Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 2 2020

Журнал Химиков-Энтузиастов
Помощь журналуПомощь журналу Химия и Химики




Гальванические ванны (фото и видео) ч.5, 5a
Galvanizing baths (photos and video)


В.Н. Витер


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Ванна гальванического никеля
Galvanic nickel plating bath
Творческие эксперименты / Creative experiments
В лабораторию пришел начальник со своим технологом (оба они - из другой фирмы) и принес канистру электролита для ванны блестящего никелирования. Ванна - такая же, как наша. Почти. Основных компонентов три: сульфат никеля, хлорид никеля и борная кислота. Сульфат никеля - "основная форма" нахождения никеля в растворе, анион хлора нужен для облегчения растворения никелевых анодов. Борная кислота - буфер, который не дает выпадать гидроксиду никеля возле катодов (плюс, возможно, борная кислота помогает от питтинга, хотя в книгах я этого не встречал). Кроме трех основных компонентов в нашей ванне блестящего никеля есть еще три гальванические добавки. Что такое гальваническая добавка? - Жидкость неизвестного состава из канистр. Иногда - твердое вещество, которое нужно растворить. Раньше состав добавок, как правило, был известен, нередко он регламентировался ГОСТом, но теперь из добавок сделали сплошные "секреты фирмы": стоит дорого и не всегда работает.

Одна добавка - основная, одна - блескообразователь, одна - антипиттинговая (против питтинга). Что такое питтинг? В случае гальваники питтинг - точечные дефекты при нанесении покрытия, которые возникают в результате того, что к поверхности изделия пристают пузырьки водорода, не давая в этих местах осаждаться металлу (есть еще питтинговая коррозия - немного другое явление: разновидность коррозии, которая проявляется в образовании язв и полостей на поверхности металла). Причины питтинга могут быть разные: плохая подготовка поверхности изделия (остались жирные пятна, например), посторонние примеси в электролите, несоответствие состава электролита, нарушение режима ведения процесса (плотность тока, температура...). Для борьбы с питтингом в электролит вводят т.н. антипиттинговые добавки - ПАВ, которые улучшают смачивание покрываемой поверхности электролитом. Никель, кстати, особенно склонен давать питтинг. Т.е. наша "фирменная антипиттинговая добавка" - явно какое-то ПАВ или смесь ПАВ, причем явно - дешевые.

Итак, в нашем электролите добавок три, зато в чужом электролите, который принес начальник, добавок оказалось аж семь (!). Тут с двумя-тремя добавками не всегда можешь разобраться, а там их семь. Хорошо, что это - электролит для другого завода и все эксперименты, которые начальник запланировал с ним в лаборатории, "нас не касаются" - наших ванн. Но все равно тревожила мысль: а вдруг он захочет? Перспектива, что к трем нашим добавкам добавятся еще четыре, совсем не радовала. Из-за любой из них можно угробить гальваническую ванну объемом 800-1100 л.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Электролит блестящего никелирования для экспериментов

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
В наших ваннах используется только три из этих добавок: первую и две последних



И я, и рабочие, помнили эксперимент, когда начальство решило заменить нашу основную добавку на другую - более дешевую. На "дешевке" ванна, вроде бы работала, но новой добавки понадобилось больше, а действовала она хуже. Начальник сказал, что старая (хорошая) добавка слишком дорогая, покупать ее - невыгодно и он этого делать больше не будет. И вообще: кроме вас на новую добавку никто не жаловался! Потом оказалось, что новая добавка была в количестве аж одной (!) канистры. Ясно, почему больше "никто не жаловался" (ни у кого в Украине больше ее не было). Когда эта канистра закончилась - вернулись к старой добавке.

Непосредственно я и рабочие экспериментами с чужим электролитом не занимались - их проводили на ячейке Хулла начальник и его технолог, но нам приходилось выполнять кучу подсобных работ. Рабочим - нарезать и отполировать массу стальных пластинок, на которые потом в ячейке Хулла наносилось никелевое покрытие; вырезать маленькие никелевые аноды для ячейки Хулла из "огрызков" больших анодов ванны никелирования. Мне приходилось готовить новые порции электролита из компонентов или чистить принесенный начальником - чтобы удалить из него уже имеющиеся добавки. Чистил электролит я активированным углем (другой вариант - перекисью водорода с углем). А еще - делать анализ: сколько сульфата никеля, сколько хлорида и сколько - борной кислоты. Я забыл уже, когда свои ванны блестящего никеля анализировал (совмещать работу технолога и аналитика - непросто), а тут - еще чужая ванна.

Какая цель работы? Установить оптимальные концентрации всех семи добавок. А еще - борной кислоты и аниона хлорида. А еще - рН... Представьте, сколько нужно перебрать комбинаций... Полифакторный эксперимент, который проводился согласно алгоритму - "авось что-то получится".

Зачем нужно целых семь добавок? В этом электролите покрывают блестящим никелем стулья - т.е. большие изделия сложной формы. В одних местах (выступающие углы) создается высокая плотность тока, в других местах (внутренние углы, отверстия, углубления) возникает низкая плотность тока. И надо, чтобы все эти места покрывались никелем - одновременно. Чем грозит высокая плотность тока? - В этих местах покрытие будет "пригорать" (чернеть). А там, где плотность тока слишком низкая, покрытие может не лечь вовсе, или иметь недостаточную толщину.

Начали с того, что поручили мне чистить электролит от имеющихся добавок - чтобы потом можно было ввести точное количество этих же добавок - и точно знать, сколько их содержится в электролите. Как это делается?

Берем аптечные таблетки активированного угля - 10 г на литр электролита. Растираем их в ступке, добавляем в электролит, ставим на магнитную мешалку с подогревом. Полдня перемешиваем при температуре около 60°С, оставляем без нагрева на ночь, а утром - фильтруем. Уголь поглощает органику (т.е. - гальванические добавки), но оставляет без изменения основные компоненты электролита (сульфат и хлорид никеля, борную кислоту). Уголь поглощает органику, но не всю. Поэтому лучше чистить не одним углем, а комбинацией: уголь - перекись водорода. Забегая наперед, скажу, что и эта комбинация тоже удаляет не все. Часть добавок остается. В регламенте указано, какие добавки удаляются, какие - частично удаляются, а какие - остаются: при том или ином методе очистки. В нашем случае перекись не добавляли. Сначала технолог попробовал добавить какой-то другой окислитель, а потом долго нюхал: не перестал ли пахнуть электролит хлором? Электролит долго не переставал - он отчетливо пах хлором, поэтому, в следующий раз этот окислитель не добавляли. Чистили одним углем. Думаю, что это был гипохлорит натрия: дешевый, но сильный окислитель, который имеет запах хлора.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Очистка электролита никелирования активированным углем
(удаление гальванических добавок)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Не обошлось без смешных ситуаций. В лаборатории технолог набирает пипеткой электролит блестящего никелирования (который я недавно почистил). Засасывает ртом (наш человек). Зеленая такая жидкость. Заходит директор и спрашивает:

- Тархун пьешь?


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Уголь скоро закончился. Попытки купить его по аптекам не увенчались успехом - везде был только "белый уголь". Поэтому я принес из кладовки угольный картридж, через который фильтруют "настоящие" (большие) ванны. Спеченный уголь, чем-то пропитанный (от технолога слышал, что крахмалом, но ссылки тот человек не нашел). Собственно корпуса нет - только верхняя и нижняя крышки, боковые стенки - уголь, поверх угля - мягкая пластиковая сеточка, которая защищает его от истирания. Уголь вязкий, в ступке не растирается (как смола) - пришлось измельчать ножом.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Угольный фильтрующий картридж (его я использовал как источник активированного угля)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Почистил электролит, профильтровал, отнес слесарям куски никелевых анодов - чтобы они вырезали маленькие аноды для ячейки Хулла и занялся своими делами (а их было полно). Рабочие нарезали стальные пластинки (катоды). С никелевыми анодами получилось плохо - вырезать удалось, но аноды получились неуклюжие. Начальник где-то нашел другие. Когда все было готово, в лаборатории начались эксперименты с ячейкой. Особо не вникал, но кое-что увидел.

Как это делалось? Анод - никелевый, катод - железная пластинка, на которую наносится покрытие. Пластинку предварительно натирают содой (нужно - венской известью) и помещают в декапир - примерно 10% раствор соляной кислоты. Потом - ячейка Хулла - пластиковая ванночка специальной формы и стандартного размера. Рабочая температура электролита никелирования - примерно 55°С. Когда я работал с электролитом блестящего никеля в этой ячейке, то сначала грел электролит на электрической плитке, потом переливал его в ячейку и проводил 1-2 эксперимента. Потом - снова грел и т.д. Но начальник нашел и приспособил кастрюлю - она служила водяной баней, в которую поставили саму ячейку, а, чтобы пластик не перегрелся от контакта с металлическим дном, снизу поместили вкладыш от эксикатора. Блок питания, с которым я раньше работал, тоже не подошел - он не давал ток в 0.5 А, пришлось взять другой блок из комнаты золочения. В большой ванне никелирования используется механическое перемешивание. Значит, электролит нужно перемешивать и в маленькой ячейке. Приспособить для этой цели магнитную мешалку не удалось (говорил им - не поверили, пока сами не убедились), поэтому мешать пришлось стеклянной палочкой вручную (на протяжении 5-10 минут).

Вот так - десятки экспериментов. То одну добавку прикапываешь, то другую, то третью - и все это в разных количествах. Добавок - семь. Плюс пытались варьировать количество хлоридов и борной кислоты - а для этого попросили меня электролит проанализировать (чтобы узнать, сколько этих веществ есть изначально). Кстати, оказалось, что в чужом электролите борной кислоты гораздо меньше, чем в нашем.

Потом - пришлось считать и взвешивать навески хлорида натрия и борной. От экспериментов с рН - отговорил, т.к. перспектива капать в электролит щелочь до нужного рН меня не радовала. Сделал это только пару раз (кстати, из щелочей под рукой оказался только гидроксид лития - взял его, чтобы не спускаться в кладовку за едким натром).


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Стальная пластинка в растворе соляной кислоты

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Ячейки Хулла и никелевые аноды

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Ячейка Хулла в работе

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
В бутылочках - добавки в электролит

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Блок питания на момент фото выключен

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Анализ электролита (титрование никеля с мурексидом - конечная точка)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Анализ электролита (титрование бороной кислоты - конечная точка)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Контроль рН электролита блестящего никеля

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Такими позолоченными крокодилами удобно фиксировать никелевый анод в ячейке - чтобы он не падал (возле самого анода прикрепляем к стенкам ячейки 1-2 крокодильчика - см. фото выше)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Остатки никелевых анодов большой ванны никелирования и попытка вырезать из них маленькие аноды для ячейки Хулла

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Делали эксперименты, делали, но... В начальные условия вкралась ошибочка…

Изначально в электролите было некоторое (точно неизвестное) количество каждой из семи добавок. В результате чистки углем часть добавок была удалена, часть - осталась. Потом - в рамках экспериментов - в этот электролит вводили разные (уже известные) количества этих добавок. И смотрели, как это отразится на качестве блестящего никелевого покрытия. Неопределенность на неопределенности. Поняв это, приняли логичное решение - приготовить электролит блестящего никелирования в лаборатории - "с нуля" - только с основными компонентами, но без добавок. Добавки вводить потом - в ходе экспериментов. Решение приняли они, а бегать и искать вещества пришлось мне. Ванна готовится ОЧЕНЬ редко - раз за много лет, -, поэтому нужных веществ могло не оказаться вовсе. Борная кислота - была (ней периодически корректируют ванны), хлорид никеля - тоже был (ним корректируют ванны редко, но вещество оказалось в наличии - рабочий не использовал полмешка). Зато сульфат никеля - в моих запасах его точно не было, с трудом нашел килограммовый пакет в старых ящиках.

Нашел нужные вещества, принес в лабораторию, взвесил. Как готовить электролит? Растворяем вещества в деионизированной воде при нагревании (хлорид и сульфат никеля - можно и при комнатной температуре, но борную кислоту нужно растворять в горячей воде). Потом - добавляем 10 г активированного угля на литр, держим при нагреве и перемешивании несколько часов, оставляем на ночь. Утром - фильтруем.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Рецепт электролита

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Сульфат никеля (слева), хлорид никеля (справа)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Борная кислота

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Активированный уголь из фильтра для воды

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Компоненты электролита перед растворением

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Растворение борной кислоты в горячей воде (справа), чистка углем готового электролита блестящего никеля (слева)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Растворение хлорида, потом - сульфата никеля

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Фильтрование электролитов блестящего никеля (очищенного и нового)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Контроль рН (в этот раз отговорил от корректирования)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Дни шли. Я готовил и чистил электролиты - эксперименты по нанесению блестящего никелевого покрытия продолжались. В результате все новые стальные пластинки:


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Стальные пластинки, нарезанные для нанесения никелевого покрытия

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




…конвертировались в пластинки, покрытые никелем. Их накопилось много. Разница между пластинками, никелированными в тех или иных условиях, часто почти не улавливалась: где покрытие лучше, а где хуже. Рассматривали всей лабораторией.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Но "созерцание" никелевого покрытия не было таким безобидным. Есть основная работа - работа технолога. Ее особенность: то не знаешь, чем заняться (поскольку уйти домой нельзя, а пить чай и играть в шашки с компьютером надоело); то не знаешь, куда бежать - поскольку сделать нужно несколько дел одновременно. Быстро сделать. До некоторой степени помогает "умение посылать": и начальство, и рабочих - поскольку часто оказывается, что не вся срочная и необходимая работа является действительно срочной и необходимой. Часто, но не всегда. Вот в такие моменты дополнительная работа лаборантом оказывается очень как некстати.

Один раз - оставил на плитке электролит с углем и, уходя, забыл уменьшить нагрев (позвонили с гальваники). Прихожу - треть стакана выплеснулась на плитку и вытяжку, хорошо, что соседки заметили и выключили. Они думали, что я добавил в электролит пероксид (для перекиси водорода характерно поведение, когда сперва - ничего, потом - ничего, а через секунду - бурное разложение). Но я не добавлял. Позже - проверил под присмотром: при нагревании электролита на нашей плитке он вскипал резко. По-видимому, вскипание облегчала добавка угля (если высыпать уголь в уже горячую воду - будет резкое кипение за счет того, что частички отдают адсорбированный воздух; с холодной водой, которую нагревают с углем постепенно, - не так, но все равно частицы угля сыграли роль кипелок).


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Электролит никелирования с активированным углем

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Второй раз - дело было серьезнее. Намного. Как раз, пока я занимался "подсобными работами с электролитом никелирования" для ячейки Хулла, позвонил менеджер. Попросил прийти на гальванику. Там проблема: питтинг в ванне. В какой? Правильно - именно в ванне блестящего никеля. В НАШЕЙ ванне блестящего никеля, а не где-то там - на каком-то заводе, который делает стулья.

Игры кончились. Началась работа. Моя работа. Она в том и состоит, чтобы "все в цеху работало".

Начальник, разумеется, не возражал против того, что я уйду в цех. Но сразу уточнил, что ячейки Хулла для экспериментов с нашим электролитом он не уступит: им с технологом нужно закончить эксперименты. Я не только не возражал, но был вариант: "Не особенно и хочется". - Если что-то не так с ванной - я буду работать с ней, а не пытаться моделировать процессы в крохотной ячейке. Иногда это полезно, но не всегда корректно.

Прихожу. Рабочие показывают детали. Сначала ригеля. Да - питтинг есть. Из-за чего? В этом и вопрос. Возможно, детали плохо обезжирили - тогда ванна никелирования ни при чем. Возможно, в ванне не хватает добавок - антипиттинговой и основной. - Для начала нужно дать тройную норму и посмотреть, что будет. Так и сделал. После этого стало еще хуже.

Но возможна еще причина - самая неприятная. В ванне накопились посторонние вещества - они и дают питтинг. Загрязнения, которые вносятся вместе с деталями, продукты распада добавок, "тараканат натрия", который заполз в ванну и т.п.

Что делать? Спросил у технолога фирмы. Потом - у бригадира гальваников. Технолог сказал, что это избыток основной добавки - нужно чистить ванну углем. Бригадир (рабочий) сказал: не может быть. Если основной добавки много - возникают точечные дефекты покрытия, но они идут полосами, а не так, как сейчас. Попробовал еще добавок - лучше не стало. Позвал бригадира и того рабочего, который отвечает за эту ванну.

- Ну и?..

Бригадир не рекомендовал, чтобы ванну фильтровали, но рабочий, который на этой ванне и работает, согласился. Вопрос решен. Пошел в кладовку, принес 12 угольных картриджей - таких же, как тот, что я порезал, чтобы добыть активированный уголь для экспериментов. В насос за раз идет 6 штук: первая порция на маленькую ванну (800 л), - с которой сейчас проблемы, вторая - для большой ванны блестящего никеля (1100 л).

На большой ванне работал бригадир, там тоже начались проблемы. После ванны никеля дефектов покрытия не было видно, но потом - в ванне хромирования, если деталь большая, - покрытие срывало. Надумает - эту ванну тоже придется фильтровать.

Как фильтруют ванны? Раньше я этого никогда не делал. Частично - спросил у рабочих, частично - посмотрел регламент. Вставляют в насос картриджи: от механических примесей - полипропиленовые, он органики - угольные и включают на циркуляцию. Начальник подчеркнул, чтобы я фильтровал только через уголь - перекиси водорода не добавлял. Почему? И уголь, и перекись, удаляют не только вредные примеси, но и сами гальванические добавки. Если добавлять перекись водорода - их "сгорит" больше. Больше потом придется вводить добавок.

- Нельзя! Почему? - Символ предприятия давит:

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath


Посоветовался с рабочими, решил перекись не добавлять. Дал указание рабочим. Потом уточнил, как делали раньше? - Всегда добавляли. Пошел к главному технологу - спросил напрямую. Она ответила то, что я и сам подозревал - без перекиси могут уйти не все вредные примеси. Т.е., может не помочь. Гл. технолог ваннами никеля не занималась - т.к. у нас на гальванике есть фактически две вертикали управления - ни эти ванны, ни я в "ее вертикаль" не входили. Думать надо самому. Моя задача - чтобы ванны работали. Перекись повышает шансы успешно почистить ванну. Остальное - меня не ...т (как говорят в армии).

Опять пошел к рабочим и сказал добавить перекись, но так, чтобы это осталось между нами. Сразу посчитали, что если на 1 л нужно 2 мл 60% перекиси водорода, то на 800-л ванну нужно 1.6 л. Добавили, выдержали, профильтровали.

Маленький вопросик: а что потом? Нужно компенсировать потерю гальванических добавок при очистке. Вопрос этот - исключительно моя головная боль: нужно угадать. Рабочие - были не в курсе. В регламенте про три наши добавки сказано: основная - частично разрушается, блескообразователь - частично разрушается, добавка против питтинга - полностью разрушается. Раз "полностью разрушается" - дал полную норму антипиттинга - сколько ее должно быть в новой ванне. Блескообразователь ("частично разрушается") - дал 2/3 нормы. Основная добавка ("частично разрушается") - с ней интересно. На приготовление ванны ее идет мало, зато в процессе работы ее нужно добавлять много. Учитывая, что ДО чистки ванны я добавил "ударную дозу" основной добавки, после очистки решил не добавлять ее вовсе.

На следующий день встречает меня рабочий - говорит, ванна заработала, как надо.

Зато большая ванна никеля стала работать плохо. Бригадир согласился ее фильтровать (фильтрование означает перерыв в работе, что людям совсем неинтересно, но если не провести фильтрование - будет брак). Тут оказалось, что на предприятии нет перекиси водорода. Обычно мы ее брали в соседнем цеху - там она всегда была, на обработку плат перекись расходуется бочками. В этот раз - не оказалось. Я планировал уходить в отпуск, и лучше было, чтобы ванну фильтровали при мне, но "на "нет" - суда нет". Картриджи - отдал, сколько нужно ввести добавок после очистки - написал. Разбирайтесь.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Гальваническое покрытие блестящим никелем. Содержит дефекты (питтинг), некоторые из дефектов заметны даже на фотографиях низкого качества

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Рабочий стол гальваников

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Готовые изделия (покрытие медь-никель-хром)



Работа / Work
"Творческие эксперименты" случаются время от времени, а работа ванн никелирования нужна каждый день. В цеху есть три ванны блестящего никеля (две - для металлических изделий и одна - для металлизации пластика ABS). Еще - одна ванна матового (полублестящего) никеля. Все это нужно поддерживать в рабочем состоянии. Изложенная выше история с питтингом - лишнее тому подтверждение. "Чтобы все работало" - в этом и состоит обязанность технолога. Причем в случае ванн никелирования другие технологи этим не занимаются.

Что нужно делать, чтобы ванны работали? Каждый день перед началом работы давать в ванну гальванические добавки - для блестящего никеля. Для матового никеля - примерно раз в две недели. Отмеряешь кружкой два-три вида добавок и добавляешь в ванну. Ничего сложного. Только есть одно "но": не дай бог добавишь добавку не в ту ванну (например, добавки для никеля - в блестящую сернокислотную медь или наоборот). В результате ванна выйдет из строя. Ее придется долго чистить углем, смешивать с другими ваннами и т.п. морока.

Даже для ванн блестящего никеля добавки бывают разные. Смачиватель (антипиттинговая добавка) для ванн с механическим перемешиванием одна, а для ванны с аэрацией (воздушное перемешивание) - другая. Ванны с механическим перемешиванием (поступательные движения катодных штанг) у нас для металлических изделий, а с воздушным - для металлизации пластика. Пока линия металлизации пластика ABS работает - ты помнишь, что для нее идет добавка "А" (аэрация), а для двух других ванн - "М" (механическое перемешивание). Но бывает и такое: линия металлизации долго стоит, и ты много дней подряд добавляешь только "М" - в две ванны для изделий из металла. Вырабатывается рефлекс. Но рабочие изредка используют ту ванну никелирования, что на линии пластика, для покрытия изделий из металла. Некоторые габаритные изделия в две другие ванны плохо помещаются.

В один прекрасный день я дал добавки в две ванны с механическим перемешиванием (добавка "М"), хотел уже уходить из цеха, но рабочий попросил дать добавки и в никель, который на линии. Я машинально прилил добавку "М" - вместо "А". Результатом стала большая шапка пены поверх ванны. Не критично, но работать людям мешает, а кроме того - все мажет. Гальванику пришлось перекрыть барботаж воздуха. Говорят, через месяц добавка выработается. Еще говорят, что до меня все технологи тоже эти добавки путали.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Ванна блестящего никеля с воздушным перемешиванием - из-за того, что я дал не ту добавку, образовалось много пены
(если бы рабочий не перекрыл барботаж воздуха - в пене было бы все пространство, что в кадре)

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
В каждой кружке - дневная норма гальванических добавок для работы ванны блестящего никеля

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Канистры с добавками (для ванн никеля, меди, хрома, химического никеля и т.д.)



Ванна матового никеля у нас одна, добавок в нее идет только две - теоретически, тут проще. Но на практике - с точностью до наоборот. Когда и сколько их добавлять в процессе работы - в регламенте не указано. Ни на 1м2 покрываемой поверхности, ни на 1 А*ч тока. А было бы указано, - все равно никто не знает, сколько А*ч тока или м2 изделий прошло через эту ванну. Дело не в том, что это - "секрет фирмы", учет просто не ведется - счетчиков электричества над ваннами нет, а посчитать общую площадь изделий невозможно - при нашем способе работы. В регламенте сказано, что избыток одной из добавок может навредить. Анализ добавок - методом HPLC (high-performance liquid chromatography), он же - ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография). Мало того, что прибор стоит десятки, если не сотни "американских гривен", мало, что растворители (элюенты) для этого метода очень дорогие, но еще для всего этого нужен отдельный человек. Ни в какой стране чудес не найдешь идиота, который будет анализировать пробы на HPLC, а через 5 минут - таскать 25-кг канистры или лить десятками литров серную кислоту в гальваническую ванну (собственно, меня таскать здесь никто не заставляет - но иначе придется самому заставлять - рабочих).

Как вышли из положения? От предшественника остался листочек с нормами - сколько давать в разные ванны добавок - за один раз. Но если для других ванн, как правило, была указана периодичность (раз в день, раз в неделю...), то тут - "по мере необходимости". Спросил у бригадира (который занимался добавками, когда цех на полтора месяца остался без технолога). Он сказал, вообще не добавлять - а то будет хуже. Так и проработали - несколько месяцев. Потом - от одного из рабочих узнал, что ванна матового никеля работает плохо: детали после ванны приходится зачищать. Собрали "консилиум" - несколько гальваников и я, решили, что добавки нужно давать. Ванна стала работать гораздо лучше. Со временем опять возникла проблема: одна из добавок заканчивалась, и купить нельзя - ее не было в Украине. Но шло этой добавки по минимуму - 100 мл за 2 недели, поэтому протянули, пока не привезли партию из Германии.

Одна добавка в ванну матового никеля - почти бесцветная, другая, - как некрепкий чай. Вместе, - как некрепкий чай. Но из-за этих добавок электролит в ванне становится темным, не совсем черным, но он явно "не похож на никель". В регламенте специально указано - не пугайтесь: это - нормально и не влияет на качество покрытия.

Ванну матового никеля тоже периодически нужно фильтровать - как и ванны блестящего никеля. Через полипропилен - чтобы удалить механические загрязнения и через уголь с перекисью - чтобы убрать растворенную в электролите органику. Недавно старший технолог как раз попросила профильтровать ванну матового никеля - ей гальваник пожаловался, что ванна работает плохо. Пошел к рабочим. Спросил у бригадира - он сказал, что ванна работает нормально, спросил у другого гальваника - тоже без нареканий. Устроил ей "очную ставку" с рабочими (она как раз зашла к ним в комнату). Оказалось, что кроме одного гальваника (ее любимчик) никто другой на матовый никель не жалуется. На этом вопрос был исчерпан.

Время от времени нужно делать анализ трех основных компонентов ванны - сульфата и хлорида никеля, борной кислоты. Это относится и к ваннам блестящего никеля, и к ванне матового никеля. Состав ванн гальванического никеля более-менее стабилен (количество никеля, который садится в виде покрытия на катоде, примерно соответствует количеству металла, который растворяется с никелевых анодов) - поэтому анализы приходится делать нечасто - раз в несколько месяцев. Этим ванны гальванического никеля отличаются от ванн химического никеля, который приходится часто анализировать и корректировать - поскольку убыль никеля и гипофосфита в растворе компенсируется исключительно добавкой в ванну концентратов (растворимых анодов здесь нет по определению).

Как правило, в ваннах гальванического никеля может не хватать борной кислоты. Ее, либо растворяют в крутом кипятке и добавляют в электролит, либо просто подвешивают в ванне мешочек с борной кислотой - она постепенно растворяется. По результатам титрования борной кислоты рассчитываешь, сколько борной нужно добавить в ванну и говоришь рабочим. Приятно, что в мои обязанности не входят полицейские функции: хочешь - добавляй, хочешь - не добавляй, если, все-таки, хочешь - добавляй, когда хочешь, а не "срочно сейчас". Не добавишь - ванна будет плохо работать - т.е. тебе же хуже, т.к. бракованное покрытие приходится снимать (анодным растворением в ванне серная кислота - глицерин) и наносить заново.

Рабочая температура ванны блестящего никеля - примерно 55°С. Растворимость борной кислоты в воде значительно уменьшается при снижении температуры. Во время перерыва на выходные в осенне-зимний период борная кислота выпадает из электролита в осадок. На анодах вырастают красивые иголки. Потом - при нагревании электролита до рабочих температур она снова растворяется. Для маленькой ванны блестящего никеля - ничего, а в большой ванне стоит система непрерывной циркуляции электролита через полипропиленовый фильтр. И кристаллы борной кислоты его забивают.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Кристаллы борной кислоты, которые выпали из электролита блестящего никеля при охлаждении

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Насос, который обеспечивает циркуляцию электролита через фильтр



Сульфат и хлорид никеля пришлось добавлять в ванну только один раз. Потом выяснилось, что причина их нехватки - в том, что гальваник добавил в ванну слишком много воды.

Кроме поддержания концентрации гальванических добавок и основных компонентов ванн, нужно регулировать еще один параметр - рН. В процессе работы ванны (и блестящего никеля, и матового) рН постепенно повышается (защелачивание). Я его контролирую - переносным рН-метром и, при необходимости, раз в неделю добавляю по 100-500 мл концентрированной серной кислоты в каждую ванну, чтобы снизить рН и вернуть его в заданный диапазон. Например, для ванн блестящего никеля рН должен быть 4.0-4.6 или 3.5-4.0 (в зависимости от того, "старая" добавка или "новая" используется). А каким должен быть рН, если в ванне две добавки одновременно (переход со старой на новую или наоборот)? Вопрос интересный. Технолог фирмы-поставщика сказал просто:

- Держи около 4.0: разница рН в 0.5 единиц на ванну особенно не повлияет.

При мне в процессе работы рН иногда поднимался больше 5.0, иногда - опускался до 3.0 и ниже (если кислоты добавишь слишком много) - на работе ванны это особенно не сказалось.

Раньше я говорил рабочим, куда и сколько серной кислоты нужно добавлять, они же получали канистры с серной кислотой у кладовщицы. Но у рабочих дел невпроворот - поэтому они нередко забывали, или добавляли, но с опозданием. Теперь я добавляю серную кислоту в ванны сам, или оставляю кружку с кислотой на регуляторе ванны - чтобы рабочий в конце смены вылил ее в ванну (во время работы лить в ванну кислоту или гальванические добавки нежелательно - можно испортить покрытие). Канистры тоже получаю сам. Для этого нужно, чтобы сразу две клуши подписали требование - т.к., они имеют право на работу с прекурсорами, а кандидат химических наук - нет.


Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Ванны блестящего никеля с механическим перемешиванием

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Мешочек с борной кислотой, подвешенный в ванне блестящего никеля

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Никелевые аноды в ванне блестящего никеля

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Никелирование мелких изделий с использованием вращающегося барабана



Источник никеля - растворимые аноды. Их покупают в виде никелевых полос, потом - слесаря режут их на куски и проделывают отверстия под медные крючки (или приделывают один стальной крючок по центру). Мелочь, но дополнительный источник нервотрепки - когда приносишь разрезать анод, слесаря делают, но много чего наслушаешься - про "магарыч" и "дополнительную оплату". Такое впечатление, что это твой личный анод, который нужен для твоей персональной ванны.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Аноды (слева направо): медь, никель, медь пирофосфатная (щелочная медь).
Эти аноды нужно еще порезать.

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Никелевый и медные аноды

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Никелевый анод - порезанный и с отверстиями под крючки

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Никелевые аноды, вынутые из ванны после продолжительной работы

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




И аноды, и гальванические добавки, и борную кислоту, а иногда - сульфат и хлорид никеля, т.е. все расходные материалы нужно заблаговременно заказывать. Пишешь служебную записку, подписываешь ее у директора, выслушиваешь, что "нет денег - нет денег даже на зарплату", снова складывается впечатление, что это нужно не для работы заводских ванн, а тебе домой. В особо запущенных случаях я реагировал просто:

- Нет денег? Нет денег на зарплату? Может тогда остановим эту ванну?

- Нельзя: тогда не будет денег на зарплату!

Потом еще бывают проблемы в бухгалтерии. Бывает, что прошел, и директора, и бухгалтерию, а нужных материалов не купили - у фирм-продавцов их нет в наличии. Бывает - купят, но не то, что нужно. А если купили, что нужно, - потом еще подписывай бумажки, что ты их получил и носи бумажки из кабинета в кабинет (задним числом - нередко к этому времени я их успеваю использовать).

Примерно такая работа. В основном - технолога, частично - химика-аналитика, редко - химика-исследователя, и, увы, нередко - клерка.


Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Ванна матового (полублестящего) никеля.
Основные компоненты электролита те же и почти в такой же концентрации, что и у ванны блестящего никеля, разница - в гальванических добавках

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Нагрузки на катодной шине

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Разовая норма добавок в ванну матового никеля (этого хватает на 2-3 недели). Смесь - как некрепкий чай, зато никелевый электролит от нее становится темным

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Анализ электролита матового никелирования. Сам электролит в колбе в правом верхнем углу - почти черная жидкость

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath



Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath
Покрываемые изделия

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath

Ванна гальванического никеля. Galvanic nickel plating bath




Комментарии
К1 Четыпе раза читал вашу поэму. Один раз самостоятельно и 3 раза с коллегами. Воистину эпическое произведение. Без шуток.


<Электрохимия (Электролиз, Гальваника, Гальванические элементы)>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном 2] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Вопросы по гальванике (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]