Гальванические (электрохимические) покрытия

Если в водный раствор соли осаждаемого металла (электролит) ввести предварительно очищенную и подготовленную деталь, подлежащую покрытию, а затем пропустить через электролит электрический ток, то анод (осаждаемый металл) растворяется в электролите и ионы его переносятся на катод (деталь) и осаждаются на нем, образуя гальваническое (электрохимическое) покрытие (рис. 4.5)

Способ позволяет осаждать широкий спектр металлов, сплавов, композиционных материалов (железо, никель, кобальт, медь, хром, цинк, легкоплавкие, благородные металлы и их сплавы).

Он нашел широкое распространение в промышленности развитых стран. Общая площадь ежегодно наносимых гальванических покрытий достигает 1 млрд. м².

Преимуществами способа являются простота процесса электроосаждения, низкая себестоимость, доступность контроля и автоматизации, практически неограниченные возможности варьирования свойств осаждаемых покрытий, простота и равнотолщинность.

Основные недостатки – низкая скорость осаждения покрытий, экологические проблемы, связанные с дополнительными затратами на очистку и обезвреживание стоков и отработанных электролитов, наводораживание, многостадийность.

Гальванические покрытия имеют следующие основные области применения:

-восстановление размеров стальных, чугунных деталей с износом десятых долей миллиметра (клапаны, поршневые пальцы, шатуны, отверстия под подшипники в корпусных деталях и др.) и повышение износостойкости (Fe, Cr, Ni, Cu, композиционные покрытия на их основе), коррозионной стойкости (Cr, Zn, Cd и т.п.);

-придание защитно-декоративных (Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Sn, Pb) и антифрикционных свойств (Fe, Cu, Zn, Sn, композиционные покрытия на их основе);

-защита от цементации (медь);

-повышение теплостойкости (хром);

-придание поверхностному слою специальных свойств – электро-, теплопроводности и др. (медь и др.)

Технологический процесс нанесения гальванических покрытий содержит три основных блока операций: подготовительные (очистка, промывка, обезжиривание), осаждение металла, обработка после нанесения покрытий (промывка, нейтрализация, сушка).

Наибольшее распространение для восстановления стальных и чугунных деталей (шеек коленчатых и распределительных валов, крестовин, головок шатунов, гильз цилиндров, поршневых колец, пальцев и т.п.) получило железнение. Зачастую его называют «осталиванием», поскольку твердость осадков находится на уровне твердости закаленной стали. Производительность железнения максимальна (в 10 раз выше, например, чем при хромировании).

Толщина покрытий достигает 3 мм на сторону. При этом выход по току максимальный – 80-96%, плотность тока 0,1…50 А/дм², температура электролита 20…100 °С, используются в основном хромистые (FeCl₂, FeCl₃), сульфатные, бористые электролиты.

В Республике Беларусь наиболее значимых успехов в разработке прогрессивных технологий нанесения гальванических покрытий достигли в ИФХП БГУ под руководством академика НАН Беларуси Ивашкевича О.А., а в области железнения в БНТУ.

Весьма перспективно развитие градиентных композиционных гальванических покрытий с добавками микро- и наночастиц различной природы (карбидов, оксидов, боридов, алмазов и др.)