Восстановление деталей электролитическими покрытиями

Электролитические покрытия применяют для восстановления разме­ров изношенных деталей, придания их поверхностям высокой твердо­сти и износостойкости и для защиты деталей от коррозии. При прохождении постоянного тока через электролит на анодах происходит растворение металла (переход его в электролит) и выделе­ние кислорода, а на катоде (деталь) — отложение металла и выделе­ние водорода. Аноды изготавливают обычно из такого же металла, какой наносится на деталь (растворимые аноды), или из свинца, гра­фита (нерастворимые аноды). Электролит представляет собой раствор в дистиллированной воде соединений (чаще всего солей) осаждаемого металла. В электролит также вводят разные добавки (кислоты и др.), улучшающие процесс и качество наращенного слоя.

Количество осажденного металла в граммах (Q) определяется по формуле:

где — сила тока, А; — время, ч; — коэффициент полезного действия процесса (выход по току), выражающий, какая доля или процент проходящего тока исполь­зуется полезно для осаждения металла на катоде; — электрохимический экви­валент металла, выделяемого на катоде, г/А∙ч (для хрома = 0,323, для железа = 1,043 и т. д.).

Электрохимический эквивалент выражает теоретическое количество металла в граммах, осаждаемого на катоде при прохождении тока в один ампер в течение 1 ч.

Качество электролитических покрытий зависит от подготовки по­верхности детали, температуры, кислотности и состава электролита, плотности тока на катоде, соотношения площадей катода и анода и ряда других факторов.

Процесс нанесения электролитиче­ских покрытий складывается из ряда последовательных операций, которые можно разделить на три группы: подготовительные, нанесение покрытий и заключительные.

К подготовительным операциям отно­сятся: механическая обработка (шлифо­вание, полирование и т. д.) — прово­дится для устранения искажений гео­метрической формы у изношенных де­талей, придания поверхности определен­ной чистоты и доведения размеров до тре­буемой величины с учетом припуска на толщину покрытия; предвари­тельное обезжиривание растворителями; изоляция (закрытие) мест, не подлежащих покрытию, перхлорвиниловой пленкой, нанесение 2...3 слоев перхлорвинилового лака и т. п.; монтаж деталей в приспособле­ниях для завешивания в ванну. Подвеска должна обладать достаточ­ной механической прочностью, обеспечивать надежный электрический контакт с деталью и иметь сечение, соответствующее величине тока. Следующей подготовительной операцией является обезжири­вание.

Обезжиривание деталей может быть химическим, электрохимичес­ким и с применением ультразвука.

Химическое обезжиривание проводят путем проти­рания поверхности детали кашицей из венской извести (смесь окиси кальция и окиси магния) или отходами карбида кальция от ацетилено­вого генератора.

При электрохимическом обезжиривании де­таль помещают в ванну с щелочным раствором, через который про­пускают ток. Деталь является катодом, а пластины из малоуглероди­стой стали — анодом. Благодаря выделению на поверхности детали пузырьков водорода процесс протекает более интенсивно, чем при химическом обезжиривании. Рекомендуется периодически переключать деталь на анод. Обезжиривание с применением ультразвука проводят в ультразвуковых моечных установках УЗВ-15М, УЗВ- 17М, агрегате УЗА-16, используя растворы. После обезжиривания детали промывают в горячей воде и завешивают в ванну.

При подготовке деталей к железнению для удаления окисных пленок, протравливания поверхности детали и создания на ней пасси­вированных пленок после обезжиривания проводят анодную обработку детали в 30%-ном растворе серной кислоты с добавкой 15 г/л сернокис­лого алюминия (A1S0₄). Деталь служит анодом, а стальные или свинцовые пластины — катодом. Обработка длится 4...5 мин при комнатной температуре. Плотность тока 10...15 А/дм².

Декапирование (травление) применяют для удале­ния окисных пленок с поверхности детали. Декапирование часто про­водят в тех же ваннах, где происходит основной процесс покрытия. Для этого на 0,5...1 мин к детали подключают плюс источника тока, а к анодам минус.

После декапирования деталь выдерживают в ванне без тока в тече­ние 0.5...1 мин, при этом поверхность детали подвергается травлению электролитом.

Выбор вида тока для питания гальванических ванн. Для питания гальванических ванн применяют постоянный ток и ток переменной по­лярности — реверсивный постоянный ток (полярность меняется по определенной программе) или асимметричный переменный ток (ток в катодный полупериод, то есть когда деталь подключена на минус, протекает дольше, чем в анодный полупериод). Напряжение тока обычно 6... 18 В.

В качестве источников питания постоянного тока используют низковольтные генераторы АНД-500/250, АНД-1000/500, АНД-1500/ 750 (в числителе сила тока при напряжении 6 В, в знаменателе — при напряжении 12 В), селеновые выпрямители типа ВСМР, кремниевые выпрямители типа ВАКГ и др.

В качестве источника переменного тока обычно применяют пони­жающие трансформаторы.

Использование тока переменной полярности позволяет значительно (в 1.5...3 раза) увеличить плотность тока, а значит, и производитель­ность процесса, улучшить структуру и механические свойства покры­тий, проводить процесс электролиза при более низких температурах.

При использовании источников постоянного тока реверсирование осуществляется по заданной программе при помощи автоматов типа АРТ-62, АРТ-500 и др. Продолжительность основного катодного пе­риода (минус на детали) обычно принимается в 8... 10 раз больше продолжительности анодного периода (плюс на детали). Асимметрич­ный переменный ток можно получить, включая на каждую фазу тока диоды или тиристоры с неза­висимым регулированием амп­литуды прямого и обратного импульсов.

После завешивания дета­лей в ванну силу тока в катод­ный полупериод устанавлива­ют в 1,2... 1,4 раза больше, чем в анодный, и затем посте­пенно в течение 10 мин это соотношение доводят до 8...10.

Хромирование. Достоинст­вом хромового покрытия яв­ляются твердость, износостойкость, стойкость против коррозии и кра­сивый внешний вид. В то же время процесс хромирования имеет низ­кий к.п.д. и является дорогостоящим.

Хромирование в хромовокислых электролитах. Электролиты готовят из хромового ангидрида СгО₃ и серной кислоты H₂S0₄, растворяя их в дистиллированной воде. Процесс покры­тия происходит с наиболее высоким к. п. д. при соотношении Cr0₃/H₂S0₄= 100. Составы наиболее распространенных электролитов и режимы работы ванн хромирования приведены в таблице 6. Напряже­ние тока 12... 18 В. Процесс хромирования проходит при нераствори­мых анодах из чистого свинца либо сплава свинца с 5% сурьмы. Для облицовки ванн используют свинец, винипласт, эпоксидные смолы. Подогрев ванн осуществляется паром или различными электронагрева­телями. Отношение площади анодов к площади катодов устанавливают от 1:1 до2:1.

Аноды по возможности должны копировать форму детали, обес­печивая равномерное распределение силовых линий по ее поверхности. Выступающие части детали прикрывают свинцовыми экранами, кото­рые отвлекают на себя часть силовых линий и рассредоточивают их у краев детали.

Из горячих электролитов наиболее распространен в ремонтной практике универсальный электролит, дающий твердые износостойкие покрытия. Так называемый саморегулирующийся горячий электролит имеет более высокий выход по току, обладает хорошей стабильностью в работе и дает покрытия хорошего качества, но очень агрессивен по отношению к оборудованию. Горячие электролиты имеют малый выход по току, малую скорость наращивания (до 0,10...0,15 мм/ч) и требуют устройства для подогрева. В связи с этим в последнее время все более широкое применение находят холодные электролиты, дающие выход по току до 35%, большую скорость наращивания (до 0,4...0,5 мм/ч), обладающие хорошей стабильностью в работе, хорошей рассеивающей способностью и малой агрессивностью.

Рекомендуемая толщина наращивания при хромировании до 0,7 мм.

Пористое хромирование. Покрытия из электролити­ческого хрома обладают высокой микротвердостью. Однако хром обла­дает плохой смачивающей способностью по отношению к маслу, и при недостаточной смазке возможны заедания. Для устранения этого недо­статка применяют пористое хромирование. На поверхность детали наносится гладкий блестящий слой хрома. В процессе отложения в покрытиях образуются микротрещины. Затем эту поверхность подвер­гают анодному травлению; к детали подключают плюс, а к свинцовым пластинам — минус. При этом хром сходит с покрытия неравномерно и главным образом с краев микротрещин, углубляя последние и образуя сеть каналов или точек. Время анодной обработки для получения пори­стости от 6 до 14 мин.

Железнение. Железнение имеет ряд преимуществ перед другими процессами электролитического осаждения металлов, так как приме­няются дешевые и распространенные материалы, выход по току дости­гает 80...90%, твердость покрытия — до 6500 МПа, а также возможно получение осадков толщиной до 1,2 мм.

Железнение может проводиться в горячих и холодных электроли­тах. Наиболее распространены для железнения хлористые электроли­ты, которые приготавливают травлением стружек из малоуглероди­стой стали в соляной кислоте. Например, для приготовления электро­лита из двухлористого железа (FeCl₂-4H₂0) концентрации 200 г/л необходимо взять 56 г стальных стружек и 188 г соляной кислоты НС1 плотностью 1,20 (39,11%), В таблице 7 приведены сведения о составе электролитов и режимах железнения.

Для улучшения качества покрытий в электролит добавляют раз­личные присадки. Хлористый марганец МпС1₂ (100...150 г/л в электро­лите № 1) увеличивает твердость, мелкозернистость и прочность осад­ков. Добавка в электролит № 1 10...15 г/л хлористого никеля (NiCl₂-4H₂0) и 1...2 г/л гипофосфата натрия (NaH₂P0₂-H₂0) позволяет получить осадки твердостью до 62 HRC.

Железнение осуществляют в металлических ваннах, облицованных резиной, асбовинилом, эмалью, либо в неметаллических ваннах из керамики и фиолита.

В качестве анода используют пластины из малоуглеродистой стали. Отношение площади анодов к площади катодов принимается от 1 до 2. В процессе железнения стальные аноды растворяются и на их поверх­ности образуется шлам в виде темного слоя углерода, серы и других примесей. Для уменьшения загрязнения электролита шламом аноды рекомендуется помещать в чехлы из стеклянной ткани. При работе ванн рекомендуется фильтровать электролит.

После обезжиривания, анодной обработки и промывки в горячей воде детали завешивают в ванну, выдерживают 0,5...1 мин и начинают проводить электролиз. Начальная плотность тока составляет 10...25% номинальной. Через 15...20 мин плотность тока доводят до установ­ленной. Напряжение тока 12... 18 В.

Снижение температуры электролита при осталивании уменьшает его химическую агрессивность, что упрощает футеровку и корректи­ровку ванн. Значительно упрощаются и удешевляются процессы мест­ного, струйного и проточного железнения, улучшаются условия труда.

Недостатками процесса железнения являются коррозия оборудова­ния, инструмента и высокие требования к подготовке поверхности вос­станавливаемой детали и составу электролита.

Вневанные процессы электролитического наращивания. Электроли­тическое осаждение металла можно также вести вневанными способами. Они позволяют восстанавливать отдельные изношенные участки поверхности на крупногабаритных деталях, повысить производитель­ность процесса за счет циркуляции электролита и увеличения плот­ности тока до 300 А/дм³, улучшить качество покрытия.

Струйное электролитическое покрытие. Насосом электролит из бака подается че­рез насадку на шейку медленно вращающегося вала. Под валом расположена местная ванночка. Процесс предпочтительно прово­дить, используя холодные электролиты и асимметричный переменный ток.

Электролитическое покрытие (осаждение металла) в проточном электролите. При этом у покрываемой поверхности создается местная ванна, через которую циркулирует электролит. Расстояние между анодом и покрываемой поверхностью 10...30 мм. Этот способ целесообразно применять при покрытии внутренних поверхностей отверстий корпусов, цилиндров, труб и т. п.

Восстановление деталей электролитичес­ким натиранием. Деталь закрепляется и вращается в патроне токарного станка. С помощью насоса электролит подается внутрь анодной головки, которая прижимается к вращающейся детали. Электролит проходит через отверстия в анодной пластине и непре­рывно смачивает тампон. Так как деталь служит катодом, а пластина анодом, то на поверхности детали откладывается слой металла. Смачиваемый электролитом тампон тормозит образование крупных кристаллов, удаляет шлак.

Местное (безванное) электролитическое наращивание. Сущность этого способа состоит в том, что на де­тали в нужном месте с помощью приспособления создают местную ванночку и проводят наращивание.

Местное железнение нашло широкое применение для восстановле­ния посадочных отверстий в корпусных деталях.

Отверстие растачивают для удаления следов износа и поверхност­ного слоя металла, обезжиривают венской известью или карбидным илом, промывают водой, устанавливают приспособление, проводят анодное травление в электролите (30 г/л серной кислоты и 15 г/л сер­нокислого алюминия) в течение 3...5 мин при плотности тока 5...8 А/дм³ и вновь промывают водой. После этого устанавливают анод из малоуглеродистой стали (диаметр анода должен быть равен 1/3 диаметра отверстия), заливают холодный или горячий электролит, включают ток и проводят процессы декапирования и железнения.

Рекомендуемые составы электролитов и режимы местного железне­ния приведены в таблице 8.

Заключительные операции. После нанесения электролитических или химических покрытий все детали следует промыть горячей водой.

Детали, работающие в условиях динамических нагрузок, после хромирования рекомендуется подвергнуть термической обработке в течение 1...2 ч при температуре 150...200°С.

Термодиффузионный способ восстановления деталей из бронзы. В ремонтных предприятиях нашел применение способ восстановления деталей из бронзы — термодиффузионное цинкование.

Для наращивания детали нагревают до температуры 650...700°С в смеси порошков, которая состоит из огнеупорной глины (100 частей), хлористого аммония (7 частей), цинка в порошке (25...30 частей).

При этом за счет диффузии цинка в поверхностные слои основного металла происходит увеличение объема (размеров) детали.

Технология процесса состоит в следующем: огнеупорную глину высушивают, размалывают и просеивают через сито (625 отверстий на 1 см²). Порошок прокаливают в течение 0,5...1 ч при температуре 500...600°С.

Порошок хлористого аммония также просеивается через такое же сито.

Цинковая пыль используется разных марок и сортов, например сорт «А» — техническая.

Детали перед укладкой обезжиривают и зачищают до металличес­кого блеска.

Смесь тщательно перемешивают, насыпают на дно стального ящика слоем толщиной 15...20 мм и укладывают на нее в один слой детали, подлежащие восстановлению, так чтобы между деталями и стенками контейнера было расстояние не менее 10 мм. Затем детали засыпают смесью и укладывают следующие слои.

Контейнер плотно закрывают, устанавливают в печь, предваритель­но нагретую до температуры 250°С, и выдерживают при этой темпера­туре до нагрева всего контейнера. Затем разогревают контейнер до тем­пературы 650...700°С и выдерживают необходимое время.

Время выдержки зависит от требуемой величины наращивания. Увеличение размера детали на 0,5... 1,0 мм (толщина слоя) требует выдержки 1,5...3,5 ч.

Затем контейнер охлаждают в печи до температуры 300...250°С, вынимают и распаковывают.

Смесь используют многократно при добавлении 7 частей хлористого аммония и 15...20 частей порошка цинка.

Контрольные вопросы

1. Как проводить подготовку деталей для электролитического покрытия? 2. Какой состав ванн и какие режимы применяют при хромировании деталей? 3. Ка­ковы состав ванн и область применения холодного электролита для хромирования. 4. Какие свойства хромового покрытия и какова область применения хромирования при ремонте машин? 5. Как получить пористое хромовое покрытие? 6. Каков состав ванн и какие режимы применяют для железнения деталей? 7. Каковы свойства осад­ков, полученных железнением? Область применения железнения при ремонте машин. 8. Что такое реверсивный и асимметричный переменный ток? Для каких целей он применяется? Режим работы ванн. 9. Что такое электролитическое натирание и электролитическое покрытие в проточном электролите? Какова область их приме­нения? 10. Каковы заключительные операции после гальванического наращивания? 11. Что такое местное (безванное) электролитическое наращивание? Что такое струй­ное электролитическое наращивание?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: