Nanoenje prevlake nikla na predmet od elika

Nanoenje sloja nikla na predmet od elika (sl. 1), u ovom sluaju, vri se u cilju poboljanja estetskog izgleda. Prevlaenje slojem nikla bie izvedeno procesom galvanizacije, u kojem e na elini lim biti nanesena prevlaka debljine nekoliko desetina mikrometara. Predmet, izraen od pomenutog elinog lima, .0147, jeste pepeljara dubine 12 mm, prenika 100 mm, ukupne povrine (obeju strana gornje i donje) 19168,5 mm2, dobijena izvlaenjem i prosecanjem na presi.

Slika 1

Galvanizacija predstavlja elektrolitiki postupak nanoenja metalnih prevlaka na povrinu putem rastvora soli zatitnog metala kroz koji protie struja. Proces se zasniva na elektrohemijskoj koroziji gde struja tee kroz rastvor sa manje plemenitog (hemijski aktivnijeg) ka plemenitijem (hemijski manje aktivnom) metalu. Ova struja poveava koroziju anodnog lana sprega i prua zatitu katodi. Koliina korozije anode naziva se galvanskom korozijom.Galvanski - elektrolitiki postupak sastoji se u nanoenju cinka, kalaja, olova, bakra, nikla, hroma i drugih metala galvanskim putem. Postoji anodna i katodna zatita.

Anodna zatita izvodi se metalima iji je potencijal u datom elektrolitu nii od potencijala osnovnog metala. Cink i aluminijum ophode se prema gvou kao anode, pa e pri rastvaranju oni otii u rastvor. Zbog toga cink nalazi veliku primenu za zatitne prevlake gvozdenih predmeta, a aluminijum u prahu se koristi kao zatitni premaz.Katodna zatita izvodi se metalima iji je potencijal u datom elektrolitu vei od potencijala osovnog metala. Bakar, nikal i kalaj ophode se prema gvou kao katode, pa ga mogu tititi samo u dovoljno debelim, kvalitetnim prevlakama. Naruavanje zatite mehanikim povredama prevlake ima za posledicu intezivnu elektrohemijsku koroziju osnovnog metala (gvoa), koji ima nii elektrodni potencijal.Naneene, odnosno deponovane prevlake mogu biti u funkciji antihabajuih, zatitnih, dekorativnih, optikih i dr. svojstava obratka.

Slika 2Liniju za galvanizaciju ini niz elinih kada poreanih da ine funkcionalnu celinu. Kade se, u zavisnosti od namene, izrauju od kiselootpornog ili ugljeninog elika. eline kade su sa unutranje strane obloene odgovarajuim termoplastima ili tvrdom gumom otpornom na uticaj rastvora. Plastine kade, odnosneo bubnjeve za galvanizovanje nije potrebno oblagai. Kade koje je potrebno grejati opremljene su grejaima. Grejanje kada moe biti u svim vidovima: elektrino, parno toplom vodom ili termalnim uljem. Kade u kojima se odvijaju egzotermne reakcije opremljene su i hladnjacima. Transport radnih komada, ramova ili bubnjeva vri se transporterom koji se nalazi iznad linije. Du cele galvanske linije nalazi se podest sa gazitem i sigurnosnom ogradom (sl. 3.1., do 3.10.)Kade manjih dimenzija, i za temperature do 70C, mogu biti izradjene od PVC-a, PP-a, ABS-a ili PE-a, a najee su zapremine od 300 do 1200 litara. sl. 3.1.

sl. 3.2.

sl. 3.3.

sl. 3.4.

sl. 3.5.

sl. 3.6.

sl. 3.7.

sl. 3.8 sl. 3.9

sl. 3.10.

sl. 3.11.

sl. 3.12.

Niklovanje veih elemenata vri se u kadama (sl3.11)., dok se manji (sl.3.12) najee nikluju u bubnjevima.

U ovom zadatku (nanoenje prevlake nikla na elik), obraivani predmet se potapa u rastvor i vezuje za negativni pol strujnog kola, tj. katodu. Primenjuje se jednosmerna struja niskog napona, a debljina sloja zavisi od jaine struje, i vrste i koncentracije napona.Zato nikl u svojstvu zatite?Nikl kristalie po povrinski centriranoj kubnoj reetki, izuzetno je otporan na koroziju, ima dobru vatrootpornost i magnetian je do 360C. Takoe, ovaj metal poseduje i visok sjaj. Ova svojstva su osnovni razlozi primene Ni i njegovih legura u mainstvu, a osnovna prepreka za iru primenu je visoka cena.

Fiziko-mehnika svojstva su:

gustina = 8,89 g/cm3

temperatura topljenja Tt = 1453C

koeficijent linearnog irenja = 13,310-6 C1

toplotna provodljivost = 92 W/mK

modul elastinosti E = 205 GPa

zatezna vrstoa Rm 500 MPa (u arenom stanju)

napon teenja Rp0,2 150 MPa (u arenom stanju)

procentualno izduenje A 50% (u arenom stanju)

tvrdoa 75 HB Nanoenje nikla na elik nije mogue vriti direktno, jer dolazi do ljuskanja sloja nikla. Iz tog razloga se na predmet niklovanja, posle mehanikog i hemijskog ienja i odmaivanja, u prvoj fazi nanosi bakar.Primer nanoenja bakra na predmet od elika:Elektrohemijsko nanoenje bakra, odnosno glaanje elika (slika 4 dole) se vri na prethodno izbruenim, mehaniki glaanim, hemijski odmaenim i nagrienim povrinama. Kao katoda pri elektrohemijskom glaanju koristi se elektrolitiki bakar (99,99%). Za elektrohemijsko glaanje elika koristi se elektrolit sastava 88 % H3PO4 + 12% CrO3 pri gustini struje 32.5 A/dm2, temperaturi 60C i vremenu od 2 do 7 minuta. Ovakvim glaanjem podloge cilj je da se dobiju povrine ija je srednja hrapavost manja od 0.4 m. Kao to je poznato, proces elektrohemijskog glaanja se sastoji u anodnoj polarizaciji predmeta koji se glaa u pogodnom elektrolitu. Da bi se postigao efekat glaanja potrebna je znaajna anodna polarizacija, pri emu se maksimalni efekat glaanja postie u oblasti u kojoj je gustina struje nezavisna od napona (plato granine difuzione gustine struje).

U naem sluaju, kako je predmet (pepeljara) manjih dimenzija, i za bakarisanje i za niklovanje koristiemo galvanski bubanj, sa jednosmernim naponom od 24 V. Bakarisanje

Kod bakarisanja koristili bi smo sledei rastvor: na 1 litar destilovane vode dodaje se 175g bakar-sulfata CuSO4 i 5ml koncentrovane sumporne kiseline H2SO4. Jaina struje odreuje se na osnovu povrine katode obraivanog predmeta, i obino se uzima 2,5 A/dm2. Kako na predmet ima priblino 1,92 dm2 (19168,5 mm2), jaina struje e biti 4,8 A. Potrebna temperatura rastvora je od 20 do 25 C, u koji se predmet stavlja i vadi pri ukljuenom strujnom kolu. Postupak traje u zavisnosti od debljine sloja koji elimo da nanesemo, a iju debljinu moemo kontrolisati merenjem u toku postupka.Niklovanje

Pri niklovanju koristimo rastvor u kome na 1l destilovane vode dolazi: 200g nikl-sulfata NiSO4, 40g nikl-hlorida NiCl2 i 30 g borne kiseline H3BO4. Temperatura rastvora treba da se kree izmeu 50 i 60C, jaina elektrine struje 1 do 2 A/dm2 povrine predmeta. U ovom sluaju 2A. Za vreme procesa galvanizacije predmete treba pomerati u sluaju da su u kadi, ali poto ovom prilikom niklovanje vrimo u bubnju koji rotira, mehurovi vodonika koji se stvaraju na povrini predmeta se uklanjaju prilikom rotacije, pa proces nesmetano tee. Treba teiti tome da anoda od nikla sa svih strana okruuje predmet, ne bi li sloj galvanizacije bio to ravnomerniji. Proces traje nekoliko sati, a sve u zavisnosti od debljine sloja koji nam je potreban. Poto se radi o obradi estetskog karaktera, zadovoljavajua debljina niklovanog sloja bi bila oko 50 m. U ovom sluaju uzeemo bubanj dimenzija: duine 700mm i prenika 250mm. U njemu emo kao anodu postaviti icu od nikla i presaviti je u bubnju etiri puta jednako po duini i irini bubnja. Isto to emo uiniti i sa katodom, icom od bakra (poto je bakar plemenitiji metal). Kao izvor jednosmerne struje uzeemo ispravlja naizmenine struje koji daje napon od 24V i jainu struje od 200A, kako bi smo u bubanj mogli da ubacimo oko 60 predmeta (2A po predmetu; za 100 predmeta bi bilo potrebno oko 200A)EkologijaPrimer prerade otpadnih rastvora prilikom niklovanjaU radu su prikazani rezultati i nain prerade otpadnih rastvora iz galvanskih kada za niklovanje. Cilj je bio dobijanje nikl-sulfata tehnikog kvaliteta koji se ponovo moe koristiti u procesu niklovanja.Metode istraivanja

Pri radu su korieni hidrometalurki postupci: taloenja, filtriranja, rastvaranja, preiavanja, uparavanja i kristalizacije. Za karakterizaciju otpadnih rastvora, niklbaznog-karbonata i NiSO4x6-7H2O koriena je metoda atomske apsorpcione spektrofotometrije.Rezultati istraivanja

Radi odreivanja tehnolokih parametara procesa izvrena su istraivanja u laboratorijskim i poluindustrijskim uslovima. Sadraj nikla u ispitivanim otpadnim rastvorima je iznosio 80-100 g/dm3. Pored nikl-sulfata, nikl-hlorida i borne kiseline, rastvori su sadrali gvoe i bakar. Odreeni su optimalni parametri taloenja niklbaznog-karbonata rastvorom natrijum-karbonata. Dobijeni talog je viestepeno ispiran radi uklanjanja vika natrijuma, a potom filtriran i suen. Suv nikl-bazni karbonat je bio polazna sirovina za dobijanje nikl-sulfata, rastvaranjem razblaenom sumpornom kiselinom. Preiavanje rastvora od bakra i gvoa je vreno pre kristalizacije niklsulfata. Preieni rastvor nikl-sulfata je, nakon toga, uparavan, a iz zasienog rastvora kristalizacijom dobijen NiSO4 x 6-7H2O tehnikog kvaliteta.. Matini rastvor nakon kristalizacije se vraa u proces na preiavanje. Stepen iskorienja nikla iz otpadnih rastvora je bio 90-95%. Preradom otpadnih rastvora iz galvanizacije smanjuje se mogunost zagaenja radne i ivotne sredine i dobija komercijalni proizvod.Danas postoje i automatizovane linije za preiavanje otpadnih voda kao to su suare WATROMAT vajcarske kompanije WATROPUR AG

Proces obrade otpadnih voda je u potpunosti automatiziran. Sastoji se od neutralizacije kiselo-alkalnih voda, redukcije hromata i taloenja hidroksida metala u obliku mulja koji se zatim filtrira kroz filter-presu, gde se dobija filter pogaa koja sadri 75-80% vode. Obraena voda koja u potpunosti zadovoljava parametre odreene zakonom o vodama odlazi u javnu kanalizacionu mreu.

U cilju smanjenja volumena dobijenog galvanskog mulja i smanjenja njegove mase vri se njegovo suenje.

Za tu namenu pogodna je niskotemperaturna suara WATROMAT proizvoaa WATROPUR AG. Korienjem ove suare, koja radi na principu suenja mulja vazduhom zagrejanim putem modifikovane toplotne pumpe, ostvaruju se velike utede na zbrinjavanju otpadnih materija iz procesa galvanizacije smanjenjem njihove zapremine i mase, pa samim tim i utedom na nihovom zbrinjavanju (transportu, deponovanju).Karakteristike WATROMAT suare: nije bitan sastav mulja, ve kvalitetan filter pogaa dobijena u presi minimalna potronja energije - 0,33 kWh/l vode

smanjenje teine mulja do 75%

smanjenje volumena 50 - 70%

temperatura suenja od 40 - 45C

zatvoreni sistem bez emisija u okolinu izuzetno tih rad suare

zauzima minimalan prostor

kontejner se jednostavno prazni pomou viljukara osueni mulj sadri 90% suve materije mogue koritenje kondenzata (demineralizirana voda) kapacitet suara od 50 do 10 000 litara vode za 24 asaUpotrebom suare: smanjuju se trokovi zbrinjavanja mulja do 75%

nema praine ni emisije gasova u okolinu postie se izuzetno brza otplata, od 10 do 18 meseci

olakana manipulacija i privremeno skladitenje osuenog mulja (nema smrzavanja tokom zime)

smanjujete koliinu otpada u skladu sa ISO 14001 ema suare

slika suareema linije za galvanizaciju (sl.2): Napajanje se vri preko ispravljaa koji naizmeninu struju pretvara u jednosmernu, zatim iz promenljivog otpornika za regulaciju struje i ampermetra. Pozitivan kraj vezan je za anodu (metal kojim se vri galvanizacija), a negativan za katodu (obraivani predmet), gde su obe potopljene u elektrolit (rastvor soli anodnog metala) koji se nalazi u kadi.