ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ

Сущность процесса заключается в электролитическом осаж­дении металла на предварительно подготовленную поверхность при прохождении тока через электролит, т.е. при электролизе.

Такие способы применяют для восстановления малоизно­шенных деталей.

Общие достоинства процесса:

- процесс высокопроизводителен;

- высокая износостойкость покрытия.

- отсутствие термического воздействия на детали, вызы­вающего в них нежелательные изменения структуры и механи­ческих свойств;

- получение с большой точностью заданной толщины по­крытий, что приводит к снижению до минимума припуска на по­следующую механическую обработку и ее трудоемкости или во­все исключению обработки;

- осаждение покрытий с заданными непостоянными по тол­щине физико-механическими свойствами;

- одновременное восстановление большого числа деталей (в ванну загружают десятки деталей), что снижает трудоемкость и себестоимость единицы изделия;

- возможность автоматизации процесса.

Недостатки:

- многооперационность;

- сложность и экологическая вредность технологии.

Более 85% деталей тракторов и автомобилей и 95% деталей двигателей выбраковывают при износе не более 0,3 мм. Их целе­сообразно восстанавливать гальваническими покрытиями.

Если в растворитель (кислоту, щелочь) или в раствор какой-либо соли опустить металлический стержень (например, медный стержень в раствор серной кислоты), то металл будет растворяться и переходить в раствор, образуя положительно заряженные ионы. По мере увеличения концентрации ионов в растворе металл рас­ширяется слабее. При достижении определенной концентрации раствор становится насыщенным и устанавливается подвижное равновесие: какие-то ионы металла переходят в раствор, и в то же время такое же количество ионов из раствора оседает на ме­талле.

Ионы, образовавшиеся в результате электролической диссо­циации, движутся в электролите беспорядочно. Если же в него на некотором расстоянии один относительно другого поместить два токопроводящих электрода, присоединенных к источнику постоян­ного тока, то под действием электрического поля ионы будут дви­гаться направленно. В цепи возникнет электрический ток.

Электрод, присоединенный к отрицательному полюсу ис­точника тока, называют катодом, а электрод, присоединенный к положительному полюсу, - анодом.

Положительно заряженные ионы (ионы металлов и водоро­да) перемещаются к катоду и поэтому их называют катионами, отрицательно заряженные ионы (ионы металлоидов и кислотных остатков) - к аноду, отсюда их название - анионы.

Достигнув поверхности электродов, ионы разряжаются, пре­вращаясь в нейтральные атомы или группы атомов. На катоде выделяются (осаждаются) металлы и водород, а анод растворя­ется, и на его поверхности выделяется кислород. На электродах происходят также дополнительные процессы.

Электролизом называется химический процесс, происходящий на электродах при про­хождении электрического тока через электролит.

Устройства, в которых за счет внешней электрической энер­гии совершаются химические превращения веществ, называют гальваническими ваннами.

При гальваническом покрытии деталей в качестве электро­лита обычно применяют раствор соли осаждаемого металла (в электролит вводят также некоторые компоненты, улучшающие свойства покрытий, увеличивающие электропроводность элек­тролита и т.д.).

Катодом служат предварительно очищенные и подготовлен­ные детали, подлежащие покрытию, а анодом — пластины из осаждаемого металла. Иногда используют аноды из металла или сплава, которые в данном электролите не растворяются (свинец), а также нерастворимые аноды из графита. На таких анодах обычно выделяется кислород.

Электролиз сводится в основном к тому, что находящиеся в электролите ионы металла разряжаются (осаждаются) на катоде. Атомы образуют кристаллическую решетку, покрывая поверхность детали слоем металла.

При электролизе одновременно с осаждением металла на ка­тоде выделяется водород, а также протекают и другие побочные процессы, на что затрачивается часть электрического тока.

Из гальванических процессов наиболее широко применяют­ся хромирование и железнение, а также никелирование, цинко­вание и меднение. Применяются также химические процессы: химическое никелирование, оксидирование и фосфатирование.

Применяют два вида анодов: растворимые и нерастворимые. Растворимые аноды изготавливают из металла, который осажда­ется на детали, а нерастворимые - из свинца.

Технологический процесс нанесения гальванических покрытий

Процесс нанесения покрытий на детали включает в себя три группы операций - подготовку деталей к нанесению покрытия, нанесение покрытия и обработку деталей после покрытия.

Сцепление металла покрытия с металлом детали обусловлива­ется их межмолекулярным взаимодействием. Межмолекулярные силы заметно проявляются только в том случае, если расстояние между атомами составляет не более 5 -10 мкм. Они убывают пропорционально третьей степени межатомного расстояния.

Покрываемым поверхностям придают необходимую шеро­ховатость. С них удаляют различные загрязнения, жировые и ок­сидные пленки. Металл осаждается на активном чистом катоде, свободном от чужеродных частиц. В результате покрытие физи­чески сращивается с основным металлом настолько прочно, что не отслаивается от детали даже при её разрушении и работает как одно целое с основным металлом. Нарушение технологии подготовки уменьшает «сцепляемость» покрытия и может привести к от­слаиванию его от детали.

Подготовка деталей к нанесению покрытия включает сле­дующие операции: механическую обработку поверхностей, под­лежащих наращиванию; очистку деталей от окислов и предварительное обезжиривание; монтаж деталей на подвесное при­способление; изоляцию поверхностей, не подлежащих покры­тию; обезжиривание деталей с последующей промывкой в воде; анодную обработку (активацию).

Активацию (анодную обработку) производят для удаления тончайших окисных пленок с поверхности детали и обеспечения наиболее прочного сцепления гальванического покрытия с дета­лью. Эта операция непосредственно предшествует нанесению покрытия. По завершении активации детали, подлежащие железнению, промывают сначала в холодной, а затем в горячей во­де при температуре 50... 60°С, где их одновременно подогрева­ют до температуры, близкой к температуре электролита для железнения. Подогретые детали загружают в ванну для железнения и после выдержки в течение 10...20 с. включают ток. Наращивание покрытия вначале, в течение 2... 5 мин., ведут при катодной плотности тока 1...5 А/м², а затем постепенно (в тече­ние 2... 10 мин.) повышают плотность тока до установленной режимом величмны.

Обработка деталей после нанесения покрытия включает сле­дующие операции: нейтрализацию детали от остатков электролита; промывку деталей в холодной и горячей воде; демонтаж деталей с подвесного приспособления и удаление изоляции; сушку деталей; термическую обработку (при необходимости); механическую обработку деталей до требуемого размера.

Хромирование деталей

Из всех гальванических процессов, применяемых в авторе­монтном производстве, наиболее широкое применение получило хромирование, которое применяется для следующих целей:

-защитно-декоративное хромирование арматуры автомоби­лей, велосипедов, мотоциклов, вагонов и т.д.;

- увеличение износостойкости и ресурса пресс-форм, штам­пов, измерительных и режущих инструментов, трущихся по­верхностей деталей машин (поршневых колец, штоков гидроцилндров, плунжеров топливных насосов) и др.;

-восстановление малоизношенных ответственных деталей автомобилей, тракторов и различного оборудования;

-повышение отражательной способности при изготовлении зеркал, отражателей и рефлекторов.

- компенсации износа деталей, а также в качестве антикор­розионного и декоративного покрытия.

Широкое применение хромирования объясняется высокой твёрдостью (4... 12 ГПа) электролитического хрома и его боль­шой износостойкостью, которая в 2...3 раза превышает износостойкость закаленной стали 45. Электролитический хром имеет высокую кислотостойкость и теплостойкость, а также прочно сцепляется почти с любыми металлами.

Наряду с достоинствами процесс хромирования имеет и недостатки, к числу которых следует отнести: сравнительно низкую производительность процесса (не более 0,03 мм/ч) из-за малых значений электрохи­мического эквивалента (0,324 г/А ч) и выхода металла по току (12...15%); невозможность восстановления деталей с большим из­носом, так как хромовые покрытия толщиной более 0,3...0,4 мм имеют пониженные механические свойства; относительно высокую стоимость процесса хромирования.

Свойства хромовых покрытий зависят от режима хромирования и прежде всего от плотности тока и температуры электролита. Изменяя соотношение плотности тока и температуры электролита, можно получить 3 вида хромовых покрытий, отли­чающихся своими свойствами: матовые (серые), блестящие и молочные.

Блестящие хромовые покрытия отличаются высокой твердо­стью (6...9 ГПа), повышенной износостойкостью и хрупкостью. На поверхности покрытий имеется сетка пересекающихся трещин.

Молочные покрытия имеют также высокую износостой­кость, большую вязкость и пониженную твердость (4...6 ГПа). Сетка трещин на этих покрытиях отсутствует. Матовые покры­тия хрома отличаются очень высокой твердостью (9...12 ГПа), хрупкостью и пониженной износостойкостью. Хромовые покры­тия бывают двух видов: гладкие и пористые. Гладкими восстанав­ливают стержни клапанов, направляющие поверхности толкате­лей, прецизионные пары топливной аппаратуры, изношенные шейки валов и осей и др.

Пористые покрытия применяют для поверхностей деталей, которые должны удерживать на себе смазку или масло. Для этого широко используют электрохимический способ. Он заключается в том, что покрытие осаждают с сеткой микро­трещин. Для их расширения и углубления покрытие подвергают анодной обработке в электролите того же состава, что и при хро­мировании (поверхность трещин активнее и растворяется гораз­до быстрее других участков хрома). Пористое хромирование поршневых колец увеличивает их из­носостойкость в 2...3 раза, а износостойкость гильзы - в 1,5 раза.

. Железнение деталей

Железнением называется процесс получе­ния твердых износостойких железных покрытий из горя­чих хлористых электролитов.

По сравнению с процессом хромирования он имеет сле­дующие преимущества:

- вы­сокий выход металла по току, достигающий 85... 90% (в 5...6 раз выше, чем при хро­мировании);

- большая ско­рость нанесения покрытия, которая при ведении процес­са в стационарном электро­лите достигает 0,3-0,5 мм/ч (в 10... 15 раз выше, чем при хромировании);

- высокая износостойкость покрытия (не ниже, чем у закаленной стали 45);

- возможность по­лучения покрытий с твер­достью 2,0-6,5 ГПа толщиной в 1... 1,5 мм и более.

Простой и дешевый электролит применяют в следующих случаях:

- при восстановлении малоизношенных деталей (наращивании до номинального или ремонтного размера) автомобилей, тракто­ров, сельскохозяйственных машин, различного оборудования;

- при исправлении брака механической обработки;

-при упрочнении рабочих поверхностей деталей из малоуглеродистой и среднеуглеродистой сталей, не прошедших в процессе изготовлении термической обработки. Восстанавливаются цилиндрические поверхности толкате­лей, клапанов, шейки валиков масляного и водяного насосов, шейка вала рулевой сошки, шейки вала КПП и др.

Электролитическое натирание

Электролитическое натирание применяют при восстановле­нии цилиндрических поверхностей деталей, имеющих неболь­шой износ. Восстанавливаемую деталь, являющуюся катодом, устанавливают в патроне токарного станка или другого устрой­ства, обеспечивающего ее вращение со скоростью 10-20 м/мин.

Анодом служит графитовый стержень, покрытый адсорби­рующим материалом (сукно, стеклянное волокно, хлопчатобу­мажная ткань и др.). Па анод непрерывно подается электролит, который пропитывает адсорбирующий материал. Процесс осу­ществляется при относительном перемещении анода и катода. В зависимости от применяемого электролита, можно наносить по­крытия из хрома, цинка, меди, железа и других металлов.