1 Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Функциональная гальванотехника» в системе подготовки инженеров-электрохимиков относится к циклу дисциплин специализации. Целью преподавания этой дисциплины является формирование у студентов глубоких знаний и прочных навыков в области нанесения покрытий с функциональными свойствами и гальванопластики. Знание этой дисциплины необходимо для выполнения курсовых и дипломных проектов, а также для практической деятельности инженеров-технологов различных электрохимических производств.
Задачей изучения дисциплины специализации является:
-углубленное изучение теоретических основ технологических процессов в соответствии с выбранной специализацией;
-изучение новейших технологий и передовых методов организации производства;
-освоение принципов и приобретение практических навыков проектирования электрохимических аппаратов и технологических процессов;
-приобретение практических навыков при выполнении основных технологических операций по избранной специализации.
Перед изучением курса студент должен овладеть следующими дисциплинами: «Процессы и аппараты химической технологии», «Физическая химия», «Общая химическая технология и основы промышленной экологии», «Теоретическая электрохимия», «Применение ЭВМ в химической технологии», «Экономика отрасли».
2 Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны знать теоретические основы технологических процессов и использовать их для выбора типа и технологии нанесения покрытий со специальными свойствами. В соответствии с условиями, предъявляемыми к детали в процессе эксплуатации будущий инженер-технолог должен уметь выбрать материал покрытия, толщину покрытия и технологию его получения, а также организовать процесс получения в производственных условиях.
3 Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы с разбивкой объема работы по часам и семестрам приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Виды учебной работы
Виды учебной работы | Всего часов | Семестры |
9 | ||
Общая трудоемкость | 193 | 193 |
Аудиторные занятия | 119 | 119 |
Лекции (Л) | 51 | 51 |
Практические занятия (ПЗ) | 17 | 17 |
Лабораторные работы (ЛР) | 51 | 51 |
Самостоятельная работа (СР) | 74 | 74 |
Курсовой проект (КП) | 34 | 34 |
Вид итогового контроля | экзамен |
4 Содержание дисциплины
4.1 Разделы дисциплины и виды занятий
Разделы дисциплины с разбивкой объема в часах по видам учебной работы приведены в таблице 2.
Таблица 2 — Разделы дисциплины
| Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ | ЛР | СР | КП |
1 Подготовка поверхностей перед нанесением покрытий | 4 | 3 | 2 | ||
2 Получение износостойких гальванических покрытий | 6 | 12 | 6 | ||
3 Антифрикционные покрытия | 2 | 4 | |||
4 Гальванические покрытия электрических контактов | 4 | 6 | |||
5 Гальванические покрытия платиной, родием, иридием | 2 | 6 | |||
6 Гальванические покрытия под пайку | 2 | 12 | 6 | ||
7 Особенности гальванического покрытия цветных металлов | 4 | 8 | 12 | 6 | 17 |
8 Технология изготовления печатных плат | 6 | 4 | |||
9 Гальванопластика (электролитическое формование) | 4 | 6 | 8 | ||
10 Химическая металлизация диэлектриков | 6 | 6 | 8 | ||
11 Технология изготовления высокопористых ячеистых материалов | 2 | 6 | |||
12 Композиционные электрохимические покрытия | 2 | 4 | |||
13 Системы водоиспользования и очистки сточных вод в гальваническом производстве | 4 | 4 | |||
14 Технологические расчеты гальванических установок | 3 | 9 | 4 | 17 |
4.2 Содержание разделов дисциплины
4.2.1 Подготовка поверхностей перед нанесением покрытий
Роль подготовки поверхности перед нанесением покрытий. Механическая подготовка. Оборудование для механической подготовки. Химическая подготовка. Химическое обезжиривание в щелочных растворах. Механизм очистки поверхности. Роль тенсидов. Электрохимическое обезжиривание. Обезжиривание в органических растворителях. Выбор способа обезжиривания. Методы контроля качества обезжиривания. Оборудование для обезжиривания деталей. Автоматы для обезжиривания длинномерных деталей. Обезжиривание цветных металлов.
Травление. Химическое травление сталей. Механизм реакций при травлении в кислотах. Электрохимическое травление. Анодное, катодное травление. Роль ингибиторов при травлении, механизм их действия. Снятие травильного шлама. Травление цветных металлов. Совмещение операций обезжиривания и травления.
4.2.2 Получение износостойких гальванических покрытий
Хромовые покрытия. Стандартный, саморегулирующийся и сверхсульфатный электролиты. Составы и сравнительная характеристика. Аноды для хромирования. Условия получения износостойких покрытий. Примеры промышленного использования покрытий.
Покрытия железом. Свойства покрытий. Хлоридный и сульфатный электролиты. Сравнительная характеристика приготовления электролитов железнения. Меры по снижению скорости окисления двухвалентного железа. Получение сплава железо – углерод.
Твердые никелевые покрытия. Свойства покрытий. Условия и электролиты для получения твердых никелевых покрытий. Осаждение химических и гальванических покрытий сплавом никель – фосфор. Свойства покрытий. Зависимость свойств покрытий от содержания фосфора.
4.2.3 Антифрикционные покрытия
Покрытия сплавом медь – олово. Свойства покрытий в зависимости от содержания олова. Электролиты для осаждения бронзовых покрытий.
Покрытия сплавом свинец – олово. Свойства покрытий. Электролиты для осаждения покрытий сплавом свинец – олово.
Покрытия индием и галлием. Свойства покрытий. Электролиты для осаждения сплава индия и галлия. Специфические свойства галлиевых покрытий.
Покрытия серебром и его сплавами. Свойства покрытий. Электролиты для осаждения серебра и его сплавов.
4.2.4 Гальванические покрытия электрических контактов
Гальваническое золочение. Свойства покрытий. Типы электролитов золочения, сравнительная характеристика. Электроосаждение сплавов золота с серебром, никелем, медью. Предотвращение потерь золота в технологическом процессе.
Гальваническое палладирование. Свойства покрытий. Типы электролитов палладирования. Предотвращение потерь палладия в технологическом процессе.
Гальваническое родирование. Свойства покрытий. Типы электролитов. Локальное родирование.
4.2.5 Гальванические покрытия платиной, родием, иридием
Свойства платиновых металлов. Особенности их электроосаждения. Типы электролитов. Назначение и свойства покрытий.
4.2.6 Гальванические покрытия под пайку
Требования к покрытиям под пайку. Свойства паянных соединений. Осаждение сплавов олова: олово – свинец, олово – висмут, олово – никель. Свойства покрытий. Типы электролитов.
4.2.7 Особенности гальванического покрытия цветных металлов
Технология подготовки алюминия, титана, вольфрама, молибдена и медных сплавов. Цинкатная и гидратная обработка. Непосредственное осаждение металлов на алюминий.
4.2.8 Технология изготовления печатных плат
Классификация печатных плат. Техническая документация для производства печатных плат. Материалы для изготовления печатных плат.
Методы изготовления печатных плат. Аддитивный, полуаддитивный и субтрактивный. Негативный и позитивный способы изготовления печатных плат. Основные операции.
Операции получения проводящего рисунка печатных плат. Оригиналы и фотошаблоны. Жидкие и пленочные фоторезисты. Оборудование для нанесения фоторезистов и экспонирования. Сеткография.
Гальваническое меднение в производстве печатных плат. Затяжка, назначение процесса. Основное гальваническое меднение, назначение процесса. Типы электролитов меднения. Требования к медным покрытиям. Меры по улучшению распределения металла.
Гальваническое осаждение сплава олово-свинец (60). Назначение покрытия и его свойства. Электролиты для осаждения сплава. Повышение стабильности сплава при электроосаждении. Осветление и оплавление покрытия.
Травление меди в производстве печатных плат. Типы травильных растворов: железо – хлоридный, персульфатный, кислый медно – хлоридный, аммиакатный медно – хлоридный. Химические реакции при травлении. Нейтрализация растворов и утилизация меди. Оборудование для травления.
4.2.9 Гальванопластика (электролитическое формование)
Основные понятия и термины гальванопластики. Классификация форм. Методы нанесения проводящего слоя. Получение разделительного слоя. Затяжка и основное наращивание металла.
Электролитическое формование изделий из меди. Электролиты. Работы .
Электролитическое формование изделий из никеля. Электролиты. Преимущества сульфаматных электролитов. Влияние рН на свойства никелевых осадков. Производство матриц компакт-дисков.
Электролитическое формование изделий из серебра. Электролиты. Изготовление барельефных изделий.
Электролитическое формование изделий из золота. Электролиты. Изготовление ювелирной галантереи. Изготовление ювелирных изделий и зубных протезов. Использование ассиметричного переменного тока.
4.2.10 Химическая металлизация диэлектриков
Область применения металлизированных диэлектриков. Подготовка поверхности пластмасс. Травление, сенсибилизация и активация неметаллических поверхностей. Химическое меднение. Химическое никелирование. Составы растворов. Назначение компонентов.
4.2.11. Технология изготовления высокопористых ячеистых материалов
Область применения ВПЯМ. Виды технологических процессов получения ВПЯМ. Особенности химической и гальванической металлизации.
4.2.12. Композиционные электрохимические покрытия
Область применения композиционных электрохимических покрытий (КЭП). Преимущества КЭП по сравнению с традиционными гальваническими покрытиями. Особенности электроосаждения из электролитов-суспензий. Технология изготовления алмазного инструмента.
4.2.13 Системы водоиспользования и очистки сточных вод в гальваническом производстве
Операции промывки в гальваническом производстве. Виды промывки. Расчет ступеней промывки. Совершенствование ступеней промывки.
Виды стоков гальванических производств: кислотно-основные, хромсодержащие, циансодержащие. Методы очистки сточных вод гальванического производства. Классификация стоков. Основные методы очистки: реагентные, электрохимические, сорбционные, мембранные.
4.2.11 Технологические расчеты гальванических установок
Расчет размеров гальванических установок. Основные технологические расчеты гальванических ванн. Нормативная документация.
5 Лабораторный практикум
Наименования лабораторных работ с указанием разделов дисциплины, к которым они относятся, приведены в таблице 3.
Таблица 3 — Распределение лабораторных работ по разделам дисциплины
Номер раздела | Наименование лабораторных работ |
4.2.2 | Хромирование |
4.2.2 | Электролитическое никелирование |
4.2.2 | Химическое осаждение металлов |
4.2.2 | Определение рассеивающей способности электролитов |
4.2.3 | Электрохимическое осаждение латуни и бронзы |
4.2.3 | Электрохимическое осаждение сплавов олова |
4.2.6 | Гальваническое лужение |
4.2.6 | Электрохимическое осаждение сплавов олова |
4.2.8 | Гальваническое меднение |
4.2.8 | Рассеивающая способность электролитов |
4.2.9 | Электрохимическое формование |
4.2.10 | Химическая металлизация пластмасс |
Тематика курсовых работ
Технологический расчет электролизной ванны для блестящего гальванического меднения. Технологический расчет установки для нанесения гальванического сплава олово-свинец на проволоку. Технологический расчет электролизной ванны для хромирования поршневых колец. Технологический расчет установки химического никелирования. Технологический расчет барабанной ванны для золочения мелких деталей насыпью. Технологический расчет барабанной ванны для цинкования мелких деталей насыпью Технологический расчет колокольной ванны аммиакатного цинкования. Технологический расчет тонкослойного анодирования.6 Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1 Рекомендуемая литература
6.1.1 Основная литература
Гамбург покрытия. Справочник по применению. М.: Техносфера, 2006. – 216 с. . Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование. М.: «Глобус». 2005. – 256 с. Садаков : справочник. М.: Машиностроение, 2004. 400 с. . Экологически безопасное гальваническое производство. М.: Глобус, 1998. – 302 с. Савельева теории и технологии функционального анодирования сплавов алюминия. Саратов: СГТУ, 1998, 62 с. Соловьева проблемы гальванических производств: учебн. пособие. Саратов: СГТУ, 1997. 68 с. Грилихес , травление и полирование металлов. Библиотечка гальванотехника. М.: машиностроение, 1994. – 191с. Ильин и электрохимические процессы в производстве печатных плат. М. 1994 г. 142 с. Технология и оборудование для очистки обезвреживания сточных вод и газовых выбросов гальванических производств: каталог. М.: ВНИИЖИ, 1992. 112 с. , , и др. Технология многослойных печатных плат. М.: Радио и связь, 1990. – 208 с. Одынец оксидные пленки. Л.: Наука, 1990, 200 с. , , Сахарова электрохимических покрытий. Л., «Машиностроение». 1989. 391 с. Ильин изготовления печатных плат. Библиотечка гальванотехника, вып. 9. Л., «Машиностроение». 1984. 74 с. Инженерная гальванотехника в приборостроение под ред . М.: «Металлургия». 1987. 786 с. , Волямюк гальванопластика Л.: «Машиностроение», 1986 с. 105 с.6.1.2 Дополнительная литература
, Кудрявцев хромирование. М.: Глобус, 2007. 191 с. , Есина электролитических покрытий. Атлас. Екатеринбург: УрО РАН. 2005. 192 с. , Поветкин покрытий: учебник для вузов. М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. 296 с. , Тихонов и химические покрытия. Теория и практика. Л.: Химия, 1990, 288 с. Практикум по прикладной электрохимии / , глебский, и др. Л.: Химия, 1990. 304 с. Электрохимические покрытия изделий радиоэлектронной аппаратуры. Справочник / , , м.: «Радио и связь», 1988, 304 с. , , Буркат благородных и редких металлов, 1970, 248 с. Ямпольский осаждение благородных и редких металлов. Л.: «Машиностроение», 1977, 96 с.6.2 Средства обеспечения освоения дисциплины
В процессе изучения дисциплины используются методические указания и учебные пособия, выполненные кафедрой:
, , Зайков расчеты оборудования электрохимических производств. Часть 1. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 81 с. , Новиков . Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 12 с. , Новиков лужение. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 8 с. , Новиков меднение. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 13 с. , Евсеева рассеивающей способности. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. 22 с. , Евсеева металлизация пластмасс. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. 20 с. , Евсеева осаждение металлов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. 18 с. , , Новиков инженерных расчетов с распределенными параметрами. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1996. 36 с. , , Юнь теплового баланса электрохимических аппаратов, г. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1998. 20 с.7 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Специализированная электрохимическая лаборатория, в состав которой входят установки для нанесения покрытий с функциональными свойствами, а также участок формования изделий методом гальванопластики.
- Компьютерный класс для обработки экспериментальных данных.
8 Методические рекомендации по организации изучения
дисциплины
Рекомендации для преподавателя включают в себя следующее:
- глубокое освоение теоретических аспектов тематики курса, ознакомление, переработку литературных источников; составление списка литературы, обязательной для изучения и дополнительной литературы; проведение собственных исследований в этой области; разработку методики изложения курса: структуры и последовательности изложения материала; составление тестовых заданий, контрольных вопросов; разработку методики проведения и совершенствование тематики лабораторных работ; использование в лабораторном практикуме реальных данных и получение имеющих практический смысл для издательского дела и редактирования результатов; разработка методики самостоятельной работы студентов; постоянную корректировку структуры, содержания курса.
Рекомендации для студента включают в себя следующее:
- обязательное посещение лекций ведущего преподавателя; лекции – основное методическое руководство при изучении дисциплины, наиболее оптимальным образом структурированное и скорректированное на современный материал; в лекции глубоко и подробно, аргументировано и методологически строго рассматриваются главные проблемы темы; в лекции даются необходимые разные подходы к исследуемым проблемам; подготовку и активную работу на лабораторных занятиях; подготовка к лабораторным занятиям включает проработку материалов лекций, рекомендованной учебной литературы.
