Титан у гальванотехніці

Актуальність

Гальванічний спосіб покриття металів набув найширшого поширення. Щоб підвищити інтенсивність та ефективність виробництва та технологічних процесів гальванопокриттів , застосовують нові електроліти, підвищення температури та збільшення щільності струму. Для цього потрібні конструкційні матеріали та обладнання, що відповідають підвищеним вимогам корозійної стійкості. Крім удосконалення технічних показників, вкрай важливим є максимальне продовження експлуатаційного терміну обладнання, яке залежить від якості футерувальних та конструкційних матеріалів. Незважаючи на те, що матеріалів для безпечної експлуатації обладнання існує досить багато, все ще не вдалося вирішити проблеми, пов'язані з тривалістю його експлуатації та міцністю. Свинець у хромових та інших кислотних електролітах хоч і має хімічну стійкість, але легко схильний до механічного руйнування. Якщо свинцеве футерування отримує пошкодження, корпус ванни піддається інтенсивній корозії.

Альтернативні матеріали

Ванни зі сталі, футеровані вініпластом, стійким у кислотних електролітах, застосовуються в процесах нікелювання, обіднення, оцинкування та ін. буд. Але якщо температура занадто висока, вініпластові листи можуть від температурного розширення розтріскатися. Це пояснюється тим, що коефіцієнт теплового розширення у вініпласту у шість разів більший, ніж у сталі. Це призводить до порушення цілісності футерування, особливо в районі зварювальних швів, а пізніше - до розчинення матеріалу, з якого виготовлена ванна, під впливом корозії та забруднення складу електроліту. Навіть потрапляння мінімальної кількості корозійних складових (домішок важких металів) до електроліту може викликати різке падіння якості покриття. Щоб протистояти цьому, для футерування використовується гума. Однак вона також показує малу ефективність у зв'язку зі швидким старінням та розтріскуванням свого покриття. Крім того, процес футерування та гумування вимагає великих витрат через низьку адгезію до певних металів. Всі існуючі на сьогодні ізоляційні та захисні технології для підвісок із використанням стійкої до хімічних впливів гуми, перхлорвінілового лаку або стрічки дають можливість користуватися підвісками протягом двох-трьох місяців. Часто міняти чи ремонтувати підвіски — вкрай трудомісткий та економічно невигідний захід.

Корозійна стійкість титану

З усіх матеріалів, що демонструють високий рівень корозійної стійкості у більшості електролітів, найбільш оптимальними для застосування є сплави титану. Титан відомий своєю стійкістю до корозійної дії практично у всіх електролітах лужного, слабокислого та кислого характеру. Він стійкий до травильних розчинів, що містять 10% H ₂ SO ₄ при температурі 75 °C, але при підвищенні концентрації до 18-20% починає швидко корозувати. Якщо ж додати в електроліт азотну кислоту або її солі як інгібуючі добавки, можна попередити процес корозійного руйнування титану. У цьому випадку відбувається утворення окисної плівки на поверхні металу, яка перешкоджає його розчиненню. Титан починає швидко корозувати також в електролітах, що містять фтористоводневу або борфтористоводневу кислоту. В інших випадках використання титану як захисного покриття в гальванотехніці виявляється виключно перспективно.

Устаткування для гальванопластики

Щоб здійснити попередню обробку та нанесення гальванічного покриття, застосовуються ванни, анодні кошики, катодні барабани, нагрівальні змійовики, підвіски, теплообмінники, трубопроводи, фільтри, насоси та ін.

Ванни

Ванни з титану, призначені для хромування, виготовляють із сплаву ВТ1-0. Ця технологія тривалий час використовувалася автомобільним заводом «Комунар», а також заводом із виробництва вимірювальних приладів міста Запоріжжя. Використання титану у ваннах для хромування збільшує термін їх експлуатації у п'ять-сім разів. Коли на Мелітопольському моторобудівному заводі замість традиційних ванн зі сталі та свинцю були встановлені три ванни зі сплаву ВТ1-0, то у зв'язку зі збільшенням тривалості терміну їх використання та зменшення амортизаційних відрахувань, витрат на електроліт та зменшення трудової напруженості та енергоємності вдалося значною мірою підвищити показник.

В електролітах, які використовуються в процесах омеднення, нікелювання, кадмування, латунування, оцинкування та сріблення, титан практично не зазнає корозійного руйнування, крім розчинів фтористоводневої та борфтористоводневої кислоти. Крім того, небажано використовувати титан у поєднанні із середовищами, в яких знаходяться іони фтору через різницю у швидкості корозії при використанні анодної схеми та відключення струму.

Заміна ванн, виготовлених з вуглецевої сталі, футерованої вініпластом або свинцем, на ванни з титану є доцільною для стабілізації виробничого процесу: зниження частоти поточних ремонтних робіт, підтримання чистоти електроліту, збільшення якості покриття, а головне можливості регулювати температурний або кислотний баланс електроліту. Стійкість сплавів титану корозійному впливу в зазначених вище електролітах дає можливість більш ніж удвічі зменшити товщину стінок. Це робить титанові ванни та ванни зі сталі, футерованих вініпластом, практично ідентичними за вартістю.

Анодні кошики

У ваннах, призначених для нікелювання, оцинкування та обіднення використовується три типи анодів: електролітичні, литі та вальцьовані. Останні набули найбільшого поширення, оскільки вони розчиняються найбільш рівномірно, тоді як електролітичним анодам властиво більш інтенсивне розчинення та утворення шламу.

Щоб звести до мінімуму шкідливий вплив шламу, аноди поміщаються в спеціальні мішки з «бельтинга» або «хлориду», які попередньо були піддані обробці соляною кислотою. фірмою «Форд» були розроблені та введені в експлуатацію перші анодні контейнери з титану. Завдяки цьому значно знизилися витрати на догляд за обладнанням, а тривалість щоденної роботи збільшилася на чотири години.

Анодні кошики покликані збільшити загальну продуктивність робочої установки. Крім того, щоб додати анодний матеріал у контейнер, не потрібно випускати залишок розчину з ванни. білого латунування, блискучого нікелювання. Введення у вітчизняний виробничий процес кошиків з титану дозволило створити анод, що повністю розчиняється.

ВТ1-0

Застосування анодних кошиків зі сплаву титану ВТ1-0 на Мелітопольському моторному заводі дозволило значною мірою підняти річний економічний показник при виробництві нікельованих деталей, що використовуються в силових агрегатах. цього, зникла потреба у використанні мідних гаків, які раніше застосовувалися для встановлення нових анодів, скоротився показник трудових витрат під час заміни анодів.

Запорізькому заводу «Комунар» на автоматичній лінії гальванопластики вдалося уникнути співвідношення доходів і загального споживання анодів з нікелю, що надалі невикористовувалися, яке становило 30%.

Анодні кошики зі спеціальними гачками для підвішування створюються з листів титану товщиною 0,8-1 міліметр.

Лудіння

Для проведення процесу високошвидкісного лудіння використовуються кошики з титану, які наповнюються попередньо гранульованим оловом, що виступає в ролі анода. Такий анодний матеріал дозволяє значно підвищити продуктивність електролітичного лудіння завдяки збільшенню активної щільності струму, що розподіляється по всій площі анода, що знаходиться в кошику.

Економічний ефект

Описані кошики з титану, сконструйовані за різними схемами, здобули широку популярність у процесах нікелювання, лудіння, обмеження та оцинкування, тому що вони дозволяють до кінця використовувати анодний матеріал, а значить, заощадити дорогі вихідні матеріали: нікель, олово, мідь та інші. Крім того, можливим стає використання чушок, гранул, злитків первинного матеріалу, які коштують набагато менше, ніж їх прокатні анодні еквіваленти.

Теплообмінники

Щоб досягти якісного осаду вихідного металу, потрібно підтримувати стабільний баланс температур під час гальванічного процесу. Сьогодні все ще часто застосовуються нагрівачі та змійовики зі свинцю, освинцованої вуглецевої сталі, нержавіючої сталі. Проблема полягає в тому, що лише через два-три місяці вони виходять з ладу під впливом агресивного хімічного оточення електроліту і високої температури. При необхідних у разі постійних ремонтних роботах і замінах нагрівачів відбувається настільки небажане порушення температурного усталеного балансу, отже, підвищуються й витрати на експлуатацію устаткування.

Використання титану в теплообмінному устаткуванні вигідніше порівняно з наведеними вище матеріалами. Це пояснює все більшу популярність титану в західному виробництві. Так, англійська компанія «Дін Продакті Інкорпорейтед» займається випуском за власними розробками панелей цільнотитанових, що використовуються для нагрівання електроліту. Американська компанія Імперіал Кемікал Індастріал займається виробництвом титанових змійовиків, а американське товариство Контимет виробляє титанові теплообмінники для підігріву електролітів різних типів (навіть хромових). Завдяки відсутності корозійних продуктів на зовнішній поверхні теплообмінника необхідні показники теплопередачі досягаються при скороченні поверхні нагріву до 45%, що є незаперечною перевагою.

Рентабельність

Навіть маючи вдвічі меншу теплопровідність, ніж свинець або сталь, титан дає можливість створення труб нагрівачів з набагато тоншими стінками, оскільки він відрізняється високою корозійною та механічною міцністю. З цього випливає рівність ціни змійовиків з вуглецевої освинцованої, а також нержавіючої сталі та обладнання з марок титану ВТ1-00 і ВТ1-0. Крім того, використання титанових сплавів дозволяє значно скоротити витрати на експлуатацію обладнання, збільшивши час експлуатації в чотири-шість разів.

Навіть у звичайних ваннах для хромування, змійовики з титану будуть служити довгі роки. Завод «Комунар» у Запоріжжі використовує з метою нагрівання електроліту при хромуванні підігрівачі з титану завдовжки 3 метри та Ø 2,5 міліметра, які прийшли на зміну застарілим свинцевим змійовикам завдовжки 7 метрів та Ø 6 міліметрів. Упродовж чотирьох років експлуатації такий тип обладнання дав неоціненні економічні переваги. Титанові підігрівачі також використовують на десятках автоматичних ліній Тамбовського механічного заводу.

Підвіски та пристрої

Титан також отримав широке вживання у створенні підвісок для анодування деталей, виготовлених із алюмінію та його сплавів. Так, прості алюмінієві рами дуже швидко піддаються окисленню і починають руйнуватися. Щоб продовжити середній час їх експлуатації понад чотири-шість тижнів, рами необхідно обов'язково піддати впливу лужного середовища. При цьому титанова рама в аналогічних експлуатаційних умовах не показує ознак руйнування, що починається, навіть через роки. Підвіски з титану також показали свої найкращі якості у процесах лудіння та оцинкування. Вони не схильні до корозії, що дозволяє уникнути втрат їх цінного матеріалу, продовжити час служби деталі та скоротити витрати на ремонтні роботи.

Зварювання

Виробництво титанових підвісок та рам здійснюється досить легко. Єдиний нюанс, що обмежує, — заборонено використання з'єднань за допомогою паяння твердими і м'якими припоями. Небажано також з'єднувати частини за допомогою болтів і заклепок, оскільки ці місця з'єднання можуть давати збої передачі електричного струму. Максимальний показник надійності демонструє з'єднання з використанням зварювання.

Інструменти

Одна з британських компаній, що спеціалізується на виробництві пральних машин, використовує у своєму технічному арсеналі понад шістдесят інструментів, виготовлених з титану, для анодування алюмінієвих деталей, а також понад чотириста алюмінієвих пристроїв із наконечниками з титану. Ремонтувати гальванічні підвіски досить дорого, довго та трудомістко. Використання титанових елементів виробництва дозволяє мінімізувати кількість подібних операцій з ремонту. Крім того, титан протягом тривалого терміну підтримує електропровідність на досить високому рівні.

Досвід використання

У Запоріжжі на електроапаратному заводі, а також на заводі «Комунар» насамперед застосовувалися підвіски з алюмінію в процесах анодування та електрополірування алюмінієвих деталей. Тоді термін експлуатації підвісок становив лише один місяць. Після впровадження у виробництво підвісок із титану цей час вдалося продовжити більш як до року. Кількісно це можна подати у вигляді співвідношення 15 титанових підвісок замість 816 підвісок з алюмінію, які необхідно використовувати протягом одного року роботи.

Англійська фірма «Айці» розробляє нові проекти та виробляє титанові підвіски різної складності конструкції. Після тисячі циклів роботи корозія у титанового обладнання їх виробництва становить лише 0,025 від величини перерізу всієї підвіски.

Німецькі компанії "Рідел", "Бласберг" та інші інтенсивно використовують підвіски різних конструкцій в електролітах з основою із сірчаної кислоти (переважно при анодуванні). Найчастіше використовуються підвіски з титану або алюмінію з титановими контактами. Однак цільнотитанові конструкції є успішнішими у застосуванні.

Титанове обладнання, яке використовується для облаштування систем вентиляції, також допомагає у зниженні витрат на експлуатацію та ремонт, підвищує якість роботи, продовжує термін служби обладнання. Хоча початкові інвестиції в установку титанової вентиляційної системи вдвічі-втричі перевищують вартість стандартної вентиляції зі сталі, але титанова якісно виконує свої функції в п'ять-шість разів довше. Запорізький автомобільний завод понад рік успішно використовує титанову вентиляційну систему.

Проблеми очищення

Коли збільшується виробнича потужність цехів, що спеціалізуються на металопокриттях, потрібно більшою мірою піклуватися про процес очищення стічних вод, що викидаються, що містять величезну кількість токсичних компонентів (кислот та їх солей), які утворюються в процесі травлення металів та їх гідроокисів від анодного очищення. У ваннах оцинкування, сповільнення, кадмування знаходиться велика кількість металевих алкалоїдів та токсичні ціаніди, концентрація яких повинна бути менше 0,1 мг/л, а вміст хрому в хромовокислих та хромових ваннах не повинен перевищувати 0,5 мг/л.

Для очищення стічних вод від шлаку та токсинів використовуються спеціальні нейтралізаційні установки. Крім названих шкідливих речовин, стічні води містять також масу хімічних сполук, що агресивно впливають на стан самої очисної системи та системи зливу. У випадку, якщо очисні станції тільки будуються або піддаються капітальному ремонту, ємності для уловлювання відпрацьованих речовин, зливні трубопроводи, насосне обладнання та арматуру рекомендується виготовляти з титану. Застосування цього металу підвищує експлуатаційну витривалість та продовжує час служби всієї системи обладнання.

Подібна система ємністю 10 кубометрів, призначена для очищення стічних вод із підвищеним вмістом хрому та супутніх з'єднань, побудована і вже кілька років успішно функціонує на трансформаторному заводі міста Запоріжжя. При цьому за весь час роботи у ванні уловлювання та зливному трубопроводі не було помічено жодного випадку корозійної руйнації.

Висновки

Численні досвіди застосування титану в гальванічних конструкціях доводять доцільність використання титанових елементів. Це стосується надійності, якості, тривалості служби та економічної вигідності використання цього матеріалу. Використання на виробництві обладнання з титану є показником прогресивності компанії, відстеження нею сучасних тенденцій та турботи про показники продуктивності, зменшення трудомісткості, скорочення важких обслуговуючих робіт для персоналу, збільшення якості покриття, економії електроліту, води, електроенергії, пари, зменшення часу циклу виробництва, підвищення.

Купити, ціна

Компанія ТОВ «" реалізує металопрокат за оптимальною ціною. Вона формується з урахуванням ставок на LME (Londonmetal exchange) і залежить від технологічних особливостей виробництва без включення додаткових витрат. Поставляємо вироби з титану та його сплавів у широкому асортименті. Широкий вибір, вичерпні консультації наших менеджерів, доступні ціни та своєчасність поставки визначають особу нашої компанії. При оптових покупках діє система знижок.