Твердое никелирование

Для повышения износостойкости трущихся поверхностей де­талей и восстановления их размеров часто применяют твердое ни­келирование. Никелевые покрытия имеют меньшую твердость, чем хромовые, и обладают следующими преимуществами: они сравнительно легко обрабатываются, имеют большую вязкость при толщине слоя до 2 мм; коэффициент линейного расширения никеля близок к коэффициенту линейного расширения стали, в то время как у хрома он в несколько раз выше.

При твердом никелировании требуется в 3 - 4 раза меньше мощность источников постоянного тока, чем при хромировании, а расход энергии примерно в 20 раз меньше.

Электролиты твердого никелирования имеют различные со­ставы. На приборостроительных заводах рекомендуется использо­вать электролит следующего состава: 140 г/л сернокислого никеля и 300 г/л щавелевокислого аммония с кислотностью Н 7,5 - 8 при плотности тока 10 А/дм² и температуре электролита 75 - 80 °С. Скорость осаждения никеля в таком электролите 50 - 60 мкм/ч; получаемые осадки имеют микротвердость 5500-6500 МПа.

Для повышения твердости и улучшения сцепляемости с ос­новным металлом детали, покрытые твердым никелем, желательно в течение 1 ч подвергать термической обработке в муфельных пе­чах при температуре 300 - 400 °С. Это на 2000 - 2500 МПа увели­чивает микротвердость покрытия и повышает коррозионную стой­кость деталей.

Технологический процесс твердого никелирования обычно включает следующие операции: механическую обработку для придания точности формы; устранение дефектов с поверхности, подлежащей покрытию, и получение необходимой чистоты; изо­ляцию мест, не подлежащих покрытию; обезжиривание деталей венской известью; промывку в холодной воде; электролитическое травление в серно-фосфорном электролите; промывку в горячей воде; осаждение на рабочую поверхность сплава никель - фосфор; термическую обработку при температуре 400 °С в течение 1 ч (она увеличивает твердость слоя и прочность его сцепления с основа­нием на 20 - 30 %); механическую обработку и окончательный контроль.

Травление ведут в электролите, состоящем из одной части H₂S0₄ и четырех частей Н₃Р0₄, при плотности тока 20 А/дм² в те­чение 2,0 - 2,5 мин. При выборе твердого никелирования как спо­соба восстановления размеров и повышения износостойкости де­талей следует учитывать, что в зависимости от состава электроли­та и режимов обработки физико-механические свойства осажден­ного сплава никель - фосфор резко изменяются. Так, с увеличени­ем содержания фосфора в покрытии его твердость возрастает: при отсутствии фосфора она составляет HRC_э 32, а при содержании 1,5 % фосфора HRC_э 57. Количество фосфора в сплаве регулируют путем изменения концентрации гипофосфита в электролите; уве­личение концентрации от 0,08 до 10 г/л повышает содержание фосфора в покрытии.

Коррозионная стойкость фосфористо-никелевых покрытий в условиях окружающей среды и в водопроводной воде выше хро­мовых и обычных никелевых покрытий. Прочность сцепления с мало- и среднеуглеродистыми сталями 120 - 140 МПа, с легиро­ванными 70 - 90 МПа. Коэффициент трения стали по чугуну на 30 % ниже коэффициента трения стали по хрому; коэффициент трения хрома по бронзе несколько выше. При трении без смазоч­ного материала износостойкость покрытия в 2,5 - 3 раза выше, чем износостойкость закаленной стали 45, и на 10 - 20 % ниже, чем износостойкость хрома. Покрытия из фосфористого никеля мень­ше снижают усталостную прочность, чем хромовые и обычные никелевые. Изнашиваемость сопряженных деталей из различных металлов при работе по фосфористо-никелевым покрытиям в 4 - 5 раз меньше, чем при работе по стали, и на 20 - 40 % меньше, чем при работе по хрому.

Упрочнять и восстанавливать твердым никелированием мож­но детали типа коленчатых валов, шпинделей металлорежущих станков, поршневых пальцев, гильз цилиндров, поршней гидрав­лических машин, направляющих втулок. Твердое никелирование можно применять также при ремонте неподвижных посадок и деталей приборов. При восстановлении таких деталей, как шпиндели металлорежущих станков, шейки коленчатых валов, гильзы ци­линдров, осаждают слой твердого никеля толщиной 0,75 - 1,25 мм.

Борирование

Электролитическое борирование заключается в том, что в ре­зультате электролиза расплавленной буры Na₂B₄0₇ создается эле­ментарный бор, который в момент выделения диффундирует в ме­талл, образуя на его поверхности бориды железа, а при наличии углерода - карбиды бора. При электролитическом борировании плотность тока 0,20 - 0,25 А/дм². Температуру электролита регу­лируют с помощью реле и контактного терморегулятора. Питается установка постоянным током.

Основные технологические факторы, влияющие на физико-механические и эксплуатационные свойства борированного слоя: температура электролита, время выдержки и химический состав материала обрабатываемых деталей.

Толщина борированного слоя на низколегированных сталях при температуре до 950 °С составляет около 0,3 мм. При дальней­шем повышении температуры она увеличивается мало, но значи­тельно возрастает хрупкость слоя. С увеличением времени вы­держки t толщина слоя возрастает по параболическому закону:

y²=2Pt,

где 2Р - параметр, характеризующий скорость роста слоя.

Среднее значение параметра 2Р можно определить как тан­генс угла наклона параболических кривых, построенных в коорди­натах у² = t. При выдержке более 8 ч сильно увеличивается хруп­кость слоя. Твердость борированного слоя HV 2000 - 2500. Наи­большую твердость имеет борированная поверхность деталей из сталей 55С2А и 30ХГСА, несколько меньшую - из сталей 12ХН2А и 12XН3 А, еще меньшую - из сталей 40Х и 35.

При любой температуре (прочие условия одинаковые) макси­мальная толщина борированного слоя получается на деталях из стали ЗОХГСА и последовательно уменьшается на деталях, изго­товленных из сталей 50С2А, 12ХНЗА, 12ХН2А, 35 и 40Х. Реко­мендуется детали из указанных сталей борировать при температу­ре 950 °С и выдержке 6 ч. При этих условиях получается слой наи­лучшего качества и достигается высокая износостойкость борированных деталей. Из сталей, подвергнутых сравнительным испыта­ниям, после борирования наиболее износостойкой оказалась сталь 12ХН2А, а затем стали 12ХНЗА и 40Х.

Слой бора не изменяет своих свойств при нагреве до темпера­туры

950 °С и обладает повышенными кислотостойкостью и жаро­стойкостью при температуре до 800 °С. Прочность его сцепления с основным металлом такая же, как и прочность цементованного слоя. Высокая твердость слоя бора сообщает поверхности деталей хорошую износостойкость. Вот почему борированием упрочняют детали машин, работающие в тяжелых условиях (при наличии аб­разивной среды и ударных нагрузок); к таким деталям можно от­нести втулки буровых насосов. Как показал опыт, борирование рабочей поверхности втулок позволяет увеличить их износостой­кость почти в 4 раза по сравнению с износостойкостью втулок, закаленных ТВЧ.