Суть и назначение процесса кадмирования металла

Для защиты поверхностей изделий из стали от атмосферной и водной коррозии их поверхность покрывают тонкой защитной пленкой из металлов, пассивных к углероду и устойчивых к окислению. Самые распространенные среди них — это цинк и кадмий. Цинкование и кадмирование металла обычно осуществляется гальваническим способом, с использованием различных солей этих химических элементов. Кадмий устойчивее цинка и лучше защищает стальные детали от коррозии в морской воде. Но он дороже цинка в десятки раз и очень токсичен в производстве, поэтому кадмиевые покрытия используют только там, где им нет альтернативы. Такой областью применения является защита от коррозии металлических деталей судовых приборов и аппаратуры портового оборудования.

Металл после кадмирования легко паяется, а само покрытие пластично и не разрушается при гибке, вальцовке и штамповке. Хроматированный кадмий имеет красивый золотистый цвет, поэтому кадмирование также используют при декоративной отделке металлических поверхностей. К недостаткам такого покрытия можно отнести нестойкость кадмия по отношению к маслам и нефтепродуктам, в состав которых входят сернистые соединения.

Кадмирование металла

Определение и назначение кадмирования

Толщина гальванического слоя при кадмировании деталей из различных металлов и их сплавов регламентируется ГОСТ 9.303-84. В зависимости от условий эксплуатации для углеродистых сталей она составляет от 12 до 40 мкм. Первое значение этого диапазона используется для изделий, находящихся под периодическим воздействием влаги и морских туманов, а последнее — при эксплуатации в условиях испарений и брызг морской воды. Обозначение типа кадмиевого покрытия включает в себя буквы, обозначающие сам металл, а также вид дополнительной обработки и его толщину в микронах. К примеру, КДхр-12 — это защитно-декоративное хроматированное покрытие толщиной 12 микрон.

Основное назначение кадмирования — коррозионная защита изделий, работающих во влажных и насыщенных солями средах. Наибольшее распространение такая гальваническая обработка деталей получила в оборонной промышленности, аэрокосмической отрасли и судостроении. Из-за пластичности и способности к сохранению свойств при повышенных температурах кадмирование является основным видом коррозионной защиты пружин и других деталей, работающих на изгиб и сжатие при циклических нагрузках. Еще одно массовое направление в гальванике — это кадмирование крепежа. Здесь кадмий не только является защитным материалом, но и обеспечивает герметичность резьбового соединения за счет своей пластической деформации.

Кроме защитных свойств, кадмирование обладает рядом других качеств. Кадмием покрывают железные контакты и подобные им детали, т. к. он легко поддается пайке. В отличие от меди у него хорошая гальваническая совместимость с алюминием и магнием, поэтому при сопряжении в изделиях меди и сплавов этих металлов на медные детали наносят слой кадмия. Еще одно направление кадмирования — отделка различных декоративных деталей, в том числе мебельной фурнитуры. В этом случае гальваническая поверхность подвергается последующему хроматированию для придания ей золотистого оттенка.

Основным недостатком кадмирования, препятствующим его широкому применению, является высокая токсичность кадмия, которая особенно опасна тем, что он не выводится из организма и накапливается в нем до критической концентрации. Другой сдерживающий фактор — это дороговизна кадмирования (по сравнению с покрытием цинком и оловом).

По своим физико-химическим свойствам к кадмию ближе всего золото, которое к тому же безопасно для здоровья. Но это еще более дорогой металл.

Технология процесса

Процесс кадмирования помимо самой гальваники включает в себя несколько подготовительных технологических операций. Еще до попадания в гальванический цех детали очищают на абразивоструйных установках или в барабанных и вибрационных аппаратах. Следующим этапом очистки является химическое или электрохимическое травление в щелочном электролите, с помощью которого с поверхности удаляются ржавчина и другие окислы, а также производится обезжиривание. Далее при необходимости производится снятие окалины, для чего деталь сначала обрабатывается раствором соляной кислоты, а затем для удаления травильного шлама — раствором из смеси едкого натра, кальцинированной соды и ортофосфата натрия. Затем, после активирования в растворе соляной кислоты в течение нескольких минут, деталь промывается водой, сушится и отправляется на участок кадмирования.

Перед погружением в гальваническую ванну детали помещаются на специальную оснастку: крюки, рамки, корзины. Хотя при кадмировании скорость осаждения во многом зависит от типа используемого электролита, все же главным образом она определяется плотностью тока. После гальванической обработки деталь осветляют в растворе хромового ангидрида, а затем, если это предусмотрено техническими условиями, пассивируют (хроматируют), погружая на некоторое время в раствор солей хрома. Хроматирование усиливает защитные свойства поверхностного слоя, т. к. в хромовокислых растворах происходит частичное замещение кадмия более твердым хромом. При этом поверхность детали приобретает красивый цвет: от радужного до различных оттенков золотистого и коричневого. Оттенок и насыщенность цвета зависят от состава применяемого раствора и времени обработки.

Детали до и после кадмирования

Кадмирование деталей может использоваться в сочетании с другими видами гальванических покрытий для усиления их защитных возможностей или придания особых механических свойств. Кадмий применяют в качестве подслоя при гальваническом цинковании для повышения коррозионной стойкости поверхности деталей. С этой же целью кадмирование может выполняться поверх медных и никелевых гальванических покрытий.

Нанесение на кадмиевое покрытие олова улучшает его качества при пайке, а также повышает пластичность в резьбовых соединениях.

Состав ванны

Гальваническое оборудование, используемое при кадмировании, не имеет каких-либо особенностей и ничем не отличается от установок для других видов гальваники. Как правило, это прямоугольные пропиленовые сосуды, размеры которых зависят от габаритов деталей и производительности процесса. В состав активной ванны, кроме самой емкости, обычно входят:

  • устройства подачи и откачки электролита и промывочной воды с системой фильтрации;
  • электрооборудование для регулирования и подачи катодного тока;
  • нагревательные элементы для подогрева электролита, система охлаждения и температурные датчики;
  • ложементы и штанги для подвески деталей с устройством качания;
  • механизм перемешивания электролита;
  • трапы для обслуживания, ограждения и крышки.

Ванны для кадмирования

Основные группы электролитов для кадмирования — это цианистые, пирофосфатные, аммиакатные и кислые (сульфатные и фторборатные). Первые более стабильны и в общих случаях обеспечивают лучшее качество покрытия, поэтому более распространены. В состав электролита помимо вещества, содержащего кадмий, входит до десятка разных компонентов. По этой причине внутри основных групп существует множество разновидностей, каждая из которых имеет собственную технологическую направленность и особенные характеристики.

Некоторые народные умельцы осуществляют кадмирование деталей в своих домашних мастерских. Это действительно опасное занятие или же оно не несет угроз здоровью при соблюдении предписанных мер предосторожности? А что вы думаете по этому поводу? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях к этой статье.

Поиск записей с помощью фильтра:
Вид обработки
Вид проката
Вид материала
Adblock
detector