Анодный процесс

Анодами при железнении служит железо типа Армко или малоуглеродистая сталь, содержащая до 0,2% углерода. В последнем случае имеет место обильное выделение шлама, что неблагоприятно сказывается на качестве покрытий. Поэтому аноды помещают в чехлы из кислостойкой стеклянной ткани.

Анодная плотность тока в электролитах при невысокой температуре 5 – 10 А/дм², в горячих растворах – до 15 А/дм². При содержании в растворе 300 – 350 г/л FeCl ₂·4 H ₂ O катодный и анодный выход по току близки, в других случаях анодный выход металла по току превышает катодный.

В технологическом процессе железнения следует предусмотреть операцию предварительного активирования обрабатываемых деталей в течение 30 – 60 с в растворе, содержащем 350 – 370 г/л H ₂ SO ₄ при 18 – 30°С и плотности тока 40 – 60 А/дм² для углеродистой стали и 15 – 20 А/дм² для чугуна. После такой обработки детали должны быть тщательно промыты для удаления следов кислоты.

Физико-технические свойства железных покрытий.

Эксплуатационные характеристики железных покрытий характеризуются в основном твердостью, прочностью их сцепления с подложкой, износостойкостью и усталостной прочностью восстановленных деталей машин. Эти свойства являются следствием формирования определенной структуры покрытий и зависят от физико-химической природы осаждаемого металла. Структура электроосажденных металлов в большой степени зависит от величины катодной поляризации. Характер изменения последней и ее величина зависят от условий электролиза. Следовательно, управляя условиями электролиза можно изменять структуру и физико-механические свойства осажденных слоев.

Свойства железных покрытий существенно изменяются с условиями электролиза. Микротвердость понижается с повышением температуры, величины рН электролита и увеличивается с ростом плотности тока. При нагревании осадки становятся пластичными. Микротвердость железных покрытий, полученных при оптимальных условиях, достигает 6500 – 7000 МПа, но при повышенной температуре и пониженной плотности тока она составляет 1400 – 1500 МПа.

На физико-механические свойства железных осадков влияют концентрация соли железа и свободной кислоты в растворе. При получении толстых слоев железа (0,1 – 0,5 мм) при высоких плотностях тока (от 10 – 10² А/дм² (0,1 – 1 А/см²) и выше) было показано, что с увеличением концентрации хлорида железа (II) в подкисленном растворе (до 0,1 н. HCl) при температуре 100°С катодные осадки получаются более мягкими и выдерживают большое число перегибов (на 180°) до излома. Для получения компактных толстых гальванических покрытий (0,2 – 0,5 мм) осадков железа количество FeCl ₂·4 H ₂ O в растворе должно быть 690 – 790 г/л (7 – 8 н) при содержании HCl 3 – 4 г/л (0,1 н). Температура электролита 100 – 105°С. Плотность тока – (10 – 20)·10² А/дм². При концентрации хлорида железа (II) 400 г/л (≈ 4 н) толстые гальванические осадки железа растрескиваются.

С увеличением содержания кислоты осадки железа становятся более мягкими и гибкими – твердость снижается, число перегибов возрастает. Удлинение (68%) при испытании на разрыв увеличиваются, сопротивление же разрыву уменьшается.

Твердость зависит от содержания в покрытии растворенного водорода. При нагревании до 300°С происходит частичное удаление водорода, не вошедшего в кристаллическую решетку железа, что сопровождается повышением микротвердости осадка. Дальнейшее увеличение температуры приводит к снижению микротвердости, что, по-видимому, связано с более глубокой адсорбцией водорода.

Осадки железа, как из холодных, так и горячих электролитов, получаются плотными, мелкозернистыми. В зависимости от температуры и плотности тока, они могут быть твердыми или мягкими. Чем выше плотность тока, тем при прочих равных условиях больше твердость осадков. При увеличении температуры твердость осадков уменьшается, зато увеличивается их пластичность.

Микротвердость осадков, полученных из сульфатного электролита, 350 – 450 МПа, из хлоридного 500 – 600 МПа. Повышение твердости до 700 – 780 МПа и износостойкости покрытий достигнуто при использовании электролита, содержащего 400 г/л FeCl ₂·4 H ₂ O и 1 – 2 г/л аскорбиновой кислоты, рН 0,5 – 1,0; t = 25 – 35 °С; i _k = 10 ÷ 50 А/дм²; выход металла по току 90 – 98%.

Для ремонтного производства необходимо обеспечить надежную прочность сцепления с чугунными и стальными деталями. Прочность сцепления зависит от подготовки поверхности детали перед покрытием, структуры подложки, начальных условий электролиза. Для получения прочносцепленных железных покрытий проводят анодную обработку деталей в 30% H ₂ SO ₄ при анодной плотности тока 40 – 100 А/дм².

Максимальной износостойкостью обладают железные покрытия с твердостью 500 – 580 кГ/мм². Практика показывает, что детали, восстановленные электролитическим железом, обладают повышенной износостойкостью (в 2,2 – 3 раза) по сравнению с новыми.

Усталостная прочность деталей, подвергнутых железнению, определяется составом электролита и режимами электролиза. Но как бы ни изменялись условия электролиза, невозможно получить железные покрытия, усталостная прочность которых, была бы равна усталостной прочности закаленной среднеуглеродистой стали.

Поэтому используют дополнительные технологические приемы, обеспечивающие снятие части внутренних напряжений и тем самым повышающие усталостную прочность покрытий. Таким приемом является отпуск железных покрытий при температуре 200 – 300°С в течение 1 – 2 часов, что позволяет повысить усталостную прочность на 10 – 20 %.

Дата добавления: 2014-01-13