Вневанное электролитическое осаждения металла

Лекция 28. Электролитические покрытия

28.1 Хромирование.

28.2 Осталивание.

28.3 Вневанное электролитическое осаждение металла.

При ремонте автомобилей процесс электролитического осаждения применяют для восстановления деталей, имеющих сравнительно малые износы, для защиты деталей от коррозии, а также для декоративного покрытия.

Сущность процесса

Электролитическое (гальваническое) покрытие – это процесс нанесения металла на поверхность детали путем кристаллизации его из раствора соответствующей соли (электролита) в результате прохождения через соль электрического тока.

Рис. 23.1. Схема электролитического осаждения металла: 1 – ванна; 2 – анод; 3 – катод; 4 – электролит

При пропускании через электролит постоянного тока молекулы расщепляются на положительно заряженные частицы – катионы, которые перемещаются к отрицательному электроду (катоду), где осаждаются, превращаясь в нейтральные атомы, и отрицательные частицы – анионы, перемещающиеся к положительному электроду, где также теряют свой заряд и превращаются в нейтральные атомы. При многих процессах катодом служит обрабатываемая деталь, анодом либо металл, соль которого находятся в растворе, либо металл, который нерастворим в электролите.

Хромирование

Хромовые покрытия применяют для восстановления размеров изношенных деталей, а также в качестве антикоррозионного и декоративного покрытия. Хромовые покрытия отличаются высокой твердостью, хорошей износостойкостъю, превышающей в 2 – 3 раза износостойкость закаленной стали 45, хорошей сцепляемостью с любыми металлами, высокой кислотостойкостъю и теплостойкостью. К недостаткам хромирования относят ограничение толщины покрытия (до 0,3 мм), так как при большой толщине слой хрома отслаивается и теряет износостойкие свойства; относительно низкую производительность (до 0,03 мм/ч) из-за малых значений выхода металла по току; высокую стоимость процесса.

Подготовительные операции имеют такую последовательность:

1) предварительная механическая обработка (шлифование и при необходимости полирование) изношенной поверхности детали с целью придания этой поверхности правильной геометрической формы и доведения ее до нужных размеров с учетом припуска на хромовое покрытие;

2) очистка деталей от окислов и предварительное обезжиривание;

3) установка детали в подвесном приспособлении с целью придания ей правильного положения относительно анода;

4) изоляция мест, не подлежащих хромированию;

5) окончательное обезжиривание (электролитическое в щелочных электролитах);

6) анодная обработка (декапирование) для удаления тончайших пленок окислов, когда деталь служит анодом.

После анодной обработки деталь, не вынимая из ванны, переключают на катод и наносят покрытие.

При хромировании в качестве электролита используют водный раствор хромового ангидрида (СrО₃).

В зависимости от назначения покрытия применяют электролиты различных составов. Электролит № 1 называемый разведённым, обеспечивает наиболее высокую износостойкость покрытия (120-151 г/л хромового ангидрида). Электролит № 3, называемый концентрированным, используют для защитно-декоративных целей. Электролит № 2, называемый универсальным, по своим показателям занимает промежуточное положение и применяется для получения износостойких покрытий с хорошими защитно-декоративными свойствами.

Рис. 23.2. Зоны расположения хромовых осадков

В зависимости от плотности тока и температуры электролита при неизменном его составе можно получить покрытия трех видов: серые (матовые), блестящие и молочные. Серые осадки отличаются высокой твердостью, повышенной хрупкостью и пониженной износостойкостью. Серые осадки при восстановлении деталей не применяют. Блестящие осадки обладают повышенной твердостью, но меньшей хрупкостью. Эти осадки отличаются хорошей износостойкостью при умеренных нагрузках. Молочные осадки отличаются достаточной пластичностью, но менее тверды. Такие осадки наносят на детали, работающие при знакопеременных и ударных нагрузках.

Заключительные операции после хромирования следующие. Промывка детали вместе с подвеской в ванне с дистиллированной водой с целью сбора дорогостоящего хромового ангидрида. Промывка в холодной проточной воде и затем погружение на 0,5 – 1 мин в ванну с 3 – 5% раствором кальцинированной соды для нейтрализации остатков электролита и в заключение – промывка в теплой проточной воде. С целью снятия в хромированном слое внутренних напряжений, возникающих в результате растворения в хромовом покрытии водорода, в отдельных случаях проводят тепловую обработку детали путем ее нагрева в масляной ванне до температуры 150 – 220 °С с выдержкой в течение 1,5 – 2 ч.

Завершающей операцией является шлифование хромированных поверхностей электрокорундовыми кругами с зернистостью 60 – 120 и твердостью М2 – М3. Припуск на шлифование оставляют 0,08 – 0,1 мм. Хромовые покрытия, нанесенные с декоративной целью, подвергаются полированию с применением пасты ГОИ.

Пористое хромирование. С целью достижения хорошей смачиваемости покрытия маслом и лучшей прирабатываемости применяют пористое хромирование. Пористость получают путем анодного травления покрытия в электролите. Переключается полярность тока (деталь становится анодом). Продолжительность травления 5 – 10 мин. Пористым хромированием повышают износостойкость поршневых колец, поверхность цилиндров двигателей и других деталей, работающих в условиях трения скольжения.

Осталивание

Это процесс электролитического осаждения железа. Осталивание намного производительнее и экономичнее хромирования, так как, скорость осаждения металла составляет 0,3 – 0,5 мм/ч (в 5 – 6 раз выше). Сцепляемость железного покрытия с поверхностью стальной детали достаточно высокая (400 – 450 МПа). К недостаткам процесса относится снижение усталостной прочности деталей, достигающее 30 % при покрытии стальных деталей. Это обусловлено наличием растягивающих внутренних напряжений в покрытии.

Осталивание применяют для наращивания поверхностей деталей под неподвижные посадки, для восстановления деталей с большим износом (до 2-3 мм), а также с целью получения подслоя в 1 – 3 мм для тонкого хромового покрытия (0,02 – 0,03 мм).

Процесс осталивания обычно протекает в хлористых электролитах, основным компонентом которых является хлористое железо. Концентрация хлористого железа в электролитах может быть в пределах от 200 до 700 г/л.

При осталивании деталь является катодом. В качестве анода используется низкоуглеродистая сталь марка 08 или 10. В процессе электролиза анод постепенно растворяется. Качество покрытия (твердость, износостойкость, вязкость) зависит от состава и температуры электролита, плотности тока. Технологический процесс осталивания (в том числе подготовительные операции) мало чем отличается от хромирования.

Вневанное электролитическое осаждения металла

Восстановление хромированием или осталиванием крупногабаритных деталей (корпуса коробок передач, блоки цилиндров) и деталей сложной конфигурации (коленчатые валы) связано с рядом технологических трудностей (необходимо иметь ванны больших размеров, сложность подвесных приспособлений и изоляция мест, не подлежащих докрытию и др. Поэтому такие детали восстанавливают вневанным осаждением, принцип которого заключается в том, что местная ванна создается только в зоне покрытия. Вневанный процесс выполняется тремя способами: струйным, проточным и натиранием.

Рис.23.3. Схема струйного процесса хромирования: 1 – подводная труба электролита; 2 – насадка; 3 – деталь; 4 – ванна; 5 – электролит

Рис. 23.4. Схема проточного процесса хромирования: 1 – деталь (втулка); 2 – анод 3 – электролит

Струйные процессы обычно применяются для осаждения металла на телах вращения. Из схемы видно, что электролит подается насосом на шейку вала через подводящую трубу и отверстия специальной насадки, которая является анодом. Катодом служит деталь. Под деталью расположена ванночка, в которую стекает электролит. Насосом электролит снова подается в подводящую трубу. Для обеспечения равномерного покрытия деталь вращается с частотой 2-5 об/мин.

Проточный процесс заключается в том, что в зоне покрываемой поверхности создается местная ванна, через которую циркулирует электролит. Этот способ особенно эффективен при покрытиях металлом внутренних цилиндрических поверхностей.

Электролитическое натирание заключается в перемещении анода выполненного в виде тампона и пропитанного электролитом, по поверхности детали, являющейся катодом. На схеме приведена в качестве примера установка для электролитического натирания шейки вала.

Рис. 23.5. Схема электролитического натирания: 1 – детали; 2 – угольный электрод; 3 – анодный тампон; 4 – электролит; 5 – корпус; 6 – рукоять; 7 – ванна

Перед электролитическим натиранием поверхность подготавливается так же, как и перед ванным покрытием. Процесс электролитического натирания производителен, так как в связи с перемещением анода по покрываемой поверхности плотность тока может достигать 150 – 200 А/дм². Покрытие получается мелкозернистое, но слоистое. Наиболее эффективен этот процесс при восстановлении посадочных мест под подшипники в корпусных деталях, на валах, в бронзовых втулках при износах до 0,1 мм. Используют железные, цинковые и медные покрытия.