Tehnologia operatiilor de pregatire a suprafetelor etalice prin procedee chimice si electrochimice

TEHNOLOGIA OPERATIILOR DE PREGATIRE A SUPRAFETELOR ETALICE PRIN PROCEDEE CHIMICE SI ELECTROCHIMICE

Procedee de degresanti in dizolvanti organici

Degresarea in dizolvanti organici face parte dintre operatiile care se exe­cuta cel mai frecvent in cadrul pregatirii suprafetelor metalice, in vederea ameliorarii lor. Degresarea in dizolvanti se aplica intotdeauna pieselor care prezinta pe suprafata cantitati insemnate de impuritati grase, indiferent de natura aces­tora. Astfel de piese nu sunt admise la operatiile de pregatire preliminara prin procedee mecanice, cum ar fi sablarea sau tobarea.

Dizolvantii organici ocupa un loc deosebit in degresarea pieselor prelucrate prin polizare, periere si lustruire, operatii la care se utilizeaza paste abrazive continand lianti pe baza de grasimi naturale si uneori minerale. Degresarea in dizolvant pur are loc mai usor decat intr-un dizolvant impurificat. Bazata pe acest considerent, tehnologia degresarii si aparatura utilizata cauta sa asigure cele mai bune conditii pentru marirea eficacitatii procedeului prin spalari repetate in dizolvant din ce in ce mai curat.

Din cauza pericolului de incendiu, in instalatiile mai mari nu se mai folosesc dizolvanti inflamabili, locul acestora fiind luat de dizolvanti orga­nici clorurati, neinflamabili.Dizolvantii organici neinflamabili utilizati azi in majoritatea instalatiilor moderne de curatire sunt triclor-etilena si tetraclor-etilena sau perclor-etilena. Vaporii acestor dizolvanti sunt foarte daunatori sanatatii, de aceea utilizarea lor nu se admite decit in instalatii special construite.

Dupa constructia acestor instalatii, degresarea se poate executa prin imersiune in dizolvant rece, cald sau la fierbere, prin stropire, prin mentinere in atmosfera de vapori sau prin combinarea metodelor de mai sus :

in dizol­vant lichid

in vapori de dizolvant.

Procedeul de degresare se alege in functie de gradul de impurificare al pieselor si de natura impuritatilor. Ast­fel, pentru curatirea pastelor de polizare aderente este necesara imersiunea pieselor pentru inmuiere intr-o baie cu dizolvanti lichizi, urmata de stropire sub presiune si mentinere intr-o zona de vapori. De obicei, instalatiile mari au 2-3 bai de dizolvant la diverse temperaturi, astfel incat si in acest caz se respecta conditiile de degresare eficace, in dizolvant din ce in ce mai curat. Mai mult, la degresarea in faza de vapori piesele sunt scaldate continuu in dizolvant pur.

Aparatul de degresare cu dizolvant lichid si vapori de dizolvant, prevazut si cu dispozitiv de stropire (format dintr-o pompa si stropitor), este reprezentat in figura

Degresarea cu ajutorul ultrasunetelor.

Aplicatiile ultrasunetelor se extind din ce in ce mai mult in toate domeniile tratamentelor de suprafata. Primele aplicatii insa le-au avut la curatirea suprafetelor. Ultrasunetele sint oscilatii cu frecventa mare, pe care omul nu le poate percepe (peste 20 000 Hz).

Ele iau nastere prin transformarea curentului de inalta frecventa in oscilatii acustice folosind diverse mijloace. Ultrasunetele produc agitarea puternica a lichidelor in care sunt transmise. Instalatiile de curatire cu utlrasunete sunt compuse din generatoare de oscilatii electrice si emitatoare de ultrasunete asezate in cuva cu lichid. Generatoarele de oscilatii sunt de regula lampi electronice.

Emitatoarele cele mai folosite sunt placi de nichel in pachete, care sub actiunea unui cimp magnetic isi modifica dimensiunile, intrind in vibratii cu aceeasi frecventa ca si cimpul, cuprinsa de obicei intre 20 000 si 150 000 Hz (fenomen numit magneto-strictiune). Lichidele pot fi dizolvanti sau solutii asemanatoare celor utilizate la degresarea alcalina. Degresarea cu ultrasunete se poate adopta numai dupa experimentari practice, deoarece in unele cazuri pot aparea fenomene nedorite, cum ar fi modificarea structurii cristaline sau chiar distrugerea pieselor, care intra si ele in vibratii.

Procedee de degresare alcalina

Degresarea alcalina este folosita deseori in cazul pieselor cu suprafete puternic impurificate de substante unsuroase aderente si alte impuritati. De­gresarea alcalina este un procedeu fizico-chimic, deoarece se bazeaza atat pe actiunea de saponificare cat si pe efectul emulgator al solutiei alcaline. Aceste solutii se prepara din substante alcaline si emulgatori.

Substantele alcaline cel mai des utilizate sunt: hidroxidul de sodiu, carbonatul de sodiu, fosfatul trisodic, cianura de sodiu si silicatul de sodiu. Solutiile acestor substante transforma grasimile naturale prin saponifi­care in doua substante solubile in apa : sapun si glicerina, care se indeparteaza usor prin spalare. Sub actiunea solutiilor alcaline, grasimile minerale trec in emulsii, care de asemenea se spala mai usor de pe suprafata pieselor.

Emulgatorii care se adauga la solutiile de curatire in cantitati mici usureaza acest proces de emulsionare. Cei mai buni emulgatori sunt: sapunul, acizii grasi, dextrina, gelatina, cleiul etc. Praful si celelalte. impuritati mecanice se indeparteaza de pe piese prin inglobarea lor in spuma care se formeaza. Lipsa spumei este un indiciu al impurificarii solutiei de curatire, care in acest caz trebuie inlocuita.

Eficacitatea degresarii depinde in mare masura de conditiile de lucru. Ridicarea temperaturii solutiei si agitarea ei contribuie la indepartarea mai rapida a impuritatilor de pe suprafata. De aceea in practica se utilizeaza solutii fierbinti, puternic agitate sau improscate sub presiune pe suprafata. In aceste cazuri, la actiunea fizico-chimica a solutiei alcaline se adauga si actiunea pur mecanica a jeturilor de lichid, degresarea realizandu-se mult mai usor.

Compozitia bailor de degresare poate fi foarte diferita. Pentru degresarea metalelor feroase, hidroxidul de sodiu trebuie sa fie un component nelipsit, dar a carui concentratie nu trebuie sa fie mai mare de 100 g/1. Concentratia substantelor alcaline depinde si de modul de degresare. Astfel, in instalatiile in care actiunea mecanica a lichidului in miscare are un efect deosebit de bun, concentratiile pot fi mai mici.

Exemple de solutii de degresor folosite curent in practica sint redate in cele ce urmeaza :

Compozitia I

hidroxid de sodiu 100 g/1

fosfat trisodic 30 g/1

silicat de sodiu 20 g/1

Compozitia II

hidroxid de sodium 80 g/1

fosfat trisodic 20 g/1

sapun  5 g/1

Compozitia I este pentru bai de curatire stationare si care lucreaza la temperatura de 90-100 °C.

Compozitia a Il-a se utilizeaza in instalatii de curatire prin jet, la tem­peratura de 60-80 °C.

Dupa curatire, piesele se spala in apa calda curgatoare, pentru indepar­tarea urmelor de solutie si a impuritatilor neaderente ramase pe suprafata. Apa calda spala mai bine decat apa rece si in acelasi timp incalzesc pie­sele, care se usuca astfel mult mai usor.

Piesele bine curatite sunt de loc sau abia perceptibil unsuroase la pipait, iar la scoaterea lor din apa rece aceasta se aduna pe suprafata in picaturi mari.

Dezoxidarea combinata cu degresarea

In solutiile de dezoxidare chimica pot fi adaugati agenti activi de supra­fata, care inlesnesc udarea suprafetei pieselor de catre solutia decapanta si sunt capabili sa emulsioneze eventualele urme de grasime care s-ar gasi pe ele. In acest fel a devenit posibila efectuarea degresarii si dezoxidarea in aceeasi solutie, ceea ce simplifica procesul tehnologic de pregatire a suprafetelor.

Baile mixte de dezoxidare-degresare au inceput sa aiba o raspandire din ce in ce mai importanta in tehnologiile tratamentelor de suprafata si mai ales in tehnologiile pentru acoperirea pieselor cu lacuri si vopsele. Dezoxidarea cu paste se aplica pentru indepartarea oxizilor neadecvati si in special a ruginirii atunci cand din anumite motive obiectivele nu pot fi introduse intr-o baie de dezoxidare. Astfel, pastele se folosesc pentru dez­oxidarea obiectelor de dimensiuni mari sau imobilizate prin constructie (recipiente, poduri etc.) si care se metalizeaza de regula prin pulverizare. Inaintea aplicarii pastelor de dezoxidare, suprafetele se curata de impuritatile grase. Dezoxidarea chimica in alcalii topite se aplica unor calitati de otel speciale, cu continut de Cr, Mo, W si V. Tehnologia dezoxidarii dupa acest procedeu prezinta dezavantajul conditiilor de munca grele si periculoase.

Dezoxidarea prin procedee electrochimice

Procedeele electrochimice de dezoxidare prezinta in multe cazuri o serie de avantaje fata de procedeele chimice dintre care se mentioneaza reducerea duratei si conditionarea pro­eesului de dezoxidare prin reglarea regimului tehnologic. Aceste avantaje prezinta o deosebita importanta mai ales la dezoxidarea semifabricatelor (table, benzi, sirme, laminate diverse etc.) si a pieselor cu dimensiuni precise. Dupa modul de conectare a pieselor in circuitul curentului se deosebesc :

dezoxidarea anodica

dezoxidarea catodica (sau dezoxidarea cu schimba­rea polaritatii curentului).

Solutiile de dezoxidare se deosebesc putin de cele folosite la dezoxidarea prin procedee chimice si contin acid sulfuric, acid clorhidric sau amestecul acestora. Topiturile alcaline isi gasesc si ele aplicatii ca electroliti pentru dezoxidare.

Dezoxidarea anodica acida se caracterizeaza printr-un atac mai intens al suprafetei, insotit de dizolvare de metal si degajare de oxigen. Pentru dezoxidare anodica se folosesc solutii pe baza de acid sulfuric si saruri de fier. Concentratia solutiei are o importanta mai mica decat la dezoxidarea chimica, de asemenea, si ridicarea temperaturii influenteaza mai putin asupra vitezei de dezoxidare. In cazul dezoxidarii electrochimice, factorul cel mai important este densitatea curentului, care poate varia in limite foarte largi: de la 3 la 300 A/dm². Densitatile mici se aplica in cazul dezoxi­darii pieselor mai mari, iar densitatile mari pentru sarme, platbande etc., la care dezoxidarea se executa prin trecere rapida.

Degresare finala

Degresarea, ca operatie de pregatire finala a suprafetelor metalice, nu trebuie sa lipseasca din nici un proces tehnologic de acoperire metalica sau alt tratament de suprafata. Scopul acestei operatii este obtinerea unei suprafete perfect curate, prin indepartarea tuturor impuritatilor si in special a celor de natura grasa. Degresarea se poate realiza atat prin procedee chimice cat si prin pro­cedee electrochimice. Ambele procedee folosesc ca materiale de baza pentru degresare substante alcaline si unele substante speciale de adaos, cum sunt emulgatorii, agentii de udare etc.

Clasificarea celor mai cunoscute procedee de degresare

Pentru fiecare procedeu de degresare in parte se cunosc mai multe compozitii de solutii, paste si prafuri de degresare. Alegerea unui anumit proeedeu sau reteta depinde de o serie de factori, dintre care importanta prezinta:

natura impuritatilor

materialul

forma

dimensiunile pieselor

aspectul suprafetei

Cele mai raspandite sunt procedeele electrochimice, precum si procedeul chimic de degresare prin imersie. Aceste procedee pot fi incluse cu usurinta in liniile tehnologice semiautomate sau automate de tratament, care se adopta in cazul productiilor mari de piese. Degresarea prin periere si prin stergere sint operatii care necesita manopera multa.

Degresarea prin periere se adopta in cazul pieselor cu configuratie com-plicata, al pieselor mari, care nu pot fi introduse in bade de degresare. Degresarea prin stergere se aplica mai ales pieselor care urmeaza sa fie acoperite cu crom. Dintre materialele tratate la suprafata, aliajele fierului ocupa primul loc ca importanta. Studiul degresarii lor a dus la gasirea celor mai variate procedee si retete de bai. Pentru degresarea materialelor neferoase exista de asemenea o diversitate foarte mare de retete, lucru explicabil prin numarul mare de metale si aliaje neferoase, utilizate in industrie.

Procedee de decapare

Decaparea consta in tratarea de scurta durata a pieselor intr-o solutie capabila sa dizolve pelicula de oxizi, uneori invizibila, dar totdeauna prezenta pe suprafetele metalice. Pelicula de oxid, oricat de subtire ar fi, impiedica intr-o anumita masura depunerea unui strat metalic protector, aderent.

Prin decapare se obtine o suprafata metalica lipsita de oxizi, aceasta operatie se mai numeste si depasivizare.

Pentru decapare se pot aplica atat procedee chimice cat si electrochimice. Solutiile de decapare pot fi acide si alcaline.

Decaparea se deosebeste de dezoxidare prin timpul de tratare mai scurt si utilizarea unor solutii mai diluate fara inhibitor.

Pentru alegerea solutiilor de decapare cele mai convenabile nu exista o regula generala. Se tine seama de materialul pieselor, de natura solutiilor de tratare ulterioara, de conditiile de lucru etc.

Procedee de decapare a metalelor feroase. In toate cazurile este posibila aplicarea atat a procedeelor chimice cat si a procedeelor electrochimice. Aces­tea se impart, ca si procedeele de dezoxidare electrochimice, in decapare anodica, decapare catodica, decapare cu schimbarca polaritatii si decapare cu depunerea simultana a unui metal. La decaparea otelului trebuie sa se tina seama atat de compozitia si rezistenta mecanica cat si de starea suprafetei.

Procedee pentru neutralisarea si detoxifierea apelor reziduale

Neutralizarea si detoxificarea apelor reziduale se realizeaza dupa natura si concentratia substantelor nocive pe care le contin. Principalele nocivitati din apele reziduale sunt cianurile, acizii, alcaliile si sarurile metalelor grele. Apele reziduale cianurice se caracterizeaza prin toxicitatea ridicata a componentelor cianurice. Detoxificarea acestor ape consta din distrugerea totala a cianurilor prin folosirea unor oxidanti puternici, cum sunt: clorul, clo­rura de var si hipocloritul de sodiu NaOCl. Utilizindu-se acest din urma reactiv, cianurile sunt descompuse dupa reactia :

NaCN + NaOCl = NaCNO + NaCl.

Cianatul de sodiu NaCNO, rezultat in urma oxidarii cianurii, se descompune imediat, cu formare de bicarbonat de sodiu si amoniac.

NaCNO+2H20 = NaHC03 + NH3

Reactiile se desfasoara bine numai in mediu puternic.alcalin. De aceea inaintea detoxificarii in solutiile reziduale cianurice se adauga hidroxid de sodiu pana cand se ajunge la un pH ≥ 11.

Apele reziduale acide provin de la solutiile de dezoxidare, decapare, de tratare (cum sunt cele de pasivizare, de eloxare si toate solutiile de depunere cu electroliti acizi).

Continutul acestor ape este foarte complex: ele contin acizi si saruri ale metalelor tratate sau care se gasesc in compozitia bailor de tratare. Sa­rurile metalelor grele sunt deosebit de nocive. Daca sunt in cantitati mari, se prevede separarea speciala a ionilor metalici grei. Astfel, cuprul continut in cantitati apreciabile in solutiile reziduale de la decaparile mari este retinut prin trecerea solutiilor suficient diluate peste span de fier. Cuprul se separa prin "cementare' pe suprafata spanului, sub forma de pulbere fina, dupa urmatoarea reactie:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

Apele acide care contin ioni de crom hexavalent (apele de spalare de la baile de cromare, de la pasivizarea zincului etc.) se supun inaintea neutra-lizarii la un tratament de reducere a ionului Cr⁶⁺ la Cr³⁺.

Reducerea are loc in mediu puternic acid la pH ≤ 2,5, sub actiunea unui reducator puternic, cum ar fi sulfatul feros FeSO₄, sau bisulfitul de sodiu NaHSO₃; pH-ul prescris pentru reactie se obtine prin adaos de acid sulfuric. Pentru fiecare gram de crom (Cr⁶⁺⁾ din solutie trebuie adaugate 3 g de bisulfit de sodiu.

Denocivizarea apelor reziduale acide consta din neutralizarea aciditatii lor cu substante alcaline si decantarea precipitatelor formate care retin si ionii metalelor grele. Neutralizarea se poate realiza prin amestecarea apelor acide cu lapte de var sau cu o solutie de soda caustica 20%. In mod analog se trateaza apele alcaline, neutralizarea lor efectuandu-se insa cu solutii acide, de regula cu acid sulfuric 20%.

Tratarea apelor reziduale, daca sint in cantitati mici, se poate efectua in cuve sau bazine speciale, in incinta unitatilor. Se obisnuieste ca tratarea solutiilor reziduale concentrate, care prezinta un grad de nocivitate mare, dar a caror frecventa de evacuare este mica, sa se execute chiar in cuvele de tratare, Dupa tratare, solutiile concentrate se evacueaza in portiuni mici, impreuna cu apele reziduale de la spalare. In cazul unor debite importante de ape reziduale, se construiesc statii speciale de detoxificare. si de neutralizare. Aceste statii pot lucra cu comanda ma­nuala, mecanizata sau complet automata.

COLECTAREA APELOR REZIDUALE

Tratarea apelor reziduale incepe cu colectarea si evacuarea lor de la sur-sele de generare la instalatiile de neutralizare. Colectarea si evacuarea se executa pe categorii de ape, stabilite dupa anumite criterii, dar cu respectarea stricta a separarii apelor reziduale cia-nurice fata de cele acide. Contactul apelor cianurice cu cele acide poate avea urmari deosebit de grave, deoarece acidul cianhidric HCN care rezulta este extrem de toxic. Degajarea lui pune in pericol de moarte viata celor apro-piati. Aceasta este, alaturi de toxicitatea cianurilor, motivul principal pentru care canalizarea si detoxificarea apelor cianurice reprezinta o problema specials.

Evacuarea apelor cianurice impreuna cu cele alcaline este posibilS, dar nu este recomandata. Apele cromice pot fi canalizate separat sau impreuna cu cele acide, insa nu este exclusa nici amestecarea apelor acide cu cele alcaline.

Schema pentru evacuarea si neutralizarea apelor reziduale dintr-un sec­tor de protejare a metalelor este reprezentatS in figura 68.

Conform schemei, apele cianurice sint colectate si evacuate separat. In drumul lor, din rezervorul R li se adauga solutia de hidroxid de sodiu, ne-cesara corectarii joH-ului. Detoxificarea are loc in bazinul de reactie BRi, prin adSugare de hipoclorit de sodiu din rezervorul R%. Pentru a grabi reactia de oxidare a cianurilor, solutia se agita cu aer comprimat.

Apele cromice sint colectate separat de. apele acide. In schema s-a pre-vazut corectarea pH-ului prin adSugarea de acid sulfuric din rezervorul Rz. Bisulfitul de sodiu necesar reducerii din rezervorul R4 este amestecat puternic in bazinul de reactie BR2. Dupa reducerea ionilor de Cr6+ la Cr3+, solutia se amesteca cu apele acide in cSminul C3, de unde se conduc impreuna in bazinul de amestec BA.

Apele acide provenite de la decaparea cuprului sint trecute printr-un bazin cu span de fier BS pentru separarea cuprului, dupa care in caminul C se amesteca cu apele alealine. *

Aceste ape, neutralizate reciproc, total sau numai in parte, intilnesc apele cianurile detoxificate in caminul C% de unde sint conduse impreuna in bazi­nul de amestec BA.

In acest bazin are loc o neutralizare reciproca intre apele acide si alca­line. In final, pH-ul apelor se corecteaza pina la neutru sau slab alcalin. In acest scop servesc rezervoarele R5 si Re, din care se poate introduce in circuit cantitatea necesara de hidroxid de sodiu sau de acid sulfuric, in functie de reactia apelor.

Dupa neutralizare, apele sint lasate citeva ore pentru limpezire, in decan-torul circular. Metalele grele, impreuna cu alte impuritati se depun pe fundul decantorului sub forma de namol, care este evacuat periodic.

Apele astfel epurate pot fi conduse in sistemul de canalizare al localitatii sau in apele naturale curgatoare din apropiere.