Успехи гальванотехники.
Обзор мировой специальной литературы
за 2006-2007 годы

1.2. Замена вредных для окружающей среды веществ

Запрет на применение определенных металлов и химикатов, который введён различными предписаниями Евросоюза, ELV, RoHS, WEEE (ИИЭР (США)), IPCC и пр. [268, 493], касается и многих испытанных и совершенных методов и процессов в гальванотехнике. В связи с возникшей необходимостью замен многих процессов, электролитов и покрытий возникают вопросы, которые часто обсуждаются в специальной периодике на протяжении ряда последних лет.

Растущей проблемой является перспектива полного запрета на применение шестивалентного хрома, который до настоящего времени вообще считается одним из основных элементов в гальванотехнике и металлообработке поверхности. Причина запрета интерпретируется по-разному. Так, указывается на трудности утилизации шлаков при переработке металлолома и избавлении от шлама, содержащего хром [266], или необходимость защиты персонала [752], занимающегося регенерацией хрома [269]. Проблема касается не только европейских автомобилестроителей, но и всех остальных, поставляющих соответствующую готовую продукцию в Евросоюз.

В качестве замены «шестивалентного» хроматирования цинкового покрытия предлагаются варианты пассивации в составах на основе хрома(III), нанесения покрытий сплавами цинка и сверху органическим покрытием, или плакирование. Хотя такие технологии и удовлетворяют техническим требованиям, тем не менее, удорожают продукцию и требуют капиталовложений в новые технологии [207, 433]. Получение в устройствах барабанного типа толстослойных пассивных плёнок с наночастицами диоксида кремния создаёт меньше экологических проблем [522]. Вместо пассивации в растворе, содержащим хром(III), в США предпочитают метод пассивации, предложенный в US-Navy, в растворе на основе хрома(III) и цирконатов, хотя он и не обладает всеми свойствами, присущими хроматированию [211]. Кроме того, в США полагают, и с этим можно согласиться, что и хром(III) также следует запретить, и рекомендуют предприятиям переходить на чернение при низких температурах [266].

Отказ от хроматирования создает особые проблемы для резьбовых соединений, ведь многие важные технологические свойства резьбы меняются при использовании новых видов обработки и изменении структуры поверхности. Поэтому в будущем все соединения, определенные прежними инструкциями, необходимо заново исследовать и решить, где можно использовать программы моделирования, разработанные с этой целью [296, 458].

Как альтернатива хроматированию на базе хрома(VI), применяемому в качестве предварительной обработки алюминиевой поверхности перед лакированием, предлагается хром(III)-пассивирование и процесс нанесения покрытий на основе цирконатов. Для повышения прочности и жаростойкости, например, сковороды, применяется бесхромовый метод электролитического нанесения электрокерамического покрытия (Electro Ceramic Coating) оксида титана [220]. Конверсионное покрытие без хрома, наносимое особым способом, предлагается использовать при изготовлении испарителей систем климатконтроля в автомобилях [307].

Для защиты от точечной [питтинговой] коррозии в медьсодержащих сплавах алюминия вместо хроматирования применяют анодное оксидирование [773].

В США рассматривается возможность запрета самого процесса хромирование как такового, а для получения декоративных хромовых покрытий на медь-никелевом подслое предлагается переходить на хром(III)-электролит [520], или на сплав кобальт-цинк [519]. Кроме того создана специальная рабочая группа (Hard Chromium Alternative Team), которая исследует свойства термически напыленного сплава WC-CoCr в качестве альтернативы твердому хрому [740]. Функциональные (износостойкие, твёрдые) хромовые покрытия часто можно заменить композиционным никелевым покрытием [775]. Вместо хромирования полимерных материалов предлагается напылять на них слой алюминия, наносить химическое серебро с прозрачными лаками, либо, что дешевле, покрывать порошком [383].

Среди органических покрытий также имеются ограничения – запрещён коррозионностойкий пигмент – фосфат цинка, зачисленный в категорию опасных веществ. Его заменяют наполнителем, например слюдой, защищающей от коррозии механически [242].

Помимо хрома(VI) есть и другие опасные соединения, которые согласно упомянутой директиве не должны больше использоваться. Правда, на сегодняшний день для большинства запрещенных электролитов предлагаются растворы для замены. Назовем самые важные: безаммонийный электролит для сплава палладий-никель, белая бронза не должна содержать свинец [755], сплавы на основе благородных металлов не должны содержать никель, 18-каратное золото не должно содержать кадмий, а электролиты не должны содержать свободный цианид [769]. За исключением лишь некоторых случаев, достичь необходимых свойств только заменой электролитов практически нельзя, и почти всегда появляется необходимость дальнейшей доработки электролитов, процессов или покрытий [201]. Представляет интерес также предложение заменить внушающий опасения с экологической точки зрения процесс нанесения фосфатных экструзионных слоёв, используемых при обработке металлов давлением, в том числе при волочении и вытяжке, на TiHfCrN – покрытия, полученные методом PVD [441, 741]. В ряде публикаций рассматривается проблема свинцовых вентиляционных труб [344, 353, 807].

1.3.Проблемы гальванических предприятий

Растущее значение гальванических покрытий приводит к тому, что они становятся частью постоянно увеличивающихся объёмов серийно выпускаемой продукции. Поэтому необходимо, чтобы технология производства гальванических покрытий на предприятии соответствовала всем требованиям современной продукции и учитывала возможное повышение требований. Благодаря связанной с этим необходимости постоянно привносить новшества, улучшения и инновации, сама гальваническая продукция в целом стала движущей силой в развитии гальванотехники, создании новых гальванических процессов и их применении. Само собой, это отражается на деятельности специальной периодической литературы, в которой описываются и обсуждаются выше упомянутые проблемы.

Промышленные предприятия (прежде всего большие) отказываются от гальваники, чтобы сосредоточиться на основной выпускаемой продукции. Детали для нанесения гальванических покрытий в большинстве случаев передаются на специализированные гальванические заводы или на автономные гальванические цехи, благодаря чему возникают отношения, которые необходимо регулировать на основании законов [354]. Совсем по-другому должна функционировать форма аутсорсинга (когда одна компания передаёт часть бизнес-процессов на обслуживание другой), при котором гальванотехникой позволяют заниматься провайдеру, так называемой внедренной фирме-интегратору [492, 688]. Это, помимо других возможностей, позволяет внедрять гальванические методы в технологический процесс [234]. Чтобы удалось оптимально разрешить тесно с этим связанные и затратные вопросы логистики, разрабатывается новое программное обеспечение [44]. Гальванические заводы, которые теряют способности к инновациям, должны быть готовы к тому, что их рейтинг может снизиться [405]. Как этому можно противиться, показывают американские гальванические заводы, которые ограничивают объем заказов от одного клиента максимальным количеством в 20 процентов [852].

Чтобы удовлетворить ожидания своего заказчика, гальванические предприятия должны ставить перед собой задачу постоянного роста производительности при полном соответствии качества продукции. Оба подпункта требуют, чтобы гальваническое предприятие по возможности заблаговременно получало от заказчика все данные о требованиях к покрываемой продукции для возможности соответствующего планирования [679]. Сейчас, благодаря разработанному программному обеспечению, в котором запрашиваются и сохраняются все необходимые технические характеристики и информация касательно заключаемых сделок, своевременно учитываются новые директивы [42]. Оптимизированные с помощью компьютерной визуализации [341, 660, 663] планы формируют всесторонне рационализированное производство и опираются на так называемые десять заповедей, содержащих такие правила поведения и меры, как, например, непрерывное, постоянное улучшение и пр. [46].

Затраты можно уменьшить, если, например, при стравливании окалины в струях кислоты (при подходящем виде орошаемой поверхности), размещение и число форсунок оптимизируют описанным методом [194]. Все другие установки тоже должны пройти оптимизацию [664]. Обработать поверхность полуфабрикатов (заготовок, отдельных частей детали) в большинстве случаев проще, чем обрабатывать готовую деталь целиком [217, 233, 300, 739].

Стоимость продукции снижается, если электролит можно регенерировать, особенно это важно, поскольку затраты на утилизацию постоянно растут [271]. При непостоянном объёме производства пытаются уменьшить расходы по заработной плате, нанимая гальваников на условиях временной или частичной работы [274, 284]. Иногда, вследствие возрастающего обоснованного негодования на увеличение «выходных» бумаг предприятий, рекомендуется прибегнуть к помощи хорошего специалиста по документации [626, 704].

Поскольку затраты на энергию (и не малые) также отражаются на бюджете, с ней по возможности следует обращаться бережливо, в частности при выборе энергоносителя [281, 624, 627], применении соответствующей теплоизоляции [157] и выборе соответствующих токопроводящих устройств [637]. Вероятно, можно немного выиграть, используя охлажденную воду, благодаря рециркуляции с применением холодильников с атмосферным воздухом или градирни [283]. От тепловых потерь из-за чрезмерных испарений помогает широко применяемая облицовка [490]. При отоплении помещения можно экономить, если (как показывается на примере лакировальной установки) в помещении температурный режим устанавливается отдельно, наряду со всевозможными способами поддержания чистоты воздуха [495]. Большой экономии энергии достигают также, если отводимый и подводимый воздух подаётся централизованно по воздушным теплообменникам [531], применяется стеклянная изоляция [572] или предпринимаются меры, которые предложены в руководствах, разработанных в [587, 710]. Правильная предварительная обработка, процессы и лаки с необходимыми соответствующими температурными обработками – это следующее решение по экономии электроэнергии [595].

Что касается использования предприятиями поставщиков промежуточной продукции (в том числе и гальванической), надо взглянуть, прежде всего, на США, где это наиболее распространено из-за глобализации задачи [142, 666, 667], которую хотят устранить, например, путем точной калькуляции [665] или концентрации на узкой специализации [459]. Во Франции существует мнение, что автомобильная промышленность медленно теряет свои главные позиции как клиент гальванической промышленности, отдавая их авиастроению [460]. При нежелательной конкуренции путем плагиата, сейчас можно потребовать страховку союза промышленников [507].