Разработка технологического процесса нанесения никель фосфорных покрытий на изделия из титана

Содержание.
Введение
1. Материаловедческо-технологическая часть
1.1. Изделия и требования к ним
1.2. Выбор металлического покрытия
1.2.1. Методы защиты металлов от коррозии
1.2.2. Выбор типа покрытия
1.2.2.1. Хромовые покрытия
1.2.2.2. Цинковые покрытия
1.2.2.3. Никелевые покрытия
1.2.3. Методы нанесения никель – фосфорных покрытий
1.2.3.1. Гальванический
1.2.3.2. Химический
1.2.3.3. Влияние различных факторов на процесс нанесения покрытий
1.2.4. Структура и свойства
1.2.4.1. Структура покрытий
1.2.4.2. Антикоррозионные свойства
1.2.4.3. Антифрикционные свойства
1.2.4.4. Износостойкость
1.2.4.5. Микротвердость
1.3. Разработка технологического процесса нанесения Ni – P – покрытий на нижнюю обойму центрального редуктора.
1.3.1. Контроль изделий.
1.3.2. Подготовка рабочих поверхностей
1.3.3. Монтаж и изоляция поверхностей
1.3.4. Химическое никелирование
1.3.5. Промывка
1.3.6. Термообработка
1.3.7. Удаление недоброкачественного покрытия
2. Экономическая часть
2.1. Расчет смет затрат на разработку ТП и изготовление средств технического оснащения для химического никелирования изделий из титана
2.2. Себестоимость никелированных изделий из титана
2.3. Анализ эффективности и затрат
3.1. Безопасность производства
3.2. Устойчивость производства в чрезвычайных ситуациях
3.3. Промышленная экология
Заключение
Список литературы

Введение.

С развитием науки и технологии появляются все новые материалы и покрытия способные защитить изделие от воздействий окружающей среды и продлить срок его службы. Один из вариантов защиты изделий это нанесение никель фосфорных покрытий.
Целью дипломной работы является: на основании анализа литературных данных выбор наиболее устойчивого материала защитного покрытия, метода его нанесения и разработка технологического процесса нанесения этого покрытия на изделия из титана.
Данная работа состоит из трех частей. Первая часть материаловедческо – технологическая она состоит из трех разделов. В первом разделе дано описание изделия и требования к нему. Во втором разделе рассмотрены методы защиты металлов от коррозии. Выбирается тип металлического покрытия используемого для защиты изделий из титана. Описаны хромовые, цинковые, никелевые покрытия. Рассмотрены методы нанесения никель – фосфорных покрытий, факторы влияющие на процесс нанесения и качество получаемых покрытий. Подробно описаны структура и свойства никель – фосфорных покрытий такие как: антикоррозионные и антифрикционные свойства, износостойкость и микротвердость. В третьем разделе разработан технологический процесс нанесения никель – фосфорных покрытий на изделия из титана начиная от подготовки подложки до выхода изделия покрытого пленкой никель – фосфор. Подробно описываются все стадии технологического процесса: контроль изделий, подготовка рабочих поверхностей, монтаж, химическое никелирование, промывка, термообработка, удаление недоброкачественного покрытия.
Во второй части дипломной работы рассмотрены экономические показатели нанесения никель – фосфорных покрытий на изделия из титана. Приведен расчет смет затрат на разработку технологического процесса и изготовление средств технического оснащения. Рассчитана себестоимость никелированных изделий из титана и проведен анализ эффективности ТП и затрат на него.
В третей части рассмотрены экология и безопасность разработанного технологического процесса. Проведен комплексный анализ условий труда и безопасности производства. Разработаны меры защиты от выявленных опасных и вредных производственных факторов. В подразделе промышленная экология выявлены производственные факторы, оказывающие влияние на окружающую среду и разработаны природоохранные мероприятия.

1. Материаловедческо-технологическая часть.
1.1. Изделия и требования к ним.
В настоящее время ВИАМ разработаны рекомендации, касающиеся основных видов и изготовления изделий из титановых сплавов, применяемых в авиационной промышленности. А также нанесение покрытий с целью повышения физико-механических характеристик.
В основных узлах авиадвигателя — редукторы, коробки передач и т.д., благодаря своим прочностным и антикоррозионным свойствам используются изделия из титана.
Данное изделие — нижняя обойма центрального редуктора работает для удержания вала конической передачи. В изделие вставляется подшипник и подключается телескопическая защита вала передач. Детали изготовляют из полуфабрикатов, прошедших полный отжиг. Покрываемые поверхности — посадочное место подшипника и телескопической защиты, должны быть защищены от задиров, иметь низкий коэффициент трения и обладать большой твердостью.
Требования к покрытию:
Диапазон температур
-50 — +50 ºС
Коэффициент трения
0,1- 0,3
Твердость
700 — 900 Нv
На прочность сцепления покрытия с поверхностью детали из титановых сплавов большое влияние оказывают режимы предварительной механической обработки поверхности и химического травления. Нарушение режимов механической обработки, может приводить к появлению прижогов, местному изменению химического и фазового состава титановых сплавов и, как следствие этого, к ухудшению прочности сцепления покрытия с основой.
Шероховатость поверхности детали после механической обработки перед гидропескоструйной очисткой должна быть не менее 1,25.
Острые кромки должны быть скруглены с максимально возможным радиусом, но не менее 0,2 мм.
На поверхности деталей, подлежащих нанесению покрытия, не допускаются забоины, глубокие риски, царапины и другие дефекты.

1.2. Выбор металлического покрытия.
1.2.1. Методы защиты металлов от коррозии.
Коррозию металлов можно затормозить изменением потенциала метала, пассивацией металла, снижением концентрации окислителя, изоляцией поверхности металла от окислителей, изменением состава металла.
Все методы защиты условно делятся на следующие группы:
Легирование металлов
Это эффективный метод повышения коррозионной стойкости сталей за счет введения в их состав стойких к коррозии металлов (Хром, Титан, Никель, Вольфрам и др.).
Металлические покрытия
Для нанесения этих покрытий применяются различные способы: электрохимический (гальванопокрытия); погружение в расплав; металлизация; термодиффузионный и химический. Материалами для покрытий могут быть Zn, Cd, Al, Ni, Cu, Cr и сплавы: бронза, латунь.
Из перечисленных покрытий наиболее широко применяются никелевые и хромовые, как покрытия обеспечивающие исключительно высокую стойкость против коррозии, эрозии и абразивного износа. Эти покрытия обладают высокими декоративными свойствами.
В данной работе рассматриваются результаты теоретических и экспериментальных исследований по нанесению никелевых покрытий химическим методом. Для сравнения кратко рассмотрено нанесение покрытий электролитическим методом.
Неметаллические покрытия
Покрытия могут быть неорганическими и органическими. Защитное действие покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды. Для этих целей применяют неорганические эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др.
К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерной пленкой, резиной.
Протекторный
Этот метод защиты основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала — протектора, а также катодной (катодная защита) или анодной (анодная защита) поляризацией за счет приложенного тока.
При протекторной защите к изделию присоединяют металл или сплав, потенциал которого значительно отрицательнее потенциала металла изделия. Также металлы или сплавы называются протекторами. В качестве материала протекторов используют сплавы алюминия, магния, цинка.
В коррозионной среде, например в морской воде, металл протектора (анод) растворяется

а на защищаемом катоде выделяется водород

1.2.2. Выбор типа покрытия.
1.2.2.1. Хромовые покрытия.
Хром – является неблагородным металлом, он защищен тонкой, стабильной, плотно прилегающей, с хорошей адгезией, тугоплавкой самоуплотняющейся пленкой окисла. Защищенный такой окисной пленкой, металл имеет высокую стойкость в условиях окислительной атмосферы при высокой температуре и экспозиции в атмосферных условиях большинства природных сред. В отличие от серебра и меди это покрытие не тускнеет при действии серо водорода, не темнеет подобно никелю в атмосфере, содержащей сернистый газ.
Наибольшее значение для нанесения хромовых покрытий имеют методы электроосаждения, диффузионного хромирования и осаждения из паров. Электроосажденные покрытия — одни из самых распространенных хромовых покрытий. Другие два метода используются в ограниченных масштабах, и только в условиях высоких температур. Хотя получаемое покрытие менее пористо, по сравнению с электроосажденным.
Хромовое покрытие толщиной 0,5 мкм или меньше всегда пористое. Увеличение толщины выше этого значения, когда процесс нанесения покрытия проводится при обычных условиях, приводит к растрескиванию покрытия, что может быть обнаружено при исследовании под микроскопом при увеличении 350. Кохен [5] считает, что трещины заполняются прозрачной пленкой, вероятно, гидратированной окисью хрома, которая дегидрируется при нагревании до соединения .
Обычно экономически невыгодно и технически не всегда возможно использовать хром в виде полуфабрикатов из основного металла, однако благодаря высокому сопротивлению хрома коррозии его можно использовать в качестве тонких покрытий на металле с меньшей коррозионной стойкостью. Высокая отражательная способность, приятный голубовато-белый цвет и стойкость к окислению и потускнению являются основными предпосылками ею применения для декоративных целей в виде тонкого покрытия на более дешевых и менее стойких металлах.
К тому же высокая твердость металла, его низкий коэффициент трения и отсутствие налипания в сочетании с его коррозионной стойкостью делают хром особенно ценным покрытием, где сопротивление износу и абразивному износу являются важными факторами. Толстые покрытия, применяемые для этой цели, называются обычно твердыми покрытиями в отличие от тонких декоративных покрытий, но имеют больше пор и несплошностей.

1.2.2.2. Цинковые покрытия.
Установлено, что приблизительно 40% мировой продукции цинка идет для оцинковки железа и стали методом погружения в горячий расплав и это указывает на широкое применение цинка для защитных покрытий. Преимущества цинка в этом отношении, может быть, в первую очередь связано с легкостью его нанесения, низкой стоимостью и высоким коррозионным сопротивлением.
Полученное этим методом покрытие неоднородно по составу, однако слои, состоящие из сплавов системы цинк – железо, по мере приближения к поверхности все более обогащаются цинком, так что фактически поверхностные слои состоят из более или менее чистого цинка. Так как при формировании пленки на границе раздела происходит образование сплавов, то между покрытием и сталью возникает прочная связь. Слои, образованные из сплавов на основе системы цинк — железо, являются более твердыми, чем малоуглеродистая сталь.
Пластичность, особенно, важна для оцинкованных листов, при последующей операции гибки, но не для закрепления подшипников и работе в узлах трения.

1.2.2.3. Никелевые покрытия.
Никелевые покрытия применяют уже давно на железе, титане и других металлах для того, чтобы обеспечить такие свойства поверхности, как стойкость против коррозии, эрозии и абразивного износа. Наибольшая часть никеля используется в качестве декоративного покрытия толщиной 5—40 мкм, обычно с хромовым покрытием сверху толщиной около 0,5 мкм для того, чтобы придать изделию блестящий вид. Около З % всего никеля используется для покрытий технического применения, где покрытия относительно толстые и неблестящие. Такие покрытия применяют для новых деталей и для обновления старых.
Наибольшую часть никеля наносят электролитическим методом (гальваническим) в растворах. В противоположность электроосажденному никелю методом химического восстановления никеля осаждается без применения электрического тока от внешнего источника. Металл образуется путем восстановления ионов никеля из раствора, при действии на них определенных реагентов.
Термообработка, например, при 600°С в течение 2 ч улучшает сопротивление коррозии покрытия никель – бор или никель – фосфор, особенно в кислой среде. Это, по-видимому, происходит из-за образования слоев сплавов системы никель железо.
Пластичность никеля, осажденного путем восстановления, является низкой, однако хрупкость осадка, содержащего менее 2% Р, может быть понижена нагревом приблизительно до 750°С в течение нескольких часов с последующим медленным охлаждением.
Твердость этого покрытия является более высокой после нагревов при средних температурах; окончательное значение твердости зависит от уровня температуры и времени нагрева. Значения твердости покрытия никель— фосфор показывают, что твердость может превышать HV 1000 при соответствующей термообработке. На покрытии типа никель — бор при той же термообработке может быть получено значение твердости до HV 1200.
Коррозионная стойкость объясняется теорией о пассивации и образованию на поверхности окислов со стехеометрическими составами. Поэтому коррозионная стойкость очень высока, особенно в атмосферных условиях.
Сопротивление абразивному износу никелевых покрытий, полученных методом восстановления и имеющих твердость до HV 600, было оценено путем испытаний на абразивный износ и найдено близким к износу электролитического никелевого покрытия. Однако никелевое покрытие, полученное восстановлением, неудобно для применения там, где две поверхности этого покрытия твердостью выше HV 200 трутся между собой без смазки.
Главное преимущество данного метода состоит в том, что осаждение идет при почти постоянной скорости по всей сложной форме поверхности детали. Таким образом, этот метод осаждения никеля может быть применен для покрытия внутренних поверхностей труб, вентилей, контейнеров и других деталей, имеющих углубления на поверхности, где электроосаждение никелевое покрытие будет наноситься с трудом и стоить дорого. Покрытия, полученные без наложения электрического тока, также имеют преимущество по коррозиионной стойкости и механическим свойствам перед электроосажденными никелевыми покрытиями.
Обоснование выбора:
– твердость по отношению к другим металлам
– нанесение на детали сложной формы
– стойкость к износу (приближена к хрому)
– коррозионная стойкость
– относительная легкость технического процесса
– экономически выгодно

1.2.3. Методы нанесения никель – фосфорных покрытий.
1.2.3.1. Гальванический.
Наибольшую часть никеля наносят электролитическим методом (гальваническим) в растворах, основанных на смеси сульфата никеля, хлорида никеля и борной кислоты.
Типичный состав (г/л) и условия процесса следующие:
Сернокислый никель ……………………
Сернокислый натрий ……………………
Сернокислый магний …………………….
Борная кислота ……………………………
Хлористый натрий ………………………
200
30
20
15
3
Температура °С……………………………
рН ………………………………………….
Dkв а/дм2 …………………………………
Скорость осаждения мкм/час
20 – 22
5 – 5,5
3 – 7
40 – 90
Металлическую подложку после обезжиривания и тщательной промывки помещают во влажном состоянии в гальваническую ванну. Основные металлы, на которые обычно наносят гальванические покрытия, должны иметь непосредственный контакт с электролитом и по этому слабое коррозионное воздействие промывочной воды, предотвращающее образование существенной окисной пленки, играет важную роль. Правильный баланс коррозионных процессов на начальных стадиях электроосаждения — важнейшее условие получения качественных покрытий. Это обстоятельство определяют строгие требования к составу гальванических ванн, используемых для каждой конкретной подложки.
Покрываемая деталь в гальванической ванне является катодом. Она погружается будучи уже включенной в цепь, которая замыкается при касании электролита (погружение под напряжением). В этом случае уменьшается вероятность коррозии подложки в электролите до осаждения на ее поверхности покрытия. Основным катодным процессом обычно является восстановление ионов металла из раствора до металлического состояния с образованием прочно сцепленного с подложкой компактного покрытия.
Восстанавливаемыми ионами могут быть гидратированные катионы, например:
(1)
С одной стороны, электрическое поле обусловливает миграцию катионов, к катоду. С другой стороны, электрическое поле препятствует миграции к катоду анионов и их нахождение вблизи катода обусловлено исключительно диффузионным процессом. Восстановление ионов металла редко является единственным катодным процессом, так как одновременно восстанавливаются также вода и другие вещества, растворенные в гальванической ванне. Многие вещества специально добавляются в ванну для участия в катодном процессе с целью изменения природы покрытия.
Ток входит через границу анод — электролит. Анод обычно изготавливают из того же металла, что и покрытие, осаждаемое на катоде.
При обычной плотности тока в растворе 96—98% плотности катодного тока идет на осаждение никеля, остальная часть — на разряд водородных ионов. Борная кислота в растворе работает как буфер и улучшает внешний вид и качество покрытия. Хотя фосфаты и ацетаты исполъзуются, борная кислота является лучшим буфером для растворов никелевых ванн.
Для получения декоративных покрытий в растворы гальванических ванн добавляют органические реагенты, называемые блескообразователями.
Преимущество этого метода:
– раствор относительно прост
– состав раствора легко контролируется и поддерживается чистым
– получаемые пленки никеля воспроизводимы по качеству и отвечают высокими защитными свойствами.

1.2.3.2. Химический.
В противоположность электроосаждаемому никелю этим методом никель осаждается без применения электрического тока от внешнего источника. Металл образуется путем восстановления ионов никеля из раствора при действии на них определенных реагентов.
Реакция восстановления, по существу, контролируется обычными кинетическими параметрами, такими как концентрация реагирующих веществ, температура, скорость перемешивания, эффективность катализатора и т. д. Если реакция протекает сильно, например, в случае использования такого эффективного восстановителя, как гидразин, то бесполезное выпадение осадка может иметь место во всем объеме электролита. В результате происходит осаждение на всех металлических и неметаллических поверхностях, на которых имеются подходящие центры зародышеобразования. Для того чтобы ограничить скорость осаждения и улучшить адгезию, поверхность после ее очистки подвергают предварительной сенсибилизации. Обычно используются сенсибилизаторы на основе солей благородных металлов [2].
При надлежащем контроле процесса осаждения нет никаких ограничений толщины покрытия, которую можно получить этим методом, но в простых электролитах получить приемлемую толщину покрытия удается редко. Используется несколько видов добавок.
Осаждение можно проводить с высокой скоростью, например 0,025 мм/мин, но умеренные скорости позволяют избежать плохой адгезии и выпадания электролита в осадок. Фактическое управление процессом может быть несложным, но раствор требует регулярного пополнения солями и фильтрации.
При химическом никелировании в качестве восстановителя наиболее широко используют гипофосфиты. В этом случае реакция выглядит следующим образом:
(2)
Наиболее важными параметрами осаждения являются температура и рН раствора. Повышение температуры увеличивает скорость осаждения. Электролит может быть щелочным или кислым, но последний более предпочтителен.
Согласно современным представлениям, суммарный процесс химического никелирования включает в себя, по крайней мере три реакции:

Механизм процесса химического никелирования очень сложен. Согласно последним исследованиям [2], механизм реакции при химическом никелирования носит следующий характер.
Первой стадией процесса является реакция взаимодействия гипофосфита с водой. Эта реакция, протекающая на каталитической поверхности, заключается в замене водорода из связи Р — Н в молекуле гипофосфита на группу — ОН из воды. Реакция, описывающая это взаимодействие, выражается уравнением
(3)
Образующиеся при реакции электрон и адсорбированньий атом водорода в условиях кислой и слабощелочной среды взаимодействуют с ионом водорода по реакции

Суммарная реакция взаимодействия гипофосфита с водой соответствует уравнению
(4)
В условиях щелочной среды (рН> 9) образующиеся при окислении гипофосфита в фосфит электрон и атом водорода из связи Р — Н, взаимодействует с водой, приводят к молизации по типу электрохимической десорбции:
(5)
Учитывая, что вторая константа диссоциации иона фосфита достаточно велика, можно полагать, что молизация водорода непосредственно связана с диссоциацией этого иона. В этом случае реакция химической десорбции может быть представлена уравнением
(6)
Из уравнения (3) наглядно видно, что процесс окисления гипофосфита водой приводит к снижению рН раствора. Снижение рН раствора может оказаться и результатом непосредственной нейтрализации иона ионом .
При наличии в растворе ионов никеля электроны, образующиеся по реакции (3), восстанавливают их до металла:

Суммарную реакцию восстановления ионов никеля гипофосфитом можно представить в виде следующих уравнений:
(7)
(8)
При протекании реакций (7) и (8) могут также идти реакции (4) — (6), которые приводят к снижению коэффициента использования гипофосфита.
Одновременно с восстановлением никеля протекает реакция восстановления гипофосфита до элементарного фосфора. Реакция, приводящая к образованию фосфора, связана с разрывом связей Р— Н, Р—О и Р—ОН в молекуле гипофосфита. Протекание указанной реакции может быть представлено следующим уравнением:
(9)
Суммарная реакция, включая и реакцию взаимодействия гипофосфита с водой, поставляющую электроны, выразится уравнением
(10)
В соответствии с уравнением (9) экспериментально определяется установленная зависимость содержания фосфора в покрытиях от рН раствора, а именно: увеличение количества фосфора в осадке с уменьшением величины рН.
Процесс образования Ni—Р покрытий начинается самопроизвольно только на некоторых каталитически активных металлах, К их числу относятся никель, железо, кобальт, палладий и алюминий. Однако никелевое покрытие можно нанести и на другие металлы посредством дополнительной обработки поверхности.
Никель может быть осажден также восстановлением при помощи боранатов, таких как боранат натрия или N – диэтилборазан . Основная реакция протекает по следую щей схеме:
(11)
Ванна с раствором бораната натрия работает при рН=14 и температуре 90—95°С. Скорость осаждения составляет 10— 30 мкм/ч. Для протекания этой реакции требуется металлический катализатор.
Химическое восстановление в настоящее время широко используют для осаждения никеля в качестве первой стадии электроосаждения на пластинки, особенно такие, как акрилонитрил—бутадиен—стирол, и в меньшей степени полипропилен. Пластик сначала травят в сильной смеси хромовой и серной кислот, сенсибилизируют в растворе двухлористого олова, а затем активируют в палладиевой или серебряной ванне. После этого пластик готов к химическому никелированию.
За осаждением никеля химическим методом следует стадия электроосаждешя необходимого покрытия, чаще всего меди плюс никель и сверху хром.
При осаждении никеля путем восстановления без наложения ЭДС для технических целей используют соединения бора как восстановителя. Покрытия никель — бор имеют в основном такие же механические, физические и химические свойства, как покрытия никель — фосфор и поэтому последующие обсуждения свойств покрытий рассматриваются на примере покрытия типа никель — фосфор.
1.2.3.3. Влияние различных факторов на процесс нанесения покрытий.
Влияние рН растворов. Значительное влияние на процесс восстановления никеля оказывает кислотность раствора, что видно из результатов, приведенных на рис.1, при нанесения никель — фосфорного покрытия. При снижении рН до 6.0 — 6.5 скорость нанесения покрытия заметно возрастает, однако это значение рН в процессе восстановления никеля затруднено, так как в ходе процесса образуются трудно растворимые никелевые соединения в растворе — фосфиты никеля.

Рис. 1. Влияние рН на скорость образования покрытия [2].
Для предотвращения выпадения осадка в раствор вводят комплексообразователи: этилдиамин, уксусная кислота, лимонная, гликолевая кислота и др.
Основным же недостатком щелочных ванн является их неустойчивость, связанная с летучестью аммиака при нагревании раствора.
Кислые растворы (рН 4.0 — 0.5) применяют для нанесения покрытий на детали из черных и некоторых цветных металлов (медь, латунь и др.) особенно когда их рабочие поверхности должны иметь высокую твердость, износостойкость и корозионно — защитные свойства.
С течением времени скорость никелирования в некорректируемых кислых растворах постепенно уменьшается и через б ч работы процесс образования покрытий почти прекращается.
Щелочные растворы применяют при нанесении покрытий на коррозионностойкую сталь, алюминий, титан, магний, а также при необходимости осаждения многокомпонентных покрытий (сплавов) на основе Ni, Со.
Советский ученый С А. Вишенков [1] проводил испытания для определения пористости и защитных свойств Ni — Р — покрытий, полученных из кислых и щелочных растворов с янтарнокислым натрием в качестве буферной добавки.
Таблица 1
Растворы для осаждения никеля химическим методом [2].

Состав, г/л, и режим работы ванны
Щелочной раствор
Кислый раствор
1
2
3
Хлорид никеля
Сульфат никеля
Гипофосфат натрия
Ацетат натрия
Гидроацетат натрия
Цитрат натрия
рН
Температура
Скорость нанесения покрытия, мкм/час
Внешний вид покрытия

30
–
–
–
–
50
8-10
90
7,5
Блестящий
–
30
10
10
–
–
4-6
90
2,5
Гру бый, тем ный
30
–
10
–
10
–
4-6
90
12,5
Полубле стящий
30
–
10
–
–
–
4-6
90
5
Полубле стящий
Таблица 2
Концентрация компонентов растворов с янтарнокислым натрием в качестве буферной добавки [1].
Концентрация компонентов раствора ,г/л
Растворы
рН 4,5
рН 5,5
рН 8,0 – 8,5
1
2
3
Сернокислый никель (кристаллогидрат)
Гипофосфит
Янтарнокислый натрий
Хлористый никель (кристаллогидрат)
Хлористый аммоний
Аммиак (25%), мл/л
25
30
15
–
–
–
–
30
15
25
–
–
–
25
100
30
30
35
Коррозионные испытания показали, что на образцах с покрытием из щелочного раствора З или с электрохимическим никелем через 96 ч наблюдаются первые очаги коррозии, через 300 ч значительная коррозия основного металла, а через 650 ч сплошной слой продуктов коррозии основного металла на всех образцах. Поверхность же образцов, никелированных в кислых растворах 1 и 2, после испытаний в течение 650 ч сохранила первоначальный вид. Через 1000 ч испытаний на образцах с покрытием толщиной 10 мкм и более очаги коррозии не обнаружены. Покрытия, термообработанные в условиях вакуума (не имевшие окисной пленки), обнаружили пониженную коррозионную стойкость.
Влияние температуры. Одним из основных факторов, влияющих на скорость осаждения никеля, является температура. Это вполне закономерно, так как температура резко влияет на скорость протекания практически всех химических процессов.
Установлено, что при низких температурах процесс восстановления никеля почти не происходит. Однако с повышением температуры раствора этот процесс заметно ускоряется, что видно из результатов, приведенных на рис. 2.

Рис 2. Влияние температуры раствора на скорость образования покрытия [2].
Однако “перегрев” раствора приводит к саморазряду или образованию гидроокиси никеля.
Влияние концентрации реагентов. Это вполне естественная зависимость о чем «говорит» закон действующих масс:
«Скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени стехеометрических коэффициентов”.
Результаты, приведенные на рис. 3 и 4 , подтверждают эту зависимость. Однако зависимость скорости реакции осаждения никеля по разному зависит от концентрации различных реагентов.
Соли органических кислот (гликолевой, уксусной и лимонной) оказывают большое влияние на процесс восстановления, так как поддерживают рН при оптимальном значении и влияют на скорость восстановления никеля.

Рис. 3. Влияние концентрации гипофосфита натрия на скорость образования покрытия [2].

Рис. 4. Влияние концентрации хлористого никеля на скорость образования покрытия [2].
Некоторые исследователи [2] предлагают применять в качестве буферных соединений соли органических двухосновных насыщенных кислот (янтарной, малоновой и глутаровой). Многие работы показывают, что скорость восстановления никеля, а также и качество покрытия зависят в значительной степени от концентрации и природы буферного соединения.
Оптимальная концентрация буферной добавки зависит также и от содержания гипофосфита в растворе. При исследовании раствора, содержащего 20 г/л хлористого никеля и 10 г/л гипофосфита натрия, наилучшие результаты были получены при концентрации уксуснокислого натрия 8—10 г/л. Дальнейшее увеличение концентрации уксуснокислого натрия приводит к ухудшению качества покрытия. Скорость процесса увеличивается с повышением концентрации гипофосфита при условии, если в растворе одновременно повышается концентрация буферной добавки до ее оптимального в этих условиях значения.
В силу каталитической природы процесса ничтожные примеси в растворе могут оказывать значительное влияние на его течение рис. 5.

Рис. 5. Зависимость скорости осаждения покрытия от продолжительности никелирования в кислом растворе: 1 — с малеиновым ангидридом (1 ,5—2,0 г/л); 2 – без малеинового ангидрида [1].
Посторонние вещества попадают в раствор в виде примесей к основным реагентам, и при корректировании раствора концентрация этих примесей может быть столь значительной, что вредно отразится на процессе. Данные исследования [1] показывают, что ничтожные количества ионов роданида и хлористого свинца (0,1 г/л) полностью прекращают процесс, как в кислых, так и в щелочных никелевых растворах. Вредное влияние на процесс оказывают соли кадмия, причем в щелочных никелевых растворах в большей степени, чем в кислых никелевых. Присутствие в кислом растворе хлористых солей цинка, магния, алюминия, железа и натрии (до 0,1 г/л) не оказывает заметного влияния на процесс. При повышении концентрации хлористого железа до З г/л скорость процесса сильно снижается.
Кроме того, на процесс никелирования могут влиять вещества, образующиеся в результате окислительно-востановительных реакций (фосфит и кислота). Так, ионы фосфита образуют нерастворимое соединение фосфит никеля. Выпадение осадка плохо отражается на скорости процесса и качестве покрытия и затрудняет корректирование раствора. Выпадению фосфита никеля способствуют высокая температура и малая кислотность раствора.
Для предотвращения выпадения осадков фосфита никеля необходимо вводить в раствор вещества, способные образовывать с никелем комплексные соединения и не оказывающие отрицательного влияния на реакцию восстановления.
Наиболее эффективными комплексообразователям и являются глицин и лимоннокислый натрий. Введение в раствор глицина препятствует выпадению фосфита, однако невысокая скорость осаждения никеля в данных условиях вызывает необходимость сочетания этой добавки с другими веществами (например, с уксуснокислым натрием).
Накопление фосфитов в растворе замедляется при использовании не только глицина, но и других аминокислот: α-аминопропионовой, аминобутиловой, аминоянтарной, аминодиуксусной. Стабилизаторами растворов могут быть сульфид свинца, тиомочевина, тиосульфат натрия, хромат свинца, сульфид висмута. Действие стабилизаторов основано на том, что они изолируют фосфиты от взаимодействия с раствором. Стабилизаторы адсорбируются предпочтительно на образующихся в ходе реакции частицах коллоидного размера, препятствуя их превращению в центры кристаллизации, на которых бы осаждался никель, тем самым предотвращая разложение раствора. Стабилизаторы повышают скорость осаждения покрытий и сокращают расход гипофосфита.
Влияние корректировки ванн. Поскольку скорость реакций зависит от концентрации исходных веществ, то поддержание постоянных их концентраций должно способствовать и “постоянной” скорости образования продуктов реакции.
Периодическая корректировка раствора ванны за счет введения основных реагентов, влияющих на процесс осаждения никеля, направлена на поддержание в ванне относительно постоянную концентрацию реагентов.

Рис. 6. Скорость осаждения покрытия в кислом растворе при ежечасном корректировании исходными компонентами: 1 — с малеиновым ангидридом; 2 без малеинового ангидрида.
На рис. 6 показана зависимость работоспособности того же кислого раствора от наличия в нем малеинового ангидрида. Без него раствор при непрерывном снижении скорости через 7 ч работы полностью вышел из строя (кривая 1). Во втором случае его корректировали, перед очередным корректированием раствор фильтровали. В этом случае он проработал 22 ч при постоянной скорости реакции, оставаясь прозрачным и работоспособным (кривая 2).

Рис. 7. Зависимость скорости осаждения покрытия от продолжительности никелирования в кислим растворе: 1 — с 15 мг/л сульфида свинца и корректированием; 2 — то же, без корректирования; З — с 15 мл/л аллилчена и корректированием; 4 — то же, без корректирования.

Рис. 8. Зависимость скорости осаждения покрытия в щелочном растворе от продолжительности никелирования: 1— без корректирования, 2 – с корректированием.
На рис. 7 показана зависимость скорости осаждения покрытия от продолжительности никелирования в кислом некорректируемом и корректируемом растворах с сульфидом свинца в качестве стабилизатора. В обоих случаях начальная скорость никелирования в свежеприготовленных растворах составляет около 60 мкм/ч, однако некорректируемый раствор уже после первого часа работы почти полностью выработался и осаждение никеля в нем прекратилось. В корректируемом растворе, когда концентрация компонентов и рН поддерживались на оптимальном уровне, такая скорость никелирования сохраняется длительное время. При использовании в том же растворе в качестве стабилизатора 15 мл/л аллилчепа (вместо сульфида свинца) скорость никелирования на 20-22 ниже, чем в первом случае, однако и тогда при помощи корректирования можно эксплуатировать раствор длительное время.
На рис. 8 показана зависимость скорости осаждения покрытия в щелочном некорректируемом и корректируемом растворах. Наличие таких комплексообразователей, как лимоннокислый натрий и аммиак, и стабилизирующей добавки (аллилчепа) оказывает определенное влияние на протекание реакций. В ряде случаев максимальная скорость никелирования в свежеприготовленном щелочном растворе ниже, чем в кислом. Снижение скорости никелирования в некорректируемом щелочном растворе протекает менее интенсивно, чем в кислом. Общая продолжительность работы корректируемого щелочного раствора значительно выше, чем кислого.
Из результатов, приведенных на рис. 6, 7 и 8, следует, что корректировка ванны играет большую роль в поддержании сравнительно постоянной скорости осаждения никеля.

1.2.4. Структура и свойства.
1.2.4.1. Структура покрытий.
Установлено, что помимо фазы твердого раствора фосфора в никеле (гексагональная плотная упаковка), существует ряд химических соединений состава , и .
Химически восстановленный никель имеет аморфную структуру. При нагревании аморфный осадок переходят в кристаллическое состояние. Так, в процессе нагрева в вакууме при температуре свыше 300 °С происходят превращение исходной структуры в двухфазную, состоящую из фазы и фазы твердого раствора (внедрения) фосфора в с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК). С увеличением температуры нагрева количество фазы (ГЦК) возрастает за счет распада твердого раствора. Процесс распада – раствора и образования необратим.
В исходном состоянии наблюдается слоистость покрытия. Вопрос о природе слоистости объясняется изменением концентрации фосфора по толщине слоя осадка.
По мере повышения температуры и длительности нагрева частицы химического соединения коагулируют и становятся еще более различимыми. После нагрева до 700 °С и более слоистость в осадках исчезает, происходит дальнейшее укрупнение размеров час .
При длительной эксплуатаций Ni-P – покрытий в условиях высоких температур наблюдается образование различных зон по сечению осадка: верхняя, средняя и нижняя, прилегающая к основному металлу. Так, после выдержки в течение 500 – 3000 ч при температуре 600 °С наблюдаются коагуляция частиц избыточной фазы и уменьшение их числа в верхней зоне, в то время как в средней зоне обнаруживаются мелкодисперсные частицы . В результате распада и одно временного выделения избытка фосфора из твердого раствора и из фазы может образоваться более богатая фосфором фаза которая также обнаруживается в средней зоне.
При нагреве покрытий фосфор диффундирует из них в основной металл, на границе которого образуется новая фаза, вероятно, фосфида титана . В процессе химического никелирования в осадок включается водород. Следует отметить, что в покрытиях, полученных химическим способом, водорода в несколько раз меньше, чем в гальванических покрытиях.
Содержание водорода возрастает с увеличением толщины покрытий, причем в покрытиях, полученных из кислых растворов, водорода на 50 % больше, чем в покрытиях из щелочных растворов. Водород оказывает вредное влияние на прочностные характеристики никелированных изделий, поэтому его надо удалять из осадков путем нагрева.
Структура осадков определялась для покрытий, полученных из кислых и щелочных растворов как до термообработки, так и после термообработки при 400 и 600 °С в течение 1 ч. Температура термообработки 400 °С взята как оптимальная температура, применяемая для получения высокой прочности сцепления покрытия с основой.
Температура термообработки 600 °С взята как близкая рабочая температура энергетических установок.
Для сравнения металлографическим исследованиям подвергались и никелевые покрытия, полученные гальваническим путем.
Гальваническое никелирование проводилось в растворе следующего состава (в Г/л):

Сернокислый никель
200
Сернокислый натрий
30
Сернокислый магний
20
Борная кислота
15
Хлористый натрий
3
Температура
20-22°С
рН
5-5.5
Dk в а/дм2

1
Структура осадков выявлялась электрохимическим травлением. На рис. 9 показаны структуры никелевого покрытия, полученного гальваническим способом и путем химического никелирования в кислом растворе рН – 5,2 и щелочном растворе рН – 9 и содержащего соответственно 11—12% и 3,8-4,2% фосфора как до термообработки, так и после нее при температурах 400 °С и 600 °С в течение 1 ч.
Как видно из приведенных микрофотографий (рис. 9,10) структура гальванического слоя не изменяется в зависимости от режима термообработки.

Рис. 9. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных гальваническим никелированием до термообработки.

Рис. 10. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных гальваническим никелированием после термообработки 400 °С, 1 ч.
Структура химического никелевого покрытия, полученного из кислой ванны, в исходном состоянии (сразу после осаждения без последующей термообработки) не выявляется при всех вариантах травления, что указывает на высокую однородность строения этого слоя, состоящего из смеси атомов никеля и фосфора, а также на однородность внутренних остаточных напряжений (рис. 11).

Рис. 11. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из кислой ванны до термообработки.

Рис. 12. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из кислой ванны после термообработки при 400 °С, 1 ч.
Термообработка покрытия при температуре 400 °С в течение часа позволяет, хоть и очень слабо, выявить его структуру: наблюдается слоистость покрытия, связанная, очевидно, с неравномерной концентрацией фосфора но ходу осаждения покрытая из раствора (рис. 12).
После термообработки при температуре 600 °С в течение 1 часа (рис. 13) процесс формирования структуры через диффузионные процессы в твердом состоянии приводит к образованию хорошо заметных при данном увеличении частиц избыточной фазы .

Рис. 13. К покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из кислой ванны после термообработки при 600 °С, 1 ч.

Рис. 14. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из щелочной ванны до термообработки.
Иначе выглядит структура никель фосфорного слоя, полученного из щелочной ванны (рН – 9). Вследствие того, что фосфора в этом слое существенно меньше (4% вместо 10 – 12% в покрытии, полученном из кислой ванны), концентрационное распределение фосфора в слое также вероятно весьма неравномерно. Эта неравномерность приводит к сильной полосчатой травимости слоя, не прошедшего термической обработки (рис. 14).

Рис. 15. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из щелочной ванны после термообработки при 400 °С, 1 ч.

Рис. 16. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из щелочной ванны после термообработки при 600 °С, 1 ч.
С другой стороны, неравномерность распределения фосфора в слое может привести к высокому и неоднородному в отдельных зонах слоя уровню внутренних остаточных напряжений, что также повышает травимость металлов и сплавов. Указанные факторы в щелочном слое достаточно устойчивы даже после термообработки при 400 °С в течение 1 ч (рис. 15) и исчезают благодаря более интенсивно протекающим диффузионным процессам и процессу релаксации напряжений только после термообработки при более высоких температурах, в частности, при 600 °С (рис. 16).
Высказанные здесь положения достаточно хорошо подтверждаются данными, полученными при изучении уровня и устойчивости внутренних остаточных напряжений в никель – фосфорных слоях в зависимости от рН раствора и режима последующей термической обработки слоя.
Как показывает рис. 16, после термообработки при 600 °С в течение 1 ч структура покрытия, полученного из щелочной ванны, подобна структуре слоя, полученного из кислой ванны. Кроме того, на границе с основным металлом после термообработки при 600 °С наблюдается тонкая светлая диффузионная зона, которая с увеличением выдержки до 5000 ч при температуре 600 – 650 °С или при повышении температуры термообработки в по своей ширине, достигая 1/4 от общей толщины слоя.
На рис. 17 приведены данные по изменение твердости слоя никель – фосфорного покрытия в зависимости от кислотности растворов и режима термообработки.

Рис. 17. Изменение твердости никель – фосфорного покрытия и зависимости от температуры термообработки и течение 1 ч:
1 — для образцов, полученных из кислой ванны (содержание, фосфора в слое 11- 12%),
2 — для образцов, полученных из щелочной ванны (содержание фосфора в слое, 3,8 – 4,2%).
Как показали замеры микротвердости покрытий, полученных в кислой и щелочной ванне (замеры производились с поверхности образцов на приборе ГГМТ-3 с нагрузкой 100 Г), максимальная твердость никель – фосфорных покрытий достигается при обработке в интервале 400 °С (рис. 17) дальнейшее повышение температуры термообработки приводит к коагуляции и падению твердости.
Как следовало ожидать, твердость никель – фосфорных покрытий, полученных в щелочном растворе, на 12 — 15% ниже твердости покрытий, полученных и кислом растворе. Это объясняется меньшим содержанием фосфора в покрытие, полученном из щелочного раствора, что в свою очередь пропорционально уменьшению количества частиц фазы в его структуре при данной степени дисперсности этих частиц, которая определяется температурной термической обработки слоя.

1.2.4.2. Антикоррозионные свойства.
В условиях морского климата и атмосферы промышленного района были проведены сравнительные испытании Ni – P — покрытий с 10 и 7 % – ным содержанием фосфора, полученных из растворов 1—4 (табл. 3).
И в данных условиях испытаний Ni – Р – покрытия из кислых растворов обладают большей защитной способностью, чем электро – химический никель
В результате испытаний химических никелевых покрытий, регулярно опрыскиваемых в коррозионной камере 3 % – ным раствором хлористого натрия, оказалось, что на химических покрытиях появляются очаги коррозии, но дальнейшего разрушения поверхности не происходит даже после 2000 ч испытаний, в то время как на электро – химических покрытиях они быстро распространяются.
Таблица З
Концентрация компонентов и кислотность растворов для химического никелирования образцов, подвергшихся коррозионным испытаниям.

Номер раствора
рН
Концентрация компонентов раствора, г/л
Хлористый никель (кристаллогидрат)
Гипофосфит натрия (кристаллогидрат)
Гликолевая кислота
Янтарная кислота
Лимоннокислый натрий (кристаллогидрат)
Хлористый аммоний
Смачивающее вещество
1
2
3
4
4,2-4,3
4,2-4,3
8,5-9,0
8,5-9,0
30
32
30
30
10
30
10
10
39
–
–
–
–
15
–
–
–
–
100
10
–
–
50
50
–
–
–
0,1
Возможность использования Ni – P – покрытий для защиты деталей от коррозии в условиях тропического климата выясняли на стальных образцах, которые покрывали в кислом растворе следующего состава (г/л):

хлористый никель
20
гипофосфит калия
17
янтарно кислый натрий

15

а также на образцах с электрохимическим никелем (матовым и блестящим). Образцы находились в камере по 21 ч при температуре 35 ± 2 и 20 ± 2 °С.
Ни на одном из образцов с Ni — Р – покрытием толщиной 20 мкм и более за проведенные 84 суток испытаний очаги коррозии не обнаружены. После 14 суток на них возникла и сохранялась до конца испытаний тонкая окисная фиолетовая пленка, наличие которой, по предположению некоторых ученых, и способствовало повышению коррозионной стойкости этих покрытий.
При испытаниях образцов в субтропическом климате в закрытом помещении с влажностью и температурой наружной атмосферы Ni — Р – покрытия также покрылись окисной пленкой фиолетового оттеyка и остались такими в течение двух лет. Причем за это время следы коррозии появились лишь по краям отдельных образцов. Образцы вне помещения через год покрылись продуктами коррозии.
Следовательно, в условиях тропического климата Ni — Р – покрытия толщиной до 20 мкм рекомендуется использовать на изделиях только в закрытых помещениях.
Важное практическое значение имеет способность Ni — Р – покрытий защищать от коррозии основной материал в условиях высоких температур (5б0—625 °С) и давлений 1250 МПа в воздушной и паровой средах. И в этих случаях защитная способность Ni — Р – покрытий определяется их толщиной и содержанием в них фосфора.
Защитные свойства покрытий с 6—12 % – ным содержанием фосфора практически одинаковы, и привес таких образцов почти в 90 раз меньше, чем без покрытий. Недостаточно надежно в данных условиях эксрлуатации защищают металл основы покрытия с 3,8—4,2 % – ным содержанием фосфора. На них уже после 500 ч эксплуатации образуется сетка мелких трещин, в которых вскоре обнаруживаются продукты коррозии основного металла (стали), и покрытие отслаивается от основы. Это, по-видимому, связано с повышенной пористостью покрытий, содержащих небольшие количества фосфора. Такие покрытия, получаемые из щелочных ванн, нецелесообразно использовать для защиты деталей, работающих в условиях газовой коррозии.

1.2.4.3. Антифрикционные свойства.
Зависимость коэффициентов трения от величины нагрузки при трения стали по бронзе, никель – фосфорному и хромовому покрытиям приведена на рис. 18. Как видно из приведенных кривых, возрастание коэффициента трения для никель – фосфорного покрытий наблюдается при повышении нагрузки свыше 6,0 МПа, а для хромовых покрытий после 6,5 МПа. Довольно низкие коэффициенты трения никель – фосфорных покрытий объясняются, в частности, их хорошей прирабатываемостью. Применение смазочного материала существенно снижает силу трения.

Рис. 18. Зависимости коэффициентов трения µ стали при трении по бронзе 1, хромовому 2 и никель – фосфорному покрытию З от удельной нагрузки при смазке маслом АМГ-10.
Важное значение имеет определение максимальных нагрузок до заедания, выдерживаемых никель – фосфорными покрытиями. Эти характеристики получены при использовании машины трения 77МТ – 1 в условиях возвратно – поступательного движения при смазке маслом АМГ- 10 и комнатной температуре. Величина предельных нагрузок до заедания, выдерживаемых никель – фосфорными покрытиями, существенно возрастает после часовой термообработки в интервале температур 300 — 750 °С и доходит до 42 МПа.

1.2.4.4. Износостойкость.
Химически восстановленный никель может быть использован для покрытия деталей, работающих на износ.
Подробные исследования износостойкости были выполнены С. А. Вишенковым на машине трения при нагрузке 5 МПа. Испытания проводились в условиях возвратно – поступательного движения при комнатной температуре со смазкой и без нее. Покрытие наносили на нижний образец плоскую пластину изготовленную из титана ВТ22. Испытания показали, что никелевое покрытие без термической обработки не может быть использовано в качестве износостойкого материала, так как оно в этих условиях разрушается и отслаивается от основы. С увеличением температуры нагрева износ покрытий уменьшается. Износостойкость Ni — Р – покрытий зависит от применяемого смазочного материала и величины нагрузки. Так, износ при смазке маслом АМГ – 10 выше, чем при смазке маслом МС-20.
Большой износ у нетермообработанных Ni — Р – покрытий объясняется отслаиванием покрытия. У термообработанных Ni — Р – покрытий износ почти в шесть раз меньше, чем у стальных образцов без покрытия, но в 2,3 раза больше, чем у хромовых покрытий.

Рис. 19. диаграмма износа Q, мг (на пути 500 м) для пары трения с контробразцами – колодками (заштрихованная часть):
а – из серого чугуна; б – из свинцовистой бронзы БрС – 30; в – из баббита Б – 83;
1 – сталь 45; 2 – хромовое покрытие; 3 – термообработанное Ni — Р – покрытие; 4 – нетермообработанное Ni — Р – покрытие.
Испытания Ni — Р – покрытий, содержащих 10 % фосфора, толщиной 100 мкм, термообработанных в течение 1 ч при различных температурах 300 – 600 °С, при трении в паре с колодками серого чугуна с ИВ 2600 МПа на машине трения типа МИ с вращательным движением при скорости скольжения 0,47 м/с, нагрузке 2,5 МПа и смазывании автолом АК – 10, показали, что сопряженная пара быстро прирабатывается и наименьший износ наблюдается у Ni — Р – покрытий, термообработанных при 350 – 400 °С. Износостойкость термообработанных при 350—400 °С никель – фосфорных покрытий в паре с серым чугуном в 2,2 раза меньше, чем у хрома или закаленной стали 45 (рис. 19, а). Износостойкости Ni — Р – покрытий в паре со свинцовистой бронзой (рис. 19,6) и баббитом (рис. 19, в) соизмеримы.
При трении в паре с бронзой БрС – 30 и баббитом Б – 83 по износостойкости Ni — Р – покрытия сравнимы с хромовыми покрытиями; износостойкость у них почти вдвое выше, чем у закалённой стали.
В то же время наименьший износ контробразцов из серого чугуна и бронзы наблюдается при трении в паре с Ni — Р – покрытиями.

1.2.4.5. Микротвердость.
Одной из важнейших эксплуатационных характеристик является твердость никель – фосфорных покрытий. Твердость химически восстановленного никеля выше твердости электрохимически осажденного никеля. Сразу после осаждения микротвердость никель – фосфорных покрытий равна 4500— 5000 МПа, что примерно в 1,5—2 раза выше твердости электрохимических никелевых покрытий.

Рис. 20. Зависимость твердости покрытия от условий термообработки
Нагрев никель – фосфорных покрытий приводит к повышению микротвердости, что связано со структурными превращениями в осадках. Максимальная твердость никель – фосфорного покрытия достигает в результате термообработки при температуре 400 и составляет 10000 МПа и более (рис. 20).
Кроме температуры на микротвердость влияет и продолжительность нагрева. Продолжительность нагрева, необходимого для получения максимальной микротвердости, сравнима со временем, не обходимым для достижения наибольшей прочности сцепления покрытия с металлом основы [1].

1.3. Разработка технологического процесса нанесения Ni – P – покрытий на нижнюю обойму центрального редуктора.
Входной контроль
нyтрометр, микрометр

8 мин

Гидропескоструйная обработка
гидропескоструйная установка
вода, песок
5 мин

Межоперационный контроль
Внешний осмотр
2 мин

Монтаж
Обработка клеем детали
Крепеж на держатель
180 мин

Обезжиривание
Ванна обезжиривания
Натрий едкий 10г/л
Тринатрий фосфат 50г/л
Углекислый натрий 20г/л
Жидкое стекло 15г/л
Термометр 70 – 90 С°
3 мин

Промывка в теплой воде
Ванна горячей промывки
40 – 60 С°

1 мин

Промывка в холодной воде
Ванна холодной промывки
15 – 30 С°
1 мин

Межоперационный контроль
Внешний осмотр
2 мин

Монтаж
Обработка клеем детали
Крепеж на держатель
180 мин

Активирование
Ванна активирования
Кислота серная 1000г/л
Кислота соляная 30г/л
15 – 30 С°
30 мин

Промывка в холодной воде
Ванна холодной промывки
15 -30 С°

1 мин

Химическое никелирование
Ванна химического никелирования
Никель сернокислый 20 г/л
Гипофосфит натрия 10 г/л
Натрий уксусный 10 г/л
Гликол 20 г/л
Свинец сернокислый 0,02 г/л
85 – 90 С°
90 мин

Промывка в теплой воде
Ванна горячей промывки
40 – 60 С°
1 мин

Промывка в холодной воде
Ванна холодной промывки
15 -30 С°
1 мин

Демонтаж
Снятие с держателя
Очистка детали от клея
40 мин

Сушка
Обдувание сжатым воздухом

5 мин

Межоперационный контроль
Внешний осмотр,
нутрометр, микрометр
5 мин

Термообработка
Термошкаф
300 С°
100 мин

Выходной контроль
Внешний осмотр,
нутрометр, микрометр
10 мин

Если есть дефект удаление покрытия
Азотная кислота 1,4 г/см
Разбавленной 1:1
15 – 30 С°
90 мин

1.3.1. Контроль изделий.
Входной контроль.
Внешний вид детали. Перед химическим никелированием осмотреть состояние покрываемых поверхностей. Забоины, риски, раковины и засветленные места на опескоструенной поверхности не допускаются. Деталь поступает с картой измерения на покрываемые диаметры.
Шероховатость поверхности после окончательной механической обработки перед никелированием должна быть 1,25 Острые кромки должны быть скруглены не менее R – 0,2 мм.
Производятся измерения покрываемых диаметров до и после нанесения химического никеля с отметкой в карте измерений.
В случае завышения слоя никеля и отклонения по чистоте поверхности доработку до чертежных параметров производят притиркой посадочных диаметров. Используют мерительный инструмент:
1. нутрометр;
2. микрометр;
Транспортировка деталей, подлежащих покрытию, производится в специальной таре, исключающей получение рисок и забоин в процессе транспортировки.
Для перевозки или транспортировки по цеху используется тара изображенная на листе 10. Детали укладываются горизонтально в два ряда по 2 слоя. Каждый слой и ряд прокладывается паралоном или любым заменителем типа пористой бумаги. Вместимость может достигать 40 деталей.
Межоперационный контроль.
Покрытие должно быть матовым или полублестящим. Не допускается отслаивания, вздутия, непокрытие отдельных участков поверхности.
Толщину слоя химического никелирования контролировать замером детали до и после нанесения покрытия или на образце свидетеле, изготовленном из того же материала, что и деталь.
Выходной контроль.
Никелированные поверхности деталей подвергаются контролю:
1. Контроль внешнего вида покрытия
Контролю подлежат 100% покрытых деталей.
Цвет покрытия серый с желтым оттенком
Не являются бракованными признаками потемнее и радужные оттенки после термообработки, матовые пятна.
На поверхности деталей с никелевым покрытием, если нет специальных требований в чертеже, допускается:
– потемнее прилегающих к покрытию поверхностей;
– цвет побежалости на непокрываемых поверхностях; деталей после обезводораживания.
– шероховатость никелевого покрытия, что исправляется механически.
2. Контроль толщины покрытия
Толщину покрытия контролируют путем замера образца или одной и той же детали до и после покрытия от каждой загрузки.
Замер толщины покрытия производить до термообработки.
3. Контроль прочности ецепления
С целью проверки прочности сцепления покрытия с основным металлом детали подвергаются притирке.
Или контроль прочности сцепления проводится методом нагрева при температуре 300 – 350 в течении 1-2 часов.
После термообработки и охлаждения на воздухе на детале не должно быть вздутий и отслаиваний покрытий (ГОСТ 9.302- 88).

1.3.2. Подготовка рабочих поверхностей.

Металлические изделия, предназначенные для нанесения гальванических покрытий, имеют на своей поверхности пленку загрязнений приобретенных в процессе изготовления изделия. Эти загрязнения можно разделить на три группы:
а) мелкие частицы твердых тел в виде суспензий; часто эти частицы содержат силикаты (т. е. обычную «грязь»);
б) органические пленки, различные масла, жиры и, возможно полимерные пленки;
в) пленки окислов металла подложки или других продуктов коррозии.
За редкими исключениями наиболее эффективные и экономические результаты дает применение по крайней мере двух различных способов предварительной обработки поверхности: обезжиривание (для удаления продуктов, перечисленных в пункте а и б) и травления (для удаления пленок окислов и продуктов коррозии). Сначала изделие обезжиривают, поскольку процесс травления очень плохо протекает на гидрофобной поверхности.
Механические способы обработки.
Механические способы обработки, приводящие к наклепу подложки, оказывают большое влияние на процессы электроосаждения. Примерами такой обработки являются: шлифовка, полировка с использованием абразивов, дробеструйная и пескоструйная обработки, холодная прокатка и сильная холодная деформация. Эти обработки изменяют микроструктуру подложки, уменьшая размеры зерен поверхности слоев, а в некоторых случаях приводят к образованию мелких трещин, заполненных неметаллическими веществами. В процессе шлифовки и полировки, действие которых происходит параллельно поверхности, может происходить образование осколков и чешуек металла, сцепленных с поверхностью только одним своим концом.
Кроме того, происходит внедрение в металл неметаллических абразивных частиц. Такие поверхности, если они не подвергались отжигу и не обрабатывались другими методами с целью удаления механически нарушенных поверхностных слоев, оказывают влияние на структуру и свойства осажденного металла. Во многих случаях одним из проявлений такого влияния является ухудшение защитных свойств покрытий. Если подобные изменения топографии поверхности возникают не механическим путем, а, например, в результате химического фрезерования или электрохимической полировки и обработки, то поверхность не имеет наклепа и качество гальванического покрытия ухудшается в меньшей степени.
Контроль чистоты отмывки подложек проводится микроскопически (твердые частицы, пыль и др.) и по смачиваемости поверхности водой (органические примеси).
Перед обезжириванием деталь подвергается гидропескоструйной обработке в установке смесью воды и песка под давлением 4 – 6 атм.
Обезжиривание.
Минеральные масла удаляют растворителями. Широко применяют также обезжиривание в парах хлорсодержащих растворителей или эмульгирование. Жиры животного или растительного происхождения удаляют горячими водными растворами с высокими значениями рН (щелочное обезжиривание). Они реагируют с щелочами, образуя растворимые в воде мыла. При наложении тока (электролитическое обезжиривание) очистка в щелочи происходит значительно быстрее, чем при простом погружении детали в раствор. При электролитическом обезжиривании изделие, погружаемое в раствор, обычно подключается к отрицательному полюсу источника тока, т. е. является катодом. Пузырьки водорода, в большом количестве образующиеся на границе металл – раствор, быстро разрушают и очень эффективно удаляют жир, а уже позднее (и медленнее) происходит омыление. Черные металлы можно подвергать анодному обезжириванию, при этом поверхность металла пассивируется. Аноды из цветных металлов в горячих щелочных растворах подвергаются коррозии. При анодной очистке поверхностей образуется вдвое меньший (по сравнению с катодной поляризацией) объем газа (кислорода) и поэтому анодный процесс менее эффективен. Однако последний метод имеет и преимущество.
Дело в том, что в процессе обезжиривания небольшое количество металла переходит в раствор; некоторые металлы входят в виде примесей в состав солей и воды, используемой для приготовления раствора. В процессе катодной очистки за счет электроосаждения на поверхности может появиться тонкая пленка металла, которая в случае ее сохранения способна понизить коррозионную стойкость основного гальванического покрытия.
При анодном обезжиривании этого не происходит, даже если раствор загрязняется. Для стали, а иногда и для сплавов на основе меди применяют следующий цикл обработки; сначала производится обезжиривание с наложением катодного тока, а в последние несколько секунд направление тока меняется, в результате чего за счет анодного растворения удаляются все посторонние тонкие металлические пленки, загрязняющие поверхность.
В состав щелочных обезжиривающих растворов входят гидроокись натрия, фосфат натрия, силикат натрия, карбонат натрия, мыла, поверхностно активные вещества и другие компоненты. Чем выше рН раствора, тем эффективнее процесс омыления, однако для цветных металлов при повышении щелочности раствора возрастает опасность коррозии. Для обработки цинковых литейных сплавов и алюминия требуются гораздо более слабые щелочные растворы, чем для стали. Для алюминия и его сплавов концентрированный (10%) раствор силиката натрия является одновременно ингибитором коррозии и моющим раствором.
Для проверки степени обезжиривания поверхности щелочной раствор с детали удаляют путем тщательной промывки или погружением в разбавленную кислоту (для нейтрализации щелочи). Если после извлечения детали из кислоты поверхность металла в процессе высыхания остается равномерно влажной в течение 30 – 60 с (или до окончательного испарения влаги), то считается, что гидрофобные загрязнения удалены. В присутствии следов жира поверхность в этих местах не смачивается и из-за поверхностного натяжения вода собирается в отдельные капельки. Этот способ определения степени обезжиривания носит название «нарушение пленки влаги». Следы жира, остающиеся на поверхности, не мешают последующему электроосаждению металла, но они оказывают отрицательное влияние на адгезию и коррозионную стойкость покрытия. Загрязнения в виде частиц обычно удаляются вместе с жиром, который связывает их хотя имеются и некоторые исключения. На поверхности стальных листов может присутствовать «шлам» в виде дисперсных частиц углерода (а иногда карбида железа), оставшихся после травления в процессе производства. Этот шлам не удаляется вместе с жиром и в случае равно мерного распределения остается невидимым и его присутствие обнаружить можно только путем местного шлифования поверхности. Если шлам не удалить, то покрытие получится пористым и с плохой адгезией. Слой такого шлама можно удалить механически (например, обработкой металлическими щетками), но при автоматизированном нанесении покрытий такой способ подготовки поверхности неприменим. Сталь с таким дефектом может быть не пригодной для нанесения гальванопокрытий.
Ванны обезжиривания предназначены для очистки обрабатываемых изделий от жировых загрязнений. В зависимости от степени загрязнения изделий в автоматических и механизированных линиях устанавливают одну или несколько ванн обезжиривания.
Ванны обезжиривания делятся на ванны химического и электрохимического обезжиривания Ванны электрохимического обезжиривания, в свою очередь, подразделяются на ванны электрохимического обезжиривания на катоде и ванны электрохимического обезжиривания на аноде. По конструкции они абсолютно идентичны и различаются только полярностью тока, подводимого к обрабатываемым изделиям.
В автоматических и механизированных линиях устанавливают, как правило, три ванны обезжиривания химического (для предварительной очистки изделий), электрохимического на катоде и электрохимического на аноде.
Ванна химического обезжиривания (лист 2) состоит из стального корпуса 5 с карманом 1, коллектора нагрева 7, барботера 6, трубы 8 с соплами, сливных штуцеров 2, один из которых соединен с корпусом ванны, а другой с его карманом. Карман имеет также переливной штуцер 4 и заборный штуцер З. Стенки ванны покрыты теплоизоляцией 9.
К фланцу штуцера З подключают насос, который во время работы ванны забирает жидкость из нижней части кармана и подает ее в трубу с соплами, расположенными на уровне раствора. Тем самым обеспечивается постоянный сток поверхностного (загрязненного) слоя раствора в карман ванны.
Такая очистка зеркала ванны препятствует повторному попаданию жировых загрязнений на обрабатываемые изделии при извлечении их из ванны. Жировые загрязнения из кармана через штуцер сливаются в систему очистки стоков.
Технические характеристики ванны химического обезжиривания даны ниже.

Внутренние размеры ванны
1200Х1300Х1800,мм
Температура электролита
70 – 90° С
Приспособления с деталями вешается на держатели ванны обезжиривания. Детали из титановых сплавов обезжиривают химически состав раствора и условия приведены в табл. 4.
Таблица 4. Состав раствора ванны обезжиривания.

Наименование
Г/л
Оборудование
Температура
Натрий едкий
5-15
1. Ванна обезжиривания
2. Термометр
70-90 ºС
Тринатрит фосфат
30-70
Углекислый натрий
20-25
Жидкое стекло
10-20
или

Синтатол
3-5
Удаление окислов и продуктов коррозии.
Окислы и пленки продуктов коррозии удаляют путем их растворения в водных растворах. Обычно это соляная и серная кислоты. Их концентрацию и температуру выбирают в зависимости от природы металла подложки. Для малоуглеродистой стали подходит, например, холодная НСI концентрацией 15% (по массе). Для литейных цинковых сплавов концентрация кислоты должна быть понижена до 0,25% (по массе), а время травления, во избежание чрезмерного растворения, должно быть очень непродолжительным. Ржавчина удаляется быстрее, если на стадии предварительного обезжиривания детали обрабатывали с наложением катодного, а не анодного тока. Катодная обработка частично восстанавливает ржавчину до магнетита и железа, которые при дальнейшей обработке в кислоте быстро растворяются. Кислотные смеси, содержащие «смачивающие» добавки, часто поставляются в виде готовых патентованных препаратов. Обычно в таких составах используют соляную, серную и фосфорную кислоты. Могут быть также добавлены ингибиторы, как правило, в виде аминосоединений, однако адсорбированная пленка ингибиторов или продуктов их распада может впоследствии явиться причиной серьезных осложнений. Для специальных целей применяют электролитическое травление, но соляная кислота вследствие ее летучести и возможности выделения хлора для этого непригодна. Травление стали при наложении катодного тока в растворе концентраций 10—20% (по массе) позволяет удалять толстые слои ржавчины или окалины без заметных потерь металла, который катодно защищается в течение всего периода травления. Анодное травление в растворе концентрацией 42% (объемн.) или 55% (по массе) применяется для удаления тонких поверхностных слоев на стали. В этом случае применяется высокая плотность тока и растворение, лимитируемое диффузией, происходит равномерно. Через 10 – 20 с металл становится пассивным и растворение прекращается. Разупорядоченный и раздробленный поверхностный слой металла, остающийся после шлифования или механической обработки, при указанной обработке удаляется и поверхность получается с хорошими адгезионными свойствами. Окислы и продукты коррозии на меди и ее сплавах удаляют в менее концентрированных растворах соляной или серной кислот, по сравнению с концентрацией растворов при травлении сталей.
Применение серной кислоты дает возможность путем электролиза восстанавливать до металлического состояния растворенную медь и регенерировать кислоту. Однако при катодном обезжиривании медных сплавов окись меди восстанавливается до меди в виде рыхлого осадка, который не растворяется в кислоте. Гальваническое покрытие, нанесенное на такой рыхлый слой, является, вероятно, дефектным.
Используется более агрессивная смесь серной и азотной кислоты, известная как раствор для блестящего травления. Это простая система для химического полирования, и при ее использовании получается блестящая поверхность, с которой удалены рыхлые частицы.
Поскольку поверхности меди, латуни, бронзы, хрома, титана и других металлов не является каталитически активными для осаждения покрытия никель — фосфор, то процесс должен быть стимулирован одним из следующих методов:
1. Наложение в течение короткого времени внешнего тока, так же как и в случае электроосаждения никеля.
2. Контактом покрываемой поверхности с металлом, таким как сталь или алюминий во время погружения в раствор.
З. Травление растворами органических кислот.
Ванны химической обработки предназначены для травления, активирования, наполнения пленки после анодирования в различных красителях, дистиллированной воде и для других операций.
В зависимости от температуры раствора ванны химической обработки выпускают футерованными поливинилхлоридным пластикатом, из нержавеющей стали или титана.
Ванна для химического активирования (лист 3) с корпусом из углеродистой стали, футерованная пластиком, состоит из корпуса 1, сливного штуцера З, футеровки 5, опор 4, регулировочных винтов 2.
Технические характеристики ванны химического активирова ния даны ниже.

Внутренние размеры ванны
1200Х1300Х1800,мм
Температура электролита
18 – 25° С
Активация поверхностного слоя одна из особенностей нанесения покрытий на изделия из титана. Детали из титановых сплавов активируются в составе:

Наименование
Плотность
Г/л
Оборудование
Т
Примечания
Серная кислота
1,84
950-1100
Ванна активации
18-25
Выдержка с момента начала реакции 30
Соляная кислота
1,19
15-35
Съем материала на сторону 2-4 мкм/час.
В растворе допускается обрабатывать 5дм поверхности на 1 л. Раствор готовить приливанием разбавленных до необходимых концентраций и охлажденных растворов серной кислоты к разбавленным раствором соляной кислоты. Отчет времени вести от начала газовыделения. Детали в процессе гидридной обработки приобретают цвет от серого до черного.
На деталях появляется небольшое количество шлама, который перед покрытием не удаляется.

1.3.3. Монтаж и изоляция поверхностей.

Поверхности деталей, не подлежащих химическому никелированию, изолируются 4 слоями клея ХВК – 2а с 5% талька. Изоляцию наносят кистью или окунанием. Сушат каждый слой клея в течение 1 ч при комнатной температуре, а последний — не менее 8 ч при комнатной температуре или 30 мин при температуре 700 С. В случае попадания изоляции на поверхность, подлежащую покрытию, удалить клей протиркой салфетками смоченными растворителем (Р-5, ацетоном), или срезать ножом. Затем монтируют на специальные приспособления.
Используется 2 типа приспособлений изображенных на листе 9. Приспособление 2 крепится на опоры – ловители ванн и служит для удержания в ванне в течении всего процесса приспособления 1.
В свою очередь приспособление 1 служит для удержания в растворе ванны деталей. Данное приспособление 1 рассчитано на 2 детали. Всего в ванне используется 2 приспособления 2 и 10 приспособлений 1.
Методика крепежа горизонтально вдетое в проушины детали изображенной на листе 1.
После промывки детали демонтируют с приспособлений. После чего удаляют клей и изоляцию при помощи ножа, ветоши и ацетона Р – 5.
Детали помещают на участок сушки и обдувают сухим сжатым воздухом до полного удаления влаги.

1.3.4. Химическое никелирование.
Ванны химической обработки предназначены для травленая, активирования, наполнения пленки после анодирования в различных красителях, дистиллированной воде и для других операций.
В зависимости от температуры раствора ванны химической об работки выпускают футерованными поливинилхлоридным пластикатом, из нержавеющей стали или титана.
Ванна для химического никелирования (лист 4) с корпусом из углеродистой стали, футерованным винилпластом, состоит из корпуса 1, сливного штуцера 2, футеровки 5, коллектора нагрева 4, барботера 3.
Технические характеристики ванны химического никелирования даны ниже.

Внутренние размеры ванны
1500Х1300Х1600,мм
Температура электролита
85 – 90° С
Состав раствора ванны химического никелирования.

Наименование

г/л

Никель сернокислый
20
Гипофосфит натрия или калия
10

Натрий уксуснокислый
10
Кислота аминоуксусная (гликол)
20

Свинец сернистый
0,001 – 0,05
Объемная плотность загрузки не более 1 дм2/л
Скорость осаждения 10-15 мкм/час
Толщена получаемого покрытия 17 – 20 мкм
Раствор пригоден для разового использования
Разрешается уменьшение концентрации гликола до 7г/л
Допускается снижение температуры раствора до 70° C
рH 4,5-5,5
Приготовление раствора. Для приготовления раствора химического никелирования рекомендуется применять дистилированную воду. Расчетное количество каждой из солей растворить в горячей воде перемешать и откорректировать рН. Раствор гипофосфита вводить непосредственно перед никелированием затем сернистый свинец. Величину загрузки, указанную в подетальной технологии допускается изменять, не ухудшая качества покрытия.
1.3.5. Промывка.
Ванны промывочные предназначены для удаления с поверхностей обрабатываемых изделий загрязнений и остатков растворов после операций нанесения покрытий, обезжиривания, травления и др.
В зависимости от температуры воды подразделяют ванны: холодной, теплой (до 50 °С) и горячей (до 80 °С) промывки.
По количеству позиций обработки различают ванны одно- и многопозиционные (каскадные).
Многоступенчатые ванны каскадной промывки выпускают в самых различных комбинациях: холодная – холодная, холодная – теплая, теплая – теплая и т. д.
Движение жидкости в этих ваннах противоточное по отношению к направлению прохождения изделий. Изделия движутся посту пеням ванны навстречу потоку жидкости и сначала попадают в грязный раствор, а затем в чистый.
Применение ванн каскадной промывки резко сокращает расход промывочной жидкости без ущерба качеству очистки поверхностей изделий. для интенсификации промывки ванны снабжают барботером, а ванны холодной промывки, кроме того, устройствами дополнительной струйной промывки при подъеме обрабатываемых изделий. В это устройство вода подается только в момент выхода изделий из раствора, что достигается соответствующей синхронизацией работы управляемых вентилей и автооператоров
Однопозиционная ванна холодной промывки (лист 5) имеет футерованный корпус 2, барботер 4, наливную трубу 5. Корпус ванны снабжен сливными штуцерами 1 и 3.
Вода поступает в нижнюю часть ванны через наливную трубу и сверху перетекает в карман, а оттуда – через сливной штуцер кармана в систему очистки сточных вод.
Ванна теплой промывки аналогична по конструкции, но в ней отсутствуют устройства дополнительной промывки и предусмотрен коллектор нагрева на дне. Ванна горячей промывки в отличие от ванны теплой промывки теплоизолирована и может не иметь барботера и футеровки.
Однопозиционная ванна горячей промывки (лист 6) состоит из корпуса 2, надонный коллектор нагрева 5, сливные штуцера 1 и 3. Кроме того, имеет барботер 4, наливную трубу 6. Отсеки ванны и карман футерованы. Технические параметры ванн одинаковы.
Холодная промывка

Оборудование

Т, °С

Примечание

Ванна промывки в холодной воде

15 – 25

2-х, 3-х кратное погружение
Горячая промывка

Оборудование

Т, °С

Примечание

Ванна промывки в горячей воде

40 – 60

2-х, 3-х кратное погружение
Барботеры. Барботеры служат для подачи сжатого воздуха в целях перемешивания электролита. В зависимости от состава электролита и его температуры барботеры выполняют из углеродистой или нержавеющей стали, титана, винипласта, полиэтилена, полипропилена.
На листе 7 изображен типовой барботер, состоящий из подводящей трубы, перфорированной трубы 2, проходящей вблизи дна ванны, подставки 1, угольников 3, футорки 4.
Устройства для нагрева и охлаждения растворов ванн. Эти устройства служат для нагрева растворов ванн до требуемой температуры и поддержания ее в процессе работы ванн.
Наиболее распространенными типами устройств для нагрева растворов, выпускаемыми в комплекте с ваннами, являются коллекторы и змеевики. Активная часть коллекторов расположена в придонной зоне ванны, поэтому обогрев ванны с помощью коллекторов наиболее эффективен. Для нагрева растворов, в которых происходит значительное шлакообразование, например, при фосфатировании применяют змеевики, активная часть которых располагается вдоль длинной стенки ванны. Такие же змеевики используют для охлаждения растворов. Коллекторы и змеевики изготовляют из углеродистой или нержавеющих сталей, титана, латуни, углеродистой стали с футеровкой свинцом. В качестве теплоносителя для нагрева служит пар или перегретая вода, для охлаждения – вода или тассол.
Выпускаемые промышленностью коллекторы и змеевики рассчитаны на рабочее давление 0,3 МПа.
Соединяются нагреватели к коммуникациям линии с помощью фланцевых соединений.
Во избежании утечек в местах соединения с коммуникациями рекомендуется устанавливать изоляционные элементы (прокладки, шайбы, втулки).
На листе 8 изображен коллектор, состоящий из труб 2, фланцев 4, подставок З для установки коллектора на дно ванны, скоб 1 для крепления его к борту ванны.
В качестве нагревателей ванн и для их охлаждения применяют также графитовые теплообменники и трубчатые теплообменные аппараты из фторопласта. Рабочую часть графитовых теплообменников изготовляют из графитовых материалов марок МНГ – Г – ФФФ, ЭГ – ФФФ и графитопластов марок АТМ – 1 и АТМ – 1 – Т. Графитовые материалы стойки к действию агрессивных сред и температурным перепадам, имеют высокую теплопроводность, легко поддаются механической обработке.
Основным рабочим элементом теплообменника является прямо угольный блок. Две группы каналов (вертикальные и горизонтальные) блока образуют перекрестное движение рабочих сред. Площадь теплообменной поверхности аппарата зависит от размеров блока, числа блоков и диаметров каналов в блоке. Серийные графитовые теплообменники компонуют из блоков длиной 515 и 700 мм, шириной 350 мм и высотой 350 мм.
В теплообменных аппаратах из фторопласта основным конструкционным материалом являются фторопласты марок Ф-4Д и Ф 4МБ. Эти материалы отличаются очень хорошей коррозионной стойкостью, гидрофобностью и высокой диэлектрической характеристикой. Фторопласт стоек практически во всех коррозионно – активных средах. Гидрофобность фторопластовой теплообменной поверхности гарантирует ее чистоту на протяжении всего периода эксплуатации, а следовательно, постоянство коэффициента теплопередачи. Электроизоляционные свойства фторопласта обеспечивают высокую работоспособность аппаратов при электрохимической обработке изделий.
При отсутствии у потребителя пара или перегретой воды, а так же в случаях, когда раствор ванны должен иметь температуру выше 100 °С, используют трубчатые электронагреватели, выбираемые по каталогу 12.15.04—77 (Информэлектро, 1977) в зависимости от требуемой удельной мощности, температуры нагрева и среды.

1.3.6. Термообработка.

Детали вывешиваются в термошкафу. Температура 300 – 350 °С. Используется термошкаф фирмы «Memmert» модель UM – 500.
Технологические характеристики.

Наименование характеристики
Показатель

Рабочий объем, л Габаритные размеры, мм Внутренние размеры, мм Количество дверей Температурный диапазон Электрические параметры Вес, кг Дополнительная комплектация
108 710х760х550 560х480х400 1 30 – 550 °С 220в/50гц/2,0квт 50 смотровые окна 350х230 мм или полностью стеклянные двери
Несмотря на ограниченные размеры, эти компактные, но вместительные термошкафы с низким энергопотреблением не уступают моделям больших размеров как в прочности конструкции, так и по высокоэффективному контролю, нагреванию и безопасности эксплуатации (ограничитель по температуре, регулируемый контроллер для защиты от перегрева). Принцип действия механического контроллера температуры Класса М (нечувствительного к колебаниям напряжения) сочетает высокоточное регулирование с непревзойденной безопасностью при эксплуатации в течение многих лет. Термошкафы с микропроцессорным контроллером характеризуются коротким временем нагревания/охлаждения и максимальным удобством эксплуатации (с температурозависимой функцией задержки включения/выключения и повторения процесса через промежуток времени от 1 мин. до 999 час. – в режиме “off-line”, а также управлением с помощью подключенного через интерфейс RS232С персонального компьютера на базе соответствующего программного обеспечения), а также высокоточным цифровым контролем.
Применение: в контролируемом температурном диапазоне от 30°С и выше, в основном, для термостатирования в диапазоне 70-550°С, эти термошкафы применяются для решения широкого спектра задач, таких как сушка, нагревание, тестирование образцов, особенно при загрузке проб небольших размеров и/или при очень ограниченных возможностях размещения установки.

1.3.7. Удаление недоброкачественного покрытия.
Удаление не доброкачественного покрытия проводят в водном растворе азотной кислоты (плотность 1,4 г/см3 разбавленной 1:1 при Т 18 – 25°С) до полного удаления никеля.
Бракованные детали опять отправляются на подготовку и заново проходят весь техпроцесс.
Дефекты при химическом никелировании деталей из титановых сплавов и способы их устранения приведены в табл. 5.
Таблица 5.

Виды дефекта
Причина дефекта
Способ устранения
Выявление крупно – кристаллической структуры материала при гидридной обработке
Макроструктура материала выше 6-го балла 10 – бально шкалы
Детали из титановых сплавов, имеющие макроструктуру выше 6-го балла 10 – бальной шкалы, покрытию не подлежат
Непокрытие (полное или частичное) деталей в ванне химического никелирования
Низкая температура ванны
Повысить температуру в начале процесса до 92° в ванне 1 и до 98°С в ванне 3
Пассивирование деталей в ванне
Привести детали в контакт с алюминиевой или стальной проволокой
Отслоение никелевого покрытия
Недостаточное обезжиривание поверхности
Улучшить обезжиривание
Несоблюдение режимов механической обработки деталей перед покрытием
Проводить механическую обработку деталей в соответствии с инструкцией
Некачественная гидропескоструйная обработка
Усилить контроль за выполнением гидропескоструйной обработки (все следы механической обработки должны быть удалены с поверхностей, подлежащих покрытию

Некачественная гидридная пленка вследствие несоблюдения режимов обработки
Усилить контроль за процессом гидридной обработки (при гидридной обработке на деталях наблюдается газовыделение)
Снятие химического никеля с деталей из титановых сплавов проводить в водном растворе азотной кислоты. После снятия недоброкачественного покрытия детали должны быть подвергнуты обезводороживающему вакуумному отжигу при температуре 700°С в течении 1 часа. Повторное химическое никелирование деталей проводить в соответствии с технологией. Разрешается двукратная переделка химически никелированных деталей.

2.Экономическая часть
2.1. Расчет смет затрат на разработку ТП и изготовление средств технического оснащения для химического никелирования изделий из титана.
Расчет смет затрат на разработку ТП.
Для того, чтобы осуществить расчет сметы затрат на проведение ТП, необходимо рассчитать затраты на проектирование предлагаемого ТП.
По степени новизны разрабатываемый ТП относится к категории 1, т.к. представляют собой ТП воспроизводящий существующий, без значительных изменений. По степени сложности ТП относится к категории А.
Затраты, связанные с разработкой ТП, включают в себя: оценку конструкции изготавливаемого изделия на технологичность и выбор типового ТП, разработку маршрутной и пооперационной технологии.
Трудоемкость разработки пооперационной технологии определяется умножением укрупненных норм времени на количество условных операций (у.о.) с учетом новизны и сложности.
Трудоемкость остальных этапов tj (н*ч) определяется по формуле

tj= tтп*Гс*Ксj ,
где tтп – трудоемкость разработки ТП; Гс- категория сложности; Ксj- коэффициент затрат этапа j.
В таблице 2.1 определена трудоемкость разработки пооперационной технологии.
tтп= 4,5+1,0+17,58= 23,08 н*ч
tучастия в отладке тп= 23,08 *1*0,12=2,77 н*ч
tлаб. испытаний= 23,08 *1*0,1= 2,31 н*ч
tкорректировки документации= 23,08 *1*0,04= 0,92 н*ч
Таблица 2.1.
Перевод операций разрабатываемого ТП в условные (у.о.) и определение трудоемкости разработки пооперационной технологии.
N, п/п
Тип операций
Наименование операций
Кол-во операций
Коэф. перевода в у.о.
Кол-во у.о.
Категория
Трудоемкость
Новизны
Сложность
Одной у.о.
Всего на ТП
1
Стандартные
Проверка сопроводительной документации, внешний осмотр материалов
1
0,50
0.5
1
Б
1,16
0,58
2
Типовые с кол-вом переходов
Гидропескоструиная обработка
1
1.00
1
1
А
1.00
1.00
Межоперационный контроль
3
3
1
А
1.00
3,00
Монтаж
2
2
1
А
1.00
2.00
Обезжиривание
1
1
1
А
1.00
1.00
Промывка
3
3
1
А
1.00
3.00
Активирование
1
1
1
А
1.00
1.00
Химическое никелирование
1
1
1
А
1.00
1.00
Демонтаж
1
1
1
А
1.00
1.00
Сушка
1
1
1
А
1.00
1.00
Термообработка
1
1
1
А
1.00
1.00
Выходной контроль
1
1
1
А
1.00
1.00
Удаление покрытия
1
1
1
А
1.00
1.00
ИТОГО:
18
–
17,5
–
–
–
17,58

Для определения затрат на основную заработную плату проектировщиков ТП (Зо) трудоемкость каждого этапа работ распределяется между исполнителями, привлекаемыми для разработки ТП.
Действительный фонд рабочего времени проектировщиков составляет 165 час/месяц.
В таблице 2.2 определены затраты на основную з/пл при проектировании.
Таблица 2.2.

Определение затрат на основную з/пл при проектировании ТП
N, п/п
Этап работ
Суммарная трудо-емкость этапа, час
Категория работ
Месячный оклад, руб
Трудо-емкость
по катего-риям, час
Занятость, человек в месяц
Зо,
руб
1
Оценка технологич-ности и выбор ТП
1,0
Главный технолог
10000
1,0
0,0061
61
2
Разработка маршрутной карты
2,0
Технолог 1 категории
8500
2,0
0,0121
102,85
3
Разработка операционной технологии
17,58
Технолог 1 категории
8500
7,58
0,0428
363,8
Технолог 2 категории
7500
10
0,0484
363,0
4
Участие в отладке ТП и испытаниях
5,08
Инженер- испытатель
7500
4,08
0,0272
204,0
Мл. обсл. персонал
4000
1,0
0.0072
28,8
5
Корректировка документации
0,92
Технолог 2 категории
7500
0,92
0.0061
45,75
ИТОГО:
26,58
–
–
–
–
1169,2

Общие затраты на проектирование (Етех) должны учитывать дополнительную з/пл. (Зд), отчисления на социальные нужды (Ос), косвенные расходы (Ек), а также материальные затраты, связанные с проектными и экспериментальными работами (Ем), которые можно определить как:
Зд =0,2*Зо=0,2*1169,2= 233,84 рублей
Ос=0.37*(Зо+Зд) = 0,37*(1169,2+233,84)= 519,12 рублей
Ек=Кк*Зо/100= 65*1169,2/100= 759,98 рублей
Ем=0,03*Зо= 0,03*1169,2= 35,08 рублей
Для определения общих затрат на проектирование ТП никелирования изделий из титана результаты заносятся в таблицу 2.3.
Таблица 2.3
Смета затрат на проектирование разрабатываемого ТП
N, п/п
Наименование затрат
Сумма затрат, руб
% к итогу
1
Зо
1169,2
43,0
2
Зд
233,84
8,6
3
Ос
519,12
19,1
4
Ек
759,98
28,0
5
Ем
35,08
1,3
ИТОГО:
2717,22
100

Как видно из таблицы 2.3 общие затраты на проектирование ТП химического никелирования изделий из титановых сплавов составляет 2717,22 рублей.

Расчет затрат на проектирование средств оснащения техпроцесса.
По степени новизны проектируемые ванны и приспособления относится к категории 2, т.к. представляют собой модификацию существующих, по степени сложности Б.
Таблица 2.4
Перевод деталей и узлов проектируемых средств в условные детали и определение трудоемкости разработки проекта.
Группа деталей и узлов, применяемых в изделии
Перечень деталей и узлов данной группы
Количество на единицу,
шт
Коэфф.
условных деталей
Колич.
условных деталей,
шт
Всего
Категория
Трудоемкость разработки установки, час
(технический проект)
Трудоемкость разработки установки, час
(рабочий проект)
Новизны
Сложности
Условные детали
Всего
Условные детали
Всего
Покупные детали и узлы
Ванна холодной промывки
1
0,5
0,5
1
Б
1,6
0,8
3,9
1,95
Ванна горячей промывки
1
0,5
1
Б
1,6
0,8
3,9
1,95
Ванна обезжиривания
1
0,5
1
Б
1,6
0,8
3,9
1,95
Ванна химической обработки
2
1,0
1
Б
1,6
1,6
3,9
3,9
Термошкаф
1
0,5
1
Г
2,3
1,15
5,1
2,55
Гидропескоструйный аппарат
1
0,5
1
Б
1,6
0,8
3,9
1,95
Тара
1
0,5
1
А
1,1
0,55
3,5
1,75
Лупа
3
1,5
1
А
1,1
1,65
3,5
1,75
Нутрометр
1
0,5
1
Б
1,6
0,8
3,9
1,95
Микрометр
1
0,5
1
Б
1,6
0,8
3,9
1,95
Рабочие столы
3
1,5
1
А
1,1
1,65
3,5
5,25
Инструмент, зап. части
10
5
1
А
1,1
5,5
3,5
17,5
Приспособления
10
5
1
А
1,1
5,5
3,5
17,5
Итого:
22,4
–
61,9

Таблица 2.5.

Определение затрат на основную з/пл при проектировании оборудования.
N, п/п
Этап работ

Суммарная трудо-емкость этапа, час
Категория работ
Месячный оклад, руб
Трудо-емкость
по катего-риям, час
Занятость, человек в месяц
Зо,
руб
1
Разработка технологического задания
84
Главный технолог
9000
34
0,2060
1854
Технолог 1 категории
8000
50
0,3030
2424
2
Эскизный проект
353
Технолог 1 категории
8000
103
0,6242
4993,6
Технолог 2 категории
7500
130
0,7878
5908,5
Технолог 3 категории
7000
120
0,7272
5090,4
3
Технический проект
22,4
Технолог 1 категории
8000
22,4
0,1358
1086,4
4
Рабочий проект
61,9
Мастер
7000
61,9
0,3752
2626,4
ИТОГО:
521,3
–
–
–
–
23983,3
Общие затраты на проектирование (Етех) должны учитывать дополнительную з/пл. (Зд), отчисления на социальные нужды (Ос), косвенные расходы (Ек), а также материальные затраты, связанные с проектными и экспериментальными работами (Ем), которые можно определить как:
Зд=0,2*23983,3= 4796,66 рублей
Ос= 0,37*(23983,3+4796,66)= 10648,59 рублей
Ек= 65*23983,3/100= 15589,15 рублей
Ем= 0,03*23983,3= 716,80 рублей
Для определения общих затрат на проектирование оборудования для никелирования изделий из титана результаты заносятся в таблицу 2.6.
Таблица 2.6.
Смета затрат на проектирование разрабатываемого ТП
N, п/п
Наименование затрат
Сумма затрат, руб
% к итогу
1
Зо
23983,3
43,0
2
Зд
4796,66
8,6
3
Ос
10648,59
19,1
4
Ек
15589,15
28,0
5
Ем
716,80
1,3
ИТОГО:
55734,5
100
Как видно из таблицы 2.6. общие затраты на проектирование оборудования химического никелирования изделий из титановых сплавов составляет 55734,5 рублей.
Расчет затрат на изготовление установки для никелирования изделий из титана.

Затраты на изготовление установки (Еуст) складывается из затрат на основные и вспомогательные материалы, покупные комплектующие изделия, содержание и эксплуатацию оборудования, заработную плату производственным рабочим, цеховые затраты и т.д. Затраты на основные материалы рассчитываются по формуле:

Емо = (Σ (QMj · ЦМj · Кpj) · Kтз – Go · Цо) · IC,
где QMj и Go – масса материала j и реализуемых отходов, кг;
ЦМj и Цо – цена материалов и отходов, руб/кг;
k – коэффициент видов материалов, используемых в изделии;
Kтз – коэффициент транспортно-заготовительных расходов (Kтз = 1,015);
Кp – коэффициент отходов материала при переработке.
Для определения затрат на основные материалы заполняется таблица 2.7.
Таблица 2.7.
Затраты на основные материалы для изготовления установки для никелирования изделий из титана.
№ пп
Наименование марка материала
Масса материала (Q), кг
Норма расхода (Q*Кр)
Оптовая цена, руб/кг
Колич. Реализуемых отходов, кг
Цена реализуемых отходов руб/кг
Суммарные затраты в руб
1
Сталь конструкционная
350
455
17
20
7
7711,03

ИТОГО (Емо):
350
455
17
10
7
7711,03

Затраты на покупные комплектующие изделия (Екип) определяются в таблице 2.8. на основании фактической потребности (Nni) и соответствующих оптовых цен (Цni) определяемых по прейскурантам.
Таблица 2.8.
Ведомость затрат на покупные комплектующие изделия.
№ пп
Наименование и тип комплектующих изделий
Количество шт.
Цена за единицу, руб/шт
Сумма затрат, руб
1.
Ванна холодной промывки
1
9000
9000
2.
Ванна горячей промывки
1
12000
12000
3.
Ванна обезжиривания
1
12000
12000
4
Ванна химической обработки
2
15000
30000
5
Термошкаф
1
21000
21000
6
Гидропескоструйный аппарат
1
18000
18000
7
Тара
1
100
100
8
Лупа
3
90
270
9
Нутрометр
1
600
600
10
Микрометр
1
750
750
11
Рабочие столы
3
1000
3000
12
Инструмент, зап. части
10
1500
15000
13
Приспособления
10
600
6000
ИТОГО (Екип):
–
–
127720
Затраты на заработную плату производственным рабочим, изготовляющим установку, определяется на основе расчетной ориентировочной трудоемкости и среднего тарифного разряда по видам работ. Трудоемкость работ рассчитывается по формуле:
tоб = Kt · Q = 0,4 · 350 = 140 (час)
где Кt – удельная трудоемкость изготовления установки с учетом сложности проектируемых средств, час/кг (Кt =0,4).
Трудоемкость по всем видам работ: заготовительных (tзаг), механо-обрабатывающих (tмех) , сборочных (tсб) и прочих (tпр), распределяется в зависимости от общей трудоемкости в следующих соотношениях:
tмех= 0,598 · tоб = 0, 598 · 140 = 83,72 (час)
tзаг = 0,123 · tоб = 0,123 · 140 = 17,22 (час)
tсб = 0,258 · tоб = 0,258 ·140 = 36,12 (час)
tпр = 0,021 · tоб = 0,021 · 140 = 2,94 (час)
Основная тарифная зарплата производственных рабочих, занятых изготовлением установки определяется по формуле:
Зот =Σ Чсрi · ti
где Чсрi – средняя часовая тарифная ставка по видам работ, руб/час;
Чсрi = (Чi + (Чi+1 – Чi)) · (Рср – Рi)
где Чi и Чi+1 – часовая тарифная ставка соответственно ближайшего меньшего и большего разрядов;
Рср и Рi – средний и ближайший меньший тарифные разряды по видам работ.
При расчете можно принять средний разряд заготовительных работ равным 3,5; механо-обрабатывающих – 4,2; сборочных -4,3; прочих -4. Работы выполняются сдельно, с вредными условиями.
Ч срi мех = (67,2 +((67,2+1) – 67,2) · (4,2-4) = 13,64 (руб/час)
Зот мех = 13,64 · 83,72 =1141,94 (руб)
Ч срi заг = (72,3 + ((72,3+1)– 72,3)) · (3,5-3) = 36,65 (руб/час)
Зот заг = 36,65 · 17,22 = 631,11 (руб)
Ч срi сб = (62,72 + ((62,72+1) -62,72) · (4,3-4) = 19,12 (руб/час)
Зот сб = 19,12 ·36,12 = 690,61 (руб)
Ч срi пр = (62,72 +((62,72+1) – 62,72) · (4 – 3,5) = 31,86 (руб/час)
Зот пр = 31,86 · 2,94 = 93,67 (руб)
Зот = 1141,94 + 631,11 + 690,61 + 93,67 = 2557,33 (руб)
Затем находится основная (Зо) и дополнительная зарплата (Зд) производственных рабочих, а также отчисления на социальные нужды (Ос):
Зо=1,4·Зот= 1,4 · 2557,33 = 3580,26 (руб)
Зд = 0,04·Зо = 3580,26 · 0,04 = 143,21 (руб)
Ос =0,39·(Зо+Зд)=0,39 · (3580,26 + 143,21) = 1452,15 (руб)
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, используемого при изготовлении можно определять по нормативной себестоимости одного машино-часа эксплуатации оборудования, пропорционально общей трудоемкости работ:
Еоб = Смч · tоб /(Kобс · Кн) = 0,543 · 140 /(1,2 · 1,15) = 55,09 (руб)
где Коб – средний коэффициент обслуживания оборудования (Коб =1,2);
К н – коэффициент выполнения норм (К н =1,15);
Смч – нормативная себестоимость одного машино-часа эксплуатации оборудования (т.к. никелирование производится мелкосерийное, то Смч = 0,543)
Цеховые затраты включают затраты на оплату труда цехового персонала, амортизацию, ремонт и содержание цеховых зданий и сооружений и т.д. Затраты определяются как:
Ецех = Кцех·Зот/100 = 120 · 2557,33/100 = 3068,80 (руб)
где Кцех – коэффициент цеховых затрат, принимаемый по данным предприятия, % (Кцех =100-150).
Таблица 2.9.
Смета затрат на изготовление средств технологического оснащения.
№ пп
Наименование статей затрат
Сумма затрат,руб
% к итогу
1
Затраты:
на основные материалы;
на покупные комплектующие изделия;
7711,03
127720,00
5,37
88,87
2
Зарплата производственных рабочих:
основная;
дополнительная;

3549,47
143,21
2,47
0,1
3
Отчисления на социальные нужды;
1452,15
1,01
4
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования;
55,09
0,04
5
Цеховые затраты
3068,80
2,13

ИТОГО:
143699,75
100
Затраты на транспортировку установки (Етр) с места изготовления на место эксплуатации определяется по формуле:
Етр = В · Q = 3,51 · 350 = 1228,50 (руб)
где В – транспортно-заготовительные расходы с учетом расстояния перевозкиот изготовителя до заказчика. Так как расстояние перевозки составляет до 100км, то В=3,51; Q – масса материала, кг.
Затраты на монтаж установки (Емонт) определяется по формуле:
Емонт = 0,012 · Еуст · Гс = 0,012 · 2 ·143699,75= 3448,79 (руб)
где Гс – категория сложности проекта (Гс =2).
Единовременные затраты на создание и освоение технологического процесса определяются как сумма всех затрат, представленных в таблице 2.10.
Таблица 2.10.
Единовременные затраты, связанные с созданием и освоением технологического процесса.
№ пп
Наименование статей затрат
Сумма затрат, руб
% к итогу
1
2
3
4
5
Разработка ТП
Проектно-конструкторские Работы по изготовление установки для производства
Транспортировка установки
Монтаж установки
2717,22
55734,5
143699,75
1228,50
3448,79
1,31
26,95
69,47
0,59
1,67
ИТОГО:
206828,76
100

2.2. Себестоимость никелированных изделий из титана.

Себестоимость продукции, производимой по разрабатываемому ТП, (С) – это выраженная в денежной форме полная сумма затрат на ее производство и реализацию.
В дипломном проекте затраты полностью не определяются, а рассчитывается лишь цеховая себестоимость. Расчет производится укрупненно по формуле:

С = Емо+Емв+Екип+Ет+Еоб+Епри+Зо+Ос+Ецех,
где Емо и Емв- затраты на основные и вспомогательные материалы;
Екип- затраты на покупные комплектующие и полуфабрикаты;
Ет- затраты на топливо и энергию для технологических целей;
Еоб- затраты на содержание и эксплуатацию оборудования;
Епри- затраты на возмещение износа приспособлений и инструмента целевого назначения;
Зо и Зд- основная и дополнительная зарплата производственных рабочих;
Ос- отчисления на социальные нужды;
Ецех- цеховые накладные расходы.
Изделием, изготавливаем по разработанному ТП, является Ni-P покрытие нанесенное на титановую деталь.
Таблица 2.11.

Характеристика ТП химического никелирования одной партии из 20 деталей загружаемых в ванну.
№, п/п
Наименование операций ТП
Трудоемкость (tшт), мин
1
Входной контроль
8
2
Гидропескоструйная обработка
5
3
Межоперационный контроль
2
4
Монтаж
180
5
Обезжиривание
3
6
Промывка
2
7
Межоперационный контроль
2
8
Активирование
30
9
Промывка
1
10
Химическое никелирование
90
11
Промывка
2
12
Демонтаж
40
13
Сушка
5
14
Термообработка
100
15
Выходной контроль
10
ИТОГО:
480
Трудоемкость tшт = 480мин =8 час
Объем продукции (Nв), производимой с применением одного комплекта средств технологического оснащения, можно рассчитать:
Nв= Фдо · Кз/tц = 2000·0,9 /8 = 225 (загрузок)
где Фдо – годовой фонд рабочего времени, час (Фдо = 2000 час); tц- время цикла изготовления одного кг микросфер из ПЭ (tц= 8 час); Кз – коэффициент загрузки оборудования (Кз =0,9).

Затраты на основанные материалы.
Затраты на основные материалы (Емо), а так же покупные комплектующие изделия (Екип), непосредственно входящие в состав изготавливаемого изделия, определяются с учетом их фактической нормы расхода на производство данного вида продукции.
Затраты на основные материалы рассчитываются по формуле:

Емо = (Σ (QMj · ЦМj · Кpj) · Kтз – Go · Цо),
где QMj и Go – масса материала j и реализуемых отходов, кг;
ЦМj и Цо – цена материалов и отходов, руб/кг;
k – коэффициент видов материалов, используемых в изделии;
Kтз – коэффициент транспортно-заготовительных расходов (Kтз = 1,015);
Кp – коэффициент отходов материала при переработке.
Для определения затрат на основные материалы заполняется таблица 2.12.
Таблица 2.12.
Затраты на основные материалы для никелирования одной загрузки.
№ пп
Наименование марка материала
Масса материала (Q), кг
Норма расхода (Q*Кр)
Оптовая цена, руб/кг
Суммарные затраты в руб
1
Никель сернокислый
0,8
0,92
60
55,2
2
Гипофосфит натрия
0,6
0,69
62
42,78
3
Натрий уксуснокислый
0,4
0,46
33
15,18
4
Гликол
0,8
0,92
58
53,36
5
Свинец сернистый
0,003
0,00345
50
0,17

ИТОГО:
166,69

Затраты на вспомогательные материалы.
Затраты на вспомогательные материалы (Емв), для никелирования одной детали, рассчитываются по формуле:
Емв= Gвi · Цмвi,
где Gвi- норма расхода, кг; Цмвi- оптовая цена, руб.
Таблица 2.13.
Смета затрат на вспомогательные материалы.
№, п/п
Наименование материала,
Норма расхода, кг
Оптовая цена, руб
Сумма затрат, руб
1
Натрий едкий
0,4
34
13,6
2
Тринатрийфосфат
0,8
36
28,8
3
Углекислый натрий
0,4
68
27,2
4
Жидкое стекло
0,6
72
43,2
5
Кислота серная
0,8
35
28
6
Кислота соляная
0,2
59
11,8
ИТОГО:
152,6

Затраты на покупные комплектующие изделия.
Затраты на покупные комплектующие изделия (Екип) рассчитываются в случае, если они используются для изготовления данной продукции в разрабатываемом технологическом процессе по таблице 2.14.
Таблица 2.14.
Ведомость затрат на покупные комплектующие изделия.

№пп
Наименование и тип комплектующих изделий
Количество шт.
Цена за единицу, руб/шт
Сумма затрат, руб
1.
Обойма из титана ВТ 20
20
92
1840
ИТОГО:
1840

Затраты на эксплуатацию и содержание оборудования.
Затраты на эксплуатацию и содержание оборудования (Еоб) определяются укрупнено в соответствии с формулой:

Еоб = (Еам + Ерем + Есод +Епр) /Nв
где Еам – затраты на амортизацию оборудования (Еам = 0,2 · Цоб);
Ерем – затраты на ремонт (Ерем =0,05 · Цоб);
Есод – затраты на содержание и эксплуатацию (Есод =0,04 · Цоб);
Епр – прочие затраты, (Епр =0,05 · ( Еам + Ерем + Есод);
В зависимости от затрат на оборудование (Цоб), необходимого для выполнения работ по разрабатываемому технологическому процессу. С этой целью заполняется таблица 2.15, в которой указывается оборудования как проектируемое, так и стандартное коэффициент использования оборудования в ТП определяет время, в течение которого на нем выполняются работы.
При этом для специализированного оборудования он равен 1, а для универсального определяется как отношение Фдо/(Тц · Nв), где Фдо – годовой фонд рабочего времени, час (Ф = 1950 час); Тц – время работы оборудования, (час); Nв-объем продукции, производимой с применением одного комплекта средств технологического оснащения. В этом случае неиспользуемое время позволяет на данном оборудовании выполнять другие работы и уменьшить затраты для процесса производства.
Таблица 2.15.
Сводная ведомость на оборудование, используемое в процессе никелирования.
№ пп
Наименование оборудования
Коэффициент использования в ТП
Мощность, кВт
Стоимость, руб
силовая
обогрев
единицы
На ТП
1
Ванна холодной промывки
1
–
–
9000
9000
2
Ванна горячей промывки
1
–
–
12000
12000
3
Ванна обезжиривания
1
–
–
12000
12000
4
Ванна активации
1
–
–
15000
15000
5
Ванна химического никелирования
1
–
–
21000
21000
6
Термошкаф
1
–
4,0
18000
18000
7
Гидропескоструйный аппарат
1
2,4
–
9000
9000
ИТОГО:
2,4
4,0
–
96000

Еам = 0,2 · 96000 = 19200 (руб)
Ерем = 0,05 · 96000 = 4800 (руб)
Есод = 0,04 · 96000 = 3840 (руб)
Епр = 0,05 · (19200 + 4800 + 3840) = 1392 (руб)
Еоб = (19200 + 4800 + 3840 + 1392) /225 = 129,92 (руб)
Затраты на электроэнергию.

Затраты на энергию и топливо для технологических целей (Ет) рассчитываются по формуле:

Ет = Σ (Мj · tкг · Кс · Цэм),
где Мj – установочная мощность или расход энергоносителей в час; tцi- норма времени на производство продукции; Кс- коэффициент спроса, учитывающий время потребления энергии (Кс = 0,3); Цэм – стоимость энергоносителей.
Таблица 2.16.
Затраты на электроэнергию.
№п/п

Наименование энергоносителей

Единица измерения

Цена за единицу,
руб

Расход ,
кВт/час

Затраты, руб/ед

1

Освещение

кВт·ч

0,6

2,0

1,2

2

Термошкаф

кВт·ч

4,0

2,4

3
Гидропескоструйная установка
кВт·ч

2,4
1,44
4
Нутрометр
кВт·ч

0,5
0,3
5
Микрометр
кВт·ч

0,5
0,3
ИТОГО:

5,68

Затраты на возмещение износа инструмента и оснастки целевого назначения.
Затраты на возмещение износа инструмента и оснастки целевого назначения для никелирования изделий из титановых сплавов (Епри) используемых только для данного ТП, определяются в зависимости от затрат на изготовление и с учетом срока службы (Цпри).
Таблица 2.17.
Сводная ведомость затрат на оснастку и инструмент целевого назначения.
№ п/п

Наименование инструмента и приспособлений

Количество, шт

Затраты, руб/шт

Срок службы, лет

Затраты, руб/год

1

Лупа
3

90
1

270

2

Приспособления
10
600
5

1200

3
Тара
1
100
1
100
4
Нутрометр
1
600
1
600
5
Микрометр
1
750
1
750

ИТОГО:
–
2920
Епри= Цпри/ Nв = 2920/225 = 12,98 (руб)

Затраты на заработную плату.
Затраты на заработную плату производственным рабочим, изготавливающим продукцию по разработанному ТП, а также отчисления на социальные нужды и цеховые накладные расходы с учетом Кцвх = 200%, условия труда нормальные, форма оплаты сдельная, средний разряд – 4.3, рассчитываются по формулам:
Чср= (60 +(81 – 60)) · (4,3 – 4) = 24,3 (руб/час)
Зот= Чср· tоб = 24,3 · 8 = 194,4 (руб)
Зо= 1,4· Зот =1,4 · 194,4 = 272,16 (руб)
Зд = 0,04· 272,16 = 10,89 (руб)
Ос= 0,39 · (Зо + Зд) = 0,39 · (272,16 + 10,89)= 110,39 (руб)
Ецех = (Кцех · tоб ) /100 = (200 · 194,4 )/100 =388,8 (руб)
Таблица 2.18.
Себестоимость одной загрузки ванны никелирования из 20 деталей, изготавливаемых по разработанному ТП.

№ п/п

Наименование статей затрат

Проект

База

Изменение, руб

Сумма, руб

%

Сумма, руб

%

1.
Затраты:
– на основные материалы
-на вспомогательные материалы;
– на покупные комплектующие.

166,69
152,60
1840
5.40
4.94
59.54
230
220
1840
6,40
3,12
51,18
63,31
66,4
0
2.
Зарплата производственных рабочих:
– основная
-дополнительная

272,16
10,89
8,81
0,35
345,23
16,32
9,60
0,45
73,07
5,43
3
Отчисления на социальные нужды
110,39
3,57
140,56
3,91
30,17
5
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования
129,92
4,20
350,6
9,75
220,68
6
Цеховые затраты
388,8
12,58
423,90
11,79
35,1
7
Затраты на возмещение износа инструмента целевого назначения
12,98
0,42
18,30
0,51
5,32
8
Затраты на электроэнергию
5,68

0,18
10
0,28
4,32
ИТОГО(Смик):
ИТОГО

3090.11

100

3593,91

100

– 503,8

2.3. Анализ эффективности и затрат.
В данном дипломном проекте в качестве базового варианта технологического процесса химического никелирования изделий из титана, был принят разрабатываемый технологический процесс с использованием модернизированной линии. Внедрение такой техники может быть осуществлено, если экономический эффект возмещает вложенные инвестиции.
К показателям, оценивающим экономический эффект от внедрения ТП с учетом специфики затрат, отнесены: экономия на себестоимости продукции, на капитальных вложениях и на приведенных затратах. Как показано в таблице 2.18, затраты разработанного процесса значительно ниже базового.
Оценку экономического эффекта производят на основе расчета экономии приведенных затрат (Эпр) по формуле:
Эпр= (Сб ·Nв+Ен ·Кб) – (Сi · Nв+Ен·Кi),
где Сб и Сi, Кб и Ki – себестоимость единицы продукции и капитальные вложения в базовом и проектируемом вариантах; Ен – нормативный коэффициент эффективности вложений (Ен=0,2); Nв – объем продукции, производимой с применением одного комплекта средств технологического оснащения (Nв =138,8 кг)
В капитальные вложения входят все затраты, необходимые для организации производства, поэтому в проектируемом ТП они складываются из единовременных затрат связанных с созданием ТП, затрат на оборудование, инструмент целевого назначения, а также инвестиций в строительство зданий и сооружений (Езд), которые определяются по формуле:
Езд=Цзд · Sц·h,
где Цзд- стоимость 1 м3 здания (Цзд = 200 руб/м3);
Sц- площадь цеха, м2;
h- высота здания, м.
Езд= 200 · 40 · 5 = 40000 (руб)
Таблица 2.19.
Объем инвестиций, необходимых для реализации разрабатывемого ТП.
№ п/п

Наименование статей затрат

Проект

База

Изменение, руб

Сумма, руб

. %

Сумма, руб

%

1

Единовременные затраты на создание и освоение ТП

58451,72
25,84
–
–
–
2

Затраты на оборудование

121350
53,65
140000
67,63
-18650
3

Затраты на инвентарь

6370
2,81
7000
3,38
-630
4

Затраты на здания и сооружения

40000
17,68
60000
28,98
-20000

ИТОГО:

226171,72
100
207000
100
-39280
Эпр = (3595.91· 8 + 0,2 · 207000) – (3090.11· 8 + 0,2 · 226171,72) = 70167,28 – – 69955,12 = 212,16 руб.
Разработанный ТП является эффективным и целесообразным.
Таблица 2.20.
Сравнительная характеристика вариантов технологического процесса.

№ п/п

Наименование показателей

Единица измерения

Проект

База

1

Объем выпускаемой продукции

шт/год

6400

6400

2

Действительный годовой фонд рабочего времени оборудования

час/год

1980

1980

3

Трудоемкость выполнения работ

нормо-час

9,29

8,29

4

Единовременные затраты и капитальные вложения

руб

226171,72

207000

5

Себестоимость одной загрузки

руб/20 шт

3090.11
3593.91
6

Масса изделия

–

–

–

7

Разряд работ

—

8

Форма оплаты труда

—

сдельная

сдельная

9

Условия труда

—

нормальное

нормальное

10

Производительность труда

шт/час

0,1

0,1

11

Фондоотдача в сопоставимых ценах

руб/руб

–

–

Оптовая цена 20 никелированных изделий, изготавливаемых по разработанномуТП, может быть определена с учетом коэффициента рентабельности (Кр), отражающего плановую прибыль, получаемую при реализации продукции, который зависит от потребительской ценности и спроса на рынке (Кр= 10-50%).
Ц = Сi · (1+Кр/100) = 3090.11· (1+ 15/ 100) = 3553,63 (руб) 1 загрузка
Ц = 3553,63/20 = 177,68 (руб) 1 деталь

3. Экология и безопасность.
Технологический процесс нанесения покрытий химическим методом сопровождается использованием разнообразного оборудования.
Внедрение и применение любого технологического процесса не могут рассматриваться без учета вопросов обеспечения безопасных и безвредных условий труда работников, связанных с производством.
Проблемы безопасности условий труда должны решаться еще на стадии проектирования производственного процесса. Следует рассматривать все стадии технологии и анализировать используемые материалы, оборудование, то есть все средства производства. Несоблюдение этих условий может при вести к травматизму работающих.
Разрабатываемые конструкции или новая технология, наряду с высокой эксплуатационной надежностью должны содержать элементы, предупреждающие возникновение несчастных случаев или профессиональных заболеваний.
Не менее важным является создание необходимых гигиенических условий в производственных помещениях, связанных с технологическими процессами, требующими применение сырья, которое может стать источником загрязнения воздуха, а также обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях.
Цель данного раздела рассмотреть и обеспечить нанесение покрытий химическим методом с нормальными условиями работы: освещение; микроклимат или температура, влажность в помещении, где находится установка; определение выделяющихся вредных веществ и т.д.

3.1. Безопасность производства.
Комплексный анализ условий труда.
Цель комплексного анализа — выявить опасные и вредные факторы и оценить их количество. Влияние этих факторов может приводить к травматизму работающих в цехе людей. Анализ условий труда проводится в соответствии с технологическим процессом. Результаты анализа представлены в таблице 1.
Для лучшей разработки мер безопасности и правил поведения на рабочем месте следует провести количественную оценку вредных и опасных факторов, которые берутся из результатов комплексного анализа производственного процесса. Результаты такой оценки представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.1.

Основные элементы производственного процесса, формирующие опасные и вредные производственные факторы.

№
пп.
Наименование операций (рабочее место, ОПФ, ВПФ, профессия).
Материалы, сырье, комплектующие изделия.
Уровень механизации
Оборудование, приспособления, инструменты.
Готовые изделия.
Производственная среда.
Окружающая среда.
1
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
2
Входной контроль
Обойма из титана Вт 20
ручной
Нутрометр, микрометр
Эл. ток, освещение
–
3
Гидроепскоструйная обработка
Обойма из титана ВТ 20
Механ.
Гидропескоструйный аппарат
Эл. ток. вода, песок
–
4
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
5
Монтаж
Обойма из титана ВТ20, лак
ручной
Приспособление, клей ХВК – 2а с 5% талька
–
–
6
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
7
Обезжиривание
Обойма из титана ВТ20, раствор обезжиривания
ручной
Ванна обезжиривания
Пары соединения Na3P
Пары соединения Na3P
8
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
9
Промывка
Обойма из титана ВТ20, вода
ручной
Ванна промывки
вода
–
10
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
11
Активирование
Обойма из титана ВТ20, раствор активации
ручной
Ванна активации
пары серной и соляной кислот
пары серной и соляной кислот
12
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
13
Химическое никелирование
Обойма из титана ВТ20, раствор никилирования
ручной
Ванна химической обработки
Осадок сернистого свинца
Осадок сернистого свинца
14
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
15
Сушка
Обойма из титана ВТ20, сжатый воздух
ручной
Рабочий стол, компрессор
Эл ток, воздух
–
16
Демонтаж
Обойма из титана ВТ20
ручной
Рабочий стол, нож, ацетон Р – 5
пары ацетона
пары ацетона
17
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
18
Термообработка
Обойма из титана ВТ20
механ
Термошкаф, поддон
Эл. ток, тепловое излучение
–
19
Транспортировка
Обойма из титана Вт 20
Ручной
Вес 500г.
–
–
20
Выходной контроль
Обойма из титана ВТ20
ручной
Нутрометр, микрометр
Эл. ток, освещение
Воздух

Таблица 3.2.
Количественная оценка опасных и вредных производственных факторов.

№
пп.

Опасные и вредные производственные факторы.
Наименование операции (рабочее место, профессия, номер по табл.I)
Значение фактора, действующего (ед. измерения)
Регламентированная нормами предельно-допустимое значение.
Количество работающих, подверженных воздействию.
Продолжительность воздействию.
Вероятность действия фактора.
1
Пары серной кислоты
11
0,5 мг/м3
1 мг/м3
1
2
0,5
2
Пары соляной кислоты
11
0,3 мг/м3
5 мг/м3
1
2
0,5
3
Ацетон
16
100 мг/м3
200 мг/м3
1
20
0,5
4
Пары соединения Na3P
7
0,6 мг/м3
3 мг/м3
1
2
0,1

Требования к микроклимату
Таблица 3.3.
Микроклимат (ГОСТ 12.1.005 – 88)

№
пп
Наименование операции (номер по таблице 1)
Категория тяжести
Параметры микроклимата
Температура °С
Влажность %
Скорость движения воздуха м/с
1
1 – 6, 20
Легкая
17 – 23
40 – 60
0,2 – 0,3
2
7 – 19
Средняя
18 – 27
40 – 60
0,3 – 0,4

Требования к освещению
Таблица 3.4.
Освещенность (СН и П 23 – 05 – 95)

№
пп
Номер операции
Минимальный размер объекта различения, мм
Фон
Контраст
Разряд работ
освещенность
Общее, лк
Местное, лк
Естественное, КЕО, %
Совмещенное, КЕО, %
1
1, 3 – 19
> 5
0.2
0,2
1
150
250
1
1.8
2
2, 20

0.2
O.2
4
150
200
1
1.8

Шум и вибрации
Таблица 3.5.
Производственные вибрации (ГОСТ 12.1.012 – 78)

№
пп
Наименование операции
Характеристика фактора
Действующее / Предельно допустимое значение виброускорения и виброскорости, в октавах полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
16,0 Гц
1
3
Технологическая вибрация
Виброускорения, м/с2
Виброскорости,
м/с * 10-2 дБ
В1/3 октаве
В1/1 октаве
В 1/3 октаве
В 1/1 октаве
0,3/1
9
0.5/3
4
17/10
7
21/11
6
Уровень звукового давления L, дБ рассчитывается по следующей формуле:

где исходное значение звукового давления в воздухе.

Требования к электромагнитным полям
Таблица 3.6.
Электромагнитные поля (ГОСТ 12.1.006 – 84)

№
пп
Наименование операции
Характеристика
Фактическое значение
Предельно допустимый уровень
Поля
Источника
1
18
Е – напряженность электрического поля В/м

22

50

Частота МГц
0,5
–

Требования к воздуху рабочей зоны
Таблица 3.7.
Воздух рабочей зоны (ГОСТ 12.1.005 – 88)

№
пп
Наименование операции
Выделяющиеся вещества
Класс опасности
Фактическое значение
Предельно допустимый уровень
1
5
Растворитель
Р -5
4
15мг/м3
50 мг/м3

Разработка мер защиты от выявленных ОВПФ.
Вредные вещества выделяются в воздухе рабочей зоны в виде паров, газов и пыли. Особую опасность для человека представляет производственная пыль. Воздействие пыли на организм человека зависит не только от ее химического состава, но и от дисперсности (размеров пылинок) и формы частиц. Более опасными являются высокодисперсные пыли (размер частиц до 5 мкм), а также острокраевые пыли. Высокодиспсрсная пыль наиболее глубоко проникает в легкие человека и задерживается там.
Расчет воздухообмена для удаления выявленных химических веществ.

L = W / (K доп. – K крит.) [м3/час]
W – количество выделяющихся вредных веществ, мг/час;
К доп. – ПДК выделяющихся веществ;
К крит. – концентрация вредных веществ в приточном воздухе (=0).
Пары серной кислоты 0,5 мг/м3
Пары соляной кислоты 0,3 мг/м3
Ацетон 100 мг/м3
Пары соединения Na3P 0,6 мг/м3

Количество выделяющихся вредных веществ:
Пары серной кислоты 200 мг/час
Пары соляной кислоты 150 мг/час
Ацетон 2000 мг/час
Пары соединения Na3P 350 мг/час
L = 200/0,5 + 150/0,3 + 2000/100 + 360/0,6 = 1520 м3/час
Острокраевая пыль укалывает и вызывает раздражение слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей и кожи. Опасность вредных паров и газов определяется химическим составом. Поэтому в любых операциях с использованием растворов, а особенно в операции 5 пользоваться респираторами класса А.
При выполнении данного технологического процесса возможно влияние вредных факторов — электрического поля. При нанесении покрытия используется низковольтное оборудование. Помещение относится к категории с повышенной опасностью. При неисправности оборудования возможно поражение электрическим током.
Для обеспечения безопасности обязательно соблюдение следующих условий:
– все металлические нетоковедущие части установки, которые не находятся под напряжением, но в результате пробоя изоляция могут оказаться под электрическим током, должны быть надежно заземлены;
– электрические блокировки люков камеры и источника питания должны быть исправны;
– перед камерой и источником питания на полу должны лежать диэлектрические резиновые коврики
– камера должна быть снабжена автоматическими выключателями, которые исключают подачу высокого напряжения при открытых люках камеры;
Рабочие должны находиться в спецодеждах. Для защиты от шума возможно применение наушников для каждого рабочего. Для создания комфортных условий труда температура в цехе должна поддерживаться в зависимости от времени года, но она не должна выходить за пределы 15 . 25°С. Относительная влажность воздуха в помещении не должна превышать 60 %. Для обеспечения требуемых параметров воздушной среды помещение должно быть оборудовано приточно – вытяжной вентиляцией с двукратным обменом воздуха в час. И на каждой ванне устанавливаются бортовые отсосы.
Общее освещение помещения выполняется люминесцентными светильниками типа ОВЛ, обеспечивающими равномерную освещенность.
Стены, потолок, оконные рамы должны быть двукратно покрашены белой эмалевой краской, обеспечивающей стойкое и гладкое покрытие. Уборка помещения должна производиться влажным способом.
В данном техпроцессе идет выброс в атмосферу вредных веществ, по этому профилактику вредных выбросов осуществляют абсорбцией.
Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (HCl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).
Абсорбционные методы служат для технологической и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция).
Абсорбционная очистка — непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрирование.
Также предусмотрены мероприятия по очистке сточных вод от фосфитов. Вода прежде чем уйти в канализацию смешивается с кислыми растворами приобретая нейтральную среду и уж затем пройдя сквозь систему фильтров попадает в канализацию.

3.2. Устойчивость производства в чрезвычайных ситуациях.
Пожарная профилактика.
Таблица 3.8.
Количественные показатели пожаро – взрывоопасных веществ и материалов.

№
пп
Наимено вание операции
Наимено вание вещества
Показатели пожаро – взрыво опасности
Количество работающих в зоне возможного пожара, взрыва
Причины возникно вения пожара
1
5
Растворитель Р-5
IIА – Т2
1
Нарушение мер и техники безопасности

В цехе должны быть предусмотрены конструктивные, объемно – планировочные инженерно-технические решения, обеспечивающие в случае пожара:
– возможность эвакуации людей независимо от их возраста и физического состояния наружу на прилегающую к зданию территорию до наступления угрозы их жизни и здоровью вследствие воздействия опасных факторов пожара;
– возможность спасения людей;
– возможность доступа личного состава пожарных подразделений и подачи средств пожаротушения к очагу пожара, а также проведения мероприятий по спасению.
В процессе эксплуатации следует:
– обеспечить содержание здания и работоспособность средств его противопожарной, защиты в соответствии с требованиями проектной и технической документации на них;
– обеспечить выполнение правил пожарной безопасности, утвержденных в установленном порядке, в том числе ППБ 01;
– не допускатъ изменений конструктивных, объемно – планировочных и инженерно-технических решений без проекта, разработанного в соответствии с действующими нормами и утвержденного в установленном порядке;
– при проведении ремонтных работ не допускать конструкций и материалов, не отвечающих действующих норм.
Помещения цеха по нанесению никель – фосфорных покрытия категории Г1 — работа с слабогорючими веществами.
Под пожарной безопасностью понимается состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения, предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.
Опасными факторами пожара являются: повышенная температура корпусов оборудования и окружающей среды, токсичные продукты горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода в воздухе рабочей зоны.
Эти факторы приводят к отравлениям, ухудшению работы органов дыхания, к травмированию рабочих.
Показатели пожаро – взрывоопасности выбираются согласно ГОСТ 12.1.011-78.
К мероприятиям по безопасности относятся запрещение курения, пользование открытым огнем, так как в цехе присутствует вещество, воспламеняемое при взаимодействии с огнем (ацетон).
Строительные конструкции необходимо выполнить из негорючих материалов. Цех должен быть расположен таким образом, чтобы обеспечить свободный подъезд к нему пожарных машин. Ширина проходов между оборудованием и ширина дверей должны быть не менее 1 метра. Все ворота и двери открываются наружу. Здание должно быть обеспечено инвентарем и огнетушителями. Для современного извещения о пожаре цех должен быть снабжен системой пожароизвещения, типа РИР — 1, автоматической пожарной сигнализацией типа ИП 105-2/4. для тушения пожара применяют пенообразующие установки ОП-11, которые вырабатывают воздушно механическую пену средней плотности. Также используются пожарный кран ПК — для тушения водой и пожарный щит — для тушения песком. Используются дымоизвещатели РИД-1
Согласно ГОСТ 12.1.004-91 нормативная вероятность возникновения пожара или воздействия опасных факторов пожара на людей должна быть не более 10-06 в год в расчете на одного человека или на отдельный пожароопасный элемент. Это означает, что в среднем каждый человек не должен подвергаться риску воздействия опасных факторов пожара более 10 раз в год.
Не превышение такого уровня опасности обеспечивается созданием на предприятиях системы пожарной безопасности, описанной выше.
Обязательно наличие противогазов.

3.3. Промышленная экология.
Выявление производственных факторов, оказывающих влияние на окружающею среду.
При проведении технологического процесса химического никелирования выделяется вредные вещества, часть которых, если не предусматривать очистительные сооружения попадает в окружающую среду, что отрицательно сказывается на экологии природных ресурсов.
В процессе обезжиривания выделяются пары соединения Na3P, при активации выделяются пары серной и соляной кислот, а при демонтаже изделий с приспособлений пары ацетона оказывающие удушающие воздействия, снижающие уровень кислорода в воздухе, вызывающие нарушение кровеносной системы у человека, вредные вещества оказывают губительное воздействие и на природу, фауну. Поэтому необходимо стремиться к чистоте технологического процесса.
Таблица 3.9.
Факторовы оказывающих влияние на окружающею среду
№
пп
Наименование операции
Газообразные отходы
Значение фактора, действующего (ед. измерения)
1
7
Пары соединения Na3P
600 м3/час
2
11
Пары серной кислоты
400 м3/час
3
11
Пары соляной кислоты
500 м3/час
4
16
Ацетон
20 м3/час

ИТОГО:
1520 м3/час

Разработка природоохранных мероприятий.
Что бы уменьшить количество паров выделяющихся вредных веществ попадающих в атмосферу над каждой ванной и рабочем столом устанавливается вытяжка, подключенная к системе очистки воздуха.
На рис. 3.1. схематично изображено несколько рядом расположенных ванн, которые оборудованы вытяжными устройствами LM-2 производства “PlymoVent AB”, соединенные сетью воздуховодов. Телескопическое вытяжное устройство этой серии предназначено для улавливания и удаления различных видов дыма и пыли, а также т.п. вредных веществ, выделяющихся на небольших стационарных рабочих местах, расположенных в помещении с невысоким потолком. Устройство эксплуатируется в составе системы местной вытяжной вентиляции, а также может подключаться непосредственно к индивидуальному вентилятору или к воздушному фильтру. Для регулирования удаляемого расхода воздуха вытяжное устройство снабжено специальной заслонкой. Температура перемещаемой воздушной среды не должна превышать +700С. Вытяжной рукав выполнен из гибкого и прочного воздуховода. Вытяжное устройство может поворачиваться вокруг оси монтажной площадки на 3000С.

Рис 3.1. Централизованная система вентиляции с очисткой воздуха.
Воздуховоды подключены к приемной камере IS-3000 электростатического фильтра EF-5000/SP. Стационарный воздушный фильтр этой серии с электростатическим способом фильтрации воздуха предназначен для очистки загрязненного воздуха от сухих частиц различных видов дыма и мелкодисперсной пыли, а также от частиц т.п. вредных веществ, размером до 0.01 микрона. Расход воздуха фильтра 4500 (м3/ч), активная фильтрующая поверхность 32,8 м2.
Воздушный фильтр эксплуатируется в различных помещениях в составе систем очистки и рециркуляции воздуха или систем вытяжной вентиляции. Температура перемещаемого воздушного потока не должна превышать 800С.
На фильтр установлен вентилятор FUA-6000/SP. Промышленные вентиляторы этой серии имеют усиленную конструкцию корпуса и специально предназначены для комплектации другого вентиляционного оборудования. Входной (всасывающий) патрубок вентилятора имеет круглое сечение, а выходной патрубок прямоугольное сечение. Направление вращения рабочего колеса – левое, если смотреть со стороны входного патрубка. Взрывозащищенные вентиляторы изготавливаются из разнородных материалов и комплектуются взрывозащищенными двигателями. Мощность вентилятора 4,0 кВт, производительность 1500 – 5000 м3/ч, полное давление 2400 – 1500 Па.
Очищенный воздух возвращается обратно в помещение. Автоматическое управление работой системы и экономию электроэнергии производит аппарат автоматического контроля M-1000. Аппарат автоматического контроля предназначен для общего управления работой централизованной системой вентиляции. Используется в сочетании с энергосберегающими автоматами и автоматическими заслонками. Аппарат автоматически включает/выключает центральный (канальный) вентилятор, получая сигнал, от энергосберегающего автомата или автоматической заслонки, благодаря чему, удаляется только загрязненный воздух, экономится электроэнергия и снижается фоновый шум. Запаздывание отключения вентилятора для удаления остаточных дымов, регулируется вручную в пределах от 7с до 6 мин.
Расходом удаляемого воздуха, а значит и экономией тепла, управляют автоматические заслонки ASE-12. Автоматически открывает/закрывает воздуховод, получая сигнал, например, от фотодатчика, установленного на воронке вытяжного устройства, благодаря чему, удаляется только загрязненный воздух и экономится тепло-электроэнергия. Задержка закрывания заслонки для удаления остаточных дымов, регулируется вручную в пределах от 7с до 6 мин.

Заключение.

Существует несколько методов защиты металлов от коррозии: легирование металлов, нанесение металлических покрытий, нанесение неметаллических покрытий, протекторный метод.
Качество наносимого металлического покрытия прежде всего зависит металла корой мы наносим на подложку. Хром – является неблагородным металлом, он защищен тонкой, стабильной, плотно прилегающей, с хорошей адгезией, тугоплавкой самоуплотняющейся пленкой окисла. Защищенный такой окисной пленкой, металл имеет высокую стойкость в условиях окислительной атмосферы при высокой температуре и экспозиции в атмосферных условиях большинства природных сред. Большое количество производимого цинка идет для оцинковки железа и стали методом погружения в горячий расплав и это указывает на широкое применение цинка для защитных покрытий. Преимущества цинка в этом отношении, может быть, в первую очередь связано с легкостью его нанесения, низкой стоимостью и высоким коррозионным сопротивлением. Никелевые покрытия применяют уже давно на железе, титане и других металлах для того, чтобы обеспечить такие свойства поверхности, как стойкость против коррозии, эрозии и абразивного износа. Наибольшая часть никеля используется в качестве декоративного покрытия. В противоположность электроосажденному никелю методом химического восстановления никеля осаждается без применения электрического тока от внешнего источника. Металл образуется путем восстановления ионов никеля из раствора, при действии на них определенных реагентов.
Главное преимущество этого метода состоит в том, что осаждение идет при постоянной скорости по всем сложным поверхностям деталей. Получаемые покрытия имеют более высокие антикоррозионные и механические свойства, чем покрытия при электроосаждении.
В кислых растворах пассивация никеля обусловлены образованием на поверхности окислов со стехиометрическими составами Считается, что пассивация сопровождается переходом В щелочных растворах пассивация никеля происходит благодаря образованию монослоя . Благодаря этому методу нанесения никель — фосфорные покрытия имеют хорошие показатели коррозионной стойкости, твердости и стойкости к абразивному износу, причем в средах без смазки.
Реакция восстановления, по существу, контролируется обычными кинетическими параметрами, такими как концентрация реагирующих веществ, температура, скорость перемешивания, эффективность катализатора. При надлежащем контроле процесса осаждения нет никаких ограничений толщины покрытия, которую можно получить этим методом. При химическом никелировании в качестве восстановителя наиболее широко используют гипофосфиты.
Значительное влияние на процесс восстановления никеля оказывает рН раствора. Существуют два типа растворов кислотные и щелочные. Кислые растворы (рН 4.0 — 0.5) применяют для нанесения покрытий на детали из черных и некоторых цветных металлов особенно когда их рабочие поверхности должны иметь высокую твердость, износостойкость и корозионно — защитные свойства. Щелочные растворы применяют при нанесении покрытий на коррозионностойкую сталь, алюминий, титан, магний, а также при необходимости осаждения многокомпонентных покрытий на основе Ni, Со.
Температура резко влияет на скорость протекания практически всех химических процессов. Установлено, что при низких температурах процесс восстановления никеля почти не происходит. Однако с повышением температуры раствора этот процесс заметно ускоряется.
Скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени стехеометрических коэффициентов. Соли органических кислот (гликолевой, уксусной и лимонной) оказывают большое влияние на процесс восстановления, так как поддерживают рН при оптимальном значении и влияют на скорость восстановления никеля. Скорость восстановления никеля и качество покрытия, также в значительной степени зависят от концентрации и природы буферного соединения.
Поскольку скорость реакций зависит от концентрации исходных веществ, периодическая корректировка раствора ванны за счет введения основных реагентов, влияющих на процесс осаждения никеля, направлена на поддержание в ванне относительно постоянную концентрацию реагентов. Корректировка ванны играет большую роль в поддержании сравнительно постоянной скорости осаждения никеля.
Основным аспектом нанесения никель – фосфорных покрытий на изделия из титана является подготовка поверхности. Титановые изделия, предназначенные для нанесения покрытий, имеют на своей поверхности пленку загрязнений, приобретенных в процессе изготовления изделия.
Сначала титановые изделия подвергают механической обработке гидропескоструйным аппаратом. После этого детали обезжиривают и удаляют следы механической обработки. Минеральные масла удаляют растворителями. Широко применяют также обезжиривание в парах хлорсодержащих растворителей или эмульгирование. Жиры животного или растительного происхождения удаляют горячими водными растворами с высокими значениями рН. Они реагируют со щелочами, образуя растворимые в воде мыла. При наложении тока очистка в щелочи происходит значительно быстрее, чем при простом погружении детали в раствор.
Окислы и пленки продуктов коррозии удаляют путем их растворения в водных растворах. Обычно это соляная и серная кислоты. Поверхность титана активируется в растворе серной и соляной кислот, после этого получается блестящая поверхность, с которой удалены рыхлые частицы. Это обуславливает хорошую адгезию с подложкой и качество покрытия (мелкая пористость).
Сложность процесса химического нанесения заключается в поддержке в заданных пределах различных факторов, таких как рН среды, температура, концентрация исходных компонентов.
По организации и экономике производства проведен анализ себестоимости готовой продукции в результате чего можно сказать что разработанный технологический процесс изготовления обойм из титана считается экономически выгодным.
В связи с резко возросшими требованиями к экологии и безопасности производства были разработаны мероприятия по пожаробезопасности, и разработаны меры защиты выявленных опасных и вредных производственных факторов.

Список литературы.

1. Чендлер К. А. Коррозия справочник М Химия, с 45- 131.
2. Вишенков С. А. Химические и электрохимические способы осаждения металлических покрытий. М. Химия 1975, с 67- 181.
3. Бартл Д. Технология химической и электрохимической обработки поверхностей металлов. М. Машин –я 1980, с 14-35
4. Вансовская К. М. Металлические покрытия нанесенные химическим способом. М. Химия 1985, с 12- 145
5. Мельников П. С. Справочник по т/п в машиностроении. М Машин – я 1970
6. Рябченков А. В. Упрочнение и защита от коррозии деталей методом химического никелирования. М. Химия 1965
7. Оборудование для химической обработки. М Машин – я 1989
8. Пилипенко К. А. Химическое никелирование. М. Химия 1965
9. Клоц М. У. Опыт химической и электрохимической обработки деталей из титановых сплавов. М. Химия 1982
10. Николаев Н. В. Химическое никелирование. М Химия 1969
11. Бергман Г. Н. Химическое никелирование изделий из титановых сплавов. Л. Химия 1977