Успехи гальванотехники.
Обзор мировой специальной литературы
за 2007-2008 годы

8.3. Органические покрытия

C целью достижения экономической выгоды, обеспечения качества продукции и экологической безопасности при лакировании металлических и пластмассовых деталей ведутся разработки подходящих лаков, технологии их нанесения и оборудования [600]. К важнейшим темам, обсуждаемым в публикациях, относятся сообщения об исследованиях в отношении лаков с новыми свойствами [39, 41, 189, 191, 192, 351, 365, 421, 423, 506, 507, 509, 551, 555, 556, 558, 597, 610, 615, 616, 618, 620, 691]. Предложены полиуретановые лаки, содержащие микрокапсулы с мономером, с помощью которых обеспечивается эффект «самозалечивания» пленки [190].

Описано применение роботов для промежуточных транспортировок и более сложных задач [86]. С помощь так называемой точной настройки (Fein-Tuning) можно модифицировать установки без перестраивания [87, 146]. Сообщается о применении фильтрации при порошковом лакировании [147] и использовании ее для уменьшения выпадения VOC [261], а также для регенерации водорастворимых лаков [194, 510]. Представлены экономичные решения в отношении подвода и отвода воздуха [352], проанализированы требования к крупногабаритным установкам [354] и массивным деталям [511, 685]. При обработке тяжелых деталей оправдано однорядное размещение ванн по прямой линии, обслуживаемой роботами [619]. Зачастую возникают проблемы при обработке кольцевых проводников, для которых подходят не все лаки [357]. При переходе на новый способ получения покрытий следует принимать во внимание определенные правила [362, 601]. Преимущества и недостатки пластмассовых кабин обсуждаются в работе [469], так же как и возникающие при дозировке лаков проблемы [557], возможности оборудования [608] и другие проблемы [602, 605, 609]. Отверждение с помощью инфракрасного [88, 353, 553] и ультрафиолетового [262, 424, 452] излучений требует специальных мер.

Технологические параметры процессов нанесения и их влияние на экономичность и качество продукции проанализированы в [195, 196, 204]. На конкретных примерах обсуждаются применение методов лакирования напылением [207, 256, 355], электрофоретического лакирования [259, 304, 686], электростатического нанесения покрытий (нанесения покрытий в электростатическом поле) [260, 359] и порошкового лакирования [305, 369, 512, 549, 550, 552, 607, 611, 623]. Предложен процесс для обработки небольших партий с частой сменой окраски, в котором нанесение покрытий производится в псевдоожиженном слое [625], описаны преимущества и недостатки удаления лаков в псевдоожиженном слое [299] и с помощью лазера [356]; обсуждаются критерии выбора способа снятия лакокрасочных покрытий [370].

Основной вклад в стоимость процесса лакирования вносят затраты энергии и расход лаков [366]; вклад этих факторов определяется выбором процесса и оборудования [367, 467, 508]. С помощью технологических мер удается уменьшить избыточное распыление краски по площади, что позволяет сэкономить до 50 % стоимости [596]. Рециркуляция лака внутри установки [613], как и мероприятия по соблюдению номинальной толщины покрытий [617], а также технология быстрого изменения окраски [624] позволяют снизить стоимость продукции.

Пластмассовые детали для автомобилей должны быть изготовлены из допускающих большую термическую нагрузку материалов и покрыты лаком, как и кузова [89]. Лакирование изделий из легких металлов (сплавов) описано в [560], существующая для большинства поставщиков проблема различных оттенков окраски деталей, а также методы разработки «гибких» процессов лакирования обсуждаются в [90,91]. Применение лаков горячей сушки в комбинации с цинковыми покрытиями позволяет обеспечить защиту от коррозии при экстремальных условиях [183, 296, 506]. Зеркальную лакированную поверхность велосипедных рулей получают восстановлением солей серебра [621]. Этот и другие способы применения обсуждаются в работе [205].

Для обеспечения высокого качества продукции необходимо избегать образования полос [255] и включения пыли в слой лака [368]. На конкретном примере [606] показано, как значительно сократить долю брака с помощью ультразвука.

9. Контроль качества

В настоящее время мероприятия по контролю качества внедрены на стадиях разработок, конструирования и включены в технологию. Обеспечение качества продукции на современном уровне подразумевает не только контролирование свойств получаемых изделий, но и текущий контроль с помощью прецизионных методов [200]. Кроме того, предложено проводить контроль заработной платы и осуществление внешнего наблюдения [434]. Для этого организовано награждение промышленных покрытий печатью общества качества (Qualit tsgemeinschaft industrieller Beschichtungen (QIB)) [630].

Распределение элементов в поверхностном слое устанавливают с помощью дорогостоящих аналитических методов [263, 471]. Применение статистического планирования экспериментов позволяет ограничить количество опытов при установлении взаимосвязи между технологическими параметрами и свойствами покрытий [75]. Коррозионная стойкость многослойных никелевых покрытий зависит от склонности к растрескиванию и обратно пропорциональна толщине покрытия [166]. Поскольку использовавшаяся ранее аппаратура для определения износостойкости позволяет учитывать только механическую нагрузку, разработан метод для определения вклада химической и электрохимической коррозии [198]. Проведение измерений в наноразмерной и субнаноразмерной областях можно проводить с помощью емкостных измерительных систем [199]. Оптические методы в комбинации с трехмерной визуализацией (трехмерным графическим представлением) позволяют проводить оценку качества обработки поверхности [513]. С помощью Online- методов можно осуществлять аналитический контроль процесса осаждения сплава цинк-никель, например, определять содержание металлов ренгенофлуоресцентным методом или концентрацию органических компонентов - методом HPCI [76]. Описан метод определения электрохимических свойств фосфатных покрытий [432]. Содержание водорода в металлах определяется по проникающей способности [430]. О свойствах твердых хромовых покрытий судят по плотности микротрещин [631].

Пригодность метода, описанного в [197, 206], для определения чистоты поверхности зависит от вида загрязнений. Наличие остаточных загрязнений устанавливается с помощью оптического микроскопа [99, 373].

С помощью отпечатка, сделанного при определении твердости по Виккерсу, можно определить вязкость, пластичность и хрупкость электроосажденных никелевых покрытий [42, 627]. При определении твердости гальванических покрытий по Виккерсу для получения сопоставимых (сравнимых) результатов нужно использовать измененную методику расчетов [626].

Для определения внутренних напряжений кроме способа определения относительного удлинения полос имеется еще три метода, сравниваемых в [44]. Использование программы визуализации упрощает аналитическую оценку шлифов под микроскопом при определении толщины покрытий [45]. При применении магнитно-индуктивных методов возможность оцифровки получаемых данных в измерительном зонде не доказана [96, 208]. Данных, полученных с помощью анализа шлифов, достаточно для определения толщины тонких покрытий [374].

Отрыв полосок, до сих пор бывший единственным объективным методом для определения прочности сцепления, заменяется новым способом проведения испытаний в центрифуге [45]; непрямые методы из-за большого числа факторов позволяют провести только сравнительную оценку [94], возможность применения рентгенофлуоресцентного метода обсуждается в [202].

Для оценки коррозионной стойкости лаковых систем используется явление хемилюминесценции [происходящее вследствие окисления на молекулярном уровне] [95]. При искусственном старении важное значение имеют чередующиеся сухие/влажные циклы и величина рН [375]. В работе [431] обсуждается информативность (значимость) испытаний методом солевого тумана. В случае кораблей и больших конструкций контроль осуществляют на суше путем периодических измерений толщины покрытий с помощью стационарно установленных приборов и передачи информации по радиосвязи [470]. Сообщается о влиянии времени экспозиции на местную (нитевидную) коррозию [628].

Хорошего сцепления пластмассовых покрытий во внутренних полостях легковых автомобилей можно достичь, контролируя поверхностные напряжения [98]. С помощью теста с использованием метилэтилкетона можно установить, затвердел ли лак [554]. Нанесение надрезов на покрытиях, полученных методами CVD и PVD, позволяет получить наглядную картину коррозии [307]. Вискозиметры для определения плотности масла необходимо регулярно калибровать [97, 203].

10. Защита окружающей среды,очистка сточных вод, рециркуляция, техника безопасности

Для обеспечения экологической безопасности проводится внедрение стабильных органических растворителей для обезжиривания в закрытых (замкнутых) установках, что позволяет избежать сложностей, связанных с образованием озона и горючестью нестабильных растворителей [48]. Представляет интерес изучаемое в настоящее время процесс получения тяжелых металлов из их руд биологическим способом [210]. Для сокращения эмиссии (ценных бумаг) на лакокрасочных предприятиях создают совещательные комиссии [473].

Новому Европейскому законодательству «REACh» и так называемым China-REACh посвящен ряд публикаций [516, 517, 632, 638, 642]*. Описана биологическая очистка воды с помощью ультрафиолетового излучения [641] и фильтрация от мелкой пыли с помощью нановолокон [690]. Обсуждается актуальная тема применения диоксида углерода в качестве осадителя [515].

Безопасны и удобны в носке вновь разработанные полумаски, позволяющие в индивидуальном порядке подбирать температуру и влажность [49].

10.1. Очистка сточных вод

Для оптимизации промывок на гальванических предприятиях и для уменьшения количества сточных вод используют возможности программного пакета MathCAD [376]. Обсуждается метод выпаривания сточных вод под вакуумом для удаления вредных продуктов [689]. Описана установка [266] для оптимизации очистки сточных вод непосредственно по месту, состоящая из четырех химических стаканов с мешалками, так называемый Becherglas-Tester.

Обзор важнейших применяемых в гальванотехнике комплексообразователей показывает, что их можно с помощью физических, химических, электрохимических и биологических методов переводить в безвредные растворимые или выпадающие в осадок формы [100, 598, 637]. Обсуждаются оптимальные комбинации процессов, необходимых для обработки сточных вод [379]. Соединения хрома(VI) в водном растворе восстанавливают дитионитом в проточных резервуарах, образующийся хром(III) выпадает в виде гидроксида [264].

10.2. Рециркуляция

Предложен процесс переработки гальванического шлама в силикатные краски с помощью жидкого стекла и карбамида, а также бутадиенстирола (латекса) [47]. Из ванн хромирования загрязняющие металлы лучше всего удаляются с помощью мембранного электролиза [101]. Срок службы травильного раствора для нержавеющей стали, ограниченный из-за накопления растворённых металлов, можно продлить с помощью методов диффузионного диализа, и нанофильтрации [149]. При регенерации обезжиривающих растворов отделение масла за счет создаваемого водоструйным насосом разрежения эффективнее, чем за счет взаимодействия с коалесцирующими осадителями или с помощью сливных желобов [212].

Рекуперация (регенерация) металлов, например, из оцинкованных стальных деталей представляет интерес не только благодаря ценности (стоимости) металла: выделенный цинк требуеттолько 5 % энергии, которая необходима для получения этого металла из руды [306].

Никельсодержащие сточные воды освобождают от органических компонентов и одновременно концентрируют для дальнейшего использования [377]. Представлен оптимальный процесс для рекуперации никеля из разбавленных промывных вод [435]. Для рекуперации цинка предложено сконцентрированный в накопителях металл осаждать электрохимическим способом в специальных подвешенных мембранных ячейках [378].

Исследуются оптимальные параметры электролитической рекуперации никеля из разбавленных растворов [635]. Из нитратных растворов с помощью меди выделяют серебро [640].

10.3. Отработанный воздух

Отходящий воздух от ванн обезжиривания на основе полибромида, предложенного в настоящее время в США как альтернативного хлороуглеводородам с точки зрения экологии, можно эффективно очищать с помощью активированного угля [211]. Сравнивают мероприятия, проводимые с целью снижения выделения вредных веществ при очистке и обезжиривании [214]. Сжигание отходящего воздуха можно заменить процессом биологической очистки [639].

11. Коррозия и защита от коррозии

Защиту от коррозии наряду с обеспечением декоративных, а также функциональных свойств относят к важнейшим задачам в области применения гальванических покрытий. Количество комбинаций с другими методами обработки поверхности постоянно возрастает. Этому способствует классификация различных видов и механизмов коррозии [653].

Согласно работе [31], лучшую коррозионную защиту титана в самолетостроении обеспечивает нанесение комбинации PVD- и гальванических покрытий. Некоторые легированные алюминием виды сталей обладают тем большей коррозионной стойкостью, чем меньше содержание алюминия [33]. Коррозию и образование усов на электрических разъемах можно подавлять с помощью специального антикоррозионного спрея [547]. Исследуются механизмы защиты от коррозии сталей с помощью многослойных никелевых покрытий [548], процесса наплавления [674] и напыляемых покрытий никель-алюминий [684].

Изучение контактирующих элементов железо/алюминий в теплообменниках показало, что они защищены от коррозии [92]. Для защиты от коррозии в промышленном климате (архитектурных) конструкций, находящихся под напряжением, лучше всего использовать (покрытие) алюминий-цинк-магний [499]. Искусственная патина обеспечивает достаточную (удовлетворительную) защиту при коррозионных испытаниях в атмосферных условиях [501]. Литые цилиндры в (Otto)-моторах защищают от контактной коррозии, возникающей вследствие повреждений поверхностной пленки, с помощью эпоксидной дисперсии, отверждаемой при нагревании [500].

Среди силикатных покрытий, образующихся при взаимодействии жидкого стекла с солями металлов, лучшую защитную способность проявляют силикаты железа и марганца [32]. В случае испарителей кондиционеров (установок для кондиционирования воздуха) оправдано применение пассивных пленок, не содержащих (VI) [425]. Показано [164], что при обработке кузовов автомобилей приемлемо по стоимости образование праймеров (первый слой - Primerschicht) на стадии предварительной химической обработки.

Защиту от коррозии больших конструкций на открытом воздухе [35] предложено обеспечивать с помощью специализированных предприятий [34, 165]. Ветровые колеса (ветряки) защищают с помощью полиуретановых покрытий в комбинации с катодной защитой [84]. Специальные институты оценивают эффективность коррозионной защиты в общеэкономических масштабах и разрабатывают коррозионнозащитные системы для стальных конструкций и других областей применения [157-163, 347, 426, 429].