Гальванические способы нанесения покрытий

Лазерная обработка.

В последние годы для повышения долговечности различных изделий из металла получает лазерная обработка.

Лазерный луч – это мощный и концентрированный поток электромагнитного излучения, отличающийся от других энергетических методов воздействия на вещество особо упорядоченным состоянием. Промышленные лазерные системы делят на три основные группы: твердодетальные; газовые, среди которых наиболее распространен СО₂-лазер; полупроводниковые. В настоящее время осваивают перестраиваемые лазеры на красителях, твердотельные лазеры на кристалле иттрий литиевого флюорита, легированного эрбием, длина волны излучения которого 1,73 мкм.

Лазерный луч отличается высокой плотностью энергии. Поглощение металлами лазерного излучения приводит к мгновенному увеличению энергии свободных и связанных электронов. Возбужденные электроны сталкиваются с атомами решетки, время их релаксации равно 10^-12 с. Энергия лазерного излучения трансформируется в движение атомов и температура поверхностного слоя резко повышается. Этот тонкий поверхностный слой становится интенсивным источником теплоты.

Быстрый теплоотвод в глубь металла приводит к возникновению закалочных структур в поверхностном слое. Преимуществом лазерного термоупрочнения металлов является хорошая управляемость процесса. По сравнению с другими источниками теплоты геометрия лазерного луча легко изменяется оптическими приспособлениями, что позволяет достичь труднодоступные места деталей, включая внутренние поверхности полых валов и отверстий.

После лазерной обработки упрочняется тонкий поверхностный слой. При этом нет необходимости тратить энергию на прогрев всей основы, предотвращается коробление обрабатываемой заготовки. Искажение поверхности при лазерной обработке минимально. Варьируя параметрами лазерного излучения, можно легко управлять тепловыми полями поверхностной зоны, уменьшая температурные напряжения.

Режим лазерной обработки с оплавлением является средством внедрения сторонних элементов в материал заготовки и получения в ней наперед заданных свойств.

Лазерный луч используют для аморфизации поверхности, лазерной наплавки, отжига, шокового упрочнения. Применение лазерной обработки в комбинации с другими методами позволяет либо улучшить качество уже нанесенного покрытия, либо получить новое комплексное покрытие.

Для улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей машин, в основном износостойкости, коррозионной и эрозионной стойкости, применяют различные способы нанесения металлических и неметаллических покрытий. Основные способы нанесения гальванических покрытий приведены в табл. 7.17.

Гальваническое хромирование может быть декоративным или служить средством повышения коррозионной стойкости и износостойкости деталей. Если хромирование применяют для защиты от коррозии, то остальные детали предварительно покрывают слоем меди толщиной 0,03 – 0,04 мм и слоем никеля толщиной 0,015 – 0,02 мм или только слоем никеля, после чего наносят слой хрома толщиной 0,01 – 0,2 мм. Подслои необходимы также, когда детали работают на износ в коррозионных средах.

Для повышения износостойкости деталей слой хрома толщиной до 0,1 – 0,2 мм наносят непосредственно на стальную поверхность. В этих случаях часто применяют электролитическое хромирование. Электролитический хром обладает высокой коррозионной стойкостью, низким коэффициентом трения, высокой твердостью (НВ 1000 – 1100) и жаростойкостью. Хромовые покрытия снижают коэффициент трения сопряженных пар, что уменьшает тепловыделение при трении. Износостойкость хромированных деталей возрастает в 5 – 15 раз. При тщательной подготовке поверхности прочность сцепления хрома со сталью, чугуном, никелем, медью и латунью, при испытании на сдвиг достигает 300 МПа. Однако стали с высоким содержанием вольфрама и кобальта, а также высокоуглеродистые стали и высококремнистые чугуны хромировать нельзя. Трудно получить хорошее сцепление хрома с поверхностью деталей, испытывающих значительные внутренние напряжения (например, в результате неправильной закалки).

В качестве электролита для хромирования обычно применяют хромовый ангидрид с добавками серной кислоты. Нерастворимые аноды изготовляют из свинца или сплава с сурьмой. Электролиты с более низкой концентрацией хромового ангидрида позволяют получить повышенную твердость хромового слоя. Однако при работе с ними нужно чаще корректировать состав ванны и применять более высокое напряжение.

Глубокое оксидирование – процесс получения оксидных пленок толщиной более 60 мкм с высокими микротвердостью (4000 – 4500 МПа), износостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. Этот процесс применяют для повышения износостойкости зубчатых колес, деталей двигателей, текстильных машин и других деталей из алюминия и его сплавов с содержанием не более 4,5% Сu и не более 7% Si.

Износостойкость перечисленных деталей после оксидирования при работе со смазочным материалом повышается в 5 – 10 раз. Для глубокого оксидирования используют электролит, содержащий 180 – 200 г/л химически чистой или аккумуляторной серной кислоты, не более 30 г/л алюминия и 0,5 г/л меди. При упрочнении сплавов АМг, АМц, АЛ2 и АЛ4 анодная плотность тока поддерживается равной 2,5 – 5 А/дм², а температура электролита 5 – 0°С. Начальное напряжение обычно составляет 20 – 24 В. При обработке вторичных сплавов температуру электролита рекомендуется снижать до – 10°С. Образование толстых оксидных пленок связано с выделением большого количества теплоты в зоне оксида, разогревающего электролит у анода (покрываемой детали). Это приводит к разрыхлению пленки и травлению обрабатываемой поверхности. Для устранения местного разогрева поверхность детали непрерывно охлаждают или интенсивно перемешивают электролит. Применяют различные способы охлаждения. Можно охлаждать внутренние поверхности льдом или пропускать охлаждающие жидкости через отверстия или полости деталей с такой скоростью, чтобы разница температуры жидкости на входе и выходе не превышала 1°С. Часто для охлаждения используют специальные приспособления.

Дата добавления: 2015-04-24