Вневанное електролітичне осадження металу
Лекція 28. Електролітичні покриття
28.3 Вневане електролітичне осадження металу.
При ремонті автомобілів процес електролітичного осадження застосовують відновлення деталей, мають порівняно малі зноси, захисту деталей від корозії, і навіть для декоративного покриття.
Сутність процесу
Електролітичне (гальванічне) покриття – це процес нанесення металу на поверхню деталі шляхом кристалізації його розчину відповідної солі (електроліту) в результаті проходження через сіль електричного струму.
Мал. 23.1. Схема електролітичного осадження металу: 1 – ванна; 2 – анод; 3 – катод; 4 – електроліт
При пропущенні через електроліт постійного струму молекули розщеплюються на позитивно заряджені частинки - катіони, які переміщуються до негативного електрода (катоду), де осаджуються, перетворюючись на нейтральні атоми, і негативні частинки - аніони, що переміщаються до позитивного електрода, де також втрачають свій заряд і перетворюються у нейтральні атоми. При багатьох процесах катодом служить оброблювана деталь, анодом або метал, сіль якого знаходяться в розчині, або метал, який нерозчинний в електроліті.
Хромування
Хромові покриття застосовують для відновлення розмірів зношених деталей, а також як антикорозійне і декоративне покриття. Хромові покриття відрізняються високою твердістю, гарною зносостійкістю, що перевищує в 2 – 3 рази зносостійкість загартованої сталі 45, гарною зчеплюваністю з будь-якими металами, високою кислотостійкістю та теплостійкістю. До недоліків хромування відносять обмеження товщини покриття (до 0,3 мм), так як при великій товщині шар хрому відшаровується і втрачає зносостійкість.властивості; відносно низьку продуктивність (до 0,03 мм/год) через малі значення виходу металу по струму; висока вартість процесу.
Підготовчі операції мають таку послідовність:
1) попередня механічна обробка (шліфування та при необхідності полірування) зношеної поверхні деталі з метою надання цієї поверхні правильної геометричної форми та доведення її до потрібних розмірів з урахуванням припуску на хромове покриття;
2) очищення деталей від оксидів та попереднє знежирення;
3) встановлення деталі у підвісному пристосуванні з метою надання їй правильного положення щодо анода;
4) ізоляція місць, які не підлягають хромуванню;
5) остаточне знежирення (електролітичне у лужних електролітах);
6) анодна обробка (декапування) видалення найтонших плівок оксидів, коли деталь служить анодом.
Після анодної обробки деталь, не виймаючи з ванни, перемикають на катод та наносять покриття.
При хромуванні як електроліт використовують водний розчин хромового ангідриду (СrО3).
Залежно від призначення покриття застосовують електроліти різних складів. Електроліт № 1 званий розведеним забезпечує найбільш високу зносостійкість покриття (120-151 г/л хромового ангідриду). Електроліт№3, званий концентрованим, використовують для захисно-декоративних цілей. Електроліт № 2, званий універсальним, за своїми показниками займає проміжне положення і застосовується для одержання зносостійких покриттів із добрими захисно-декоративними властивостями.
Мал. 23.2. Зони розташування хромових опадів
Залежно від щільності струму та температури електроліту при незмінному його складі можна отриматипокриття трьох видів: сірі (матові), блискучі та молочні. Сірі опади відрізняються високою твердістю, підвищеною крихкістю та зниженою зносостійкістю. Сірі опади при відновленні деталей не застосовують. Блискучі опади мають підвищену твердість, але меншу крихкість. Ці опади відрізняються гарною зносостійкістю при помірних навантаженнях. Молочні опади відрізняються достатньою пластичністю, але менш жорсткі. Такі опади наносять на деталі, що працюють при знакозмінних та ударних навантаженнях.
Заключні операції після хромування є наступними. Промивання деталі разом із підвіскою у ванні з дистильованою водою з метою збирання дорогого хромового ангідриду. Промивання в холодній проточній воді і потім занурення на 0,5 – 1 хв у ванну з 3 – 5% розчином кальцинованої соди для нейтралізації залишків електроліту та на закінчення – промивання у теплій проточній воді. З метою зняття в хромованому шарі внутрішньої напруги, що виникає в результаті розчинення в хромовому покритті водню, в окремих випадках проводять теплову обробку деталі шляхом її нагрівання в масляній ванні до температури 150 - 220 ° С з витримкою протягом 1,5 - 2 год.
Завершальною операцією є шліфування хромованих поверхонь електрокорундовими колами із зернистістю 60 – 120 та твердістю М2 – М3. Припуск на шліфування залишають 0,08 – 0,1 мм. Хромові покриття, нанесені з декоративною метою, піддаються поліруванню із застосуванням пасти ГОІ.
Пористе хромування.З метою досягнення гарної змочуваності покриття маслом та кращої прироблюваності застосовують пористе хромування. Пористість одержують шляхом анодного травлення покриття в електроліті. Перемикається полярність струму (деталь стає анодом). Тривалість травлення 5 – 10хв. Пористим хромуванням підвищують зносостійкість поршневих кілець, поверхню циліндрів двигунів та інших деталей, що працюють в умовах тертя ковзання.
Залишення
Це процес електролітичного осадження заліза. Залишення набагато продуктивніше і економічніше хромування, оскільки швидкість осадження металу становить 0,3 – 0,5 мм/год (в 5 – 6 разів вище). Зчеплення залізного покриття з поверхнею сталевої деталі досить висока (400 - 450 МПа). До недоліків процесу відноситься зниження втомної міцності деталей, що досягає 30% при покритті сталевих деталей. Це обумовлено наявністю розтягуючих внутрішніх напруг у покритті.
Залишення застосовують для нарощування поверхонь деталей під нерухомі посадки, для відновлення деталей з великим зносом (до 2-3 мм), а також з метою одержання підшару в 1-3 мм для тонкого хромового покриття (0,02-0,03 мм).
Процес залишання зазвичай протікає у хлористих електролітах, основним компонентом яких є хлористе залізо. Концентрація хлористого заліза в електролітах може бути від 200 до 700 г/л.
При залишенні деталь є катодом. Як анод використовується низьковуглецева сталь марка 08 або 10. В процесі електролізу анод поступово розчиняється. Якість покриття (твердість, зносостійкість, в'язкість) залежить від складу та температури електроліту, щільності струму. Технологічний процес залишання (у тому числі підготовчі операції) мало чим відрізняється від хромування.
Вневане електролітичне осадження металу
Відновлення хромуванням або залишенням великогабаритних деталей (корпусу коробок передач, блоки циліндрів) та деталей складної конфігурації (колінчасті вали) пов'язано з рядомтехнологічних труднощів (необхідно мати ванни великих розмірів, складність підвісних пристроїв та ізоляція місць, що не підлягають докриттю та ін. Тому такі деталі відновлюють позаванним осадженням, принцип якого полягає в тому, що місцева ванна створюється тільки в зоні покриття. струминним, проточним та натиранням.
Рис.23.3. Схема струминного процесу хромування: 1 – підводна труба електроліту; 2 – насадка; 3 – деталь; 4 – ванна; 5 – електроліт
Мал. 23.4. Схема проточного процесу хромування: 1 – деталь (втулка); 2 – анод 3 – електроліт
Струменеві процесизазвичай застосовуються для осадження металу на тілах обертання. Зі схеми видно, що електроліт подається насосом на шийку валу через трубу, що підводить, і отвори спеціальної насадки, яка є анодом. Катодом є деталь. Під деталлю розташована ванна, в яку стікає електроліт. Насосом електроліт знову подається в трубу, що підводить. Для забезпечення рівномірного покриття деталь обертається із частотою 2-5 об/хв.
Проточний процесполягає в тому, що в зоні поверхні, що покривається, створюється місцева ванна, через яку циркулює електроліт. Цей спосіб особливо ефективний при покриття металом внутрішніх циліндричних поверхонь.
Електролітичне натиранняполягає в переміщенні анода виконаного у вигляді тампона і просоченого електролітом, по поверхні деталі, що є катодом. На схемі наведено як приклад установка для електролітичного натирання шийки валу.
Мал. 23.5. Схема електролітичного натирання: 1 – деталі; 2 – вугільний електрод; 3 – анодний тампон; 4 – електроліт; 5 – корпус; 6 –рукоять; 7 – ванна
Перед електролітичним натиранням поверхня готується так само, як перед ванним покриттям. Процес електролітичного натирання продуктивний, оскільки у зв'язку з переміщенням анода по поверхні, що покривається, щільність струму може досягати 150 - 200 А/дм 2 . Покриття виходить дрібнозернистим, але шаруватим. Найбільш ефективний цей процес при відновленні посадкових місць під підшипники в корпусних деталях, на валах, у бронзових втулках при зношуванні до 0,1 мм. Використовують залізні, цинкові та мідні покриття.