Odtłuszczanie chemiczne i elektrochemiczne

galwanizernie • 15 Kwiecień 2017

Odtłuszczania: chemiczne i elektrochemiczne są - obok stosowanego często poza linią odtłuszczania wstępnego, trawienia i dekapowania (aktywacji) - etapami w sekwencji procesów przygotowania powierzchni detali przed nakładaniem powłok galwanicznych.

Na przykład przygotowanie powierzchni stali może wyglądać następująco:

  1. odtłuszczanie wstępne
  2. płukanie
  3. odtłuszczanie chemiczne
  4. płukanie
  5. trawienie
  6. płukanie
  7. odtłuszczanie elektrochemiczne
  8. płukanie
  9. dekapowanie itd.

Odtłuszczanie prowadzi się w celu usunięcia z powierzchni detali różnego typu zanieczyszczeń, takich jak:

  • zanieczyszczenia mechaniczne
  • produkty korozji
  • smary, oleje, tłuszcze itp.
  • pasty polerskie.

Właściwe przygotowanie powierzchni jest nieodzownym warunkiem otrzymania powłok galwanicznych dobrej jakości, o wymaganej odporności korozyjnej.

60 - 70% braków w galwanizerni powstaje na skutek nieodpowiedniego przygotowania powierzchni.

1. Odtłuszczanie chemiczne

Prowadzi się je w roztworach alkalicznych, zawierających najczęściej:

  • wodorotlenek sodowy (potasowy)
  • węglan sodowy (potasowy)
  • fosforany
  • krzemiany
  • borany
  • glukoniany

Stężenia poszczególnych składników wahają się w dość szerokim zakresie i zależą od materiału podłoża i rodzaju zanieczyszczeń.

W literaturze można znaleźć dużą ilość receptur kąpieli odtłuszczających wraz z ich parametrami pracy. W Tablicy 1 podano przykłady składów podstawowych kąpieli do otłuszczania i parametrów ich pracy (za doc. Dr Z.Kolanko).

Receptury kąpieli
Rodzaj podłoża Skład kąpieli w g/l Temp. °C Rodzaj odtłuszczania Gęstość prądu w A/dm² Czas odtłuszczania w min.
1 2 3 4 5 6
Stal, stal nierdzewna i kwasoodporna /ew. powłoka Ni nałożona elektro − chemicznie/
  • NaOH
  • Na2CO3
  • Na3PO4
  • x12H2O
  • oraz ew.
  • Na2SiO3
  • /x2/zwilżacz
  • 30-50
  • 30-50
  •  
  • 30-50
  •  
  • 20-30
  • 0,05-0,1
85±5 Chemiczne - Zależnie od potrzeb
Elekrto − chemiczne 5-10 3-5
  • Miedź
  • Mosiądz
  • /Ms/
  • /x1/
  • NaOH
  • Na2CO3
  • Na3PO4
  • x12H2O
  • oraz ew.
  • /x2/zwilżacz
  • 5
  • 20-30
  •  
  • 20-30
  •  
  • 0,05-0,1
75±5 Chemiczne wyłącznie Cu - Zależnie od potrzeb
Elektro − chemiczne
  • Cu
  • Ms

  • 3-6
  • 2-5

  • 2-3
  • 1-3
  • Stopy cynku
  • /znal/
  • /x1/
  • NaOH
  • Na2CO3
  • Na3PO4
  • x12H2O
  • 5
  • 20-25
  •  
  • 20-25
75±5 Elekrto − chemiczne 10-15 katodowo,w zako­ńczeniu kilka sekund anodowo 45-60 sekund
Aluminium i jego stopy
  • NaOH oraz
  • Na2CO3
  • lub Na3PO4
  • x12H2O
  • lub rzadziej
  • Na2SiO3
  • 5-10
  • 25-30
  •  
  • 20-25
  •  
  • do 20
80±5 Chemiczne - Zależnie od potrzeb 1-3 min
55±5 Elekrto − chemiczne 2-5 3-5

Uwagi:

/x1/ Ze względu na reaktywność podłoża oraz czas trwania operacji – unikać odtłuszczania chemicznego.

/x2/ Zwilżacz stosować do otłuszczania chemicznego. Do kąpieli przeznaczonych do odtłuszczania elektrochemicznego nie należy dodawać zwilżaczy tworzących pianę, ze względu na możliwość gromadzenia się w niej wodoru i tlenu, co przy iskrzeniu np. podczas zdejmowania wieszaków może doprowadzić do wybuchu.

Postęp w opracowaniu nowych, wydajniejszych kąpieli odtłuszczających polega - tak jak w przypadku wszystkich kąpieli galwanicznych - nie tyle na zmianie składu podstawowego, ile na wprowadzaniu odpowiednich, wyspecjalizowanych dodatków organicznych wspomagających odtłuszczanie. Są to generalnie środki powierzchniowo czynne (SPC) - mające właściwości zwilżające, pieniące, emulgujące, flotujące itp.

Cząsteczka SPC składa się z części hydrofobowej (niepolarnej - nierozpuszczalnej w wodzie, a łatwo rozpuszczalnej w cieczach niepolarnych, np. w olejach) i części hydrofilowej (polarnej - rozpuszczalnej w wodzie a nierozpuszczalnej w cieczach niepolarnych). Ze względu na budowę chemiczną można wyróżnić cztery grupy SPC: anionowe, kationowe, niejonowe i amfoteryczne.

Jako dodatki do kąpieli odtłuszczających stosowane są najczęściej związki anionowe (zawierające kwasową grupę hydrofilową) oraz niejonowe (nie dysocjujące w roztworze wodnym na jony, a których rozpuszczalność w wodzie powoduje obecność grup organicznych o dużym powinowactwie do wody).

Schemat działania środków powierzchniowo czynnych.

Schemat działania środków powierzchniowo czynnych

Mechanizm działania środków powierzchniowo czynnych w kąpieli odtłuszczającej.

Mechanizm działania środków powierzchniowo czynnychMechanizm działania środków powierzchniowo czynnychMechanizm działania środków powierzchniowo czynnychMechanizm działania środków powierzchniowo czynnych

We współczesnej galwanotechnice generalnie odchodzi się od samodzielnie sporządzanych odtłuszczań, coraz częściej stosując gotowe do rozpuszczenia w wodzie mieszanki - w formie stałej lub ciekłego koncentratu.

Zaletami takiego rozwiązania są:

  • łatwe sporządzanie i uzupełnianie kąpieli
  • na ogół znacznie niższe sumaryczne stężenia soli
  • wydłużony “czas życia”
  • dodatki organiczne ulegające biodegradacji
  • niższe koszty obróbki ścieków
  • mniejsze wynoszenie
  • znacznie ograniczona emisja oparów do atmosfery

Dobór odpowiedniego przygotowania powierzchni jest w tym przypadku zadaniem dostawcy technologii i wymaga niekiedy przeprowadzenia prób na detalach klienta.

2. Odtłuszczanie elektrochemiczne

Jest ostatnim przed aktywacją procesem w sekwencji przygotowania powierzchni. Działanie chemiczne jest w tym etapie zintensyfikowane przez wydzielanie się tlenu (cykl anodowy), lub wodoru (cykl katodowy). Składy podstawowe kąpieli są zbliżone do odtłuszczania chemicznego. Stosowane czasy, temperatury i gęstości prądu zależą od materiału podłoża, rodzaju zanieczyszczeń i stopnia zanieczyszczenia powierzchni.

W większości przypadków preferuje się odtłuszczanie anodowe (lub katodowo-anodowe, kończące się zawsze dłuższym cyklem anodowym), unikając w ten sposób nawodorowania podłoża oraz ewentualnego osadzania się (w procesie katodowym) na powierzchni detalu zanieczyszczeń obecnych w kąpieli. Również w tym przypadku coraz powszechniej stosowane są gotowe, wyspecjalizowane “mieszanki firmowe”.