Гальванические и химические покрытия: методы защиты и восстановления деталей

Гальванические и химические покрытия используются в производстве подвижного состава в основном как декоративно-защитные, так и износоустойчивые. В практике ремонта их приходится восстанавливать. Помимо этого такие покрытия используют для восстановления деталей при незначительном износе и в тех случаях, когда требуется повысить их износоустойчивость или коррозионную прочность.

Гальванические (электролитические) покрытия получают в процессе электролиза. Для этого используют водные растворы солей тех металлов, из которых желают получить покрытие. Анодами чаще всего служит металл, которым хотят покрыть изделие, катодом — само изделие. Недостаток гальванических покрытий заключается в том, что скорость процесса по сравнению с другими методами покрытий невелика, а стоимость их довольно высокая.

Однако они обладают и рядом достоинств: имеют более высокую стойкость против коррозии по сравнению со всеми другими видами металлических и неметаллических покрытий, так как содержат минимальное количество примесей; обеспечивают в 2—3 раза меньший расход дефицитных цветных металлов по сравнению с другими методами металлических покрытий; дают возможность получить тщательно отделанные поверхности, отличающиеся хорошим внешним видом. Из известных видов гальванических покрытий в практике ремонта подвижного состава наибольшее применение находят цинкование, хромирование, никелирование и меднение.

Цинкование применяют в основном как защитное и контактное покрытие стальных деталей, а также стальных, медных, латунных и бронзовых деталей, работающих в контакте с деталями из алюминия и его сплавов. Цинковое покрытие предотвращает или уменьшает электролитическую коррозию этих соединений. В качестве электролитов при цинковании используют раствор сульфата цинка (кислый раствор) и растворы комплексной соли цинка (цианистощелочной раствор). В кислых растворах получаются более эластичные и прочнее связанные с основным металлом осадки, но вместе с тем кислые электролиты имеют плохую рассеивающую способность (рассеивающей способностью называют способность электролита давать равномерные по толщине отложения металла во всех местах рельефного изделия). Цианистые электролиты дают менее эластичные, но более плотные осадки, лучше сопротивляющиеся коррозии. Кроме того, они имеют хорошую рассеивающую способность и поэтому дают хорошее качество покрытий изделий сложной формы.

Хромирование применяют главным образом как износоустойчивое и защитно-декоративное покрытие рукояток, державок и других деталей, располагающихся на видных местах и предназначенных для частого ручного оперирования. Это покрытие, помимо стойкости против механического износа, характеризуется химической стойкостью и красивым внешним видом (при хромировании с полированием). Хромовые покрытия отличаются пористостью. Поэтому для получения надежных защитно-декоративных покрытий стальных деталей применяют хромирование по подслою из меди.

Применяют и более сложные многослойные покрытия типа медь — никель — хром, никель —медь — никель — хром и др. При этом толщина собственно хромовых покрытий для защитно-декоративных целей не превышает обычно 0,0005 мм. В качестве электролита при хромировании используют раствор хромового ангидрида и серной кислоты в воде. Деталь навешивают на катод, а анодом служит свинцовая пластина. В зависимости от плотности тока и температуры электролита при хромировании можно получить три вида осадков: блестящие, молочные и матовые. Наибольшую твердость имеют матовые, наибольшую износостойкость — молочные осадки.

Никелирование применяют как декоративно-защитное покрытие для художественного оформления панелей управления, эмблем и т. п. Вследствие пористости и более положительного электродного потенциала по сравнению со сталью, никелевые покрытия стальных деталей наносят на подслой меди. Применяют и более сложные покрытия типа никель — медь — никель. Гальванические осадки никеля хорошо полируются и придают деталям красивый внешний вид. Однако твердость их недостаточна и поэтому они сравнительно плохо сопротивляются истиранию. В качестве электролитов при никелировании используют растворы никелевых солей с добавками солей щелочных металлов.

Меднение применяют для двух основных целей: создания подслоя при никелировании и хромировании стальных деталей и защиты поверхностей детали, не подлежащих цементации, при цементации. Как самостоятельный вид покрытия меднение не применяют, так как оно не защищает сталь электрохимически. Если это покрытие пористое или в какой-либо точке нарушено, то омедненная сталь будет разрушаться даже быстрее неомедненной.

Для меднения используют два вида электролита: кислый (водный раствор сернокислой меди и серной кислоты) и цианистый (водный раствор комплексной соли меди). Первый дает очень слабое сцепление со сталью и рыхлое покрытие. Поэтому меднение в сернокислом электролите производят по никелевому подслою. В цианистом электролите можно получить плотные осадки с мелкозернистой структурой, которые плотно сцепляются с основным металлом. В таких электролитах получают медные осадки — подслой для никелевых и хромовых покрытий.

Гальваническое покрытие крупных деталей производят в ваннах различных размеров, мелких деталей — во вращающихся барабанах-колоколах. Схема ванны для гальванопокрытий показана на рис. XII.12, а. Покрываемые детали 1 подвешивают между анодами 2 в электролите на специальных подвесках 5 или навязывают проволокой 6. Электрический ток подводят к зажимам 3. Ванны снабжаются вентиляционными коробами 4 для отсасывания вредных паров электролита. Колокол для электролитического покрытия мелких деталей показан на рис. XII.12, б.

Рис. XII.12. Ванна (а) и колокол (б) для гальванических покрытий деталей

Детали 2 насыпают в колокол с электролитом. Один полюс источника тока присоединяют к зажиму 4, связанному с металлическим электродом 1 у дна колокола, а второй — к аноду 3. Колокол вращается электродвигателем 6 через червячную пару 5 и покрываемые детали все время перемешиваются, что обеспечивает равномерность покрытия. Переворачивание колокола для слива отработанного электролита выполняют вручную рукояткой 8. Ось вращения О-О колокола связана с рукояткой 8 червячной передачей 7.

Недостатком процесса гальванических покрытий в ваннах являются: трудности их нанесения на крупногабаритные детали, требующие больших ванн, и необходимость защиты поверхностей, не подлежащих покрытию.

Гальваническое натирание применяют для восстановления изношенных поверхностей крупногабаритных деталей, в особенности при сравнительно небольших площадях изношенных поверхностей (картеры ведущих мостов, рукава полуосей троллейбусов и др.). Нанесение гальванических покрытий по этому методу производится тряпочным тампоном, пропитанным электролитом. Восстанавливаемую деталь подключают к катоду, а тампон — к аноду, роль которого выполняет металл, которым покрывают изделие.

Химические покрытия (оксидирование) получают химической обработкой металлов в сильной окислительной среде или обработкой током на аноде. Сущность их состоит в образовании на поверхности основного металла окисных пленок, изолирующих его от внешней среды и предохраняющих поэтому от разрушения. Химическое оксидирование (воронение, синение) стальных деталей осуществляют в расплавленных азотнокислых солях, а также под воздействием их газов и паров при температуре 600—650° С.

Алюминий и его сплавы оксидируют химическим методом в натриевых растворах или электрохимическим методом на аноде. Процесс электрохимического оксидирования алюминия и его сплавов называют анодированием. Этот вид обработки осуществляют в 3—5%-ном растворе хромового ангидрида, причем анодом служит изделие, а катодом — графит или железо. Обработку ведут 1 ч при постепенном увеличении напряжения тока и температуре электролита около 40° С. Окисная пленка, получаемая при оксидировании, вследствие своей пористости не является достаточно надежной защитой от коррозии. Поэтому на практике приходится прибегать к дополнительной пропитке оксидированной поверхности жирами или лаками. Последние, проникая в поры окисной пленки и препятствуя доступу влаги, удлиняют срок ее защитного действия.

Ряд металлов образует прочную окисную пленку в естественных условиях эксплуатации — это цветные металлы (медь, алюминий) и их сплавы. Такие металлы часто вовсе не защищают от коррозии. После изготовления и окончательной обработки деталей из цветных металлов достаточно их обезжирить, протравить и покрыть нитролаком. Красивый чистый вид деталей сохраняется до повреждения пленки лака.

Горячий метод является одним из распространенных методов получения покрытий. После соответствующей подготовки (обезжиривания и травления) детали погружаются в расплавленный присадочный металл, который покрывает основной металл и сцепляется с ним. Излишки расплава удаляют с вынутой детали войлочными или металлическими щетками. Из горячих методов покрытия наибольшее распространение получило лужение контактных деталей тяговых электрических машин и аппаратов и отчасти горячее цинкование. Основными достоинствами горячего метода получения покрытий являются: его простота, относительно небольшая трудоемкость и возможность использования при любой форме изделий. Главный недостаток этого метода заключается в относительно высоком расходе металла для образования покрытия (большие отходы присадочного металла).

Сведения об авторах и источнике:

Авторы: Д. И. Бондаревский, В. М. Кобозев

Источник: Эксплуатация и ремонт подвижного состава городского электрического транспорта