Восстановление деталей гальванопокрытиями

Технологический процесс нанесения гальванических покрытий включает в себя: подготовку деталей к наращиванию, нанесение покрытия и обработку деталей после покрытия.

Механическую обработку выполняют, как правило, шлифованием при сильном охлаждении и окружной скорости круга 30-35 м/с. При небольшом и равномерном износе вместо шлифования покрываемую поверхность детали зачищают наждачной шкуркой. Поверхности деталей, не подлежащие покрытию металлом, изолируют токонепроводящими материалами: тонкой резиной, листовым целлулоидом, изоляционной лентой, пленочными полимерными материалами (полиэтилен и др.), эмалями и т.д.

Обезжиривание покрываемых поверхностей обычно проводят в горячих щелочных растворах химическим и электрохимическим методами.

При электрохимическом обезжиривании детали завешивают в качестве анодов. Иногда применяют комбинированную обработку: сначала обезжиривают на катоде 3-10 мин, а затем переключают полярность и обезжиривают на аноде 1-3 мин. Катодами служат стальные пластины. Расстояние между электродами 50-150 мм.

Хорошее качество обеспечивает обезжиривание венской известью (смесь оксидов кальция и магния в соотношении 1:1). Для этого можно также использовать отходы карбида кальция от ацетиленового генератора.

Травление деталей выполняют химическим и электрохимическим методами. Анодное травление в электролите применяют при восстановлении деталей железнением. Катодами в этом случае служат свинцовые пластины, площадь которых в 4-5 раз больше площади покрываемых поверхностей. При таком травлении многих деталей (изготовленных из высоколегированной стали, закаленных до высокой твердости и др.) не всегда удается получить надежную сцепляемость покрытий. В этом случае применяют двойное травление: сначала травят в растворе хлористого железа (электролите железне-ния) при анодной плотности тока 40-80 А/дм² в течение 2-5 мин, а затем проводят очистку поверхностей от травильного шлама в 30%-ном растворе серной кислоты при 50-70 А/дм² в течение 0,5-1 мин.

Перед анодным травлением и очисткой в 30%-ной серной кислоте детали обязательно промывают холодной водой. После анодной обработки в серной кислоте их снимают со штанг ванны при выключенном токе, иначе ухудшается сцепляемость покрытий.

Для восстановления деталей из гальванических покрытий чаще всего применяют железнение, реже - хромирование, цинкование, никелирование.

Железнение обладает хорошими технико-экономическими по­казателями: при использовании дешевых и недефицитных материалов достаточно высокие производительность процесса и износостойкость покрытий, возможность в широких пределах регулировать свойства покрытий (микротвердость 1600-7800 МПа) при применении одних и т же материалов, что обусловливает универсальность процесса, высокий выход металла по току (85-90%) и т. д.

Электролиты для железнения по составу делят на три группы, различающиеся видом аниона соли железа: хлористые, сернокислые и смешанные (сульфатно-хлористые). Наибольшее применение получили простые хлористые электролиты.

Применяют три варианта анодного травления перед железнением: в 30 % -ной серной кислоте, хлористом электролите железнения с последующей очисткой в 30%-ной серной кислоте, высококонцентрированном хлористом электролите железнения без последующей очистки и промывки.

Для получения высокой прочности сцепления железного покрытия с деталью применяют так называемый разгонный цикл: подготовленные детали завешивают на катодную штангу ванны железнения и выдерживают без тока 10-60 с. После этого включают ток плотностью 2-5 А/дм² и проводят электролиз 0,5-1 мин. Затем постепенно в течение 5-10 мин катодную плотность тока увеличивают до заданного значения.

При выборе режима железнения следует иметь в виду общие для большинства гальванических процессов положения: чем выше катодная плотность тока, тем больше скорость осаждения металла и производительность процесса; чем ниже температура и концентрация электролита и выше плотность тока (жестче режим), тем больше твердость железных покрытий и меньше их максимально достижимая толщина; чем выше температура и концентрация электролита, тем большую плотность тока можно допустить без ущерба для качества покрытий.

При железнении необходимо выдерживать заданную кислотность электролита, так как ее снижение приводит к резкому ухудшению сцепляемости покрытий вплоть до отслоения. Применяют растворимые аноды из малоуглеродистой стали. Аноды помещают в чехлы (мешки) из кислотостойкой ткани (стеклоткань, шерсть и др.). Расстояния между анодами и деталями должны быть одинаковыми (60-150 мм). Толщину покрытия определяют в зависимости от износа детали с учетом припуска на механическую обработку: 0,1-0,2 мм для последующего шлифования и 0,2-0,3 мм для токарной обработки.

Железнение из горячих электролитов имеет существенные недостатки. В то же время осаждение железных покрытий из простых (без добавок) холодных электролитов из-за концентрационных ограничений возможно лишь при малой плотности тока, а это приводит к низкой производительности процесса.

Применение периодических токов (реверсированного, асимметричного, импульсного и др.) вместо постоянного позволяет путем изменения параметров прямого и обратного импульсов значительно уменьшить концентрационные ограничения, повысить рабочую плотность тока и прочность сцепления железных покрытий с деталями, в широких пределах управлять их свойствами.

При проточном способе электролит прокачивают насосом с определенной скоростью через пространство между покрываемой поверхностью и анодом (например, через отверстие в корпусе коробки передач). Наибольшая скорость осаждения металлов при проточном способе достигается при скорости протекания электролита более 1 м/с, при которой создается турбулентный режим течения. В этом случае при определенных условиях плотность тока при железнении может быть увеличена до 200-300 А/дм² и более.

При струйном способе электролит подают струями в межэлектродное пространство через отверстия насадка, который одновременно служит анодом и местной ванночкой. Для получения равномерного покрытия деталь вращается с частотой до 20 мин¹. Скорость протекания электролита в анодно-катодном пространстве 1-1,5 м/с при удельном его расходе 40-45 л/мин на 1 дм² покрываемой поверхности.

При электроконтактном способе электроосаждение металла про­исходит при прохождении постоянного тока через маленькую ванночку, которая образуется в зоне контакта покрываемой детали с анодом, обернутым адсорбирующим материалом (тампоном), пропитанным электролитом. Деталь и анод перемещаются относительно друг друга (деталь вращается при неподвижном аноде или наоборот), т.е. возникает трение анода по детали. Поэтому часто этот способ называют электронатиранием. Тампон (стекловата или губка в суконном чехле, фетр, войлок, капрон и др.) непрерывно смачивается электролитом, который поступает к нему через шланг от сосуда, расположенного над установкой. Однако хлористый электролит при таком способе наращивания покрытий перегревается и интенсивно окисляется. Кроме того, происходят быстрый износ и загазованность анодного тампона.

Хромирование позволяет получать мелкозернистые покрытия микротвердостью 4000-12000 МПа, обладающие низким коэффициентом трения, высокой сцепляемостью с основой. Хром химически стоек против воздействия многих кислот и щелочей, жароустойчив. Высокие твердость, жаростойкость, химическая стойкость и низкий коэффициент трения хрома обеспечивают деталям высокую износостойкость даже в тяжелых условиях эксплуатации, превышающую в 2-5 раз износостойкость закаленной стали. Наибольшей износостойкостью хромовое покрытие обладает при твердости 7000-9200 МПа. В то же время хромирование - энергоемкий, дорогой, ма­лопроизводительный процесс, применять который нужно в строго необходимых случаях. Его используют для защитно-декоративного хромирования, увеличения износостойкости и срока службы пресс-форм, штампов, измерительных и режущих инструментов, трущихся поверхностей деталей машин (поршневые кольца, штоки гидроцилиндров) и др., для восстановления малоизношенных ответственных деталей.

Электролиты для хромирования получают растворением в воде хромового ангидрида с добавлением серной кислоты.

При хромировании обезжиренные детали завешивают в ванну, выдерживают для прогрева без тока 0,5-1,5 мин и подвергают анодному травлению по описанному режиму. Затем переключают полярность и устанавливают заданный режим хромирования. При покрытии рельефных и чугунных деталей, а также деталей из высоколегированной стали для улучшения равномерности покрытий рекомендуется в начале электролиза давать «толчок» тока (ток в 1,5-2 раза превышает расчетное значение), а через 1-2 мин его постепенно, за 1-1,5 мин снижают до заданного значения. Благодаря этому удается осадить хром на углубленных участках детали.

Для повышения износостойкости деталей, работающих при не­достаточной смазке (гильзы цилиндров, поршневые кольца и др.), следует применять пористое хромирование, при котором деталь хромируют в универсальном электролите при плотности тока 40-50 А/дм², а затем переключают полярность ванны и проводят анодное травление при той же плотности тока. Канальчатую пористость получают при температуре электролита 58-62°С и продолжительности травления 6-9 мин, точечную - 50-52°С и 10-12 мин. На анодное травление оставляют припуск 0,01-0,02 мм на диаметр. Пористое хромирование увеличивает износостойкость поршневых колец в 2-3 раза, гильзы - в 1,5.

Для восстановления крупногабаритных деталей применяют струйное и проточное хромирование.

Струйное хромирование чаще проводят в саморегулирующемся электролите при температуре 50-60°С в широком диапазоне плотности тока, достигающей 200 А/дм². Скорость протекания электролита 40-60 см/с, катодно-анодное расстояние 15 мм, в универсальном электролите соответственно 50°С, 70-90 А/дм², 100-120 см/с, 15 мм.

Проточное хромирование позволяет получать блестящие покрытия повышенной твердости и износостойкости в универсальном электролите с повышенным содержанием серной кислоты (3-7 г/л) при температуре 55-65°С, плотности тока 100-150 А/дм², скорости протекания электролита 100-120 см/с и межэлектродном расстоянии 5-15 мм.

Применение периодических токов значительно повышает производительность хромирования и качество покрытий. Хромировать с помощью реверсированного тока можно в универсальном электролите при температуре 50-60°С, плотности прямого и обратного токов 60-140 А/дм², времени прохождения прямого тока 1-5 мин, обратного - 1-5 с. Этот способ успешно используют для беспритирочного хромирования (в «размер») поршневых колец. Хромирование периодическим током с независимым регулированием амплитуд прямого и обратного импульсов позволяет получать вы­сококачественные хромовые покрытия в универсальном электролите при температуре 60-70°С, плотности тока 160-200 А/дм² и катодно-анодном показателе 90-120. В этих условиях скорость осаждения покрытий составляет 0,14-0,2 мм/ч, микротвердость - 8000-9500 МПа.

Гальванические композиционные покрытия

Гальваническими покрытиями восстанавливают шатуны, толкатели, клапаны, золотники, плунжеры и др.

Для улучшения физико-механических свойств покрытий разработана технология нанесения железных покрытий, легированных никелем, хромом, кобальтом и другими металлами. Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости рекомендуются железоникелевые покрытия. Повышенная износостойкость железоникелевых покрытий объясняется наличием в сплаве никеля, который оказывает легирующее действие и улучшает режим трения. Наиболее целесообразно применять железоникелевые покрытия для деталей, работающих в коррозионных условиях при больших нагрузках, прецизионных деталей топливной аппаратуры и гидросистем машин. Для повышения виброударной абразивной износостойкости покрытий разработаны состав и режим электроосаждения железоникелькобальтовых покрытий. Их износостойкость в среднем в 1,5 раза выше, чем железоникелевых.

Разработаны технологии нанесения электролитическим способом композиционных материалов, в том числе металлополимерных. Для восстановления шеек осей колесных пар и корпусов букс под роликовые подшипники применяют электрохимические железокорундовые, а также железополиамидные покрытия. Композиционные электрохимические покрытия (КЭП) позволяют сочетать положительные свойства металлов и неметаллических соединений и таким образом повысить износостойкость восстановленных деталей, так как покрытия получают из железных, хромовых и никелевых су­спензий - электролитов с добавками частиц оксидов, карбидов, полимеров и других материалов.

Дата добавления: 2014-01-07