Tehnologia de Galvanizare

INTRODUCERE

Lucrarea de fata isi propune sa trateze liniile de tratatea si acoperirea metalelor la S.C INTERNATIONAL PLATING S.r.l, eficienta treceri la o linie automata, tinind cont de importanta pentru industrie a procesului de galvanizare .

S.C INTERNATIONAL PLATING S.R.L este o societate care activeaza in Romania din anul 2004. Productia efectiva a fost inceputa in anul 2005.

S.C. International Plating S.R.L dispune de un numar de 16 angajati calificati, capabili sa execute toate prelucrarile galvanice la o calitate foarte buna.

Obiectivul fondatorilor sai, care se mandresc cu o bogata experienta in sectorul tratamentelor galvanice este acela de a avea o structura care se raspunda in cel mai profesionist mod la cerintele clientilor printr-o calitate constanta si ridicata, termene de livrare scurte si respectate.Societatea fiind acreditata SR EN ISO 9001:2008, SR EN ISO 14001:2005, OHSAS 18001:2007.

Tratamentele efectuate de catre S.C. International Plating S.R.L sunt : nichelare chimica,nichelare electrochimica, argintare, cuprare, stanare, pasivare aluminiu, alamire alba (cu aliaj Cu+Zn+Sn), aurire. Toate aceste tratamente pot fi aplicate urmatoarelor metale: Aluminiu, Cupru,Otel, Zinc.

Societatea este specializata in tratamentele electrochimice si utilizeaza un aparat de tehnologie germana X RAY FISCHERSCOPE dotat cu raze X special conceput pentru masurarea straturilor si asigura calitatea tratamentelor galvanice pe care le executa.

Evolutia economiei, factorii de mediu politicile de mediu adoptate de Uniunea Europeana si aspectele ce privesc sanatatea si securitatea in munca duc la preocuparea de modernizare si inbunatatirea calitativa si cantitativa. În același timp, companiile sunt nevoite să facă fața reglentărilor de mediu si de siguranță dintre cele mai complexe..Prezența unor cantități mari de substanțe cu risc semnificativ (corozive, toxice, cancerigene, ) impune ca companiile să facă față reglementărilor în ceea ce privește: REACH autorizare și clasificare a produselor periculoase și CLP etichetarea, ADR transportul mărfurilor periculoase., RoHS restrictioneza folosirea a șase substante :plumb . mercur, cadmiu,hexavalent si doi agenti inflamabili bromuri.

Inca din faza de proiectare a pieselor trebuie avut in vedere alegerea materialelor,cat si masurile constructive sau metodele de protectie a produselor.

Procesele de tratamente termice si galvanizare pentru un reper sunt luate in calcul inca din faza de proiectare a acestuia.Cerintele legate de calitate , grad de acoperire, procese trebuiesc bine studiate pentru o viata mai lunga a produsului.

Oxidarea metalelor si nemetalelor produce pagube majore pe plan national dar si international. Coroziunea metalelor fie ele feroase sau neferoase reprezinta un cost, acesta numindu-se ,, Costul Coroziunii" acesta cuprinde pierderile directe (inlocuirea echipamentelor sau a pieselor corodate, utilizarea in constructie a unor materiale mai scumpe e.t.c) dar si pierderi indirecte (intarzierea livrarilor , cheltuieli legate de returul pieselor sau rebuturi e.t.c ). Metodele clasice de lupa impotriva acestei forte naturale numita COROZIUNE s-au dovedit a fi ineficiente , costisitoare dar si periculoase .

Desigur Coroziunea are si cateva efecte benefice pentru economie, acestea sunt:

-Materialele Biodegradabile din ambalaje sunt distruse

-Debitarea otelului in apa marina

-Controlul coroziuni metalelor este folosit atat ca protectie cat si pentru un efect vizual estetic (brunarea, pasivarea , eloxarea).

-Produsele din cupru care prin oxidare in mediu natural capata o culoarea albastru-verzuie, care impiedica oxidarea ulterioara si apreciata estetic.

Capitolul 1.

Consideratii generale asupra procesului de galvanizare

Definitie

"Galvanizarea-este un proces electrochimic,prin care se acoperă si se tratează suprafața unui metal sau aliaj cu un alt metal Acoperirile pot fi cu metale comune sau cu metale prețioase".[dex online]

Originile galvanizari datează de mai bine de 224 ani si ele pornesc de la studii de bioelerochimie care in timp au evaluat.cele mai importante descoperiri ștințifice sunt după cum urmeaza:

Numele de galvanizare provine de la descoperitorul acestei metode, medicul Italian Luigi Galvani in anul 1791., care face observații la mișcările de contracție ale mușchilor unei broaște atunci când aceasta este atinsă de o pensetă bimetalică

Italianul Alessandro Volta consideră că continuând cercetările lui Galvani, afirmă că picioarele broaștei s-au mișcat datorită formării unei micropile electrochimice între cele două metale care au intrat în contact prin intermediul unui electrolit.

"1799 Alessandro Volta a inventat pila electrică, iar numele său a fost dat unității de tensiune electrică (volt).

1806 Germanul Theodor von Grotthuss in timpul sederi sale in Italia publică lucrarea de electoliza și dă lumi o prima explicație științifică referitoare la trecerea curentului printr-un electrolit

1806-1807 inventatorul si chimistul englez Humphry Davy obține pe cale electrochimică

descoperirea metalelor calciu,natriu,bariu și borul . De asemena, a folosit și a studiat electroliza, iar în 1815 a inventat o lampă pentru mineri. A ajutat și la descoperirea clorului și a iodului.

1830 – are loc pentru prima dată depunerea controlată, pe cale galvanică, a metalelor prețioase

1830-1833 – Michael Faraday formulează una din legile de bază ale electrochimiei, arătând pe cale experimentală că, într-un sistem electrochimic, masa de substanță ce reacționează sub acțiune a curentului electric este direct proporțională cu cantitatea de electricitate care trece prin sistem și pentru aceeași cantitate de electricitate masa reacționată la electrozi este proporțională cu echivalentul chimic.

1834 – Faraday introduce termenii de echivalent electrochimic, catod, anod, electrod, ion, cation, anion, electrolit, numărul lui Faraday (F)

1836 – John Daniell prezintă variante incipiente ale pilei electrochimice de curent constant, denumită mai târziu pila Daniell – Jacobi

1839 – Wiliam R Grove inventează celula de combustie cu hidrogen și oxigen

1842 – Emil du Bois-Revmond arată că impulsul nervos transmis este însoțit de o schimbare a potențialului de membrană

1853 – Johann Wilhen Hittorf face primele experimente în domeniul migrației ionilor

1859 – Gaston Plante – acumulatorul de plumb ce va domina mai bine de 100 de ani tehnologia pilelor electrochimice reîncărcabile

1866 – Georges Leclanche descoperă pila zinc – dioxid de mangan folosită și astăzi cu foarte puține modificări

1879 – Hermann von Helmoholtz formulează primele teorii ale stratului dublu electric și publică lucrări referitoare la încărcarea interfeței metal – electrolit

1886 – Charles M. Hall și Paul Heroult pun bazele, în mod independent, procesului tehnologic de obținere a aluminiului electrolitic

1888 – Wilhelm Ostwald (ce ia premiul Nobel în 1920) publică primele cercetări în domeniul disocierii soluțiilor de electroliți și formulează legea diluției

1889 – Walther Nernst (în 1920 Premiul Nobel) elaborează teoria potențialului absolut și relativ de electrod și formulează ecuația ce-i poartă numele

1913 – odată cu producerea oțelului inoxidabil în cantități industriale în Sheffield (Anglia) apar și primele încercări de a explica teoretic pasivarea metalelor

1922 – Jaroslav Heyrovsky (premiul Nobel în 1959) pune bazele polarografiei utilizând un electrod picurător de mercur și aplică această tehnică la analiza ionilor din soluții de electroliți

1923-1927 – Peter Debye (premiul Nobel în 1936) Enrich Huckel și Lars Onsager (premiul Nobel în 1968) explică de ce aplicarea teoriei ionizării a lui Arhenius soluțiilor de electroliți este limitată; apare o nouă teorie ce include conceptul de atmosferă ionică și rază ionică

1930 – Walter Schottky și Carl Wagner se folosesc de conceptele fizicii cuantice pentru a explica fenomenul de conductibilitate

1935 – Arnold Obeckman construiește primul pH-metru de uz industrial

1941 – Karl Friedrich Bonhoeffer publică primele studii de pasivare ale fierului și reactivitatea sa în soluții de acid azotic

1952 – Allan L. Hodgkin și Andrew F. Huvlev (premiul Nobel în 1963) elaborează modelul electrochimic al cuplului Na+/K+ pentru explicarea transmiterii impulsului nervos

1955 – se construiește la Institutul Max Planck (Germania) primul potențiostat pe bază de lămpi

1960 – Wilson Greatbatch pune la punct un stimulator cardiac ce folosește o baterie Duracell special construită în acest scopde Samuel Ruben

1960-1965 – sunt descoperite și dezvoltate simultan o serie de tehnici electrochimice (cronoamperometrie, volumetrie ciclică, etc.)

1965 – Manuel M. Baizer face prima electrosinteză organică – electrosinteza adiponitrilului" [C1]

După încheierea ultimului război, timp de mai multe decenii, Galvanizarea a fost considerată o “tehnologie de nivel scăzut” și operatorii săi un fel de alchimiști, deținătorii unor rețete miraculoase.

De câțiiva ani în schimb, galvanizarea își reevaluează această primă imagine a sa, cu o recuperare substanțială pe plan științific și tehnologic.

Această reevaluare adecvată, cauzată și de nevoile modificate ale pieței la nivel național și internațional, este meritul unor inițiative de cercetare științifică, care au meritul de a scoate galvanizarea din ghetoul în care se afla, oferindu-i demnitatea unei tehnologii bazată pe criterii științifice.

În acela și timp îi recompensează pe operatori cu acea recunoaștere profesională care nu a fost recunoscută de prea mult timp.

Tehnologie aduce cu sine utilizarea unor instrumente de operare stabilite de anumite condiții. Fiecare dintre aceste condiții, la rândul lor,fac parte din diferitele ramuri sau sectoare care determină un ansamblul și anume:

– procesul chimic;

aparaturile care insoțesc instalațiile;

instalațiile de producție;

mijloacele de manipulare a materialelor

mijloace de alimentare cu soluti și săruri;

limitarea expunerilor la soluții a operatorilor

recuperarea metalelor

protectia aerului și a apelor reziduale, în limitele stabilite de legile în vigoare.

Toate aceste conditii sunt legate între ele și cunoscute de cei care folosesc o instalație de galvanizzare și mai ales de cei care trebuie să proiecteze o instalație de tratate si acoperire a metalelor.

Descrierea Procesului de Galvanizare

Galvanizarea este compusa dintr-o baie electorlitica.In baie se gasesc doi electrozi si un catod (exemplu o placa de metal care va fi acoperita cu un strat de cupru ), si polul pozitiv sau anodul. Toate acestea fiind realizate cu ajutorul curentului electric care circula prin baie.

Curentul electric este o componenta importanta in proces cu ajutorul sau este determinat transportul , disocierea si depunera ionilor de meltal de la anod ( cupru) la catod ( placa de metal).

Intensitatea curentului fiind un element important acesta infulentand intr-un raport direct proportional stratul de cupru depus si timpul de depunere.

[schema privind anodu si catodu]

Asemanator este procesul de galvanizare si cu altfel de anozi ( argint, nichel,cupru, staniol, etc.), diferand doar intensitatea curentului electric, temperatura bailor si timplu de depunere.

. Procesele de galvanizare se bazeaza pe reactiile chimice sau electrochimice.

Sectiile de galvanizare pot fi : linie manula ( cu ajutorul operatorului de galvanizare ), semiautomata, automata .

Scopul Realizari Procesului de Galvanizare

Prin tratamentele aplicate asupra uni produs se urmareste reducerea efectelor dăunătoare asupra produsului.”Coroziunea este un fenomen de distrugere si deterioarate a uniu metal sau aliaj printr-o reactie chimica cu mediul său efectele daunatoare al coroziunii este sustinut de aprecierile cu privire la pagubele provocate, care converg spre 10-15% din productia mondiala de metale –piereri directe.”[C1] Pagubele reale sunt insa mai mari deoarece la pierderile directe trebuie adaugate pierderile indirecte determinate de: pierderi de productie, pierderi de capacitate, contaminarea produselor, in special in industria chimica, farmaceutica si alimentara, precum si pierderea de sanatate sau de vieti, prin explozia sau averierea neprevazuta a echipamentelor chimice sau a unor mijloace de transport- avioane, trenuri, autovehicole, etc.[c1]

Procesul de galvanizare este un proces industrial utilizat pentru tratarea suprafetelor metalice oferindu-le anumite caracteristici estetice, de rezistenta , oxidare, coroziune, duritate si conductibilitate. Scopul proceselor de galvanizare variaza considerabil in functie de necesitatile de productie sau de caracteristicile de rezistenta.

Fiecare tehnologie aduce cu sine utilizarea unor instalatii de operare si manipulare, parametrii de respectat si protectii de luat. Scopul principal este calitatea produselor, fezabilitatea instalatiei si productivitatea instalatiei.

Fiecare dintre aceste conditii la randul sau pretinde si cere ca diferitele ramuri sau sectoare care determina acest ansamblul si anume :

-procesul chimic

-aparaturile care insotesc instalatiile

-instalatiile de productie

-mijloacele de manipulare a materialelor

Tratamentele galvanice sunt utilizate in general pentru :

-Telecomunicatii

-Electronica

-Electro mecanica

-Conectori coaxiali

-Componente Radio

-Filtre pentru telecomunicatii

-Industria Auto

Tipuri de piese, materiale care se preteaza la aplicarea galvanizarii

In procesul de galvanizare sunt ultilizate mai multe materiale in functie de trantament si de materialu din care este fabricat produsul.

Piesele pot fi din mai multe materiale cum ar fi : Otel, Cupru, Aluminu , Aliaj.

Tratamentele galvanice sunt:

Pasivare- care are ca scop sporirea rezistentei la coroziune.Este un proces ce produce pe aluminiu si pe aliajele acestuia o pelicula protectoare transparenta si incolora care asigura o excelenta aderenta a tratamentelor succesive de vopsire.Se realizeaza folosind apa demineralizate ,o solutie chimica si un cuptor pentru uscare pentru evitarea deteriorari stratului depus.

Decaparea aluminiului- este un proces galvanic de tratare si curatare a pieselor eliminand oxidarea. Pentru realizarea acestui proces fiind nevoie de Acid sulfuric si Acid nitric.

Degresare chimica- Se realizeaza pentru aluminiu, zinc, cupru si a altor metale cu putere mare de emulsare.Aceasta este un conceput pentru eliminarea de ulei, murdarie, curatarea paste metale de la suprafata metalului sa fie tratat fara modificarea suprafeteti in sine. Aceasta se face cu procese fizice sau prin solutii alcaline apoase, nu este cu electrolit incalzit.

Cimentare- Tratament termochimic de saturație prin difuzie de carbon, crom, azot, aluminiu a stratului superficial al unui material metalic, pentru a-i mări duritatea și rezistența la uzură.

Cupreare-Este un proces electrolitic menit sa produca straturi uniforme si aramii. Este realizat cu ajutorul cianuri de cupru si a cianurii de potasiu .

Nichel Chimic- Acest tratament ofera o buna rezistenta la coroziune, o inalta stabilitate. Este un proces folosit in mod special in sctorul electronic, automobilisticsi cel hidraulic . Procesul este realizat cu ajutorul apei demineralizate si adaugarea unor cantitati de solutii chimice .

Argintarea-Este un proces care este menit sa produca straturi lucioase si albe. Procesul fiind realizat cu ajutorul curentrului electric, oxidului de argint, ceanura de potasiu si a anozilor de argint.

Utilaje si clasificare

Instalatiile si utilajele folosite in galvanizare sunt concepute pentru o activitate independenta sau o activitate automata.

Utilajele folosite in galvanizare pot fi de mai multe timpuri aceastea avand avantaje si dezavantaje .

Utilajele pot fi :

Manuale

Sunt cele unde operatorul mișcă ramele suport piese mișcându-le manual de la o cuvă la altra, conform unei secvențe învățate pe dinafară, și unde este liber să facă orice fel de mișcare. Aceste instalații sunt pe cale să dispară, cel puțin în Europa, în timp ce prezintă încă un anumit interes în țările în care mâna de lucru costă puțin sau nimic.

Semiautomate

Sunt o cale de mijloc între manuale și automate.

In pratică sunt instalații manuale, dar deservite de transportoare pe șine, care sunt comandate în mișcările lor, manual, de către operator.

Sunt utilizate întotdeauna în cazul în care trebuie manipulate materiale grele voluminoase, când operatorul nu poate să facă cu mâna sau singur, și în anumite instalații în care este necesar ochiul operatorului (spre exemplu în colorarea aluminiului cu produse anorganice în procesul de oxidare anodică) pentru a prinde nuanțele, tonul de culoare dorit.

Automate

Astăzi sunt cele mai numeroase din lume.

Nu este ușor să le limitezi în categorii. Aceasta deoarece nu sunt întotdeauna rigid legate de una dintre acestea. Totuși se pot recunoaște aceste grupuri mari:

-Automate cu rame impropriu numite "Statice"

-Automate pentru piese de mici dimensiuni

-Automate pentru benzi si fire

-Automate pentru circuite imprimate

-Automate pentru electroforeza

Există și alte tipuri de instalații pentru activități speciale precum electroformatura, oxidare anodică dură, fosfatare, electrodepunere cu încorporarea de material inert precum: diamante, teflon, carburi metalice.

Capitolul 3

Prezentarea tehnologiei existente de galvanizare

S.C International Plating dispune in prezent de linii manuale de galvanizare si se adreseaza clientilor din domneiu : telecomunicati, hidraulica, auto, aerospatiale , marine. In organizarea sectiei exista 5 linii de productie: linie nichelare chimica, argintare, nichel electrochimic, cupru, 3 centrifuge si 8 roto-cilindri ( pentru piese de mici dimensiuni).

Pe liniile de productie manuale lucreaza un numar de 10 angajati, pregatirea productiei (legarea pieselor) este asigurata de 2 angajati, verificarea, controlul si ambalarea pieselor este realizata de catre 3 angajati.

Instalații poziționate în mod normal pe una sau mai multe linii.

În mod normal dispunerea bailor nu este determinată în mod normal conform criteriului în linie cu ciclul de lucru, dar ține cont de mișcarea pieslor, transportul care în caz de încărcare și descărcare pe aceeași parte și cu aranjarea bailor pe o singură linie, urmează o mișcare de dus și întors de-a lungul aceleiași direcții.

Astfel, după cum se poate vedea în planurile în figura 1 baile de placare cu nichel chimic și de uscare (cuptoare, suflare cu aer comprimat) sunt poziționate aproape de încărcare și descărcare pentru a evita o posibilă poluare a soluțiilor conținute în baile anterioare acestor tratamente.

In aceste instalații obiectele de tratat sunt agățate de carlige (numite suport marfă) și acestea la rândul lor agățate de bare care vor fi apoi luate din poziția de așteptare în care se găsesc și duse în baile de prelucrare, potrivit unor criterii bine stabilite prin instructiunile de lucru.

[amblasare bai galvanice existente la S.C. International Plating S.R.L]

[piese in pozitia de asteptare ]

Piesele sunt transportate de operatori in baile galvanice in functie de tratament.

Piesele de mici dimensiuni se prelucreaza in roto-cilindri. Roto-cilindri sunt dipozitive care cu ajutorul unui motor electric in momentul introduceri in baia galvanica executa o miscare de rotatie pentru ca stratul de depunere sa fie uniform pe toate piesele.

[piese care sunt executate in roto-cilindri]

[roto-cilindru si centrifuga]

In timplu procesului de productie se efectueaza control static al procesului prin masurare si verificare a unui numar de 20% din piesele aflate in lucru, acest proces de control fiind realizat in fiecare faza de productie , asigurand o calitate superioara, iar numarul de rebuturi fiind minim.

Dupa prelucrarea piesele sunt verificate din punct de vedere estetic si masurarea stratului.

Stratul depus trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

-fin,omogen,continuu,cu granule cristaline fine

-fara defecte, bule de oricenatura, protuberante , noduli, supraincarcarea depozitului pe borduri

-halouri marcate sau alteratii ale culorii, consecinta operatiilor de limpezire

-zone lipsite de tratament

-alteratii ale suprafetei neinsemnate (discoloration) consecinta a tratamentelor termice (backing) sunt tolerante.

In cazul loturilor prelucrate cu ajutorul roto-clindrilor, prezenta defectelor pe monstre face ca intregul lot sa fie reprelucrat.

[bule pe sonde (externe)]

[bule pe sonde (interne)]

[Angrenaj de bule pe sonde (EXTERNE)] [ Porozitate excesiva]

[Goluri in strat]

[Zona fara tratament]

[exemplu de pata care nu se poate elimina] [defect vizibil (lovitura)]

Piesele sunt masurate cu ajutorul X RAY FISCHERSCOPE dotat cu raze X special conceput pentru masurarea straturilor.

[grafic masurare existenta strat CuNiAg]

[masurare X RAY FISCHERSCOPE]

Societatea respeta normele de sanatate si securitate in munca avand in dotare o statie de purificare si neutralizare a gazelor acide si alcaline existente in procesul de galvanizare. Acest lucru facand ca locul de munca sa fie unul NONTOXIC. Acest lucru fiind demonstart de analizele efectuate de organele abilitate in fiecare an.

Din punct de vedere al mediului sunt respectate normele impuse de legislatie existand o statie de epurare a apelor tehlologice. Epurarea apelor tehnologice fiind o statie fizico-chimica, acest lucru facand ca apele reziduale sa nu polueze absolut deloc mediul inconjurator.

Substantele periculoase (exemple: ceanuri, acizi si alte substante ) sunt depozitate in spatii bine definite, iar manipularea aceastora se face de catre persoane autorizate si calificate. Purtand un echipament de protectie adecvat ( salopete anit-acid , sorturi anti-acid, masca, ochelari de protiectie , cizme anti-acid )