, истиранию. PVDF стоек к кислотам, щелочам, сильным окислителям, галогенам и большинству органических соединений. Изделия из материала характеризуются стабильностью размеров. Диапазон рабочих температур – от 0 до +140 °С.
Стеклопластик (СПМ). Относится к категории композиционных материалов универсального применения. Химическая инертность стекловолокна, формирующего структуру СПМ, наделила стеклопластиковые изделия биологической и антикоррозионной стойкостью, присущей термореактивным пластмассам. При этом СПМ лишены главного недостатка, свойственного термопластичным полимерам (ПВХ, полиэтилен, полипропилен) — плавления при температурах, превышающих 150-200 °С.
Рассмотрим вопрос подбора материала вкладыша на примере гальванической ванны хромирования.
Гальваническое хромирование – это электрохимический процесс осаждения слоя хрома на поверхности детали. Покрытие применяют с целью отделки деталей (защитно-декоративное хромирование); защиты от коррозии (защитное хромирование); повышения износостойкости трущихся деталей и восстановления изношенных деталей машин (твердое хромирование).
Отличительной особенностью процесса, с точки зрения подбора оборудования, является агрессивность электролита хромирования к большинству материалов и высокий температурный режим (50-80 ℃). Стандартный электролит хромирования состоит из хромового ангидрида и серной кислоты в соотношении 100:1. Недолговечность металлических поверхностей, подверженность их коррозии, гниению делает необходимым процесс футеровки оборудования специальными вкладышами.
Типовая ванна хромирования (рис. 2) с внутренними размерами (ДхШхВ) 1000х1000х1000 мм выполнена из полипропилена (PP-H), толщина стенки 10 мм. Ванна оборудована вкладышем толщиной 4 мм, ребрами жесткости, сливным патрубком с шаровым краном, бортовыми отсосами (PVС), крышкой (PVC).
Материал вкладыша в ванну хромирования должен соответствовать следующим требованиям:
- Герметичность;
- Высокая ударная прочность. Хромированию подвергаются как мелкие изделия, так и крупногабаритные штока и цилиндры. Материал вкладыша должен выдерживать соударение с изделием при его транспортировке;
- Устойчивость к перепадам температур, характерным для многослойного хромирования;
- Химическая инертность материала по отношению к хромовому электролиту.
Таблица 1 – Сравнительная характеристика материалов вкладышей для ванны хромирования
| PVC | PVC-C | PVDF | СП |
|---|---|---|---|---|
Стойкость к воздействию химически агрессивных сред* | Относительно стоек при температуре выше 40°С
| Стоек до 60°С. При температуре выше 60°С снижается стойкость в среде сильных окислителей. | Стоек | Стоек |
Температурный диапазон, °С | 0 до +60 | от 0 до +90 | от -30 до +140 | от -50 до +150 |
Ударная вязкость без надреза, Дж/м2 | 40-80 | 60-80 | 164 | 30-80 |
Основные неполадки при эксплуатации вкладыша | При повышенных температурах материал склонен к растрескиванию вследствие теплового расширения. | Инертность к компонентам хромового электролита сохраняется до +60°С. При повышенных температурах материал склонен к размягчению и охрупчиванию. | Не выявлено | Теряет прочность в ходе эксплуатации, склонен к деформации при изгибах. |
Средний срок службы вкладыша в данной среде | 5 лет | 10 лет | 20 лет | 5 лет |
Стоимость типовой ванны хромирования со вкладышем, руб. | 270 000 | 330 000 | 725 000 | 325 000 |
Стоимость одного года эксплуатации ванны со вкладышем, руб. | 54 000 | 33 000 | 36 250 | 65 000 |
*Данные из таблицы химической стойкости пластиков (раздел PDF каталоги).
Анализ свойств и характеристик материалов вкладышей, приведенный в табл.1, показал:
- PVDF – правильное и выгодное решение при выборе материала вкладыша для ванны хромирования. Такой вкладыш сохранит форму, инертность в среде хромовой кислоты и ударопрочность при повышенных температурах. Приобретение ванны хромирования со вкладышем из PVDF снизит расходы на ремонт, обслуживание и замену оборудования в течение многих лет эксплуатации.
- Ближайшая альтернатива PVDF-вкладышу - вкладыш из PVC-C. Материал подойдет для гальванической ванны твердого хромирования деталей при рабочей температуре 45-55 ℃.
Вывод
Вкладыш из листового полимера в гальваническую ванну - выгодное, современное и технологически правильное решение. Высокие эксплуатационные свойства материалов вкладышей – ударопрочность, химическая стойкость, термостойкость, долговечность – позволяют изготавливать качественное, соответствующее всем требованиям оборудование.
Подбор материала вкладыша осуществляется под индивидуальные потребности заказчика: учитываются габаритные и рабочие размеры изделия, температура раствора (электролита), состав рабочей среды и другие характеристики.
Правильно подобранный материал вкладыша в гальваническую ванну способен увеличить срок службы изделия, удешевить общую конструкцию без потери качества изделия, снизить затраты на ремонт и обслуживание оборудования.