ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Назначение покрытия. Защитно-декоративные покрытия применяют в ремонтном производстве для защи­ты деталей от коррозии и придания им эстетического внешнего вида.

Наибольшей стойкостью обладают четырехслойные покрытия, которые получают последовательным нанесе­нием слоев никеля, меди, никеля и хрома. Первый слой никеля толщиной не более 5 мкм обеспечивает вы­сокую прочность сцепления покры­тия с деталью. Слой меди толщиной до 30 мкм имеет небольшую пори­стость и обеспечивает хорошую защи­ту от проникновения коррозионной среды. Второй слой никеля (20 мкм) придает покрытию красивый внеш­ний вид, а очень тонкий (1 — 2 мкм) полупрозрачный слой хрома защи­щает его от механических поврежде­нии.

Электролитическое меднение.Медь—мягкий, пластичный, легко полирующийся металл. Плотность

ее —8,9 г/см³,температура плавле­ния— 1356 К. В химических соедине­ниях медь может быть одно и двухва­лентной. Активно реагирует с азот­ной, серной и хромовой кислотами. Соляная кислота слабо действует на медь, особенно при нагревании. Ще­лочи, за исключением аммиака, поч­ти не действуют. Нормальный потен­циал меди + 0,34 В. Разность потен­циалов меди и железа значительная, поэтому сталь с медным покрытием при его повреждении корродирует быстрее, чем сталь без покрытия. Как самостоятельное покрытие меднение применяется редко.

Электролитическое меднение в ре­монтном производстве имеет следую­щие области применения: восстанов­ление натяга в сопряженных деталях (меднение наружной поверхности вкладышей подшипников коленчато­го вала); восстановление размеров деталей (меднение втулок по наруж­ной поверхности с последующим их обжатием); улучшение плавности за­цепления и облегчение приработки (меднение червяков, зубьев шесте­рен); защита поверхностей деталей и инструмента, не подлежащих цемен­тации; получение промежуточного слоя при защитно-декоративных по­крытиях стальных и цинковых дета­лей.

На ремонтных предприятиях ши­роко применяют сернокислые холод­ные электролиты, состоящие из вод­ного раствора медного купороса Си8О₄- 5Н_гО (200 — 250 кг/м³) и сер­ной кислоты Н₂5О₄ (50 — 75 кг/м³). Покрытие наносят при помощи рас­творимых медных анодов при режи­ме: плотность тока — 2 — 4 А/дм², температура электролита —291 — 293 К, выход по току равен 98—100 %.

Недостаток этих электролитов — невозможность непосредственно по­крывать медью железо, цинк и их сплавы. При погружении последних в кислый электролит на их поверхности контактно выделяется медь, которая плохо сцеплена с основой и обладает большой пористостью. Поэтому при мед ненки стальных деталей предварительно наносят на них тонкий под­слой никеля или медив пирофосфорном или цианистом электролитах.

Толщина медных покрытий зави­сит от их назначения. Так, толщина для придания притирочных свойств поверхностям деталей, а также для шестерней и других зубчатых соеди­нений равна 18 — 24 мкм(до ЗО мкм), для защиты деталей от науглерожи­вания при цементации —48—60 мкм, в качестве подслоя при никелирова­нии и хромировании — 6 — 20 мкм.

Электролитическое никелирова­ние. По физическим и химическим свойствам никель близок к железу. Никель химически стоек против ат­мосферного воздуха, щелочей и орга­нических кислот. В серной и соляной кислотах он растворяется медленно, а в азотной — быстро. Никелевые по­крытия хорошо полируются до зер­кального блеска и приобретают кра­сивый декоративный вид. При введе­нии в электролит блескообразователей удается получить блестящие по­крытия без полировки. Тонкие (до 25 мкм} никелевые покрытия обладают пористостью, которая уменьшается с увеличением толщины слоя.

По отношению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, т. е. является катодным покрытием. Поэтому стальные изде­лия защищают никелем от коррозии только тогда, когда в покрытии нет пористости и не покрытых никелем мест на поверхности детали. Толщи­на слоя никеля, при которой покры­тие становится практически беспори­стым, — 25 — 30 мкм. Процесс нике­лирования осуществляется при ком­натной температуре электролита, плотности тока — 1 А/дм² и выходе потоку —90 —95%.

Состав электролита: сернокислый никель N1S0₄ — 140 кг/м³; сернокис­лый натрий Nа₂SО₄ — 50 кг/м³; бор­ная кислота Н₃ВО₃ — 25 кг/м³; хло­ристый натрий NаС1 — 5 кг/м³; сер­нокислый магний МgSО₄ — 10 кг/м³. Никелирование алюминия и его сплавов требует предварительной подготовки поверхности, включающей в себя травление и осветление в 15 — 20 %-ном растворе азотной кис­лоты для удаления примесей и леги­рующих добавок железа, марганца, меди и других металлов, не раствори­мых в щелочи. Затем проводят хими­ческую обработку в растворе соста­ва:

Сернокислый цинк (в пересчете

на металл), кг/м³ .................................. .2 5 — 30

Едкий натр (каустик), кг/м³ ........... 120— 140

Режим обработки:

Температура, ° С. ............................ 15 — 20

Время, с ......................................................... 30 — 40

Цинкатная обработка обеспечи­вает высокую прочность сцепления никеля с алюминием и его сплавами.

Существует электролит для пря­мого никелирования алюминия без какой-либо специальной подготовки. Травление выполняют в щелочи, а ос­ветление — в азотной кислоте, затем загружают с выдержкой 1 — 2 мин без тока в электролит следующего со­става, кг/м³:

Сернокислый никель ............ 200

Борная кислота ...................... 25

Фтористый натрий ............2

Пиросульфат калия ................ 2

Режим прямого никелирования:

Температура,° С .............................. 50

Кислотность, рН ........................... 4,5 — 5,4

Катодная плотность тока, А/дм² .... 1 — 1,5

Выход металла по току ................. 90 %

Никелевые покрытия можно полу­чить также химическим путем. При химическом никелировании можно получить более равномерные осадки на деталях сложной конфигурации. Эти покрытия обладают повышенной твердостью и износостойкостью, име­ют небольшую пористость и достаточ­но высокие декоративные свойства. Однако химическое никелирование дороже электролитического.

В основе процесса химического ни­келирования лежит реакция взаимо­действия гипофосфита натрия с иона­ми никеля. В водном растворе гипофосфит натрия подвергается гидролизу с образованием фосфита натрия и атомарного водорода:

Атомарный водород, адсорбиро­ванный на поверхности покрываемо­го металла, восстанавливает ионы никеля:

Одновременно атомарный водород взаимодействует с атомами Н₂РО₂^- и Н₂РО₃^-,восстанавливая фосфор, ко­торый включается в образуемое ни­келевое покрытие. При химическом никелировании всегда выделяется водород:

Химическое никелирование прово­дят в растворе следующего состава, кг/м³: хлорид никеля — 45; хлорид аммония — 50; гипофосфит на­трия — 20 %, цитрат натрия — 45. Кислотность раствора — 5,5; темпе­ратура — 78 — 82 ° С, производи­тельность процесса — 15 — 20 мкм/ч.

После нанесения покрытия прово­дятся двукратная промывка дета­лей в проточной воде и их термиче­ская обработка при температуре 40и°С с течение 1 ч. При этом образу­ется соединение Ni₃Р, обладающее высокой твердостью; покрытие при­обретает мелкозернистую структуру и повышенную сцепляемость с основ­ным металлом.

Цинкование. Покрытие цинка при­меняют для защиты изделий из чер­ных металлов (листов, труб, проволо­ки, деталей станков, автомобилей, тракторов, приборов, крепежных из­делий) от коррозии. В ремонтном про­изводстве их используют для защиты от коррозии крепежных деталей. Ос­новные преимущества электролити­ческого метода цинкования:

высокая степень чистоты цинка, зависящая главным образом от чис­тоты анодов и реактивов, применяе­мых для составления ванн;

высокая химическая стойкость цинковых покрытии, полученных электролизом, обусловленная чисто­той осадка;

малый расход цинка, обусловлен­ный возможностью точного регулиро­вания количества цинка и толщины покрытия;

хорошие механические свойства покрытия (эластичность, сцепляе­мость с основой), достаточно высокая стойкость против коррозии в услови­ях тропического климата.

При цинковании наиболее распро­странены сернокислые электролиты следующего состава, кг/м³: серно­кислый цинк — 200 — 250, сернокис­лый аммоний — 20 — 30, сернокис­лый натрий — 50 — 100 и де­кстрин — 8—12. Покрытие наносят в специальных вращающихся бара­банах или колодках при комнатной температуре электролита и плотно­сти тока 3 — 5 А/дм¹¹. Выход по току составляет 92 %, толщина слоя — 3 — 40 мкм.

Оксидирование.Оксидирование черных металлов применяют для за­щиты их от коррозии, а также для придания поверхности красивой ок­раски. Для получения оксидной плен­ки на поверхности стали применяют химическую обработку изделий в ще­лочных или кислых растворах: элект­рохимическую обработку изделий на аноде, проводимую в щелочи или хро­мовой кислоте, термическую обра­ботку при относительно высокой тем­пературе. Наиболее распространено химическое оксидирование в горячих растворах едкого натра с добавкой окислителей. В процессе оксидирова­ния сталь растворяется с образова­нием соли Nа₂FеО₂:

При большом содержании окисли­теля Ре²⁺ окисляется до Ре³⁺, и Nа₂FеО₂ переходит в Nа₂Fе₂О₄. Эти две соли взаимодействуют между со­бой:

При этом на поверхности детали образуется оксидная пленка толщи­ной 0,6 — 1,5 мкм, которая имеет вы­сокую прочность и надежно защища­ет металл от коррозии. Оксидирова­нию подвергают нормали и некото­рые детали арматуры кузова.

Оксидирование выполняют в рас­творе следующего состава, кг/м³: ед­кий натр — 700 — 800 с добавкой в качестве окислителей 200 — 250 азотнокислого натрия и 50 — 70 азотистокислого натрияпри температу­ре раствора 140 — 145 ° С с выдерж­кой 40 — 50 мин. После такой обра­ботки детали промывают в воде и, для того чтобы закрыть поры в покрытии, пропитывают в машинном масле при температуре 110 — 115 " С.

Фосфатирование.Фосфатированием называется химический процесс создания на поверхности деталей за­щитных пленок толщиной от 8 до 40 мкм, состоящих из нерастворимых солей фосфора, марганца и железа. Защитная способность фосфатных пленок выше, чем оксидных, получае­мых при щелочном оксидировании стали. Фосфатные покрытия приме­няют для защиты от коррозии, в каче­стве грунта при окраске деталей ку­зова, для уменьшения трения и улуч­шения прирабатываемости деталей.

Для получения фосфатных покры­тий используют препарат Мажеф, ко­торый представляет собой смесь од-нозамещенных солей ортофосфорной кислоты, железа и марганца: Fe(Н₂РО₄)₂Мn(Н₂РО₄)₂* Н₂О, МnНРО₄ и имеет следующий химический со­став, %: 2,4 —2,5 Ре; 14 Мn; 46—52 фосфатов (в пересчете на Р₂О₅), 1,0 SО₄^2-, следы СаО,С1^- и I — 2 воды.

Наиболее эффективно процесс фосфатирования протекает в раство­ре с концентрацией препарата Мажеф 30 — 33 кг/м³ при температуре 96 — 98 ° С. Продолжительность — 30 —50 мин.

Для повышения производительно­сти и уменьшения температуры раз­работан процесс ускоренного фосфа­тирования с использованием ванны следующего химического состава,

кг/м³: препарат Мажеф — 30 — 40; Zn(М0₃)₂-6Н₂О — 50 — 65; NaF 2— 5. Температура — 45 — 65 ° С, продол­жительность процесса — 8 — 15 мин.