Подготовка поверхности к нанесению покрытий

Подготовка деталей к покрытию состоит из механической об­работки поверхностей, обезжириванияобработанной поверхнос­ти и декапирования.

Механическая обработка включает пескоструйную обработку, шлифование и полирование. Выбор способа механической обработки зависит от назначения покрытия. При нанесении покрытия с целью восстановления изношенной поверхности для получения правильной геометрической формы производят шлифование и полирование для достижения необходимой шероховатости повер­хности. Шлифование выполняют на шлифовальных станках с ис­пользованием шлифовальных или войлочных кругов, накатанных абразивным порошком. Полирование производят бязевыми кру­гами, на которые наносят полировальные пасты.

Обезжиривание проводится для удаления жировых загрязне­ний с поверхности детали с целью достижения высокой прочности сцепления. Применяют различные способы обезжиривания: в органических растворителях, а также химическое и электрохими­ческое обезжиривание.

Электрохимическое обезжиривание деталей является наиболее эффективным. Оно осуществляется при помощи постоянного тока на катоде и на аноде или комбинированным способом: сначала на катоде (2—7 мин), затем на аноде (4—10 мин).

Составы электролитов и режимы электрохимического обезжи­ривания приводятся в табл. 24.

Табл.24. Составы электролитов и режимы электрохимического

обезжиривания

В качестве электродов в ванну для электромеханического обез­жиривания помещаются стальные или никелевые пластины. Повер­хности деталей, не подлежащие восстановлению, необходимо изо­лировать. Перед нанесением изоляционного покрытия поверхнос­ти обезжиривают ацетоном или каким-либо другим растворителем.

Удобен способ защиты непокрываемых поверхностей изоляци­онной хлорвиниловой лентой, резиновыми трубочками, полиэти­леновой пленкой и другими кислотостойкими материалами.

При хромировании используют токонепроводящие материа­лы — лаки и синтетические материалы: полихлорвиниловый пластик, цапонлак и др. Затем детали монтируются на подвес­ное приспособление.

Обезжиривание деталей производят одним из следующих спо­собов:

—проводят обработку поверхности растворителями (бензи­ном, уайт-спиритом, ацетоном и другими растворителями);

—проводят механическую очистку венской известью (кашице­образным раствором кальцемагниевой извести):

—обезжиривают в растворах щелочей путем погружения де­талей в горячий щелочной раствор (t=60 °С), выдерживая в нем 5—60 мин; проводи электромеханическое обезжиривание в ра­створах щелочей, которое заключается в погружении деталей в горячий (г = 60—80 °С) щелочной раствор, через который пропус­кают ток (катод — детали, а анод — пластины из малоуглеродис­той стали). Плотность тока 5—10 А/дм², длительность процесса — 1—2 мин. Выделяющийся на поверхности детали водород в виде пузырьков срывает с поверхности жировую пленку.

Декапирование(анодная обработка деталей) — это удаление тончайших окисных пленок с обрабатываемой поверхности дета­ли, которые образуются во время обезжиривания и промывки, а также обнажение структуры металла детали.

При хромировании обработку ведут в основном электролите, при этом детали сначала выдерживаются 1 -2 мин без тока для нагрева детали до температуры электролита, а затем в течение 30—45 сек проводят сам процесс при анодной плотности тока 25—35 А/дм². После этого, не вынимая детали из ванны, переклю­чают деталь на катод и хромируют ее. При железнении анодную обработку ведут не в основном электролите, а в специальном.

Хромирование

Хромирование применяют для восстановления изношенных по­верхностей деталей — нанесения защитно-декоративного покры­тия, повышения износостойкости поверхностей деталей и т.д. Элек­тролитом при хромировании служит раствор хромового ангидри­да, к которому добавляется химически чистая серная кислота.

В зависимости от концентрации хромового ангидрида элект­ролиты делят на три группы: низкой (140—150 г/л), средней (230— 250 г/л) и высокой (350—500 г/л) концентрации. При восстановле­нии деталей можно рекомендовать электролит двух составов:

а) хромового ангидрида 150 г/л, серной кислоты 1,5 г/л;

б) хромового ангидрида 250 г/л, серной кислоты 2,5 г/л.
Процесс хромирования заключается в следующем.

В ванну, наполненную указанным раствором, опускают деталь и свинцовую пластину (рис.64).К детали (катоду) и пластине (аноду) присоединяют источник постоянного тока. При пропуска­нии электрического тока на поверхности детали ровным слоем осаждается хром. Время хромирования определяют по формуле:

, (85)

где Т— время хромирования, ч; h — толщина слоя, мм; — плот­ность хрома; с — химический эквивалент хрома (0,324); D — плот­ность тока, А/дм²; — выход по току, %.

Рис. 64. Схема установки для электролитического осаждения металла: 1 — анод; 2 — катод (деталь); 3 — ванна; 4 — электролит

Большое влияние на процесс хромирования и качество осадка оказывают плотность тока и температура электролита ванны. Из­меняя эти параметры, получают блестящий, молочный и матовый осадки. Блестящие осадки получаются при средних плотностях тока (30—50 А/дм²) и 45—60 °С. Для них характерны достаточные твердость и вязкость. Осадки молочного цвета получаются при низких плотностях тока (20—30 А/дм²) и 60—65° С. Они относи­тельно мягкие и вязкие.

Матовые осадки получаются при высоких плотностях тока (50—70 А/дм² и выше) и 30—50 °С. Матовым осадками свойствен­ны высокая твердость и хрупкость. В табл.25приведены данные о влиянии режимов хромирования на вид осадка хрома. В зависимости от условий работы деталей выбирают осадок с тре­буемыми свойствами; например, для изнашиваемых деталей, ра­ботающих при небольших удельных нагрузках (до 0,5 МПа), сле­дует рекомендовать блестящие осадки, а при больших контактных давлениях и знакопеременных нагрузках — молочные осадки. Наиболее высокие физико-механические свойства хромового по­крытия достигаются при толщине слоя h < 0,25 мм.

Табл.25. Влияние режимов хромирования на вид и свойства элект­ролитического осадка

Если деталь работает при статических удельных нагрузках q 800 МПа, рекомендуется толщина слоя h — ОД 1 ±0,13 мм и мато­во-блестящий цвет покрытия. При динамических удельных на­грузках q 50 МПа толщина слоя должна быть h = 0,05—0,11 мм, а при q 200 МПа, а при повышенных температурах рекомендует­ся толщина слоя h = 0,03—0,05 мм. В последнем случае применя­ется покрытие молочное и молочно-блестящее.

Поверхности восстанавливаемых деталей, подвергаемые хроми­рованию, в основном можно свести к двум группам: поверхности трения и неподвижных соединений. Поверхности деталей, работа­ющих на трении при различных удельных давлениях и окружных скоростях, должны обладать высокой износостойкостью, что дос­тигается применением блестящих или молочно-блестящих покры­тий. Толщина слоя хрома для различных деталек, работающих на трении, может быть 0,03—0,3 мм. На детали, работающие без пере­мещения рабочих поверхностей взаимосопряженных пар (шейки валов под обоймы шарико- и роликоподшипников и др.), рекомен­дуется наносить покрытия блестящего вида, а режим электролиза должен обеспечивать высокую скорость наращивания осадков хро­ма, т.е. плотность тока должна быть 45—50 А/дм², а температура электролита — 50 °С. При хромировании изношенных деталей, ра­ботающих с различной плотностью, лучшие результаты дают электролиты следующего состава: Сг₂О3 150 г/л; H₂S0₄ 1,5 г/л. Ис­точником тока для гальванического процесса является низковоль­тный агрегат постоянного тока, который обеспечивает большую силу тока и низкое напряжение. Для хромирования деталей при­меняют ванны, изготовленные из листовой стали толщиной 3— 4 мм. Ванна представляет собой два сварных бака, вставленных один в другой. Внутреннюю поверхность ванны (внутреннего бака) облицовывают кислотостойким материалом — виниплас­том или рольным свинцом толщиной 3 мм. Наружный бак служит кожухом водяной рубашки, предназначенной для регулирования температуры электролита. Воду подогревают паром, пропускае­мым через расположенный на дне кожуха змеевик, или при помо­щи электронагревателей. На бортах ванны на специальных изоля­торах крепятся анодные и катодные продольные штанги (латун­ные стержни). Ванны оборудованы бортовыми отсосами.

Технологический процесс восстановления включает нижесле­дующие операции.

1. Шлифование. Цель шлифования — устранить неравномер­ную выработку поверхности деталей.

2. Электролитическое обезжиривание или промывка. Применя­ется катодное электролитическое обезжиривание в электролите, состоящем из 50—100 г едкого натра или едкого калия и 1 л воды. Температура электролита 70—80 °С. Плотность тока 3—10 А/дм². Химическое обезжиривание проводят в растворе: едкий натр (или едкое кали) 50—100 г/л, мыло и жидкое стекло 2—3 г/л. Темпера­тура раствора 70—80 °С.

3. Промывка в горячей воде для удаления щелочи.

4. Изолирование мест, которые не подлежат хромированию, цапон-лаком, листовым целлулоидом или полихлорвиниловым пластиком.

5. Электролитическое обезжиривание для удаления с поверхно­сти детали мелких частиц грязи.

6. Промывка в горячей и холодной воде.

7. Декапирование. Для получения прочных хромовых отложе­ний детали подвергают легкому протравливанию (декапирова­нию). Декапирование может быть химическим и анодным. Хими­ческое декапирование можно проводить в 5—7 %-м растворе серной кислоты. Анодное декапирование выполняют непосредствен­но в хромовой ванне или в специально установленной ванне при анодной плотности тока 5—10 А/дм² с температурой электролита 50—60 °С. Продолжительность процесса 0,5—1 мин.

8. Хромирование в ванне указанного ранее состава при соот­ветствующем режиме работы.

9. Шлифование деталей.

Пористое хромирование.Пористым хромированием называет­ся слой хрома, на поверхности которого имеется большое количе­ство пор и каналов. В порах удерживается смазка, что улучшает притирку трущихся поверхностей. Различают два вида поверхно­стей пористости: канальчатую и точечную. Процесс пористого хромирования состоит из тех же операций, что и гладкое хроми­рование, но для получения пористого хромирования поверхность подвергают анодной обработке. При анодной обработке хромо­вого покрытия (обычно блестящих осадков) путем реверсирова­ния тока происходит растворение хрома и проникновение его в глубину осажденного слоя, вследствие чего имеющиеся микроско­пические каналы и трещины быстро развиваются, образуя в верх­нем слое хромового покрытия систему пор глубиной в несколько сотых миллиметра. Анодная обработка хромовых покрытий умень­шает остаточные напряжения в слое хрома, вследствие чего его эк­сплуатационная работоспособность возрастает. Для получения хрома с пористостью канальчатого вида применяют: состав элект­ролита — 250 г/л Сг₂0з; режим хромирования — D_K - 50 А/дм², тем­пература — 58—60 °С; режим анодного травления — D_a - 40 А/дм². температура — 58—60 °С, = 6 + 8 мин. Для получения пористости точечного вида хрома применяют: состав электролита — 250 г/л Сг₂Оз и 2,5 г/л H₂S0₄, режим хромирования — D_K = 45 А/дм², темпе­ратура — 50 °С, режим анодного травления — D_a = 40 А/дм², тем­пература — 50 °С, = 10 + 12 мин. Для пористого хромирования толщина хромового осадка должна быть не менее 0,1 мм, в про­тивном случае поры дойдут до основного металла, что значитель­но ухудшит свойство покрытия.

Размерное хромирование.Размерным хромированием называ­ется точное равномерное покрытие хромом без последующей до­водки. Преимуществом размерного хромирования является то, что слой хрома наносится такой толщины, которая на несколько микрон превышает предельный размер износа. Подвергать раз­мерному хромированию деталь большой толщины затруднитель­но, поэтому для большинства деталей толщина размерного осаждения хрома не превышает 25—35 мкм на диаметр. Состав ванны для размерного хромирования такой же, как и для твердого хро­мирования: 150 г/л хромового ангидрида, 1,5 г/л серной кислоты, 1 л воды. Температура электролита — 55 °С (отклонение темпера­туры допускается не более ±1 °С), плотность тока — 40—45 А/дм², расстояние между анодом и катодом должно быть не менее 10 мм.

Железнение

При восстановлении деталей железнением получают покрытие высокой твердости и износостойкости, хорошо сцепленное с ос­новным металлом детали.

Технологический процесс железнения состоит из следующих операций: предварительная подготовка, электролитическая обра­ботка, железнение и окончательная обработка.

Применяемые электролиты. Для электролитического осажде­ния железа можно применять сернокислые, хлористые и смешан­ные электролиты.

В практике ремонта применяют в основном хлористые элект­ролиты из хлористого закисного железа. Раствор хлористого же­леза получают травлением стальных стружек в соляной кислоте.

В зависимости от концентрации солей железа различают три типа хлористых электролитов: высококонцентрированные (600— 680 г/л); среднеконцентрированные (400—450 г/л) и малоконцент-рированные (200—220 г/л).

При железнении применяют растворимые аноды в виде стержней из малоуглеродистых сталей марок Ст. 3; Ст. 10; Ст. 20. Соотноше­ние площадей анодов S_a и катодов S_K должно быть S_a: S_K = 2 : 1

Хлористые электролиты имеют ряд важных преимуществ: не­дефицитность и низкая стоимость применяемых материалов; вы­сокая производительность; простота контроля и большая универ­сальность, позволяющая в одном и том же электролите получать как мягкие, так и твердые покрытия.

Свойства покрытий, получаемых на катоде, зависят от усло­вий электролиза — концентрации и температуры электролита, плотности тока. «Мягкие» условия электролиза — высокая кон­центрация (680 г/л) FeCl₂ · 4H₂0 электролита, его высокая темпе­ратура (~ 100°), малая плотность тока (5 А/дм²) — обеспечивают получение на деталях мягких осадков железа (НВ 120—150) тол­щиной до 3 мм и более.

При «жестких» условиях электролиза — малая концентрация электролита, невысокая его температура и высокая плотность тока — могут быть получены покрытия твердостью до 6 500— 7 000 МПа и толщиной до 1,2 мм (рис.65).

Рис.65. Влияние плотности тока и температуры электролита на микротвер­дость железных покрытий: а — электролит типа I; б — электролит типа II; в —электролит типа III