Перейти к содержанию
Yuriy Skvortsov

Вертикальная ванна горячего фосфатирования

Рекомендуемые сообщения

В процессе реализации очередного проекта контактной сварки http://www.chipmaker.ru/topic/194619/ захотел таки реализовать горячее фосфатирование деталей, из которых эту установку собираю. Большая часть деталей - прямоугольные стальные трубы. Соответственно было поставлено ТЗ - изготовить вертикальную ванну диаметром ~100мм и высотой ~1м с возможностью нагрева до 100 (а лучше - 150) градусов, оснащённую крышкой с обратным холодильником (для возвращения испаряющейся воды в систему). Наполнить ванну было решено раствором для горячего оксидирующего фосфатирования, хотя в принципе возможно при необходимости заменить его на раствор горячего щелочного оксидирования.

 

Поехали! На чермете удалось добыть за $6 трубу в практически первозданном состоянии с относительно толстой стенкой ф108 L1100. Где-то рядом ещё по $5.55/шт выловились фланцы под этот диаметр. Трубопровод варю впервые, так что не судите строго. Долго игрался с разными электродами и токами, первый фланец приварился не очень симпатично (он пошёл потом на верхнюю часть, где давления не будет), нижний чуть поаккуратнее. В любом случае, корень проварился достаточно плотно и ничего нигде не течёт.

 

post-51086-017222700_1496911005_thumb.jpgpost-51086-009145200_1496911017_thumb.jpgpost-51086-002980900_1496911036_thumb.jpgpost-51086-014361600_1496911056_thumb.jpgpost-51086-038394200_1496911075_thumb.jpgpost-51086-047401700_1496911443_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Ещё за $5 на том же чермете добыты две заготовки - блинчики, для крышек. Болтом и чьей-то матерью закрепил их на токарнике и сделал, ну, собственно, крышки. В нижней по центру отверстие под заглушку на пол-дюйма, на случай если захочу через низ сливать. Может быть даже захочу поставить туда кран или что-то такое потом.

post-51086-047010700_1496912078_thumb.jpgpost-51086-048035200_1496912093_thumb.jpgpost-51086-040654200_1496912106_thumb.jpgpost-51086-044950300_1496912119_thumb.jpgpost-51086-038642400_1496912133_thumb.jpgpost-51086-023900400_1496912152_thumb.jpgpost-51086-025465600_1496912172_thumb.jpgpost-51086-023425600_1496912195_thumb.jpg

 

Ну и немножко слесарки:

post-51086-038801400_1496912215_thumb.jpgpost-51086-051519200_1496912257_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Теперь нужна пол-дюймовая заглушка, под ключ, желательно с фланцем (уплотнение прижимать) и стальная. На базаре не нашлось. Ладно, точим-фрезеруем!

post-51086-053221700_1496912726_thumb.jpgpost-51086-024499800_1496912760_thumb.jpgpost-51086-073404500_1496912778_thumb.jpgpost-51086-062033000_1496912793_thumb.jpgpost-51086-020054000_1496912812_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Предварительно собрал и поставил.

post-51086-063877900_1496912939_thumb.jpg

 

Нужны ножки.. Ок, да будут ножки!

post-51086-082112900_1496913005_thumb.jpg

 

Хомутами прикручиваю гибкий ТЭН и заворачиваю в мин.вату.

post-51086-026849200_1496913188_thumb.jpgpost-51086-067499100_1496913254_thumb.jpg

 

Решил испытать с ТЭНом на сухую. Хотел довести до 200 градусов, но переоценил теплопроводность конструкции. Когда на верхнем фланце было около 200, по центру трубы разогрелось где-то до 500 судя по всему. В этот момент стёкшая с клеммы полимерная изоляция обуглилась, замкнула ввод на корпус (заземлённый), образовалась дуга, которая крепко приварила вводной провод к стальной трубе. При том очень качественно - под слоем флюса, образовавшегося от стекающей в дугу стеклоткани.

 

Ладно, разобрал, поставил пару новых ТЭНов. В этот раз 2х 800Вт. Выводы сделал от каждого индивидуально, буду иметь возможность поиграться с коммутацией.

post-51086-036925100_1496913545_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Теперь о электролите. Рецептур много, но так или иначе основными компонентами фигурируют фосфаты и нитраты марганца, железа и цинка в различных соотношениях. Можно купить препарат "МАЖЕФ" (Марганец Железо Фосфор) и добавить к нему нитрата цинка, по желанию корректировать ортофосфорной кислотой. Можно купить отдельно фосфаты марганца и железа, нитрат цинка и ортофосфорку.

Однако в последнее время наша промышленность приуныла, цены на ХЧ реагенты стали невменяемыми, на слово "Марганец" в хим. магазине нервно подёргивают бровью и предлагают, в лучшем случае, сульфат. В общем, из магазина я ушёл с каким-то полужиденьким нитратом цинка и мутной зелёной ортофосфоркой (и то и то "техническое", соответственно).

Шут с тобой, золотая рыбка! Объявляем небольшую компанию по сбору батареек:

post-51086-006077200_1496914150_thumb.jpgpost-51086-095676100_1496914180_thumb.jpg

 

Было больше, но сфоткал не всё. Батарейки перебрал, выбрал алкалайновые. Конструкция их такова: в никелированный стальной стакан набита смесь диоксида марганца с углём. Внутри в бумажном "чехле" порошок цинка, в который вставлен латунный электрод. Всё это добро смочено раствором едкого кали. Это в новой батарейке. А в поюзаной цинк находится в виде оксида (и частично, видимо, цинката калия), а большая часть марганца в виде оксида марганца (III). Это как раз очень удобно, т.к. исходный оксид марганца (IV) в кислотах не растворяется, а оксид марганца (III) растворяется с диспропорционированием до соли двухвалентного марганца и оксида марганца (IV).

Процедуру я провёл такую: сначала разрезал все батарейки труборезом для ПП труб (осторожно, плюётся щёлочью! работать в маске/очках и перчатках, при попадании на кожу тут же смывать!), загрузил это хозяйство в 3л бутыль и залил водой (у меня была после обратного осмоса, но технология не то чтоб очень чистая, так что смотрите сами, может вам и водопроводной хватит). Потрусил, поболтал, дал отстояться. Слил воду (её не надо брать много) в другой 3л бутыль "для щелочных отходов". Его, кстати, можно было видеть в одной корзине с другой вертикальной ванной (пластиковой) на этом фото:

post-51086-013858400_1496915203_thumb.jpg

Ещё несколько раз заливал воду, болтал, кипятил на водяной бане, давал отстояться, сливал воду и опять по циклу. Так я вымыл большую часть щёлочи (надеюсь, цинкат калия тоже по большей части гидролизовался и в виде щелочного раствора нас покинул) и получил 3л "омывок" едкого кали (может пригодится на что). По хорошему счёту теперь надо было бы провести ещё одну-две слабокислые промывки для окончательного удаления щёлочи, но я поленился, да и не хотел терять полезный продукт - оксиды цинка и марганца.

Таким образом, следующий этап - растворение оксидов. Залил ортофосфоркой, потрусил, оставил на ночь реагировать, прикрыв крышкой, но неплотно, чтоб водород мог выходить. Потом долил туда же ещё немного воды, снова оставил на сутки. Слил жилкость в бутыль для "полуфабриката". Повторил ещё пару раз с эпизодическим кипячением на водяной бане. Собрал таким образом 3л мутной зелёной жидкости с огромным количеством осадка. Отделил жидкость от осадка сифонированием через тряпичный мешочек и пропустил через бумажный фильтр. Походу дела ещё раз промыл батарейки ортофосфоркой, слил в банку с осадком, промыв таким образом и его, и досифонировал окончательно. На выходе 3л такой же зелёной, но менее мутной жидкости и сантиметров 5 по высоте 3л бутыля осадка в другой банке. Осадок, по видимому, смесь диоксида марганца, графита и некоторого количества нерастворимых фосфатов. Зелёная жидкость - смесь кислых фосфатов марганца и цинка. По остывании из неё, кстати, ещё около сантиметра этих фосфатов выпало на дно.

Дальше я это хозяйство худо-бедно оттитровал щёлочью для определения свободной и общей кислотности (подробности опущу, чтобы химики кровавыми слезами не плакали), прикинул коэффициент разбавления (вышло где-то 1.8л концентрата на 10л ванны), добавил пол-кило "полужидкого" нитрата цинка (уж не знаю, сколько его там в пересчёте на сухую массу), и немного ортофосфорки, исходя из необходимой по рецептуре коррекции. Фух, Готово!

 

Спешил уже домой, но успел в последние минуты это всё запустить и опробовать на одной детали:

post-51086-097022200_1496916171_thumb.jpg

 

Пятна появились по двум причинам:

1) раствор только-только залил и смешал, свежеобразовавшиеся осадки не успели осесть и плавали хлопьями. Часть из них, видимо, налипла в процессе.

2) мыл потом деталь под краном и оставил сохнуть не вытирая, соответственно соли из водопроводной воды отложились.

 

Надеюсь, на следующей детали получится аккуратней.

Вообще, покрытие довольно толстое, плотное и твёрдое. Держится намертво. Шершавое, стачивает ногти. Под покраску будет идеально. Ну а если удастся избавиться от пятен, то дальнейшее пассивирование дихроматом и пропитка льняным маслом должны дать отличные антикоррозионные свойства и внешний вид.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Сегодня сделал из куска ржавой трубы обратный холодильник и, чтобы он не был таким ржавым, перед установкой его и фосфатировал. В этот раз покрытие получилось серого цвета, ближе к привычному для фосфатирования. После отмывки под краном всё покрылось белым налётом равномерно, будто мелом помазали. Обтёр льняным маслом и чуток погрел над газовой плитой - стало чёрным. В общем, загадки и метамарфозы.

post-51086-040494500_1496950616_thumb.jpgpost-51086-024574400_1496950632_thumb.jpgpost-51086-018055900_1496950649_thumb.jpgpost-51086-051934200_1496950669_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Тем временем допиливаю некоторые детали ванны и электрическую часть. Успел сфотографировать детали муфты, через которую в крышку будет устанавливаться термометр. Детали фосфатировал на холодную, вымочил в растворе бихромата (пассивация), потом окунул в льняное масло и немного прожарил на огне, потом обратно в масло. Такое комбинированное фосфатирование - воронение. На самой крупной детали вышло хорошо, с маленькими чуть переборщил - они покрылись толстой плёнкой полимеризованного масла. Она не очень прочная, по этому вид неаккуратный.

post-51086-012460600_1497904093_thumb.jpgpost-51086-021550300_1497904109_thumb.jpgpost-51086-084011700_1497904128_thumb.jpgpost-51086-025198100_1497904148_thumb.jpgpost-51086-099855800_1497904172_thumb.jpgpost-51086-056999400_1497904188_thumb.jpgpost-51086-067525700_1497904202_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Собрал верхнюю крышку (попутно фосфатировав её и другие детали на холодную с промасливанием) с муфтой для крепления термометра и нормально закреплённой рым-гайкой:

post-51086-094469700_1498335012_thumb.jpgpost-51086-018783600_1498335025_thumb.jpg

В корпусе от УПСа смонтировал нехитрую (пока что) электрику. Соединил с ТЭНами штатными же для УПСа проводами (очень удобно, что сзади у УПСа один штекер для входа и два для выхода). Пока что электрика состоит из переключателя (два полюса, три позиции), который позволяет включать ТЭНы либо параллельно (макс. мощность, первоначальный разогрев), либо последовательно и с симисторным регулятором в цепи.

post-51086-047478400_1498335049_thumb.jpg

Добыл, наконец, необходимые индикаторы (фенолфталеин и метиловый оранжевый) и титровал пробы рабочего раствора на свободную и полную кислотность. Сделал предварительные коррекции.

post-51086-027393100_1498335066_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Образец слева - тот, что был самым первым. Два других сегодняшние. Из них один был выдержан 30мин при 98 градусах, другой 2 часа при 98..80. Разницы особенной не заметно. Самый первый чуть чернее, думаю, дело в концентрации марганца, изначально она могла быть немного выше. Пятна, вероятно, повторяют исходную неоднородность поверхности - где-то ржавчина, где-то остатки заводского фосфатирования, дефекты проката.

post-51086-080717400_1498339203_thumb.jpgpost-51086-029673600_1498339219_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Подготовил деталь, пошуршав с одной стороны влажной тряпкой с абразивом. С остальных сторон оставил как было, только помыл всё щёткой с порошком.

post-51086-082496000_1498401051_thumb.jpgpost-51086-088863200_1498401073_thumb.jpg

 

Решил попробовать тот же процесс, но в гальванической вариации. Деталь - анод, на внешнюю поверхность ~1дм2 поставил ток 2А.

post-51086-081924300_1498401095_thumb.jpgpost-51086-090992300_1498401111_thumb.jpg

Результат весьма неплохой, практически без пятен. На обработанной поверхности ещё лучше.

post-51086-033881000_1498401132_thumb.jpgpost-51086-048902200_1498401164_thumb.jpg

После горячей пропитки маслом поверхность стала совсем уж приятной. Однако, появились сколы покрытия на углах. Подозреваю, что фосфатный слой оказался слишком уж толстым. Надо будет попробовать при меньшем токе/выдержке.

post-51086-098373300_1498401186_thumb.jpgpost-51086-041912100_1498401208_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Ой.. Присмотрелся, и оказалось, что деталь случайно была катодом. Вопрос - почему оно вообще зафосфатировалось? - Ответ: потому, что после выключения тока ещё минут 30 в ванне бултыхалось. Тем не менее, покрытие получилось явно более равномерное, чем без тока, но проблемы с адгезией. Наверное, можно сделать ещё какие-то выводы, но лучше провести таки ещё эксперимент с правильной полярностью.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Изготавливаю клин для крепления деталей изнутри на распор:

post-51086-075680500_1498807913_thumb.jpgpost-51086-077678000_1498807923_thumb.jpgpost-51086-014129000_1498807932_thumb.jpgpost-51086-013702200_1498807943_thumb.jpgpost-51086-064294100_1498807955_thumb.jpgpost-51086-031025000_1498807965_thumb.jpgpost-51086-046350000_1498807978_thumb.jpgpost-51086-051841600_1498807990_thumb.jpg

 

Ещё один эксперимент с гальваникой. На этот раз поставил правильную полярность, деталь - анод. За 20мин напряжение поднялось с 2В до 8.3В. Хороший знак - говорит о том, что плотность плёнки увеличилась. Когда деталь была катодом, напряжение держалось на уровне 2.0-2.2 всю дорогу и покрытие получилось рыхлое.

post-51086-082789100_1498808015_thumb.jpgpost-51086-096452000_1498808024_thumb.jpgpost-51086-018369900_1498808039_thumb.jpg

После пассивации в дихромате и высыхания окраска получилась зеленоватой. Почему? Явный кандидат в виновники - трёхвалентный хром, продукт восстановления дихромата, но ведь на других деталях такого не было, а дихромат был везде. Могу предположить, что в анодном режиме образуются благоприятные условия для образования солей с более высокими степенями окисления входящих в них металлов, от того и различие в цвете. В целом, покрытие в нижнем слое очень плотное и чёрное, к поверхности немного рыхлеет и зеленеет. Щёткой под водой зелень не смывается.

post-51086-022531000_1498808093_thumb.jpgpost-51086-075651100_1498808113_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Сегодня у меня апдейт всего на одну фотографию: сделал отвод газов непосредственно в вентиляцию через пневматический шланг на быстроразъёмных соединениях.

post-51086-064061700_1499371879_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

После серии экспериментов пришёл к таким выводам: при катодной полярности и плотности тока ~2-3А/дм2 можно получить толстое но рыхлое покрытие условно-чёрного цвета. С анодной полярностью толстые покрытия получаются только по толстой ржавчине, а по чистому металлу плёнка получается хоть и плотная, но очень тонкая. Более того, при анодной поляризации даже уменьшается толщина ранее нарощенной без тока плёнки и появляется грязно-зелёная и неравномерная окраска, как тут:

post-51086-006314400_1500236467_thumb.jpg

Без гальваники по чистому металлу мне пока удавалось получить только тонкие полупрозрачные плёнки серо-зелёного цвета.

Достаточно прочное покрытие приятного цвета и адекватной толщины удалось получить при катодной полярности и плотности тока <1А/дм2, однако на углах детали (в местах повышенной плотности тока) покрытие меняет цвет с серого на чёрный:

post-51086-038955600_1500236535_thumb.jpgpost-51086-002024500_1500236566_thumb.jpg

На переменном токе ~1А/дм2 получаются более толстые, чем без тока, серые плёнки с равномерной окраской. Тем не менее, их толщина мне показалась недостаточной.

post-51086-097243900_1500236811_thumb.jpgpost-51086-062410200_1500236827_thumb.jpg

 

В результате пришёл к асимметричному переменному току с переменной компонентой ~0.8А/дм2 и приблизительно вдвое меньшей постоянной составляющей. Результат меня удовлетворил по всем параметрам:

post-51086-065616200_1500237239_thumb.jpg

После натирания льняным маслом, прогрева и протирки насухо:

post-51086-042004300_1500237138_thumb.jpgpost-51086-063394900_1500237173_thumb.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Yuriy Skvortsov, Симпатично.

Не пробовали оксидное фосфатирование с кальцием? И толстенько, и дешевенько (шо ж там - известь, азотная и фосфорная, окись марганца лишней не будет, но можно и без нее). Но цвет да - разный на разных сталях, может и светлосерый быть.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Ну, окислитель у меня в растворе есть - в качестве такового нитрат цинка засыпался. О роли кальция пока не знаю. Надо будет углубиться в литературу, пока что это моё первое знакомство с конверсионными покрытиями. Если можете по теме (и вообще, по покрытиям и по гальванике) что-то конкретное из литературы посоветовать - буду благодарен.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти

  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу


×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.