Nanoenje prevlake nikla na predmet od elika
Nanoenje sloja nikla na predmet od elika (sl. 1), u ovom sluaju,
vri se u cilju poboljanja estetskog izgleda. Prevlaenje slojem
nikla bie izvedeno procesom galvanizacije, u kojem e na elini lim
biti nanesena prevlaka debljine nekoliko desetina mikrometara.
Predmet, izraen od pomenutog elinog lima, .0147, jeste pepeljara
dubine 12 mm, prenika 100 mm, ukupne povrine (obeju strana gornje i
donje) 19168,5 mm2, dobijena izvlaenjem i prosecanjem na presi.
Slika 1
Galvanizacija predstavlja elektrolitiki postupak nanoenja
metalnih prevlaka na povrinu putem rastvora soli zatitnog metala
kroz koji protie struja. Proces se zasniva na elektrohemijskoj
koroziji gde struja tee kroz rastvor sa manje plemenitog (hemijski
aktivnijeg) ka plemenitijem (hemijski manje aktivnom) metalu. Ova
struja poveava koroziju anodnog lana sprega i prua zatitu katodi.
Koliina korozije anode naziva se galvanskom korozijom.Galvanski -
elektrolitiki postupak sastoji se u nanoenju cinka, kalaja, olova,
bakra, nikla, hroma i drugih metala galvanskim putem. Postoji
anodna i katodna zatita.
Anodna zatita izvodi se metalima iji je potencijal u datom
elektrolitu nii od potencijala osnovnog metala. Cink i aluminijum
ophode se prema gvou kao anode, pa e pri rastvaranju oni otii u
rastvor. Zbog toga cink nalazi veliku primenu za zatitne prevlake
gvozdenih predmeta, a aluminijum u prahu se koristi kao zatitni
premaz.Katodna zatita izvodi se metalima iji je potencijal u datom
elektrolitu vei od potencijala osovnog metala. Bakar, nikal i kalaj
ophode se prema gvou kao katode, pa ga mogu tititi samo u dovoljno
debelim, kvalitetnim prevlakama. Naruavanje zatite mehanikim
povredama prevlake ima za posledicu intezivnu elektrohemijsku
koroziju osnovnog metala (gvoa), koji ima nii elektrodni
potencijal.Naneene, odnosno deponovane prevlake mogu biti u
funkciji antihabajuih, zatitnih, dekorativnih, optikih i dr.
svojstava obratka.
Slika 2Liniju za galvanizaciju ini niz elinih kada poreanih da
ine funkcionalnu celinu. Kade se, u zavisnosti od namene, izrauju
od kiselootpornog ili ugljeninog elika. eline kade su sa unutranje
strane obloene odgovarajuim termoplastima ili tvrdom gumom otpornom
na uticaj rastvora. Plastine kade, odnosneo bubnjeve za
galvanizovanje nije potrebno oblagai. Kade koje je potrebno grejati
opremljene su grejaima. Grejanje kada moe biti u svim vidovima:
elektrino, parno toplom vodom ili termalnim uljem. Kade u kojima se
odvijaju egzotermne reakcije opremljene su i hladnjacima. Transport
radnih komada, ramova ili bubnjeva vri se transporterom koji se
nalazi iznad linije. Du cele galvanske linije nalazi se podest sa
gazitem i sigurnosnom ogradom (sl. 3.1., do 3.10.)Kade manjih
dimenzija, i za temperature do 70C, mogu biti izradjene od PVC-a,
PP-a, ABS-a ili PE-a, a najee su zapremine od 300 do 1200 litara.
sl. 3.1.
sl. 3.2.
sl. 3.3.
sl. 3.4.
sl. 3.5.
sl. 3.6.
sl. 3.7.
sl. 3.8 sl. 3.9
sl. 3.10.
sl. 3.11.
sl. 3.12.
Niklovanje veih elemenata vri se u kadama (sl3.11)., dok se
manji (sl.3.12) najee nikluju u bubnjevima.
U ovom zadatku (nanoenje prevlake nikla na elik), obraivani
predmet se potapa u rastvor i vezuje za negativni pol strujnog
kola, tj. katodu. Primenjuje se jednosmerna struja niskog napona, a
debljina sloja zavisi od jaine struje, i vrste i koncentracije
napona.Zato nikl u svojstvu zatite?Nikl kristalie po povrinski
centriranoj kubnoj reetki, izuzetno je otporan na koroziju, ima
dobru vatrootpornost i magnetian je do 360C. Takoe, ovaj metal
poseduje i visok sjaj. Ova svojstva su osnovni razlozi primene Ni i
njegovih legura u mainstvu, a osnovna prepreka za iru primenu je
visoka cena.
Fiziko-mehnika svojstva su:
gustina = 8,89 g/cm3
temperatura topljenja Tt = 1453C
koeficijent linearnog irenja = 13,310-6 C1
toplotna provodljivost = 92 W/mK
modul elastinosti E = 205 GPa
zatezna vrstoa Rm 500 MPa (u arenom stanju)
napon teenja Rp0,2 150 MPa (u arenom stanju)
procentualno izduenje A 50% (u arenom stanju)
tvrdoa 75 HB Nanoenje nikla na elik nije mogue vriti direktno,
jer dolazi do ljuskanja sloja nikla. Iz tog razloga se na predmet
niklovanja, posle mehanikog i hemijskog ienja i odmaivanja, u prvoj
fazi nanosi bakar.Primer nanoenja bakra na predmet od
elika:Elektrohemijsko nanoenje bakra, odnosno glaanje elika (slika
4 dole) se vri na prethodno izbruenim, mehaniki glaanim, hemijski
odmaenim i nagrienim povrinama. Kao katoda pri elektrohemijskom
glaanju koristi se elektrolitiki bakar (99,99%). Za elektrohemijsko
glaanje elika koristi se elektrolit sastava 88 % H3PO4 + 12% CrO3
pri gustini struje 32.5 A/dm2, temperaturi 60C i vremenu od 2 do 7
minuta. Ovakvim glaanjem podloge cilj je da se dobiju povrine ija
je srednja hrapavost manja od 0.4 m. Kao to je poznato, proces
elektrohemijskog glaanja se sastoji u anodnoj polarizaciji predmeta
koji se glaa u pogodnom elektrolitu. Da bi se postigao efekat
glaanja potrebna je znaajna anodna polarizacija, pri emu se
maksimalni efekat glaanja postie u oblasti u kojoj je gustina
struje nezavisna od napona (plato granine difuzione gustine
struje).
U naem sluaju, kako je predmet (pepeljara) manjih dimenzija, i
za bakarisanje i za niklovanje koristiemo galvanski bubanj, sa
jednosmernim naponom od 24 V. Bakarisanje
Kod bakarisanja koristili bi smo sledei rastvor: na 1 litar
destilovane vode dodaje se 175g bakar-sulfata CuSO4 i 5ml
koncentrovane sumporne kiseline H2SO4. Jaina struje odreuje se na
osnovu povrine katode obraivanog predmeta, i obino se uzima 2,5
A/dm2. Kako na predmet ima priblino 1,92 dm2 (19168,5 mm2), jaina
struje e biti 4,8 A. Potrebna temperatura rastvora je od 20 do 25
C, u koji se predmet stavlja i vadi pri ukljuenom strujnom kolu.
Postupak traje u zavisnosti od debljine sloja koji elimo da
nanesemo, a iju debljinu moemo kontrolisati merenjem u toku
postupka.Niklovanje
Pri niklovanju koristimo rastvor u kome na 1l destilovane vode
dolazi: 200g nikl-sulfata NiSO4, 40g nikl-hlorida NiCl2 i 30 g
borne kiseline H3BO4. Temperatura rastvora treba da se kree izmeu
50 i 60C, jaina elektrine struje 1 do 2 A/dm2 povrine predmeta. U
ovom sluaju 2A. Za vreme procesa galvanizacije predmete treba
pomerati u sluaju da su u kadi, ali poto ovom prilikom niklovanje
vrimo u bubnju koji rotira, mehurovi vodonika koji se stvaraju na
povrini predmeta se uklanjaju prilikom rotacije, pa proces
nesmetano tee. Treba teiti tome da anoda od nikla sa svih strana
okruuje predmet, ne bi li sloj galvanizacije bio to ravnomerniji.
Proces traje nekoliko sati, a sve u zavisnosti od debljine sloja
koji nam je potreban. Poto se radi o obradi estetskog karaktera,
zadovoljavajua debljina niklovanog sloja bi bila oko 50 m. U ovom
sluaju uzeemo bubanj dimenzija: duine 700mm i prenika 250mm. U
njemu emo kao anodu postaviti icu od nikla i presaviti je u bubnju
etiri puta jednako po duini i irini bubnja. Isto to emo uiniti i sa
katodom, icom od bakra (poto je bakar plemenitiji metal). Kao izvor
jednosmerne struje uzeemo ispravlja naizmenine struje koji daje
napon od 24V i jainu struje od 200A, kako bi smo u bubanj mogli da
ubacimo oko 60 predmeta (2A po predmetu; za 100 predmeta bi bilo
potrebno oko 200A)EkologijaPrimer prerade otpadnih rastvora
prilikom niklovanjaU radu su prikazani rezultati i nain prerade
otpadnih rastvora iz galvanskih kada za niklovanje. Cilj je bio
dobijanje nikl-sulfata tehnikog kvaliteta koji se ponovo moe
koristiti u procesu niklovanja.Metode istraivanja
Pri radu su korieni hidrometalurki postupci: taloenja,
filtriranja, rastvaranja, preiavanja, uparavanja i kristalizacije.
Za karakterizaciju otpadnih rastvora, niklbaznog-karbonata i
NiSO4x6-7H2O koriena je metoda atomske apsorpcione
spektrofotometrije.Rezultati istraivanja
Radi odreivanja tehnolokih parametara procesa izvrena su
istraivanja u laboratorijskim i poluindustrijskim uslovima. Sadraj
nikla u ispitivanim otpadnim rastvorima je iznosio 80-100 g/dm3.
Pored nikl-sulfata, nikl-hlorida i borne kiseline, rastvori su
sadrali gvoe i bakar. Odreeni su optimalni parametri taloenja
niklbaznog-karbonata rastvorom natrijum-karbonata. Dobijeni talog
je viestepeno ispiran radi uklanjanja vika natrijuma, a potom
filtriran i suen. Suv nikl-bazni karbonat je bio polazna sirovina
za dobijanje nikl-sulfata, rastvaranjem razblaenom sumpornom
kiselinom. Preiavanje rastvora od bakra i gvoa je vreno pre
kristalizacije niklsulfata. Preieni rastvor nikl-sulfata je, nakon
toga, uparavan, a iz zasienog rastvora kristalizacijom dobijen
NiSO4 x 6-7H2O tehnikog kvaliteta.. Matini rastvor nakon
kristalizacije se vraa u proces na preiavanje. Stepen iskorienja
nikla iz otpadnih rastvora je bio 90-95%. Preradom otpadnih
rastvora iz galvanizacije smanjuje se mogunost zagaenja radne i
ivotne sredine i dobija komercijalni proizvod.Danas postoje i
automatizovane linije za preiavanje otpadnih voda kao to su suare
WATROMAT vajcarske kompanije WATROPUR AG
Proces obrade otpadnih voda je u potpunosti automatiziran.
Sastoji se od neutralizacije kiselo-alkalnih voda, redukcije
hromata i taloenja hidroksida metala u obliku mulja koji se zatim
filtrira kroz filter-presu, gde se dobija filter pogaa koja sadri
75-80% vode. Obraena voda koja u potpunosti zadovoljava parametre
odreene zakonom o vodama odlazi u javnu kanalizacionu mreu.
U cilju smanjenja volumena dobijenog galvanskog mulja i
smanjenja njegove mase vri se njegovo suenje.
Za tu namenu pogodna je niskotemperaturna suara WATROMAT
proizvoaa WATROPUR AG. Korienjem ove suare, koja radi na principu
suenja mulja vazduhom zagrejanim putem modifikovane toplotne pumpe,
ostvaruju se velike utede na zbrinjavanju otpadnih materija iz
procesa galvanizacije smanjenjem njihove zapremine i mase, pa samim
tim i utedom na nihovom zbrinjavanju (transportu,
deponovanju).Karakteristike WATROMAT suare: nije bitan sastav
mulja, ve kvalitetan filter pogaa dobijena u presi minimalna
potronja energije - 0,33 kWh/l vode
smanjenje teine mulja do 75%
smanjenje volumena 50 - 70%
temperatura suenja od 40 - 45C
zatvoreni sistem bez emisija u okolinu izuzetno tih rad
suare
zauzima minimalan prostor
kontejner se jednostavno prazni pomou viljukara osueni mulj
sadri 90% suve materije mogue koritenje kondenzata
(demineralizirana voda) kapacitet suara od 50 do 10 000 litara vode
za 24 asaUpotrebom suare: smanjuju se trokovi zbrinjavanja mulja do
75%
nema praine ni emisije gasova u okolinu postie se izuzetno brza
otplata, od 10 do 18 meseci
olakana manipulacija i privremeno skladitenje osuenog mulja
(nema smrzavanja tokom zime)
smanjujete koliinu otpada u skladu sa ISO 14001 ema suare
slika suareema linije za galvanizaciju (sl.2): Napajanje se vri
preko ispravljaa koji naizmeninu struju pretvara u jednosmernu,
zatim iz promenljivog otpornika za regulaciju struje i ampermetra.
Pozitivan kraj vezan je za anodu (metal kojim se vri
galvanizacija), a negativan za katodu (obraivani predmet), gde su
obe potopljene u elektrolit (rastvor soli anodnog metala) koji se
nalazi u kadi.