- •Введение
- •1. Общие сведения о гальванических покрытиях
- •1.1. Методы нанесения покрытий на металлические основы
- •1.2. Классификация и область применения гальванических покрытий
- •Виды и назначение покрытий
- •1.3. Основные технологические операции
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Механическая подготовка поверхности деталей
- •Режим полирования эластичными кругами
- •2.3. Обезжиривание
- •Составы растворов (масс, доли, %) для электрохимического обезжиривания
- •2.4. Травление и активация
- •2.5. Химическое и электрохимическое полирование
- •Контрольные вопросы
- •3. Защитно-декоративные покрытия
- •3.1. Меднение
- •Неполадки при меднении в сернокислом электролите
- •3.2. Никелирование
- •Неполадки при никелировании, их причины и способы устранения
- •3.3. Хромирование
- •Основные неполадки при хромировании, их причины и способы устранения
- •Контрольные вопросы
- •4. Защитные покрытия
- •4.1. Цинкование
- •Основные неполадки при цинковании в цианистых электролитах
- •Основные неполадки при цинковании в аммиакатных электролитах
- •4.2. Кадмирование
- •4.3. Оловянированне
- •Неполадки при оловянировании в кислом электролите, причины возникновения и способы устранения
- •4.4. Свинцевание
- •Контрольные вопросы
- •5.2. Повышение износостойкости деталей путем химического никелирования
- •5.3. Повышение твердости и износостойкости деталей с помощью железнения
- •Контрольные вопросы
- •6. Осаждение сплавов
- •6.1. Условия электрохимического осаждения сплавов
- •6.2. Латунирование и бронзирование
- •6.3. Сплавы олово-свинец, олово-цинк и олово-никель
- •Контрольные вопросы
- •7. Оксидирование и фосфатирование
- •7.1. Оксидные и оксидно – фосфатные покрытия на стали
- •Неполадки при получении оксидных и оксидно – фосфатных покрытий на стали
- •7.2. Оксидирование цветных металлов
- •7.3. Оксидирование алюминия и его сплавов
- •7.4. Эматалирование
- •Неполадки при эматалировании алюминия, причины их возникновения и способы устранения
- •7.5. Оксидирование магния и его сплавов
- •7.6. Фосфатирование металлов
- •Неполадки при фосфатировании черных металлов, их причины и способы устранения
- •Контрольные вопросы
- •8. Контроль качества покрытий
- •8.1. Контроль внешнего вида и толщины покрытий
- •8.2. Определение пористости покрытий
- •8.3. Измерение блеска покрытий
- •8.4. Механические испытания покрытий
- •8.5. Определение коррозийной стойкости покрытий
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.2. Механическая подготовка поверхности деталей
Основными способами механической подготовки поверхности деталей перед нанесением гальванопокрытий являются шлифование, полирование, крацевание, абразивная сухая и гидроабразивная обработка.
Главной целью механической подготовки является уменьшение шероховатости поверхности. Чем меньше шероховатость поверхности, тем выше износостойкость деталей и меньше пористость гальванических осадков, тем лучше гальванопокрытие защищает основу (металл деталей) от коррозии. Требуемую шероховатость принимают с учетом назначения и вида гальванического покрытия.
Шлифование — операция, при которой режущими гранями шлифовального материала снимается тонкий слой металла, преимущественно на участках микровыступов поверхности, сглаживается поверхность. Съем металла при этом составляет 0,01—0,03 мм, а при использовании крупнозернистого абразивного материала—0,1—0,2 мм.
Шлифование производится с помощью твердых и эластичных шлифовальных кругов. Твердые круги применяются для грубой обработки с целью удаления толстого слоя термической окалины или продуктов коррозии. Эластичные круги, на поверхность которых наносится шлифовальный порошок различной зернистости, используются для выведения мелких рисок, раковин, микрошероховатостей. Шлифовальным материалом при обработке чугуна и стали является корунд, электрокорунд, наждак, при обработке хрупких материалов — карборунд.
Шлифование кругами осуществляют на одноншпиндельных или двухшпиндельных станках, оборудованных местной вытяжной вентиляцией. Круги закрепляются на шпинделе с помощью специального наконечника или фланцев с гайками. Универсальными кругами являются эластичные круги из сукна, фетра, войлока, кожи, хлопчатобумажных материалов, на рабочую поверхность которых нанесен абразивный материал.
Войлочные круги изготавливаются промышленностью трех типов: грубошерстные, полугрубошерстные и тонкошерстные. Грубошерстные круги используются для предварительной чистовой обработки, полугрубошерстные и тонкошерстные — для окончательной отделки поверхности, а также значительного уменьшения шероховатости при сохранении точности размеров деталей.
Матерчатые круги из хлопчатобумажной ткани набирают из отдельных дисков и прошивают спиральными, радиальными концентрическими или параллельными швами. Твердость круга увеличивается с уменьшением расстояния между швами (для твердых кругов —5—10 мм, для мягких—15—20 мм).
Эластичные круги перед нанесением на них абразивного слоя подвергают профилированию, обточке и балансировке. После этого круги сушат, смазывают рабочую поверхность клеем и наносят на нее шлифовальный порошок накатыванием. Клеевой слой состоит из столярного клея, казеина или жидкого стекла. Столярный клей заливают водой из расчета две части воды на одну часть клея и выдерживают до набухания в течение 10—12 ч. Соотношение количества клея, воды и шлифовального порошка зависит от зернистости абразивного материала. Чем больше величина зерна, тем большее количество клея требуется для получения прочного абразивного слоя на круге: так, для абразивного материала зернистостью 16—12 клеевую массу приготавливают из 35—33 % (по массе) клея и 65— 67 % воды, для абразивного материала зернистостью 5—4 из 25—23 % клея и 75—77 % воды. Набухший клей во избежание перегрева нагревают на водяной бане в клееварке при 65—70 °С до получения однородной массы.
Горячий клей наносят последовательно несколько раз на рабочую поверхность круга с промежуточной сушкой каждого слоя. Перед накатыванием на круг шлифовальных зерен порошок нагревают до 40—50 °С, а круг — до 30—40 °С. Направление накатки зерен на круг должно совпадать с направлением ворса круга, и в этом направлении должен вращаться круг при шлифовании. Для увеличения срока службы круги можно накатывать 2—3 раза с обязательной сушкой каждого слоя, с повышением давления на круг при накатывании на него шлифовального порошка, что способствует более глубокому проникновению зерен в клеевой слой. Сушка-аакатанных кругов при 25—30 °С и относительной влажности 50 % производится при однослойной накатке 20—24 ч, при двухслойной накатке — до 48 ч, при 35— 40 °С — соответственно до 10—12 и 24 ч.
Получение шлифовального слоя можно осуществить за одну операцию, если наносить на круг предварительно приготовленную смесь клея и шлифовального порошка (на 3—4 части шлифовального порошка берут 6-7 частей клея).
Кроме столярного клея в качестве связующего компонента при нанесении на круг шлифовального порошка можно использовать жидкое стекло (плотность 1,40—1,45) и казеиновый клей. Клеевая связка на жидком стекле наиболее применима при накатке на круг крупнозернистых абразивных материалов.
В тех случаях, когда детали обработаны с высокой точностью, их шлифование осуществляется на кругах без клеевого абразивного слоя, а с помощью абразивной пасты, нанесенной на войлочный или матерчатый круг. Для шлифования стальных деталей используется паста состава (масс, доли, %): пылевидного кварца — 60, парафина — 30, олеиновой кислоты—10. Тонкое шлифование производят пастой состава (масс, доли, %): шлифовального порошка —75, стеарина—15, смазки УН — 8, керосина — 2. Для тонкого шлифования деталей из меди, алюминия, цинка и их сплавов применяют пасту, содержащую 40 % шлифовального порошка и 60 % стеарина.
При использовании шлифовальных кругов, бывших в употреблении, необходимо предварительно счистить старый слой клея и абразивного материала с помощью ножа, резца или шлифовального камня и лишь затем нанести новый абразивный слой.
Для шлифования можно использовать вулканитовые круги, изготовленные прессованием резиновой композиции с абразивным наполнителем. Такие круги допускают применение при эксплуатации охлаждающих жидкостей, что позволяет интенсифицировать процесс обработки деталей, а также обладают большей прочностью, теплостойкостью и долговечностью.
Режим шлифования определяется материалом обрабатываемых деталей, частотой вращения круга и его давлением на поверхность металла. Наибольшая частота вращения требуется при шлифовании деталей простой формы, изготовленных из твердых металлов и сплавов. При шлифовании грубообработанных деталей, когда необходимо снять довольно большой слой металла, увеличивают силу прижима деталей к вращающемуся кругу. Окружная скорость (м/с) кругов при шлифовании деталей из различных материалов следующая.
Чугун, сталь, никель, хром 14-28
Медь и ее сплавы 12-24
Алюминий и его сплавы, олово, цинк 10-19
Шлифование становится более эффективным при использовании эластичных лент или барабанных установок. Эластичные тенты позволяют обрабатывать одновременно достаточно большие поверхности, детали сложной конфигурации, применять интенсифицированные режимы обработки благодаря облегчению теплоотвода.
Шлифование эластичными лентами осуществляют на специальных станках. Ленту растягивают на роликах, один из которых является ведущим и обеспечивает вращение ленты с заданной скоростью. Второй ролик, используемый в качестве опоры при обработке плоских поверхностей, покрывают сукном или войлоком. Профилированные детали обрабатывают на свободном участке ленты между роликами.
Шлифование лентами производят в два приема: для первого применяют крупнозернистый абразивный материал, для второго — мелкозернистый. Скорость движения ленты находится в зависимости от конфигурации и материала деталей. Скорость движения ленты при шлифовании плоских поверхностей деталей из чугуна, бронзы и стали —15—20 м/с, а цилиндрических поверхностей — 25—30 м/с. Скорость движения ленты при обработке легких металлов составляет — 30—40 м/с, твердых сплавов— 15—18 м/с, титана— 15—18 м/с.
С увеличением натяжения ленты уменьшается шероховатость поверхности. Производительность процесса и чистота обработки повышаются с увеличением скорости движения ленты и давления на нее обрабатываемой детали. Повышение производительности шлифования и полирования осуществляется применением не только эластичных шлифовальных лент, но и барабанных установок. В барабанных установках одновременно обрабатывают большое количество мелких деталей. При вращении барабана и трении деталей друг о друга происходит очистка и некоторое сглаживание поверхности.
Процесс можно ускорить, если вместе с деталями в барабан загрузить абразивный или полирующий материал и вести обработку в жидкой среде. Кислая среда разрыхляет и отделяет от металла пленки окислов, а в щелочной среде облегчается режущее действие абразивного материала.
Еще более эффективным для шлифования является использование вибрационных установок, где обрабатываются детали различной конфигурации, а также детали с внутренними отверстиями. Для грубого шлифования (снятие грата, окалины, облоя) применяются герметичные барабанные установки, где не происходит потерь абразивного материала и можно использовать материал любой зернистости. При работе с жидкой средой ее необходимо часто менять, вследствие накопления продуктов износа деталей и абразивного материала. При использовании перфорированных барабанов, погруженных в ванну с жидкой средой, обеспечивается непрерывное удаление продуктов абразивного износа и обновление раствора. Перфорированные барабаны применяются для чистового шлифования и полирования,
Качество обработки поверхности деталей зависит от количества и зернистости абразивных материалов и их давления на детали. Следовательно, при одинаковой загрузке, чем больше диаметр барабана и меньше его длина, тем выше масса абразивного материала, воздействующая на детали, и тем интенсивнее идет обработка. Для барабанов длиной 400— 1000 мм их диаметр принимают вдвое меньше, а для барабанов длиной 900— 1500 мм — в 1,5 раза меньше длины. Если требуется значительный съем металла, обработку без жидкой среды можно вести в барабане, диаметр которого почти равен его длине (или несколько меньше).
В качестве абразивного материала в барабанах используют бой шлифовальных кругов, мелкие камни, куски гранита, фарфора, шлифовальные порошки. Бой шлифовальных кругов предварительно обкатывают в течение 8—10 ч в барабане для округления острых граней. Для более эффективного уменьшения степени шероховатости и интенсификации процесса шлифования рекомендуется одновременно загружать в барабан различные абразивные материалы (как по твердости, так и по размеру). Для шлифования черных металлов рекомендуется применять бой электрокорундовых кругов, крупный кварцевый песок, шлифовальные порошки. Для обработки цветных металлов можно использовать куски гранита, мрамора, фарфора, мелкозернистые шлифовальные порошки.
При барабанном шлифовании в жидкой среде используют растворы следующих составов (масс, доли, %): для стали — 0,8 тринатрийфосфата и 0,2 азотистокислого натрия; кальцинированной соды — 1 и канифоли — 0,5; гидрокснда натрия _ 1—3; хозяйственного мыла — 0,1—0,2; для меди и ее сплавов — 0,5—1 кальцинированной соды; тринатрийфосфата — 0,5—1; для алюминия и его сплавов —0,6—0,8 тринатрийфосфата.
Барабан загружают на 50—80 % его объема, причем соотношение объемов, занимаемых деталями и абразивным материалом, составляет соответственно 1:4 — 1:8. Относительное увеличение количества абразивного материала интенсифицирует съем металла.
Вибрационное шлифование можно проводить сухим способом или с применением жидкой среды с еще большей эффективностью. В отличие от шлифования полирование, проводимое с применением специальных паст, сопровождается незначительным съемом металла. Сглаживание микрошероховатостей происходит не за счет срезания выступающих участков микрорельефа шлифовальными зернами, а за счет перераспределения металла по поверхности, вдавливания и растекания его по микровпадинам. При этом большое воздействие на металлическую обрабатываемую поверхность оказывают химические и термические процессы, происходящие под действием полировочных паст. Поверхность металла под влиянием содержащихся в пастах активных компонентов покрывается тонкими солевыми или окисными пленками. Под воздействием полирующего инструмента эти пленки разрушаются, но на обнажившихся участках металла они возникают вновь.
Полирование металлических поверхностей проводят на том же оборудовании, что и шлифование, используя эластичные круги с нанесенными на них полировочными пастами. В состав паст входят тонкие шлифовальные порошки, связующие вещества и поверхностно-активные добавки, например олеиновая кислота и сера, оказывающие активирующее действие на поверхностный слой металла. Состав паст подбирается с учетом свойств металла обрабатываемых деталей, материала круга и достаточно легкого удаления пасты с поверхности деталей при последующем обезжиривании. Паста должна быть вязкой, эластичной, легко смазывать поверхность круга и удерживаться на ней, не засаливать поверхность металла и давать хорошее качество отделки. Обычно пасты содержат 60—70 % абразивного материала и 30—40 % связки.
Абразивным материалом являются окись хрома, окись железа (крокус), окись алюминия (глинозем), венская известь (окись кальция с небольшой примесью магния), окись кремния. Связующими веществами являются парафин, стеарин, церезин, техническое сало, активирующими добавками — сера, олеиновая кислота. Вязкость пасты уменьшается при введении в нее скипидара или керосина.
Для предварительного полирования используют крупнозернистые фракции абразивного материала — от МбЗ до М40, а для последующей обработки — от М28 до МЗ.
Для приготовления полировочной пасты сначала расплавляют в металлической посуде связующие жировые вещества на закрытом огне, затем вводят специальные добавки, а потом, при непрерывном помешивании, всыпают абразив. После получения однородной массы ее отливают в металлические или бумажные формы и охлаждают. Хорошими полирующими свойствами обладают пасты ГОИ на основе окиси хрома.
Разработаны воднорастворимая шлифовально-полировочная и полировочная пасты для тонкого шлифования и полирования деталей из черных и цветных металлов и сплавов, содержащие, наряду с абразивным материалом, значительное количество мыла и глицерина (табл.3). Паста может быть удалена с поверхности металла без применения органических растворителей, промывкой в горячем 5%-ном растворе кальцинированной соды, что позволяет уменьшить применение огнеопасных и токсичных растворителей на производстве. С целью улучшения водорастворимости и полирующих свойств состав (% по массе) водорастворимой полировочной пасты был изменен на Рижском радиозаводе им. А. С. Попова:
Шлифовальный микропорошок 58
Хозяйственное мыло 17.5
Карбамид 1
Глицерин 5
Сульфанол 0,5
СинтанолДС-10 0,5
Вода 17.5
Для удаления остатков полировочной пасты с поверхности деталей их обрабатывают в течение 20—30 с в нагретом до 70-80 °С растворе, содержащем (г/л): гидроксид натрия — 20; метасиликат натрия — 50; кальцинированная сода — 20; тринатрийфосфат — 20.
Таблица 3