Процесс химического никелирования

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    125,28 Кб
  • Опубликовано:
    2012-09-24
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Процесс химического никелирования

Оглавление

Введение

. Некоторые данные о промышленном использовании процесса химического никелирования. Области применения химического никелирования

. Способы нанесения покрытий

. Подготовка поверхности перед нанесением покрытия

.1 Механическая подготовка поверхности перед покрытием

.1.1 Шлифование и полирование

.1.2 Абразивные материалы

.1.3 Галтовка

.1.4 Вибрационное шлифование и полирование.

.1.5 Металло-пескоструйная и гидроабразивная очистка

.2 Обезжиривание

.2.2 Химическое обезжиривание

.2.1 Обезжиривание в органических растворителях.

.3 Активирование, гидридная обработка

.4 Контроль качества обезжиривания

. Химическое никелирование

. Условия образования никелевых покрытий

.1 В кислой среде

.2 В щелочных растворах

. Влияние отдельных факторов на скорость восстановления никеля

.1 Температура

.2 Кислотность растворов

.3 Концентрация гипофосфита

.4 Концентрация никелевой соли

.5 Концентрация буферных добавок

. Свойства покрытия

.1 Физические и химические свойства

.2 Магнитные свойства

.3 Твердость.

.4 Хрупкость.

.5 Износостойкость.

.6 Пористость покрытия.

. Защитные свойства покрытия

. Равномерность покрытия

. Оборудование для процесса химического никелирования

.1 Материал ванны

.2 Обогрев ванн.

. Контроль качества покрытия

.1 Внешний осмотр

.2 Опрыскивание краской

.3 Флуоресцентный контроль

.4 Радиографический контроль

.5 Токовихревой контроль

.6 Ультразвуковой контроль

. Термообработка

. Практическая часть

.1 Программа

.2 Выполнение программы

Вывод

. Экономическая часть

.1 Организация и планирование НИР

.1.1 Расчет затрат на проведение дипломной НИР

Вывод

. Безопасность и экология

.1 Безопасность труда.

.1.1 Анализ условий выполнения работы.

.1.1.1 Перечень экспериментальных операций и применяемого оборудования.

.1.1.2 Опасные и вредные факторы при выполнении эксперимента.

.1.1.3 Характеристика применяемых веществ и материалов

.1.2 Характеристика лаборатории.

.1.2.1 Размеры и планировка

.1.2.2 Параметры микроклимата.

.1.2.3 Освещение.

.1.3 Меры защиты от выявленных опасных и вредных факторов.

.1.4 Электробезопасность.

.1.5 Пожарная безопасность.

.1.6 Защита от вредных химических веществ.

.2 Экология.

.2.1 Общая характеристика экологических последствий от выполняемой работы.

.2.2 Отходы, образующиеся при выполнении работы.

.2.2.1 Краткая характеристика образующихся отходов.

.2.2.2 Нейтрализация и очистка сточных вод.

.2.2.3 Газообразные отходы и их очистка.

.2.2.4 Утилизация твердых отходов.

.2.3 Использование природных и энергетических ресурсов при выполнении работы.

.2.4 Защита от ионизирующего излучения

.2.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях.

.2.5.1 Чрезвычайные ситуации

устойчивость функционирования промышленных объектов в ЧС

.2.6 Принципы организации и содержания спасательных и других неотложных работ по ликвидации последствий ЧС

.2.7 Действия персонала в условиях ЧС

Список литературы.

Введение

Коррозия металлов, т.е. разрушение вследствие электрохимического или химического воздействия среды, причиняет народному хозяйству огромный вред. Ежегодно из-за коррозии выбывает из строя свыше 35% всего вырабатываемого металла. Примерно 60% корродированного металла используется для повторной переработки в металлургической промышленности. Таким образом, безвозвратные потери металла составляют около 10% от всего вырабатываемого металла. К этому следует добавить преждевременный выход из строя пораженных коррозией инженерных сооружений, судов, машин, приборов, танков, а так же вызываемые коррозией несчастные случаи.

Для защиты металлов и сплавов от коррозии используют легирование хромом и никелем, пропитку в маслах и гидрофобизирующих жидкостях, а также нанесение металлических и неметаллических покрытий.

В соответствии с назначением детали, защищаемой от коррозии, и особенностей ее использования, к защитным покрытиям предъявляются соответствующие требования. Одним из таковых является твердость покрытия.

Хромовое покрытий является одним из наиболее твердых. Но, так как оно дорогостоящее, и не всегда уместно использовать именно его, используют близкое по значениям твердости никелевое покрытие, которое также лучше ложится на cложнопрофилированные детали.

В ряде случаев необходимо увеличение твердости. Этого добиваются термообработкой, а именно низкотемпературным отжигом.

В данной работе рассмотрено влияние термообработки и толщины на твердость покрытия «химический никель». Обоснован выбор именно этого способа покрытия. На образцах проведена операция нанесения покрытия на разные толщины, а также термообработка по разным режимам.

1. Некоторые данные о промышленном использовании процесса химического никелирования. Области применения химического никелирования

Процесс химического никелирования вследствие своих отличительных особенностей - возможности нанесения равномерного покрытия на глубоко профилированные изделия и некоторых ценных свойств осадков никеля, получаемых в этих условиях, - находит широкое распространение в различных отраслях промышленности.

По мере накопления данных исследований в области химического восстановления металлов, выявления новых факторов, определяющих скорость течения реакции и так же развития методов корректирования и очистки раствора, технология ведения процесса никелирования непрерывно совершенствуется.

В промышленной практике находят применение различные методы ведения процесса с использованием как различных по составу растворов, так и различных режимов работы.

Разнообразие методов работы является естественным следствием того, что процесс введен в практику недавно и по существу мало исследован. Возникающие при освоении процесса трудности преодолеваются предприятиями различными путями.

Разнообразие в технологии ведения процесса вызывается так же и различием предъявляемых к покрытию требований, общим масштабом производства, габаритами покрываемых изделий и теми возможностями, какими располагает то или иное предприятие в отношении химикатов для составления раствора, способа обогрева ванны, оборудования для циркуляции и очистки растворов, наличия квалифицированных кадров для обслуживания процесса и т.д.

Учитывая специфические особенности процесса химического никелирования и своеобразие свойств восстановленного никеля, можно назвать некоторые области техники, в которых использование этого вида покрытий оказывается целесообразным:

1) Процесс химического никелирования целесообразно использовать в тех производствах, где имеется необходимость покрывать равномерным слоем никеля детали ложного рельефа.

2) Учитывая высокую твердость покрытия, особенно после применения термической обработки, химическое никелирование может быть рекомендовано для покрытия поверхностей, подвергающихся износу. Сопротивление износу повышается, если применяется смазка трущихся поверхностей. В условиях сухого трения возможно выкрашивание покрытия.

3) Химическое никелирование может быть использовано как средство для получения равномерного слоя в тех случая, где требуется большая точность в отношении воспроизведения контура.

4) Ввиду повышенной коррозионной стойкости, определяемой равномерностью толщины слоя химически восстановленного никеля, оказывается возможным заменить в некоторых случаях дорогостоящую нержавеющую сталь на более дешевую, подвергая ее никелированию этим способом.

5) При нанесении покрытия химическим способом на ранее никелированную поверхность сцепление осадка оказывается очень хорошим. Учитывая эту особенность, химическое никелирование можно использовать для исправления дефектов в никелевых покрытиях, которые могут проявиться при хранении или эксплуатации изделия. Этот метод является весьма ценным для доращивания излишне обточенных или равномерно изношенных деталей.

6) Процесс химического никелирования может быть использован в случае необходимости покрытия больших поверхностей.

7) Процесс химического никелирования может оказаться незаменимым при отсутствии электрооборудования, например в полевых условиях, или небольших мастерских

8) Химически получаемый никель является хорошим подслоем для последующего нанесения эмалей.

Чаще всего процесс химического никелирования используется с целью повышения коррозионной стойкости покрытия, повышения поверхностной твердости изделия и износостойкости.

Среди деталей, покрываемых с антикоррозионными целями: внутренние поверхности компрессоров, насосов, а так же деталей различных очистительно-осушительных систем, трубчатую арматуру различных агрегатов, сосуды для бензина, цистерны для перевозки и баки для хранения различных химических веществ, сосуды реакционных смесей, внутренние поверхности трубопроводов, различного рода клапаны, винты, гайки и др.

Среди деталей, никелируемых химическим путем с целью повышения износостойкости, изготовляемых на предприятиях машиностроительной, приборостроительной и других отраслей промышленности - цилиндры гидравлических и другого вида насосов, поршневые кольца, шатуны, кривошипы, подпятник и подшипники, вращающиеся валы, части печатных станков и др.

2. Способы нанесения покрытий

химический никелирование покрытие поверхность

Для снижения потерь металла и предохранения изделий от коррозии наряду с использованием химически стойких материалов широко применяются различные виды защитных покрытий: лакокрасочные, металлические, оксидные и ряд других. В своей работе я рассматриваю металлические виды покрытий.

Оксидирование, фосфатирование и хроматирование - это процессы, в результате которых на поверхности металла образуется неорганическая защитная пленка вследствие химической или электрохимической обработки деталей в специальных растворах. К этой категории покрытий относятся: оксидирование и фосфатирование стали, оксидирование и хроматирование меди и медных сплавов.

Гальванические покрытия получают осаждением при помощи тока на поверхности деталей слоя металла из электролитов, содержащих ионы данного металла. Широко применяются гальванические покрытия цинком, медью, никелем, хромом, оловом, кадмием, свинцом, серебром.

Способ покрытия расплавленными металлами заключается в том, что изделия или полуфабрикаты погружают в ванну с расплавленным металлом или же нагретую поверхность деталей натирают расплавленным металлом. Горячие покрытия широко применяются для листового материала или изделий со швами, требующими герметизации.

Способ плакирования состоит в соединении слоев нескольких различных металлов или сплавов прокаткой или протяжкой при нагреве. Этот способ широко распространен для покрытия железа медью, латунью, томпаком, нержавеющей сталью и т.п.

Диффузионный способ нанесения металлических покрытий основан на диффузии в поверхностные слои деталей какого-либо металла или сплава при высокой температуре. Диффузионные покрытия наносят при нагреве деталей в твердой, жидкой или газообразной фазе металла. Применяют диффузионные покрытия цинком, алюминием, хромом, кремнием и т.п. с целью повышения коррозионной устойчивости, износо- и жаростойкости.

Способ металлизации распылением заключается в нанесении на поверхность деталей или изделий слоя металла распылением расплавленного металла. Широко применяется металлизация цинком, алюминием, кадмием, никелем, медью и т.д.

Способ эмалирования состоит в нанесении на поверхность изделий тонкого слоя стеклообразной массы, являющейся продуктом сплавления кремнезема и алюмосиликатов, а также окислами металлов.

Химический способ, позволяющий наносить покрытия из металлов или сплавов без применения электрического тока, осуществляется при помощи веществ, способных восстанавливать металлы из растворов солей. Широкое применение получили химическое серебрение и никелирование. Покрытия, получаемые химическим способом, отличаются равномерностью слоя, беспористостью и могут достигать значительной толщины.

В своей работе я рассматриваю нанесение никелевого покрытия химическим способом.

Никелевые покрытия получили широкое распространение в практике благодаря тому, что они повышают декоративность изделий, одновременно предохраняя их от быстрого коррозионного разрушения, а также повышают износостойкость.

Долгое время нанесение никелевых покрытий осуществлялось исключительно гальваническим методом. Этот способ имеет большие возможности в отношении регулирования скорости процесса и свойств покрытий, в частности их твердости и блеска. Но, не смотря на многочисленность работ, направленных на исследование возможности повышения равномерности покрытия на рельефных деталях, рассеивающая способность никелевых электролитов остается ограниченной. В связи с этим большой интерес представляет процесс нанесения никеля путем химического восстановления его солей при помощи гиппофосфита.

Процесс химического никелирования обеспечивает возможность нанесения равномерного по толщине и качеству покрытия на любых участках рельефной поверхности при условии доступа к ним раствора. Скорость нанесения никеля приблизительно соответствует скорости гальванического процесса, проводившегося при умеренных плотностях тока, достигает 20-25 мкм/час.

Образующиеся покрытия состоят не из чистого никеля, а представляют собой сложную систему, включающую наряду с никелем и фосфор в количестве, достигающем 15%. Наличие фосфора существенно изменяет свойства покрытий как физические - удельные вес, температура плавления, магнитные характеристики, так и химические. Химически восстановленный никель обнаруживает повышенную, по сравнению с гальванически получаемым никелем, стойкость против различных агрессивных сред.

Наиболее характерным свойством химически восстановленного никеля является его высокая твердость, которая может быть значительно повышена в результате термообработки. Структурные исследования, осадки в исходном состоянии имеют жидкоподобное строение, которое в процессе нагрева претерпевает изменения с образованием двух фаз: фосфида никеля и твердого раствора фосфора в решетке никеля. С характером, протекающих при отжиге превращений, связаны упомянутые выше изменения твердости, а также и других свойств, позволяющие расширить область применения химически восстановленного никеля.

3. Подготовка поверхности перед нанесением покрытия

.1 Механическая подготовка поверхности перед покрытием

Механическая подготовка поверхности заключается в том, чтобы удалить с деталей неровности, царапины, раковины, а в случае необходимости придать деталям блестящую поверхность. Иногда перед механической обработкой необходимо удалить окалину.

Повышение чистоты поверхности увеличивает износостойкость деталей и повышает их противокоррозионную устойчивость.

Существует несколько способов механической подготовки деталей перед нанесением покрытий. Выбор способа зависит от состояния поверхности деталей, поступающих на покрытие, от требований, предъявляемых к внешнему виду деталей, а так же от их размеров.

Механическая подготовка осуществляется шлифованием, полированием, галтовкой, виброабразивной обработкой, пескоструйной, дробеструйной и гидроабразивной обработкой.

Шлифование и полирование - наиболее дорогостоящие операции при нанесении покрытий, поэтому применение их целесообразно в случае высоких требований к классу чистоты поверхности или невозможности использования другого способа.

Пескоструйная обработка - один из эффективных методов подготовки поверхности деталей перед нанесением покрытий, однако вследствие профессиональной вредности нельзя широко пользоваться данным методом.

.1.1 Шлифование и полирование

Шлифованием называют механический процесс обработки до получения ровной и гладкой поверхности, когда при помощи мелких зерен абразивных материалов с поверхности снимают тонкую стружку.

Различают грубое шлифование, или обдирку, и тонкое шлифование - декоративное.

Грубое шлифование производится в механических цехах при помощи кругов, состоящих из абразивных материалов, сцементированных какой-либо связкой.

Тонкое, или декоративное, шлифование осуществляется при помощи эластичных кругов или непрерывной ленты, на которые нанесен слой абразива.

Полированием называют процесс получения блестящей поверхности сглаживанием мельчайших неровностей предварительно шлифованной поверхности деталей.

Шлифованием абразивами получают чистоту поверхности в пределах 6-10 го классов. При полировании на кругах с пастами чистота поверхности повышается до 10-13 го классов. Чистота поверхности деталей, поступающих на полирование, не должна быть ниже 7-го класса, так как иначе значительно увеличится продолжительности обработки и появится искажение геометрии поверхности.

.1.2 Абразивные материалы

При шлифовании и полировании применяются абразивные материалы, состоящие из зерен, обладающих высокой твердостью и режущей способностью. Для шлифования требуются более твердые, чем для полирования абразивы.

Для шлифования и полирования используют обычно следующие абразивные материалы: карбид кремния, корунд, наждак, кварц, трепел, кремнезем, крокус, известь, окись хрома и др.

.1.3 Галтовка

Галтовка предназначена для удаления с поверхности металлических деталей различных загрязнений, травильного шлама, неровностей и заусенцев, а также для шлифования мелких деталей.

Галтовка заключается в обкатке деталей совместно с абразивными или полирующими материалами в барабанах или колоколах.

Для плоских деталей предпочтительны барабаны; для деталей с наружной резьбой рекомендуется обработка в колоколах. Скорость вращения колоколов 20-60 об,/мин., барабанов 10-50 об./мин., при вращении барабана происходит перемещение и взаимное трение деталей и полирующих или шлифующих материалов, в результате чего снимается тонкий слой металла главным образом с выступающих частей поверхности.

Шлифующим или полирующим материалом служит кварцевый песок, стальная сечка, битое стекло, наждак, опилки куски кожи, фарфоровый и мраморный бой, стальные шарики и т.п.

Различают сухую и мокрую галтовку. При сухой галтовке детали обрабатывают сухими материалами, при мокрой - к ним добавляют 2-3% раствор каустической соды, серной кислоты или мыла.

Продолжительность галтовки колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Детали с окалиной или грубым слоем окислов предварительно подвергают травлению, а затем галтовке. В таких случаях в качестве абразивного материала применяется кварцевый песок с добавкой 2-3% раствора соды.

.1.4 Вибрационное шлифование и полирование

Вибрационная обработка деталей, позволяющая интенсифицировть процесс подготовки деталей, заключается в следующем. Детали и обрабатывающую среду помещают в контейнер, которому сообщают колебательные движения - вибрация. При этом детали под действием силы тяжести медленно перемещаются вниз в вибрирующей абразивной среде частицы которой, скользя по поверхности деталей, срезают неровности и шероховатости.

3.1.5 Металло-пескоструйная и гидроабразивная очистка

Пескоструйной обработкой называется операция очистки поверхности деталей струей песка (или другого материала), подаваемого с большой скоростью на обрабатываемую поверхность при помощи сжатого воздуха, пескометного аппарата или жидкости.

Пескоструйная обработка может применяться для удаления окислов, окалин, старых покрытий и в ряде иных случаев, когда другие способы очистки не могут быть использованы.

Абразивный материал, ударяясь с большой силой о поверхность деталей, очищает ее от всех загрязнений и придает ей равномерную шероховатость. После очистки поверхность деталей становится матовой, покрывается большим количеством кратеров, способствующих прочному сцеплению покрытия с основным металлом.

В своих опытах для очистки металла я применяла пескоструйную обработку.

.2 Обезжиривание

.2.1 Обезжиривание в органических растворителях

В качестве органических растворителей применяют бензин, керосин, Уайт-спирит, хлорированные углеводороды и др. При обезжиривании керосином или бензином детали протирают волосяными щетками или тряпками, а также промывают в двух-трех последовательно установленных баках, наполненных растворителем. Для последней промывки требуется не загрязненный, чистый растворитель.

Бензин и керосин дешевы, но пожароопасны.

Лучшими растворителями жиров считаются трихлорэтилен C2HCl3, дихлорэтан C2H4Cl2, четыреххлористый углерод CCl4 и др. Они не горючи.

Недостатки перечисленных растворителей - их токсичность и высокая стоимость.

.2.2 Химическое обезжиривание

Химическое обезжиривание заключается в том, что жиры, представляющие собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот, при воздействии щелочи омыляются и переходят в растворимые соли, а минеральные масла при воздействии щелочи могут образовывать эмульсию.

При химическом обезжиривании следует применять разбавленные растворы щелочи, так как концентрированные щелочные растворы обладают способностью образовывать окисные пленки на поверхности деталей. Образовавшиеся при обезжиривании мыла в концентрированных растворах щелочи не растворяются, что так же отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытий. Кроме едкого натра, растворы для обезжиривания обычно содержат легко гидролизующиеся соли щелочных металлов, например углекислый натрий, тринатрийфосфат и др.

С целью облегчения процесса отрыва капелек масла от поверхности металла и образования эмульсии в щелочной раствор добавляют поверхностноактивные вещества-эмульгаторы.

.3 Активирование, гидридная обработка

Непосредственно перед осаждением покрытий на детали проводится активирование поверхности металла - удаление тонких окисных пленок. Стальные детали выдерживают в течение 0,1 -1,0 мин в 5-10%-ном растворе соляной или серной кислоты, а также в смеси, содержащей по 30-50 г/л каждой из кислот

Осаждение любых покрытий на титан и его сплавы сопряжено со значительными трудностями из-за наличия на его поверхности инертной трудно удаляемой оксидной пленки, которая легко восстанавливается на воздухе и в различных водных средах. Для решения этой проблемы применяют специальные способы подготовки поверхности: нанесение контактного металла или создание слоя гидрида титана.

Выделяющийся в атомарном состоянии водород диффундируют в титановую основу, насыщая ее вплоть до образования гидридов титана (так называемая гидридная обработка). Активное травление с наводораживанием имеет место и при обработке в кислых растворах, содержащих ионы никеля.

Травление титановых сплавов в концентрированных кислотах как способ подготовки поверхности к нанесению гальванических покрытий получил свое развитие в машиностроении. Для травления сплава титана рекомендуется применять концентрованную соляную кислоту. Продолжительность обработки при 30 0С составляет 2 часа. Высокая адгезия получена с последующим низкотемпературным отжигом.

Однако гидридный способ подготовки поверхности не всегда может быть применен. В случаях, когда необходимо сохранить точные размеры изделия прибегают к другим способам активирования поверхности титановых сплавов.

.4 Контроль качества обезжиривания

Контроль качества очистки поверхности деталей от загрязнений можно проводить различными способами в зависимости от назначения операции очистки и требуемой чувствительности контроля. На производстве наиболее распространен способ, основанный на определении полноты смачивания поверхности водой. При наличии на ней частиц загрязнений или жировой пленки происходит нарушение сплошности водяного слоя. Следует учитывать, что сплошная водяная пленка может иногда образоваться и на загрязненных участках поверхности, если они недостаточно тщательно промыты от следов ПАВ, содержащихся в обезжиривающем растворе. Поэтому применяя такой метод контроля, необходимо сочетать его с тщательным визуальным осмотром поверхности деталей. Чувствительность его может быть повышена в несколько десятков раз, если водяной слой наносить на детали не погружением их в воду, а распылением воды. Дальнейшее заметное повышение чувствительности достигается распылением воды, содержащей красящий пигмент. В этом случае облегчается выявление недостаточно хорошо очищенных участков поверхности металла.

4. Химическое никелирование

Химическое никелирование широко внедряется в гальванотехнику вследствие ценных свойств покрытия: большой твердости, значительной коррозионной стойкости и износостойкости, равномерному распределению химически осажденного металла по поверхности детали. Процесс заключается в химическом восстановлении ионов никеля до металла с помощью гипофосфита натрия. Обладая малой пористостью, покрытие хорошо защищает от коррозии основной металл. Кроме того покрытие характеризуется повышенной твердостью, увеличивающейся при термообработке.

Химическое никелирование осуществляется путем погружения в нагретый до 90-95°С раствор деталей, поверхность которых подготовлена принятыми на производстве методами. Основными компонентами раствора являются соли никеля, гипофосфит и органические соединения, которые препятствуют повышению концентрации водородных ионов, образующихся в ходе реакции и повышают скорость процесса.

Помимо указанных компонентов, в раствор вводят специальные вещества, выполняющие роль стабилизаторов раствора. Необходимость стабилизировать раствор обуславливается, с одной стороны, тем, что при взаимодействии гипофосфита с ионами никеля происходит быстрое изменение состава раствора с образованием фосфористой кислоты, являющейся продуктом окисления гипофосфита. В результате взаимодействия ионов никеля с ионами фофористой кислоты образуется нерастворимое соединение, вредно влияющее на ход процесса. С другой стороны, стабильность раствора нарушается тем, что при некоторых условиях происходит выделение никеля в объем ванны в виде порошка. Вследствие того, что порошкообразный никель так же является катализатором, наряду с процессом, ведущим к образованию покрытия, начинает протекать побочный процесс, связанный с непроизводительным расходом основных компонентов раствора.

Восстановление металла из его солей гипофосфитом представляет собой сложный процесс, протекающий только на поверхностях, катализирующих реакцию.

Процесс химического никелирования проводится в корзинках из нержавеющей стали или путем подвешивания деталей в эмалированной ванне, объемом 10-12 л. Такие сравнительно маленькие сосуды удобны с точки зрения их очистки от загрязнений. Продолжительность операции нанесения покрытия зависит от необходимой толщины покрытия, причем во время процесса проводят периодическое встряхивание деталей - один раз в минуту. Каждая ванна снабжена вентиляционным устройством.

5. Условия образования никелевых покрытий

.1 В кислой среде

В результате многочисленных исследований выявилось, что кислые растворы имеют ряд преимуществ по сравнению с щелочными, а именно кислые растворы в условиях высокой температуры имеют большую устойчивость, процесс протекает с более высокой скоростью и образующиеся покрытия имеют лучшее качество. Отмеченные особенности определили то, что в последующих работах в области химического никелирования основное внимание исследователей было обращено на кислые растворы. Следует отметить, что щелочные аммиачные растворы в некоторых отношениях представляют значительный интерес.

Ввиду специфических особенностей в протекании процесса в кислых и щелочных растворах результаты соответствующих исследований целесообразно изложить раздельно.

В поисках оптимальных условий проведения процесса в кислых растворах были исследованы влияние температуры, кислотности и состава раствора. Эти исследования показали, что скорость процесса в значительной степени определяется температурой раствора. Практически приемлемых значений скорость восстановления никеля достигает около 90°С.

Образующаяся в процессе реакции кислота снижает скорость образования покрытия, рекомендуется систематически нейтрализовать раствор, а с целью поддержания pH при оптимальном значении предлагается вводить в раствор буферные соединения. В качестве буферов были использованы соли органических кислот, а именно гликолевой, лимонной, уксусной, винной, муравьиной и некоторых других, причем наилучшие результаты были получены с гликолевокислым натрием. Но основании этих данных рекомендуется несколько растворов, составы которых приводятся в таблице 1.

Вследствие того, что реакция восстановления никеля протекает только на внесенной в раствор поверхности металла, интенсивность изменений в составе раствора и снижение скорости определяются в значительной степени величиной покрываемой в данном объеме поверхности. Поэтому при изучении влияния отдельных факторов следовало бы проводить опыт в условиях, обеспечивающих неизменность состава раствора в течение процесса, т.е. использовать большие объемы раствора при небольшом размере покрываемой поверхности. В противном случае сопоставление характера влияния отдельных параметров процесса на его скорость оказывается возможным лишь при соблюдении условий одинакового отношения величины покрываемой поверхности к объему раствора, а также одинаковой длительности процесса.

Для получения постоянной скорости образования покрытия необходимо компенсировать расход компонентов в процессе никелирования. Однако поддержание постоянства состава связано с большими трудностями, обусловленными нарастанием концентрации продуктов окисления гипофосфита.

Таблица 1


Концентрация , г/л


1

2

3

4

Хлористый никель NiCl2*6H2O

30

30

30

-

Сернокислый никель NiSO4*7H2O

-

-

-

30

Гипофосфит натрия NaH2PO2*H2O

10

10

10

10

Гликолевокислый натрий CH2OHCOONa

50

10

-

-

Уксуснокислый натрий CH3COONa*3H2O

-

-

-

10

Лимонный натрий Na3C6H5O7*5(1/2)H2O

-

-

10

-

PH 4-6, температура 90-92°С

Скорость образования покрытия, мкм/ч

15

13

5

25

Внешний вид покрытия

Полублестящий

Полублестящий

Полублестящий

Грубый шероховатый


.2 Условия образования никелевых покрытий в щелочных растворах

В то время как процессу химического никелирования в кислых средах посвящено большое количество работ, и внедрение процесса в промышленность в основном проходило по линии использования кислых растворов - методу никелирования в щелочных растворах уделялось меньше внимания. Однако этот тип растворов также успешно используется в практике.

Основные недостатки щелочных ванн - их неустойчивость, связанная с улетучиванием аммиака при высокой температуре (90°С), необходимой для ведения процесса, а также пониженная, по сравнению с кислыми растворами, скорость восстановления никеля. Однако наличие в щелочных растворах комплексообразователей - солей лимонной кислоты и аммиака, облегчает корректирование раствора и тем самым позволяет осуществлять длительное ведение процесса.

Таблица 2


Концентрация , г/л


1

2

3

Хлористый никель NiCl2*6H2O

30

30

30

Гипофосфит натрия NaH2PO2*H2O

10

10

10

Хлористый аммоний NH4Cl

50

100

-

Цитрат натрия Na3C6H5O7*5(1/2)H2O

100

-

100

PH 8-9, температура 90°С

Скорость образования покрытия, мкм/час

6

12

5

Внешний вид покрытия

Полублестящее

Темное

Блестящее


Процесс восстановления никеля в щелочных растворах происходит тем же путем, что и в кислых растворах, сопровождаясь выделением водорода и окислением гипофосфита в фосфит. В результате протекающих реакций раствор подкисляется. С целью нейтрализации образующейся кислоты рекомендуется вводить в раствор аммиак. Замена аммиака органическими аминами не дает успешного результата.

Роль лимоннокислого натрия и хлористого аммония заключается в удержании солей никеля в растворенном состоянии при pH 8-9. Лимоннокислый натрий может быть заменен солями других органических оксикислот, например винной кислоты.

Изменение концентрации никелевой соли в широких пределах заметно не отражается на скорости восстановления никеля, в то время как изменение концентрации гипофосфита оказывает значительную влияние на процесс. Данные приведены в таблице 3.

Таблица 3

Хлористый никель, г/л

Гипофосфит натрия, г/л

Скорость образования покрытия, мкм/час

30

2

0,8

30

4

1,5

30

10

6,1

30

50

16,5

15

10

5,5

30

10

6,6

60

10

7,6


Высокая концентрация никелевых солей приводит к ухудшению качества покрытия, в частности к появлению шероховатости.

Так же на скорость процесса большое влияние оказывает температура.

Таблица 4

Температура, °С

Скорость образования покрытия, мкм/30 мин

54

0,39

68

0,96

78

1,63

87

2,4

92

2,8


Для поддержания скорости процесса на постоянном уровне рекомендуется добавлять к раствору, периодически, или лучше непрерывно, расходуемые компоненты - гипофосфит и соль никеля. Кроме того, для нейтрализации кислоты, образующейся в процессе восстановления, и компенсации потерь аммиака за счет улетучивания в ванную систематически добавляют аммиак.

В отличие от никелевого покрытия, получаемого в кислом растворе, осадки никеля из щелочного аммиачного раствора обычно содержит меньшее количество фосфора, а именно 5-7%.

6. Влияние отдельных факторов на скорость восстановления никеля

.1 Температура

Скорость является одним из основных факторов, определяющих скорость процесса. При низких температура процесс практически не происходит.

Исследование проводилось с раствором, содержащим 30 г/л хлористого никеля, 10 г/л гипофосфита натрия и 8 г/л уксуснокислого натрия при pH 5. Продолжительность процесса составляла 30 мин.

.2 Кислотность растворов

Учет кислотности раствора оказывается весьма существенным ввиду того, что в процессе восстановления происходит самопроизвольное подкисление раствора.

Наилучшие результаты в отношении скорости восстановления никеля и качества покрытия получаются в растворах с кислотностью, соответствующей pH 5,0-5,5.

.3 Концентрация гипофосфита

При изменении концентрации гипофосфита в широких пределах, а именно от 10 до 100 г/л, скорость образования покрытия заметно не изменяется. Скорость процесса в кислом растворе не зависит от концентрации гипофосфита.

Однако скорость восстановления никеля не зависит от концентрации гипофосфита лишь в определенных условиях, а именно в растворах, в которых изменяется только концентрация гипофосфита, содержание же остальных компонентов, т.е. никелевой соли и буферной добавки, остается во время опыта неизменным. При соответствующем изменении соотношений между количествами других компонентов раствора и количествами других компонентов раствора и количеством гипофосфита, концентрация последнего оказывает на скорость восстановления никеля значительное влияние.

.4 Концентрация никелевой соли

Изменение в широких пределах концентрации никелевой соли мало отражается на скорости процесса. Изменение концентрации никелевой соли от 3 до 50 г/л не вызывает существенных изменений в скорости восстановления металла, а при концентрации хлористого никеля 100 г/л скорость восстановления несколько падает.

.5 Концентрация буферных добавок

Большое влияние на процесс восстановления оказывают соли органических кислот. Они применяются для подержания pH при оптимальном значении. Однако в результате многочисленных исследований выяснилось, что роль этих добавок не ограничивается их буферным действием, одновременно они оказывают специфическое, зависящее от их природы, воздействие на процесс, влияя и на скорость восстановления никеля.

7. Свойства покрытия

.1 Физические и химические свойства

Осадки никеля, получаемые в процессе химического восстановления из кислых растворов, имеют гадкую, почти блестящую поверхность. Покрытия, нанесенные в щелочных растворах, имеют менее блестящую поверхность.

Температура плавления химически восстановленного никеля, вследствие наличия в нем фосфора, ниже, по сравнению с чистым никеле, и меняется в зависимости от содержания фосфора и колеблется в пределах от 1100.°С до 1200°С

Удельный вес равен 7,85±0,03. Коэффициент линейного (термического) расширения, °С = 13*10-6.

.2 Магнитные свойства

Наличие фосфора в никелевом покрытии сказывается на магнитные свойства этого материала. Химически восстановленный никель уступает в этом отношении электрохимическому никелю.

Химически восстановленный никель при содержании фосфора в количестве 3% «менее магнитен», чем электролитический, в то время как при 11,4% фосфора покрытия оказывались «не магнитными».

.3 Твердость

Твердость химически восстановленного никеля выше, чем у гальванических осадков, получаемых в обычных электролитах, и приблизительно соответствует твердости осадков, наносимых в специальных электролитах для твердого никелирования. В противоположность гальваническим осадкам она увеличивается после термообработки.

Максимальная твердость покрытия достигается в результате термообработки при температуре 400°С. При дальнейшем нагревании твердость покрытия падает. В случае отжига при 800°С твердость возвращается к значению, которое осадок

имел непосредственно после его получения, а в некоторых случаях твердость оказывается даже ниже. Максимум твердости достигается при нагревании в интервале температур 370-4°С.

.4 Хрупкость

Недостатком химически осажденного никелевого покрытия является его хрупкость, вследствие которой при механических воздействиях (изгибе или ударе) происходит выкрашивание металла. Это явление начинает проявляться при толщине слоя около 10 мкм.

Хрупкость покрытия может быть заметно снижена путем термообработки при 600°С и 2-часовой длительности нагревания. Хотя термообработка при указанной температуре и приводит, по сравнению с результатами, получаемыми при 400°С, к уменьшению твердость, однако одновременное снижение хрупкости покрытия, при сохранении достаточно высокой твердости, дает хорошие результаты в отношении износостойкости.

Наибольшая эластичность покрытия достигается термообработкой в инертной атмосфере при 750°С и выше в течение 5 час. После указанной выдержки рекомендуется медленное охлаждение, по крайней мере, до 200°С. При этих условиях термообработки покрытие, наряду с повышением эластичности, приобретает и более высокую коррозионную устойчивость, однако твердость покрытия в этом случае понижается до первоначального значения.

7.5 Износостойкость

Химически восстановленный никель, ввиду его высокой твердость, особенно после термической обработки, может быть использован для покрытия деталей, работающих на износ, и в некоторых случаях может заменить хромовое покрытие.

.6 Пористость покрытия

Во всех случаях использования покрытий из металла более благородного, чем металл основного изделия, существенное значение имеет пористость слоя, так как ею характеризуется количество локальных элементов, действие которых приводит к коррозионному разрушению основного металла.

Никелевые покрытия, полученные методом химического восстановления, согласно данным ряда исследований, оказываются менее пористыми, чем покрытия той же толщины, полученные электрическим способом.

8. Защитные свойства покрытия

Поскольку покрытие, образующееся в результате восстановления никелевых солей при помощи гипофосфита, не является чистым никелем, а содержит то или иное количество фосфора, то естественно ожидать, что и химические характеристики его должны отличаться от таковых чистого никеля, свойства которого хорошо изучены в многочисленных исследованиях.

Химически осажденные никелевые покрытия во всех случаях оказываются более стойкими, чем покрытия, полученные путем электролиза с той же толщиной слоя.

Химически осажденный никель оказывается, от 5 до 10 раз более стойким, чем чистый никель.

Защитные свойства химического никелирования изучались многими исследователями, и в результате коррозионных испытаний было обнаружено, что защитные свойства их обычно не ниже, а в большинстве случаев выше, чем гальванических осадков.

Защитные свойства покрытий, полученных химическим восстановлением из кислых растворов, выше, чем осадков из щелочных растворов.

Применение термической обработки после нанесения покрытия увеличивает коррозионную стойкость образцов. Использование метода химического никелирования в два приема так же способствует увеличению коррозионной стойкости.

9. Равномерность покрытия

Наиболее характерной особенностью процесса химического никелирования является возможность получения равномерного покрытия на деталях сложного рельефа. Восстановление никеля происходит с одинаковой скоростью на любых участках изделия, если они соприкасаются с раствором одного и того же состава и поверхность их соответствующим образом подготовлена.

Отклонения от равномерного распределения покрытия для толщины осадков около 25 мкм не превышает 10%

Эта способность процесса химического никелирования является особенно ценной для покрытия внутренних поверхностей длинных и узких каналов.

10. Оборудование для процесса химического никелирования

.1 Материал ванны

При подборе материала для ванны учитывают следующие обстоятельства:

1) во время процесса не должно происходить отложения никеля на стенках ванны

2) материал ванны не должен загрязнять раствор.

Наиболее подходящими материалами оказались стекло, фарфор, керамика, эмаль и др. Эмалированные сосуды могут служить только при отсутствии повреждения эмали. В противном случае в местах дефектов эмали, на железе, происходит отложение никеля, которое вызывает непроизводительный расход реагентов.

Применение металлов типа нержавеющих сталей для данного процесса совершенно исключается ввиду того, что на стенках ванны в этих случаях может начаться процесс восстановления никеля.

При выборе материала для обкладки необходимо также учитывать и то, что ванну приходится периодически очищать от осадка порошкообразного никеля, возникающего в некоторых условиях на стенках ванны. Удаление этих осадков, возможно, производить или механическим способом, или же растворением в азотной кислоте.

.2 Обогрев ванн

Необходимая температура раствора может быть достигнута при использовании любого источника тепла: пара, электричества или газа, как путем внешнего, так и внутреннего обогрева.

Внешний обогрев может производиться или при помощи водяной (или паровой) рубашки, или путем погружения всего резервуара ванны в термостат, обогреваемый любым способом. Для достижения эффективного обогрева стенки ванны должны быть достаточно тонкими. При конструировании обогревательных устройств следует предусматривать необходимость освобождения ванны от раствора и ее очистку.

Внутренний обогрев осуществляется прямым введением пара. Для предотвращения снижения концентрации компонентов за счет конденсации пара в технологическую схему водят дополнительную операцию - испарение раствора в вакууме, при которой раствор несколько концентрируется.

Так же обогрев осуществляется при помощи электрических нагревателей (спиралей) или паровых змеевиков, непосредственно погружаемых в раствор. Недостатком такого вида обогрева является опасность осаждения никеля на спирали и на стенки змеевика, что в дальнейшем является причиной непроизводительного расходования реагентов.

11. Контроль качества покрытия

Контроль качества покрытия проводить в соответствии с требованиями ГОСТ 9.301-86 и ГОСТ 9.302-88:

) по внешнему виду;

) по толщине.

По внешнему виду покрытие должно быть серого цвета с желтым оттенком, гладким (матовым или блестящим), без пузырей и шелушения.

Толщину покрытия определять:

с помощью измерительного инструмента непосредственно на детали или на образце-свидетеле замером до и после нанесения покрытия; (штангенциркуль)

металлографическим методом, по указанию в технологической документации на конкретную деталь.

Контроль качества гальванического покрытия осуществляется неразрушающими методами.

Неразрушающие испытания приобретают важное значение, когда разработка покрытия уже закончилась и можно переходить к его промышленному применению. Прежде чем изделие с покрытием поступит в эксплуатацию, его проверяют на прочность, отсутствие трещин, несплошностей, пор или других дефектов, которые могут вызвать разрушение. Вероятность наличия дефектов тем больше, чем сложнее покрываемый объект. В таблице 1 представлены и ниже описаны существующие неразрушающие методы определения качества покрытий.

.1 Внешний осмотр

Простейшая оценка качества - внешний осмотр изделия с покрытием. Такой контроль сравнительно прост, он становится особенно эффективным при хорошем освещении, при использовании увеличительного стекла. Как правило, внешний осмотр должен производиться квалифицированным персоналом и в сочетании с другими методами.

.2 Опрыскивание краской

Трещины и углубления на поверхности покрытия выявляются по впитыванию краски. Испытуемая поверхность опрыскивается краской. Затем ее тщательно вытирают и на нее напыляют индикатор. Через минуту краска выступает из трещин и прочих мелких дефектов и окрашивает индикатор, выявляя таким образом контур трещины.

.3 Флуоресцентный контроль

Этот метод аналогичен методу впитывания краски. Испытуемый образец погружается в раствор, содержащий флуоресцентную краску, которая попадает во все трещины. После очистки поверхности образец покрывается новым раствором. Если покрытие имеет какие-либо дефекты, флуоресцентная краска в этом месте будет видна под ультрафиолетовым облучением.

Обе методики, основанные на впитывании, применяют только для выявления поверхностных дефектов. Внутренние дефекты при этом не обнаруживаются. Дефекты, лежащие на самой поверхности, выявляются с трудом, поскольку при обтирании поверхности перед нанесением индикатора краска с них удаляется.

.4 Радиографический контроль

Контроль проникающим излучением используют для выявления пор, трещин и раковин внутри покрытия. Рентгеновские и гамма-лучи проходят через испытуемый материал и попадают на фотопленку. Интенсивность рентгеновского и гамма-излучения изменяется при прохождении их через материал. Любые поры, трещины или изменения толщины будут регистрироваться на фотопленке, и при соответствующей расшифровке пленки можно установить положение всех внутренних дефектов.

Радиографический контроль сравнительно дорог и протекает медленно. Необходима защита оператора от облучения. Трудно анализировать изделия сложной формы.

.5 Токовихревой контроль

Поверхностные и внутренние дефекты можно определять с помощью вихревых токов, индуцируемых в изделии внесением его в электромагнитное поле индуктора. При перемещении детали в индукторе, или индуктора относительно детали индуцированные вихревые токи взаимодействуют с индуктором и меняют его полное сопротивление. Индуцированный ток в образце зависит от наличия дефектов проводимости образца, а также его твердости и размера.

Применяя соответствующие индуктивности и частоты или их сочетание, можно выявить дефекты. Контроль вихревыми токами нецелесообразен, если конфигурация изделия сложна. Контроль этого вида непригоден для выявления дефектов на кромках и углах; в некоторых случаях от неровной поверхности могут поступать те же сигналы, что и от дефекта.

.6 Ультразвуковой контроль

При ультразвуковом контроле ультразвук пропускают через материал и измеряют изменения звукового поля, вызванные дефектами в материале. Энергия, отраженная от дефектов в образце, воспринимается преобразователем, который превращает ее в электрический сигнал и подается на осциллограф.

В зависимости от размеров и формы образца для ультразвукового контроля используют продольные, поперечные или поверхностные волны. Продольные волны распространяются в испытуемом материал прямолинейно до тех пор, пока они не встретятся с границей или несплошностью. Первая граница, с которой встречается входящая волна, -граница между преобразователем и изделием. Часть энергии отражается от границы, и на экране осциллографа появляется первичный импульс. Остальная энергии проходит через материал до встречи с дефектом или противоположной поверхностью, положение дефекта определяется измерением расстояния между сигналом от дефекта и от передней и задней поверхностей .

Несплошности могут быть расположены так, что их можно определить, направляя излучение перпендикулярно к поверхности. В этом случае звуковой луч вводится под углом к поверхности материала для создания поперечных волн.

Если угол входа достаточно увеличить, то образуются поверхностные волны. Эти волны проходят по контуру образца и могут обнаруживать дефекты близ его поверхности.

Таблица 5

№ п/п

Метод контроля

Цель и пригодность испытания

1

Визуальное наблюдение

Выявление поверхностных дефектов покрытия визуальным осмотром

2

Капиллярный контроль (цветной и люминесцентный)

Выявление поверхностных трещин, пор и аналогичных дефектов покрытия

3

Радиографический контроль

Выявление внутренних дефектов покрытия

4

Электромагнитный контроль

Выявление пор и трещин, метод не пригоден для выявления дефектов в углах и кромках

5

Ультразвуковой контроль

Выявление поверхностных и внутренних дефектов, метод не пригоден для тонких слоев и для выявления дефектов в углах и кромках

12. Термообработка

Покрытие имеет плохое сцепление с основным металлом, поэтому термообработка предназначена для улучшения прочности сцепления покрытия с основой и контроля прочности сцепления.

При толщине покрытия до 10 мкм отслаивание покрытия не наблюдается при многократном изгибе образца. Однако при этом происходит выкрашивание мелких частиц сплава. Покрытия толщиной 20 мкм и более легко отслаиваются при незначительной деформации основного металла. Термообработка никелированных деталей улучшает сцепление.

Также термообработку проводят для обеспечения необходимой твердости, улучшения адгезии и обезводораживания.

Для деталей из углеродистых и легированных сталей температуру термообработки выбирают в интервале от 250 до 400° при длительности обработки 1-2 часа. Термообработка никель-фосфорных покрытий снижает их противокоррозионные защитные свойства. Термообработка значительно увеличивает твердость никелевых покрытий. На рис. приведены зависимости величины твердости от температуры термообработки. На рис. показана зависимость твердости от продолжительности термообработки при разных температурах.

Наиболее высокая твердость покрытия достигается при температуре термообработки 350-450°, так как в этих условиях происходит выделение "интерметаллического соединения никеля и фосфора в высокодисперсном состоянии. При более высокой температуре термообработки происходит укрупнение кристаллов интерметаллического соединения и снижение твердости.

График 1

13. Практическая часть

.1 Программа

.         Отобрать 24 образцов для проведения исследования.

.         Произвести химическое никелирование.

.         Подвергнуть 12 образцов (№2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,13,14) термической обработке по разным режимам.

.         Исследовать толщину и твердость покрытия. Твердость измерять методом Виккерса.

.         Составить таблицы: Зависимость твердости от режима термической обработки и зависимость твердости от толщины покрытия.

.2       Выполнение программы

.         Отобрано 24 образца для проведения исследования: 12 образцов (№1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 15, 16, 17, 18, 19) Ст20 (сталь) и 12 образцов (№ 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 20, 21, 22, 23, 24) ОТ4-1 (сплав на основе титана).

.         Перед проведением операции химическое никелирование в качестве обезжиривания проведена обдувка электрокорундом. Операция никелирование проводилась в растворе состава:

Никель хлористый 25 г/л

Гипофосфит натрия 25 г/л

Натрий уксуснокислый 15 г/л

Гликокол 7 г/л

Сульфид свинца 0,001 г/л

По режиму:

рН раствора 5,0

Температура раствора 80 0С

Время никелирования 1 час

.         Образцы подвергнуты термообработке:

№ 2 и 9 повергались нагреву до 200 0С в течение 1 часа 45минут.

№ 3 и 10 повергались нагреву до 250 0С в течение 1 часа 45минут.

№ 4 и 11 повергались нагреву до 300 0С в течение 1 часа 45минут.

№ 5 и 12 повергались нагреву до 350 0С в течение 1 часа 45минут.

№ 6 и 13 повергались нагреву до 400 0С в течение 1 часа 45минут.

№ 7 и 14 повергались нагреву до 450 0С в течение 1 часа 45минут.

.         В металлографическую лабораторию были направлены 24 образцов для определения твердости и толщины покрытия.

Твердость покрытия замерялась на приборе «LEICA МНТ-10» при нагрузке 200 г. Результаты замеров твердости и толщины покрытия на образцах представлены в таблицах № 6 и 7

Таблица 6

Влияние термообработки на твердость никелевого покрытия, нанесенного химическим способом.

Температура термообработки, оС

25

200

250

300

350

400

450

Толщина покрытия, мкм

15-20

15-20

15-20

15-20

15-20

15-20

15-20

Материал

Ст10

№ образца

1

2

3

4

5

6

7

Твердость покрытия, кгс/мм2

728

856

934

985

1028

1035

1022

Материал

ОТ4-1

№ образца

8

9

10

11

12

13

14

Твердость покрытия, кгс/мм2

780

864

938

992

1019

1027

1017

График 2

Таблица 7

Зависимость твердости никелевого покрытия от толщины.

Материал

№ образца

Твердость кгс/мм2, при комнатной температуре

Толщина покрытия, мкм

Ст10

15

727

3-6 мкм


16

728

6-9 мкм


17

726

9-12 мкм


18

725

12-15 мкм


19

728

15-20 мкм

От 4-1

20

780

3-6 мкм


21

779

6-9 мкм


22

779

9-12 мкм


23

781

12-15 мкм


24

780

15-20 мкм


График 4

Вывод

В данной работе было проведено исследование влияния термообработки и толщины слоя на твердость никелевого покрытия, нанесенного химическим способом на два вида материалов: титановый сплав ОТ4-1 и Ст10. Нанесение покрытия проводилось по стандартному режиму. Термообработка проводилась в интервале температур от 200оС до 450оС с шагом в 50оС с выдержкой в течении 1часа 45 минут.

Испытания проводились с целью выявления условий, влияющих на твердость никелевого покрытия, нанесенного химическим способом.

Полученные данные показали, что твердость покрытия зависит от температуры термообработки, и никак не связана с толщиной покрытия.

14. Экономическая часть

.1 Организация и планирование НИР

Наименование работ по дипломной НИР и их трудоемкость

.1.1 Расчет затрат на проведение дипломной НИР

1) Затраты на основные материалы Зом

В НИР были использованы образцы:

из Ст 20, массой 5 кг. Стоимость 1 кг - 350 руб.

из сплава на основе титана ОТ4-1, массой 5 кг. Стоимость 1 кг - 1350 руб.

Затраты на данный материал составляют:

Зом = Qм х Цм

Зом Ст20 = 350 х 5 = 1 750 руб

Зом ОТ4-1 = 1350 х 5 = 6 750 руб

Зом = 8 500 руб

2) Затраты на вспомогательные материалы (Звм)

Расчет затрат на выполнение дипломной НИР

 

Затраты по статье «Вспомогательные материалы»

Таблица 8

Наименование используемых вспомогательных материалов

Кол-во используемых вспомогат. материалов кг (л)

Цена за ед-цу использов. материалов руб.

Затраты на использование вспомогат. материалов

1

Электрокорунд

1

60,00

60,00

2

Никель хлористый

0,025

225,00

5,63

3

Гипофосфит натрия

0,025

140,00

3,50

4

Натрий уксуснокислый

0,015

45,00

0,68

5

Гликокол

0,007

210,00

1,47

6

Едкий натр

0,01

32,40

0,33

7

Тринатрийфосфат

0,05

39,60

1,98

8

Натрий углекислый

0,025

16,40

0,41

9

Синтанол

0,005

190,00

0,95

10

Кислота соляная

0,08

19,00

1,52

11

Кислота серная

0,02

28,00

0,56

12

Вода дистилорованная

0,9

5,00

4,50

Итого:

81,54 руб


1) Энергетические затраты (Зэ)

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

Зэ = М х К х Тэф х Ц , где

Зэ - мощность установки, кВт;

К - коэффициент использования мощности = 0,9;

Тэф - эффективное время работы оборудования, час;

Ц - стоимость 1 Квт -час (3,8 руб/кВт-час)

Расчет затрат на электроэнергию приведен в табл.

 

Затраты на электроэнергию

Таблица 9

Потребитель энергии

Эффективн-ое время Тэф, час

Коэффициент использова-ния мощности

Стоимость, руб/кВт-ч

Мощность кВт

Затраты на электро-энергию, Зэ, руб

1

Установка для пескоструйной обработки ИМ-30

24

0,9

3,8

1,5

123,12

2

Обрезной станок ООС.01

20

0,9

3,8

3

205,20

3

Микроскоп Neophot 32

10

0,9

3,8

0,2

6,84

4

Фотоувеличитель Krokus GFA 69s

2

0,9

3,8

0,1

0,69

5

Твердомер ТЭМП-3

24

0,9

3,8

0,15

12,31

6

Сушильная камера

24

0,9

3,8

3

246,24

7

Цифровой толщиномер

24

0,9

0,1

8,21

Итого:

602,61 руб


1) Амортизационные отчисления (А)

Амортизация использованных в работе основных средств рассчитывается по формуле:

А = (С х Ha x t ) / (Тн х 100), где

С - Стоимость данной установки и оборудования, руб;

На - Годовая норма амортизационных отчислений. Для лабораторного оборудования=14%

t - длительность проведения исследования или работы на данном оборудовании или установке, час;

Tн - номинальный фонд времени работы оборудования, принимаемый для расчетов равный 1700 час.

Расчет амортизационных отчислений оборудования приведен в таблице.

Амортизационные отчисления лабораторных помещений (Ап) рассчитываются от его балансовой стоимости и составляют:

Ап = (Тнир х Сп х S х На) / (Тлаб х 100) , где

Сп - Стоимость одного квадратного метра лабораторных помещений (руб/м2);

Тнир - номинальное время использования площади для заданной НИР;

Тлаб - номинальное время использование лабораторных помещений в год, час;

S - площадь лаборатории, кв.м.;

Ha - годовая норма амортизационных отчислений для зданий 1,7%

Ап = (180 х 12000 х 72 х 1,7) / (1700 х 100) = 1555,2 руб

Амортизационные отчисления

Таблица 10

Наименование оборудования

Стоимость оборудова-ния, руб.

Номиналь-ный фонд времени, час.

Длительность проведения работы на данном оборудовании, час.

Норма амортиза-ционых отчислений, %

Годовые аморти-зацион-ные отчисления, руб.

1

Установка для пескоструй-ной обработки ИМ-30

11 000,00

1700

0,5

10

35,85

2

Обрезной станок ООС.01

65 000,00


0,5

10

1242,6

3

Микроскоп Neophot 32

350 000,0


1,5

14

151323,0

4

Фотоувеличи-тель Krokus GFA 69s

10 000,00


1,5

14

88,23

5

Твердомер ТЭМП-3

24 130,00


3

14

1438,5

6

Сушильная камера

58 900,00


1,5

14

4285,4

7

Цифровой толщиномер

16 390,00


3

14

663,67

8

Лабораторные помещения

86 400,00


180

1,7

1555,2

Итого: 160 632,18 руб.


1) Затраты на содержание и ремонт основных средств (Зс)

Затраты на содержание основных средств рассчитываются по формуле:

Зс = (С х Нр х t) / (Tн х 100) , где

С - стоимость данной установки и оборудования, руб;

Нр - годовая норма отчислений на содержание и ремонт основных средств. Для лабораторного оборудования = 6%

t - длительность проведения исследования или работы на данном оборудовании или установке, час;

Тн - номинальный фонд времени работы оборудования, принимаемый для расчетов равный 1700 час.

Затраты на содержание и текущий ремонт лабораторных помещений рассчитывают по формуле:

Зп = (Тнир х Сп х S х Нр) = (180 х 12000 х 72 х 6,0) / (1700 х 100) = 5488,9 руб.

Сп - стоимость одного квадратного метра лабораторных помещений (руб/м2);

Тнир - номинальное время использования площади для заданной НИР;

Тлаб - номинальное время использования лабораторных помещений в год, час;

S - площадь лаборатории, кв.м;

На - годовая норма отчислений на ремонт и содержание зданий.

Расчет на содержание и ремонт основных средств приведен в таблице.

Затраты на содержание основных средств

Таблица 11

Наименование оборудования

Стои-мость оборудо-вания , руб

Номи-нальный фонд времени, час

Длитель-ность проведе-ния работы на данном оборудо-вании, час

Норма отчисле-ний на ремонт %

Годовые отчисления на ремонт и содержание, руб

1

Установка для пескоструйной обработки ИМ-30

11 000,00

1700

0,5

6%

213,5

2

Обрезной станок ООС.01

65 000,00


0,5


1491,2

3

Микроскоп Neophot 32

350 000,0


1,5


43235,3

4

Фотоувеличитель Krokus GFA 69s

10 000,00


1,5


52,9

5

Твердомер ТЭМП-3

24 130,00


3


616,5

6

Сушильная камера

58 900,00


1,5


1836,6

7

Цифровой толщиномер

16 390,00


3


284,0

8

Лабораторные помещ.

86 400,00


180


5488,9

Итого:

53 218,90 руб


1) Основная заработная плата (Зо)

Заработная плата дипломника на 4 месяца составляет из расчета 20 000 руб.мес.

Зд = 20 000 х 4 = 80 000 руб

Заработная плата лаборанта за 1 месяц составляет из расчета 10 000 руб. мес.

Зл = 10 000 х 1 = 10 000 руб

Расчет основной заработной платы исполнителей работы показан в таблице

Расчет основной заработной платы исполнителей работы

Таблица 12

Исполнители работ

Месячный оклад, руб

Время работы, мес.

Сумма, руб

1

Дипломник

20 000,00

4

80 000,00

2

Лаборант

10 000,00

1

10 000,00

Итого:

90 000,00


Заработная плата руководителей и консультантов дипломного проекта определяется по формуле:

Зрук = (Зм окл х Траб х К) / Тф , где

Зм окл - месячный оклад руководителя (консультанта) дипломной НИР, руб;

Траб - норматив времени работы руководителя на 1 НИР, час;

К - коэффициент приведения = 10,2;

Тф - годовой фонд времени работы руководителя, час

А) заработная плата руководителя дипломной НИР:

Зрук = (25 000 х 25 х 10,2) / 1540 = 4 139,61 руб.

Б) заработная плата консультанту по экономической части:

Зконс. экон. = (15 000 х 4 х 10,2) / 1540 = 397,4 руб.

В) заработная плата консультанту по экономической части:

Зконс. экол. = (15 000 х 4 х 10,2) / 1540 = 397,4 руб.

Расчет основной заработной платы руководителя и консультантов показан в табл.

Расчет основной заработной платы руководителя и консультантов

Таблица 13

Исполнители работы

Месячный окад, руб.

Время работы, час.

Годовой фонд времени работы, час.

Сумма, руб.

1

Руководитель работы

25 000,00

25

1540

4 139,61

2

Консультант по экономике

15 000,00

4

1540

397,4

3

Консультант по БЖД и экологии

15 000,00

4

1540

397,4

Итого:

4 934,41


1) Дополнительная заработная плата (Зд)

Дополнительная заработная плата принимается в процентах от основной: для руководителей и консультантов - 18%, для лаборантов и дипломника - 9%. Расчет дополнительной заработной платы представлен в табл.

Дополнительная заработная плата исполнителей

Таблица 14

Участники НИР

Сума основной зарплаты, руб.

Процент дополнительной зарплаты, %

Сумма дополнительной зарплаты, руб.

1

Дипломник

80 000

9

7 200

2

Лаборант

10 000

9

900

3

Руководитель работы

4 139,61

18

745,12

4

Консультант по экономике

397,4

18

71,53

5

Консультант по охране труда

397,4

18

71,53

Итого:

8 988,18 руб


1) Начисления на заработную плату (Нзп)

Начисления на заработную плату включают в себя затраты на социальные взносы, пенсионный фонд, медицинское страхование и принимается в размере 34% от общего фонда заработной платы:

Нзп = 0,34 х (Зо + Зд)

 

Расчет начислений на заработную плату

Таблица 14

Участники НИР

Основная зарплата, руб.

Дополнитель-ная зарплата, руб.

Общая сумма зарплаты, руб.

Процент начисления на зарплату, %

Сумма начислений, руб.

1

Дипломник

80 000,0

7 200

87 200,00

34

29 648

2

Лаборант

10 000,0

900

10 900,00


3 706

3

Руководи-тель работы

4 139,61

745,12

4 884,73


1 660,81

4

Консультант по экономике

397,4

71,53

468,93


159,44

5

Консультант по БЖД и экологии

397,4

71,53

468,93


159,44

Итого:

35 333,7

1) Основные расходы (Ор)

Основные расходы на дипломную НИР представляют собой сумму вышеперечисленных статей расходов:

Ор = Зом + Звм + Зэ + А + Зс + Зо + Зд + Нзп = 8 500 + 81,54 + 602,61 + 160 632,18 + 53 218,94 + 94 934,41 + 35 333,7 = 353 303,38 руб.

2) Накладные расходы (Нр)

Накладные расходы (расходы, связанные с управлением) для дипломной НИР принимаются размере 25% от основного фонда заработной платы:

Нр = Зо х 0,25 = 94 934,41 х 0,25 = 23 733,60 руб

Текущие затраты на проведение дипломной НИР представлены в таблице.

Сводная таблица затрат на проведение дипломной НИР

Таблица 15

Статья затрат

Сумма, руб

1

Материалы основные

8500,00

2

Материалы вспомогательные

81,54

3

Энергетические затраты

602,61

4

Амортизационные отчисление

160 632,18

5

Затраты на содержание и ремонт основных средств

53 218,90

6

Основная заработная плата

94 934,41

7

Дополнительная заработная плата

8 988,18

8

Начисления на заработную плату

35 333,7

Итого основных расходов

362 291,52

9

Накладные расходы

23 733,6

Текущие затраты на проведение НИР

386 025,12


Вывод

Данная работа - исследовательская. Носит поисковый характер.

Затраты на проведение исследования влияния термообработки на твердость покрытия химический никель составили 386 025,12 рубля.

Полученные результаты данной работы могут быть использованы в производстве, и в масштабе производства можно уже говорить о том, насколько эффективно и полезно использовать влияние термообработки на твердость никелевого покрытия на титановый сплав и сталь.

Исследование имеет научный и практический интерес. В этом и состоит эффективность данной работы.

15. Безопасность и экология

.1 Безопасность труда

.1.1 Анализ условий выполнения работы

.1.1.1 Перечень экспериментальных операций и применяемого оборудования

В данной работе проводились следующие операции:

) изготовление образцов;

) подготовка к нанесению покрытия - пескоструйная обработка, для очистки поверхности;

) нанесение покрытия химическим способом;

) термообработка в сушильной камере;

) исследование твердости и толщины покрытия с помощью электронного микроскопа и твердомера.

.1.1.2 Опасные и вредные факторы при выполнении эксперимента

.         В данной работе использовались такие химические реактивы как натр едкий, тринатрийфосфат, углекислый натрий, соляная кислота, серная кислота, никель сернокислый.

.         Необходимо использовать средства индивидуальной защиты, такие как резиновые перчатки, распиратор, халат. Для перемещения образцов из одной ванны в другую использовать пинцеты, или специальные подвески.

При выполнении технологических операций негативное влияние оказывают следующие факторы: испарения, излучение, повышенная температура, опасность поражения электрическим током.

.         Рабочее место относится к категории помещений с повышенной опасностью и вероятность возникновения электротравм велика. Поражение электрическим током может произойти при прикосновении к двум проводам или к одному проводу, если человек схватил его мокрыми руками.

Натр едкий (ГОСТ 2263-79) - твердый продукт - чешуированная или плавленая масса белого цвета, сильно гигроскопичен, хорошо растворим в воде, быстро поглощает углекислоту из воздуха и постепенно переходит в углекислый натрий.

Жидкий продукт - бесцветная или окрашенная жидкость, допускается выкристаллизованный осадок. Едкое вещество.

Тринатрийфосфат (ГОСТ 201-76) - порошок белого цвета. Используется для промывки технологического оборудования, обезжиривания поверхностей во многих отраслях промышленности.

Пожаро- и взрывобезопасен, обладает щелочными свойствами.

Натрий углекислый (ГОСТ 4201-79) - сода кальцинированная - белый порошок.

Соляная кислота (ГОСТ 857-95) - раствор хлороводорода в воде, сильная одноосновная кислота. Бесцветная (техническая соляная кислота желтоватая из-за примесей Fe, Cl2 и др.), «дымящая» на воздухе, едкая жидкость.

Серная кислота (ГОСТ 4204-77) - в обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В Технике серной кислотой называют ее смеси как с водой, так и с серным ангидридом S03.

Сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном виде.

Никель сернокислый (ГОСТ 2665-86) - один из видов солей никеля. За уникальные свойства, его часто используют в электротехнической и химической промышленностях, а также в гальванике.

Таблица 16

№ п/п

Вещество

Химич. формула

ПДК, мг/м3

Класс опасности

Характер воздействия на человека







1

Натр едкий

NaOH

0,5

2

Опасен при вдыхании, проглатывании, попаданию на кожу и слизистые оболочки. Вызывает кашель, стеснение в груди, насморк, слезотечение, долго не заживающие ожоги слизистой оболочки полости рта, пищевода, желудка и тяжелые ожоги слизистой глаз до потери зрения.

2

Тринатрийфосфат

Na3P04*H20

0,5

2

Вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, а также изменение кожных покровов типа дерматитов и экзем.

3

Натрий углекислый

Na2C03

2

3

Вдыхание пыли соды кальцинированной может вызвать раздражение дыхательных путей, конъюнктивит. При длительной работе с растворами возможны экземы. Концентрированный раствор при попадании в глаза может вызывать ожог, невроз а в последующем - помутнение роговицы.

4

Соляная кислота

НСL

5

2

Едкое вещество, при попадании на кожу вызывает сильные ожоги. Особенно опасно попадание в глаза. При открывании сосудов с соляной кислотой в обычных условиях образуется туман и пары хлорводорода, которые раздражают слизистые оболочки и дыхательные пути.

5

Серная кислота

H2S04

1

2

Очень едкое вещество. Она поражает кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывает химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко - ларингит, трахеит, бронхит и т.д.

6

Никель сернокислый

NiS04*7H20

0,05

1

Раствор никеля, попадая на кожу, вызывает ее заболевание, особенно, если кажа повреждена. В ряде случаев при работе на ваннах для никелирования возникает трудно излечимая профессиональная болезнь - никелевая экзема.


15.1.2 Характеристика лаборатории

.1.2.1 Размеры и планировка

Данная дипломная работа выполнялась в помещении с общей площадью в 72 м2. Площадь помещения занимаемая установкой 40 м2, высота 3,5 м. Минимальное расстояние приборов от стенки составляет 0,5-2,0 м. Расстояние между приборами и проходом к задним панелям прибора превышает 0,6-0,8 м. Пол в помещении ровный, горизонтальный1. На каждого работающего приходится 5,0 м2. Планировка помещения такова, что созданы условия труда, предусмотрены мероприятия по предотвращению несчастных случаев и профзаболеваний.

.1.2.2 Параметры микроклимата

Нормализация микроклимата в производственных помещениях непосредственно связано с необходимостью поддержания необходимой температуры воздуха путем отопления. Нагрев воздуха достигается установленными отопительными приборами (радиаторами). Система отопления, приборы и теплоносители не создают дополнительных производственных вредностей.

Данная лаборатория оборудована системой водяного отопления, которая обеспечивает температуру в помещении лаборатории в зимний и осенний период равным 18-22°С (СНиП 2.04.05-84). Скорость движения воздуха не превышает 3 м/с. Относительная влажность в помещении лаборатории 70-75%, что соответствует вышеуказанному СНиПу.

Вентиляция является эффективным средством обеспечения нужных гигиенических качеств воздуха, соответствующих требованиям санитарных норм проектирования промышленных предприятий (СНиП 2.04.05-84).

В данной лаборатории естественная вентиляция, которая осуществляется благодаря разницы температур воздуха в помещении и вне его (тепловой напор) и воздействия ветра (ветровой напор). Естественная вентиляция осуществляется путем проветривания и аэрации.

Также в лаборатории имеет место и механическая вентиляция. Общая механическая вентиляция может использоваться совместно с аэрацией, такая система называется смешанной. Система общеобменной механической вентиляции состоит из устройства для наружного воздуха и вентиляторов. В системах механической приточной вентиляции предусматривается очистка воздуха от пыли, если запыленность его превышает 30 % допустимых концентраций пыли в рабочей зане помещений. Для перемещения воздуха в лаборатории используют различные вентиляторы. Выбор вентилятора производится с учетом необходимого напора, производительности и условий среды.

.1.2.3 Освещение

Освещение лаборатории соответствует требованиям СНиП 23.05-95. Для создания благополучных условий груда важное значение имеет рациональное освещение с применением естественного и искусственного света. Источником естественного освещения является прямое и рассеянное от небосвода солнечное излучение. Для проведения работы также предусматривается искусственное освещение с помощью электрических источников света. Общее - с подвесом люминесцентных светильников и местное освещение для работы с приборами.

Основные требования к искусственному освещению следующие: достаточная освещенность рабочих поверхностей; рациональное направление света и степень освещенности рабочих поверхностей; электрическая безопасность осветительных устройств; удобство управления осветительной установкой.

Помещение лаборатории освещается люминесцентными светильниками, которые создают особые, благоприятные условия для зрительной работы в помещениях с недостаточным естественным освещением.

Люминесцентные лампы характеризуются большой световой отдачей и большим сроком службы (до 5000 часов). Работа этих ламп зависит от температуры внешней среды (оптимальная температура 18-20°С). Применение голых ламп не допускается.

Искусственные источники света в лаборатории располагаются прямо над рабочим местом.

Расчет искусственного освещения по методу использования светового потока применяется при равномерном распределении светильников. Требуемый световой поток источника света:

Ф=(Ен х S х Z х К3)

(N х µ) ,где

Ен- минимальная нормируемая освещенность, СНиП 23-05-95, (ЗООлк);

S - площадь, 50м ;

Z- поправочный коэффициент- отношение средней освещенности к минимальной (1.15-1.20);

К3- коэффициент запаса, определяется по СНиП 4-79 (1,3-1,8);

µ- коэффициент использования светового потока в относительных единицах;

N- число светильников, шт.

Определяем требуемый световой поток источника света FA:

Ф = (300 х 72 х 1,17 х 1,5)= 191 (лм)

(6 х 33)

.1.3 Меры защиты от выявленных опасных и вредных факторов

.1.4 Электробезопасность

Лаборатория , где находится установка, является помещением без повышенной опасности (влажность 75%, температура 18-20 С и электроизолирующие полы).

Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются:

)         защита от прикосновения к токоведущим частям. Для защиты от проникновения осуществляют недоступное расположение токоведущих частей (на высоте более 2 метров, под полом или скрыто в стенах). Используются также индивидуальные средства защиты: диэлектрические перчатки, галоши, коврики, инструмент с изолированными ручками;

)         защита от воздействия токов и напряжений большой величины. Эта защита обеспечивается применением пониженного напряжения (12-36В), разделением силовых сетей, сетей освещения и пониженного напряжения;

)         защита от прикосновения к оборудованию, случайно оказавшемуся под напряжением. Этот вид защиты обеспечен заземлением всех металлических нетоковедущих частей установки;

)         защита от токов чрезмерной силы (короткое замыкание). Силовые распределительные щиты укомплектованы автоматическими выключателями нагрузки;

Питание приборов и оборудования осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220В. Такое напряжение представляет собой опасность для жизни человека в случае поражения его электрическим током; все токоведущие участки изолированы, а корпуса приборов заземлены (ПУЭ - 76). Пусковые устройства выведены на щиты.

Во время эксплуатации периодически проводят проверку изоляции электроустановки. Все неисправности электроприборов, электроаппаратуры и электрооборудования должны устанавливать только при выключенном источнике питания сети.

.1.5 Пожарная безопасность

Для работы лаборатории необходимо осуществить комплекс мероприятий противопожарной безопасности согласно ГОСТ 12.1.039-82.

По характеру производства здание, где расположена лаборатория по

пожарной безопасности относится к категории «В» (пожароопасное производство). Основными средствами пожаротушения являются: вода, твердые огнегасительные вещества (песок, огнестойкая ткань).Для тушения пожаров электрооборудования, ценного оборудования применяют огнетушители. Также лаборатория обеспечена пожарной сигнализацией.

При хранении и работе с опасными веществами следует соблюдать следующие правила:

)         запрещается хранить в помещении лаборатории горючие вещества в количестве, превышающем 1кг каждого названия и не более 3-4 кг в общей сложности;

)         огнеопасные вещества, находящиеся в лаборатории, должны храниться в металлических ящиках в герметически закрытой посуде из толстого стекла с надписью «огнеопасные вещества»;

)         в помещении во время работы с огнеопасными веществами запрещается иметь открытое пламя;

)         огнеопасные растворители необходимо предохранять от соприкосновения с кислотами и щелочами;

)         тушить водой горящие вещества, нерастворимые в воде (бензин, жир и т.п.) запрещается;

)         хранение фотопластинок, фотобумаги допускается только в металлических шкафах.

.1.6 Защита от вредных химических веществ

В соответствии проводилась операция нанесения покрытия никеля химическим способом на сталь и титановый сплав. Раствор может вызвать раздражение и ожог. Для их предупреждения при любых работах с вредными веществами все работники обязаны пользоваться предохранительными очками, резиновыми перчатками, распираторами, халатами.

При выделении паров может появиться раздражение дыхательных путей, легких, и т.д. Поэтому все работы с химическими реактивами следует проводить в вытяжном шкафу с естественной или механической тягой.

В воздухе рабочей зоны при работе с кислотами устанавливаются предельно-допустимые концентрации вредных веществ, установленные ГОСТ 12.1.005-76, превышение которых не допускается.

Кислоты или щелочи необходимо немедленно засыпать песком, нейтрализовать и лишь после этого производить уборку.

.2 Экология

.2.1 Общая характеристика экологических последствий от выполняемой работы

При проведении работы осуществлялось нанесение покрытия на образцы в ваннах, а затем их термообработка в печи. В результате работы образовавшиеся вредные пары были удалены благодаря механической вентиляции.

.2.2 Отходы, образующиеся при выполнении работы

.2.2.1 Краткая характеристика образующихся отходов

Металлические отходы, которые образовались в процессе работы, не связаны с выделением ядовитых продуктов, загрязняющих окружающую среду, и не приводят к образованию «парникового эффекта» в атмосфере.

.2.2.2 Нейтрализация и очистка сточных вод

Меры по очистке и нейтрализации кислот и сточных вод в лаборатории соответствует ГОСТ 17.1.3.13-86

1) нейтрализация отработанных химикатов осуществляется за счет взаимодействия с щелочь;

2) воздух в лаборатории очищается и выбрасывается в окружающую атмосферу через вытяжную систему;

3) сточные воды очищаются реагентным методом.

.2.2.3 Газообразные отходы и их очистка

В соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 в данной дипломной работе все газообразные отходы (пары от ванн) попадают в вентиляцию, там фильтруются и в атмосферу выбрасывается очищенный воздух.

.2.2.4 Утилизация твердых отходов

Утилизация твердых отходов не ведется в виду их малых объемов.

.2.3 Использование природных и энергетических ресурсов при выполнении работы

В качестве энергетического ресурса использовались электроэнергия, потребляемая приборами и идущая на освещение лаборатории.

В качестве природного ресурса использовалась вода для технологических и бытовых целей.

.2.4 Защита от ионизирующего излучения

При работе на микроскопах нужная яркость достигается специальными устройствами микроскопов- защитными светофильтрами. Изменяя диафрагмы освещения и меняя светофильтры, обеспечивается нужная яркость объекта.

Опасность воздействия ионизирующих излучений на организм требует принятия различных мер безопасности.

Санитарные правила работы в лаборатории с источником ионизирующего излучения соответствуют требования норм ОСТ-72 нормам радиационной безопасности НРБ-69, основанных на результатах работ ученых и положений основных норм безопасности при защите от излучения.

Также есть защита от электромагнитного поля. Защитные диафрагмы в электронном микроскопе являются основными защитными приспособлениями от электромагнитного поля.

Меры защиты от ионизирующего излучения. Санитарные правила работы в лаборатории с источником тонизирующего излучения соответствует требованиям ОСТ 12.4.120-83. Нормы радиационной безопасности устанавливают ПДЦ внешнего и внутреннего облучения. Доза облучения персонала, непосредственно работающего с источником излучения, не должна превышать дозу, определенную по формуле D<5(T-18)T0~2; где D- доза, Т- возраст в годах. Для зашиты от ионизирующего излучения на рабочих местах применяют экранирование, которое снижает облучение до заданного предела.

.2.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Каждая чрезвычайная ситуация имеет свою физическую сущность, свои, только ей присущие, причины возникновения, характер развития, свои особенности воздействия на человека и среду обитания.

По причинам возникновения можно выделить четыре класса чрезвычайных ситуаций: природные (стихийные бедствия), техногенные, экологические и социально- политические.

.2.5.1 Чрезвычайные ситуации

К первичным факторам относится радиация и радиоактивные заражения. Критериями оценки устойчивости работы объекта является доза радиации, которую могут получить рабочие и служащие, оказавшиеся в зоне заражения.

При оценке устойчивости работы объекта к воздействию радиоактивного заражения определяется возможность герметизации производственных помещений с целью уменьшения проникновения в них радиоактивной пыли.

Кроме того, при оценке устойчивости к воздействию радиации определяется наличие материалов, приборов и аппаратуры, чувствительных к действию радиации.

К вторичным факторам относятся - пожары, аварии, взрывы, затопления, заражения атмосферы и местности, обрушение поврежденных конструкций.

Существует 2 вида источников вторичных поражающих факторов: внутренние (взрывоопасные установки, коммуникации); внешние (гидроузлы, горючие жидкости).

.2.5.2 Устойчивость функционирования промышленных объектов в ЧС

Под устойчивостью работы промышленного объекта понимают способность объекта выпускать установленные виды продукции в объемах и номенклатуре, предусмотренных соответствующими планами в условиях ЧС, а также приспособленность этого объекта к восстановлению в случае повреждения. Для объектов, не связанных с производством материальных ценностей (транспорта, связи, линий электропередач и т. п.) устойчивость определяется его способностью выполнять свои функции. Под устойчивостью технической системы понимается возможность сохранения ею работоспособности при ЧС.

Повышение устойчивости технических систем и объектов достигается главным образом организационно-техническими мероприятиями, которым всегда предшествует исследование устойчивости конкретного объекта.

На первом этапе исследования анализируют устойчивость и уязвимость его элементов в условиях ЧС, а также оценивают опасность выхода из строя или разрушения элементов или всего объекта в целом. На этом этапе анализируют:

надежность установок и технологических комплексов;

последствия аварий отдельных систем производства;

распространение ударной волны по территории предприятия при взрывах сосудов, коммуникаций, ядерных зарядов и т. п.;

распространение огня при пожарах различных видов;

рассеивание веществ, высвобождающихся при ЧС;

возможность вторичного образования токсичных, пожаро- и взрывоопасных смесей и т. п.

Оценка может проводиться с применением различных методов анализа повреждений и дефектов, в том числе и с построением дерева отказов и дерева событий.

На втором этапе исследования разрабатывают мероприятия по повышению

устойчивости и подготовке объекта к восстановлению после ЧС. Эти мероприятия составляют основу плана-графика повышения устойчивости объекта. В плане указывают объем и стоимость планируемых работ, источники финансирования, основные материалы и их количество, машины и механизмы, рабочую силу, ответственных исполнителей, сроки выполнения и т. д.

Исследование устойчивости функционирования объекта начинается задолго до ввода его в эксплуатацию. На стадии проектирования это в той или иной степени делает проектант. Такое же исследование объекта проводится соответствующими службами на стадии технических, экономических, экологических и иных видов экспертиз. Каждая реконструкция или расширение объекта также требует нового исследования устойчивости. Таким образом, исследование устойчивости - это не одноразовое действие, а длительный, динамичный процесс, требующий постоянного внимания со стороны руководства, технического персонала, служб гражданской обороны.

Любой промышленный объект включает наземные здания и сооружения основного и вспомогательного производства, складские помещения и здания административно-бытового назначения. В зданиях и сооружениях основного и вспомогательного производства размещается типовое технологическое оборудование, сети газо-, тепло-, электроснабжения. Между собой здания и сооружения соединены сетью внутреннего транспорта, сетью энергоносителей и системами связи и управления. На территории промышленного объекта могут быть расположены сооружения автономных систем электро- и водоснабжения, а также отдельно стоящие технологические установки и т. д. Здания и сооружения возводятся по типовым проектам, из унифицированных материалов. Проекты производств выполняются по единым нормам технологического проектирования, что приводит к среднему уровню плотности застройки (обычно 30-60 %). Все это дает основание считать, что для всех промышленных объектов, независимо от профиля производства и назначения, характерны общие факторы, влияющие на устойчивость объекта и подготовку его к работе в условиях ЧС.

На работоспособность промышленного объекта оказывают негативное влияние специфические условия и прежде всего район его расположения. Он определяет уровень и вероятность воздействия опасных факторов природного происхождения (сейсмическое воздействие, сели, оползни, тайфуны, цунами, число гроз, ливневых дождей и т. д.). Поэтому большое внимание уделяется исследованию и анализу района расположения объекта. При этом выясняются метеорологические условия района (количество осадков, направление господствующих ветров, максимальная и минимальная температура самого жаркого и самого холодного месяца; изучается рельеф местности, характер грунта, глубина залегания подпочвенных вод, их химический состав. На устойчивость объекта влияют: характер застройки территории (структура, тип, плотность застройки), окружающие объект смежные производства, транспортные магистрали, естественные условия прилегающей местности (лесные массивы - источники пожаров, водные объекты - возможные транспортные коммуникации, огнепреградительные зоны и в то же время источники наводнений и т. п.).

Район расположения может оказаться решающим фактором в обеспечении защиты и работоспособности объекта в случае выхода из строя штатных путей подачи исходного сырья или энергоносителей. Например, наличие реки вблизи объекта позволит при разрушении железнодорожных или трубопроводных магистралей осуществить подачу материалов, сырья и комплектующих водным транспортом.

При изучении устойчивости объекта дают характеристику зданиям основного и вспомогательного производства, а также зданиям, которые не будут участвовать в производстве основной продукции в случае ЧС. Устанавливают основные особенности их конструкции, указывают технические данные, этажность, длину и высоту, вид каркаса, стеновые заполнения, световые проемы, кровлю, перекрытия, степень износа, огнестойкость здания, число рабочих и служащих, одновременно находящихся в здании (наибольшая рабочая смена), наличие встроенных в здание и вблизи расположенных убежищ, наличие в здании средств эвакуации и их пропускная способность.

При оценке внутренней планировки территории объекта определяется влияние плотности и типа застройки на возможность возникновения и распространения пожаров, образования завалов входов в убежища и проходов между зданиями. Особое внимание обращается на участки, где могут возникнуть вторичные факторы поражения. Такими источниками являются: емкости с ЛВЖ и СДЯВ, склады ВВ и взрывоопасные технологические установки; технологические коммуникации, разрушение которых может вызвать пожары, взрывы и загазованность, склады легковоспламеняющихся материалов, аммиачные установки и др. При этом прогнозируются последствия следующих процессов:

)         утечки тяжелых и легких газов или токсичных дымов;

)         рассеивания продуктов сгорания во внутренних помещениях;

)         пожары цистерн, колодцев, фонтанов;

)         нагрева и испарения жидкостей в бассейнах и емкостях;

)         воздействие на человека продуктов горения и иных химических веществ;

)         радиационного теплообмена при пожарах;

)         взрывов паров ЛВЖ;

)         образования ударной волны в результате взрывов паров ЛВЖ, сосудов, находящихся под давлением, взрывов в закрытых и открытых помещениях;

)         распространение пламени в зданиях и сооружениях объекта и т. п. Технологический процесс изучается с учетом специфики производства на время ЧС (изменение технологии, частичное прекращение производства, переключение на производство новой продукции и т. п.). Оценивается минимум и возможность замены энергоносителей; возможность автономной работы отдельных станков, установок и цехов объекта; запасы и места расположения СДЯВ, ЛВЖ и горючих веществ; способы безаварийной остановки производства в условиях ЧС. Особое внимание уделяется изучению систем газоснабжения, поскольку разрушение этих систем может привести к появлению вторичных поражающих факторов.

При исследовании систем управления производством на объекте изучают расстановку сил и состояние пунктов управления и надежности узлов связи;

определяют источники пополнения рабочей силы, анализируют возможности взаимозаменяемости руководящего состава объекта. Рассмотрим теперь пути повышения устойчивости функционирования наиболее важных видов технических систем и объектов.

Системы водоснабжения представляют собой крупный комплекс зданий и сооружений, удаленных друг от друга на значительные расстояния. При чрезвычайных ситуациях, как правило, все элементы этой системы не могут быть выведены из строя одновременно. При проектировании системы водоснабжения необходимо предусмотреть меры их зашиты в чрезвычайных ситуациях. Ответственные элементы системы водоснабжения целесообразно размещать ниже поверхности земли, что повышает их устойчивость. Для города надо иметь два-три источника водоснабжения, а для промышленных магистралей (промышленного водоснабжения) - не менее двух-трех вводов от городских магистралей. Следует предусмотреть возможность ремонта данных систем без их остановки и отключения водоснабжения других потребителей.

Весьма важной является система водоотведения загрязненных (сточных) вод (система канализации). В результате ее разрушения создаются условия для развития болезней и эпидемий. Скопление сточных вод на территории объекта затрудняет проведение аварийно-спасательных и восстановительных работ. Повышение устойчивости системы канализации достигается созданием резервной сети труб, по которым может отводиться загрязненная вода при аварии основной сети. Должна быть разработана схема аварийного выпуска сточных вод непосредственно в водоемы. Насосы, используемые для перекачки загрязненной воды, комплектуются надежными источниками электропитания.

В разных чрезвычайных ситуациях электрические сооружения и сети могут получить различные разрушения и повреждения. Их наиболее уязвимыми частями являются наземные сооружения (электростанции, подстанции, трансформаторные станции), а также воздушные линии электропередач. В современных крупных энергосистемах применяются различные автоматические устройства, способные практически мгновенно отключить поврежденные электроисточники, сохраняя

работоспособность системы в целом. Для повышения устойчивости системы электроснабжения в первую очередь целесообразно заменить воздушные линии электропередач на кабельные (подземные) сети, использовать резервные сети для запитки потребителей, предусмотреть автономные резервные источники электропитания объекта (передвижные электрогенераторы).

Весьма важно обеспечить устойчивость системы газоснабжения, так как при ее разрушении или повреждении возможны возникновение пожаров и взрывов, а также выход газа в окружающую среду, что значительно затрудняет проведение аварийно-спасательных и восстановительных работ.

Основные мероприятия по увеличению устойчивости систем газоснабжения следующие: сооружение подземных обводных газопроводов (бассейнов), обеспечивающих подачу газа в аварийных условиях; использование устройств, обеспечивающих возможность работы оборудования при пониженном давлении в газопроводах; создание на предприятиях аварийного запаса альтернативного вида топлива (угля, мазута); осуществление газоснабжения объекта от нескольких источников (газопроводов); создание подземных хранилищ газа высокого давления; использование на закольцованных системах газоснабжения отключающих устройств, установленных на распределительной сети.

В результате чрезвычайной ситуации может быть серьезно повреждена система теплоснабжения населенного пункта или предприятия, что создает серьезные трудности для их функционирования, особенно в холодный период года. Так, разрушение трубопроводов с горячей водой или паром может повлечь их затопление и затруднить локализацию и ликвидацию аварии. Наиболее уязвимые элементы систем теплоснабжения - теплоэлектроцентрали и районные котельные.

Основным способом повышения устойчивости внутреннего оборудования тепловых сетей является их дублирование. Необходимо также обеспечить возможность отключения поврежденных участков теплосетей без нарушения ритма теплоснабжения потребителей, а также создать системы резервного теплоснабжения. В результате воздействия ударной волны, возникающей при взрывах различного происхождения (при аварии газопроводов, при военных действиях), могут серьезно пострадать подземные коммуникации, включая подземные переходы и транспортные сооружения (эстакады, путепроводы, мосты и др.). Наибольшее разрушение различных мостовых сооружений вызывает боковая ударная волна, направленная перпендикулярно пролетному строению моста. Весьма опасным для этих сооружений является воздействие ударных волн, отраженных от поверхности воды (реки, водоема). Воздействие ударной волны на подземные сооружения (коллекторы) может вызвать их повреждение. Особенно опасно в этом случае разрушение трубопроводов с горячей водой или паром, а также газопроводов.

Основным средством повышения устойчивости рассмотренных сооружений от воздействия ударной волны является повышение прочности и жесткости конструкций.

Особое внимание следует уделять устойчивости складов и хранилищ ядовитых, пожаро- и взрывоопасных веществ в условиях чрезвычайных ситуаций. Это достигается проведением следующих мероприятий: переводом указанных материалов на хранение из наземных складов в подземные, хранением минимального количества ядовитых, пожаро- и взрывоопасных веществ, а также безостановочным использованием этих веществ при поступлении на объект минуя склад («работа с колес»).

Для повышения устойчивости работы объектов в чрезвычайных ситуациях необходимо уделять значительное внимание защите рабочих и служащих. Для этого на объектах строятся убежища и укрытия, предназначенные для защиты персонала, создается и поддерживается в постоянной готовности система оповещения рабочих и служащих объекта, а также проживающего вблизи объекта населения о возникновении чрезвычайной ситуации. Персонал, обслуживающий объект, должен знать о режиме его работы в случае возникновения чрезвычайной ситуации, а также быть обученным выполнению конкретных работ по ликвидации очагов поражения.

.2.6 Принципы организации и содержания спасательных и других неотложных работ по ликвидации последствий ЧС

Надежная защита рабочих и служащих при ЧС является важнейшим фактором повышения устойчивости работы любого объекта производства, т. к. без людей никакое производство не мыслимо. К спасательным работам относятся:

)         локализация и тушение пожаров;

)         розыск потерпевших и извлечение их из завалов, поврежденных и горящих зданий, загазованных и задымленных помещений;

)         подача воздуха в задымленные защитные сооружения; вскрытие заваленных защитных сооружений и спасение находящихся в них людей;

)         оказание первой медицинской помощи.

15.2.7 Действия персонала в условиях ЧС

.         При возникновении пожара необходимо немедленно, до прибытия пожарного подразделения, привести в действие соответствующие подручные средства тушения, проверить включение автоматических систем тушения эвакуировать огнеопасные материалы и ценное оборудование, отключить подачу электроэнергии, горючих веществ и кислорода, сообщить о пожаре пожарной охране.

Важно принять меры для защиты людей, занятых тушением пожара, от вредного воздействия высокой температуры, теплового излучения и газообразных продуктов горения.

.         Получив информацию о выбросе в атмосферу сильнодействующих веществ и об опасности химического заражения, необходимо надеть средства индивидуальной защиты органов дыхания и кожи (противогаз, марлевую повязку, плащи, накидки). Укрыться в ближайшем убежище или покинуть район аварии.

Если выйти из района аварии невозможно, останьтесь в помещении, включите радиоточку и ждите сообщения штаба по чрезвычайным ситуациям. Плотно закройте окна, двери, вентиляционные отдушины. Надежная герметизация помещения значительно уменьшит возможность проникновения ядовитых сильнодействующих веществ.

.         При радиоактивном заражении также используют йодистый калий из аптечки АИ-2. При радиоактивном заражении для зашиты органов дыхания используют респираторы типа «Лепесток», Р-2, У-2К, ватно-марлевые повязки, противопульные тканевые маски ПТМ-1. Для защиты кожных покровов используют плащи с капюшонами, накидки, комбинезоны, резиновую обувь, перчатки.

.         Землетрясение является одним из наиболее разрушительных явлений природы, происходящих в результате сейсмических волн и подвижек определенных участков земной коры, что вызывает коробление земли, образование гигантских трещин, обвалы, оползни и т.п.

Очень часто землетрясение сопровождается пожарами.

При угрозе землетрясения необходимо: прежде чем покинуть рабочее место необходимо отключить электричество и газ. Если землетрясение застало вас в помещении, опасность падения штукатурки, арматуры, шкафов, полок. Держитесь подальше от окон, зеркал, светильников. Стоять у внутренней стены в дверном проеме. Как только стихнут толчки немедленно покинуть здание.

Находитесь на улице, на площади, пустыре - подальше от зданий, сооружений, столбов и линий электропередачи.

.         Наводнение чаще всего происходит в результате выпадения обильных осадков, таяния снега и др.

При угрозе наводнения необходимо: выходить на безопасное место возвышенность (верхние этажи, чердаки зданий). Использовать имеющиеся плавающие средства или соорудить их из бревен, досок, автомобильных камер и проч.

Оказавшись в воде сбросить с себя тяжелую одежду и обувь, воспользуйтесь плавающими над водой предметами.

Список литературы

1)       Ямпольский А. М., Современная технология никелирования, Л., 1950

)        Горбунова К.М., Никифорова А.А., Физико-химические основы процесса химического никелирования, М., 1960

)        Бибиков Н.Н. Иванова Е.В. Химическое никелирование. Ленинград, 1959

)        Вансовская К.М. Металлические покрытия, нанесенные химическим способом. Л.: Машиностроение, 1985

)        Лайнер В. И., Современная гальванотехника, М., 1967.

)        Синдеев Ю.Г. Гальванические покрытия. М.: Феникс, 2000

)        Л.И. Никандрова. Химические способы получения металлических покрытий. Л.: Машиностроение. 1971

)        Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Л.: Машиностроение. 1983

)        С.А. Вишенков. Химические и электрохимические способы осаждения металлопокрытий. М.: Машиностроение, 1975

)        Зюзькевич С.А. Очистка деталей от жировых загрязнений перед нанесением гальванических покрытий // Мир гальваники. №1, 2007

)        В.В.Усова, Т.П. Плотникова, С.А. Кушакевич Травление титана и его сплавов. Москва, «Металлургия» 1984

)        Ройтман Е.Я., Глушков А.С., Рясов С.Ю. «Экономическое обоснование дипломных научно-исследовательских работ» М.: МГВМИ, 2009

)        О.Б. Громова, Е.С. Кругликва «Безопасность и экология. Методические указания по разделу «Безопасность и экология»в дипломных работах и проектах» М.: МГВМИ 2011 г.

)        Кукин Г.Н., Лапин В.Л. «Безопасность жизнедеятельности: безопасность технологических процессов и производства. Охрана труда.» М.: Высшая школа, 1999 г.

Похожие работы на - Процесс химического никелирования

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!