ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

Электролитическое (гальваническое) покрытие - это процесс нанесения металла на поверхность детали путём кристаллизации его из раствора соответствующей соли (электролита) в результате прохождения через соль электрического тока. На рис12.1 - показана простейшая схема электролитического осаждения металла. Ванну 1 заполняют электролитом 4; при пропускании через него постоянного тока молекулы раствора расщепляются на положительно заряженные частицы - катионы, которые перемещаются к отрицательному электроду 3 (катоду), где осаждаются, превращаясь в нейтральные атомы, и отрицательно заряженные частицы - анионы, перемещающиеся к положительному электроду 2 (аноду), где также теряют свой заряд и превращаются в нейтральные атомы.

При многих процессах катодом служит обрабатываемая деталь, анодом -либо металл, соль которого находится в растворе, либо металл, который нерастворим в электролите.

Хромирование. Хромовые покрытия применяют для восстановления размеров изношенных деталей, а также в качестве антикоррозийного и декоративного покрытия. Хромовые покрытия отличаются высокой твердостью, хорошей износостойкостью, превышающей в 2-3 раза износостойкость закаленной стали 45, хорошей сцепляемостью почти с любыми металлами, высокой кислотостойко-стыо и теплостойкостью.

К недостаткам хромирования относят ограничение толщины покрытия (до 0,3), так как при большей толщине слой хрома отслаивается и теряет износостойкие свойства; относительно низкую производительность процесса (до 0,03 мм/ч) из-за малых значений выхода металла по току; высокую стоимость процесса.

Хромирование слагается из подготовительных операций, собственно хромирования и заключительных операций после наложения хрома.

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 её до нужных размеров с учётом припуска на хромовое покрытие;

2) очистка деталей от окислов шлифовальной шкуркой и предварительное обезжиривание промывкой в растворителях - дихлорэтане, уайт-спирите, бензине и др.;

3) установка детали в подвесном приспособлении с целью правильного базирования её относительно анода и для соединения с контактами токопрово-дящих шин;

4) изоляция мест, не подлежащих хромированию, покрытием этих мест ца-пон - лаком в смеси с нитроэмалью в соотношении 1:2, либо нанесением пленки из перхлорвинилового пластика толщиной 0,3-0,5 мм, либо применением клея БФ и др.;

5) окончательное обезжиривание детали (эта операция должна выполняться весьма тщательно, так как тончайшая жировая плёнка изолирует поверхность детали от электролита. Наилучшие результаты обеспечивает электрохимическое обезжиривание с подвеской детали на катоде. В качестве электролита используют щелочной раствор следующего состава (в г/л): едкий натр - 10, кальцинированная сода - 2,5, тринатрийфосфат - 2,5, эмульгатор ОП-7 - 2-5. Обезжиривание протекает при температуре раствора 70-80°С, плотности тока 5-10 А/дм², длительности процесса 1-2 мин);

6) анодная обработка (декапирование), выполняемая с целью удаления с поверхности детали тончайших пленок окислов (эта операция осуществляется путём погружения детали вместе с подвеской в ванну для хромирования, но при включении обратного тока, т. е. анодом служит деталь. Процесс сводится к электролитическому растворению металла и одновременно к механическому отрыву окислов выделяющимся кислородом. После завешивания детали в ванну ее предварительно прогревают без тока 1-2 мин, а затем ведут анодную обработку в течение 30—45 с при плотности тока 30-35 А/дм²).

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

Хромирование. При хромировании в качестве электролита используют водный раствор хромового ангидрида (Сг0₃). Процесс хромирования удовлетворительно протекает в присутствии ионов S0₄ с применением нерастворимых (свинцово-сурьмянистых) анодов (95 % свинца и 5 % сурьмы). Серная кислота в электролите играет роль катализатора, способствуя осаждению хрома. Соотношение между концентрацией хромового ангидрида и серной кислотой (Cr0₃/H₂S0₄) должно находиться в пределах от 90 до 120. В этом случае обеспечивается наибольший выход по току хрома.

Осталивание - процесс электролитического осаждения железа. Осталива-ние намного производительнее и экономичнее хромирования, так как скорость осаждения металла составляет 0,3-0,5 мм/ч, а выход по току достигает 85-90 %, т.е. в 5-6 раз выше, чем при обычном хромировании. 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 РеС1₂ -4Н₂0. Концентрация хлористого железа в электролитах может быть в пределах от 200 до 700 г/л. Наиболее стабилен в работе электролит средней концентрации, содержащий (400 ± 20) г/л РеС1₂ -4Н₂0, (2 ± 0,2) г/л НС1 и (10 ± 2) г/л МпС1₂ -4Н₂0. Наличие соляной кислоты необходимо для устойчивой работы ванны; хлористый марганец способствует повышению сцепляемости покрытия с основным металлом.

При осталивании деталь является катодом. В качестве анода используют низкоуглеродистую сталь марки 08 или 10. В процессе электролиза анод постепенно растворяется. Концентрация соляной кислоты при работе ванны снижается, поэтому необходимо периодически контролировать состав электролита с добавлением концентрированной соляной кислоты.

Качество покрытия (твердость, износостойкость, вязкость) зависит от состава и температуры электролита, плотности тока. Мелкозернистые и вязкие покрытия получаются при малой плотности тока и высокой температуре; с увеличением плотности тока, снижении температуры электролита и уменьшении концентрации хлористого железа твердость покрытия возрастает.

Технологический процесс осталивания мало, чем отличается от хромирования. При подготовке детали к осталиванию не всегда требуется предварительное её шлифование: при наращивании значительного слоя деталь обычно не шлифуют. Другие подготовительные операции (обезжиривание, изоляция мест, не подлежащих осталиванию, вторичное обезжиривание, анодная обработка) принципиально те же, что и при хромировании.

В процессе осталивания выделяется большое количество вредных газов, поэтому требуются мощные вентиляционные установки.