4.Залізнення деталей
Залізненням називається процес отримання твердих зносостійких залізних покриттів з гарячих хлористих електролітів.
Процес железніння був розроблений проф. М. П. Мелковим і застосовується в авторемонтному виробництві головним чином в цілях компенсації зносу деталей.
В порівнянні з процесом хромування він має наступні переваги:
високий вихід металу по струму, що досягає 85 ... 90% (у 5 ... 6 разів вище, ніж при хромуванні);
велику швидкість нанесення покриття, яка при веденні процесу в стаціонарному електроліті досягає 0,3 ... 0,5 мм/год (у 10... 15 разів вище, ніж при хромуванні);
високу зносостійкість покриття (не нижче ніж у загартованої сталі 45);
можливість отримання покриттів з твердістю Н = 2,0 ... 6,5 ГПа товщиною в 1 ... 1,5 мм і більш;
застосування простого і дешевого електроліту.
Ці достоїнства процесу железніння пояснюють його широке застосування в практиці ремонту автомобілів.
Як електроліт при залізненні застосовують водний розчин хлористого заліза (FеСl2-4Н2О), що містить невелику кількість соляної кислоти (НСl), і деякі інші компоненти, які вводяться для підвищення міцності зчеплення покриття з деталлю (хлористий марганець МпС12-4Н2О) або для поліпшення зносостійкості (хлористий нікель МiС1-4Н2О).
Концентрація хлористого заліза в електроліті може змінюватися в межах 200 .. . 700 кг/м3.
Електроліт з низькою концентрацією хлористого заліза (200... 220 кг/м3) забезпечує отримання покриттів невеликої товщини (до 0,3... 0,4 мм), але з високою твердістю.
З електролітів високої концентрації (650. . .700 кг/м3 FеС12-4Н2О) можуть бути одержані покриття завтовшки 0,8... 1 мм і більш, проте з меншою твердістю.
Вміст соляної кислоти в електроліті повинен бути в межах 1,2... 3 кг/м3. При нижчому її змісті знижується вихід металу по струму, і в електроліті утворюється гідроокис заліза, який, потрапляючи в покриття, погіршує його якість.
Підвищення кислотності електроліту не погіршує якості покриття, але знижує вихід металу по струму.
Найраціональнішим є електроліт середньої концентрації, що містить (400±200) кг/м3 FеС12-4Н2О, (2±0,2) кг/м3 НС1 і (10±2) кг/м3 МnС12-4Н2О.
Цей електроліт стабільний в роботі і майже не вимагає коректування складу за змістом основній солі, забезпечує отримання рівномірних покриттів з необхідною твердістю і товщиною, має високий вихід металу по струму і сприяє підвищенню міцності з'єднання покриттів з поверхнею деталі, оскільки містить хлористий марганець.
Залізнення виробляють з розчинними анодами, які виготовляють звичайно з маловуглецевої сталі 08 або 10.
При розчиненні анодів утворюється шлам, тому щоб уникнути забруднення електроліту аноди поміщають в чохли із стеклоткані.
Властивості залізних покриттів так само, як і при хромуванні, залежать від режиму їх нанесення. Твердість покриття збільшується з підвищенням катодної густини струму і пониженням температури електроліту.
Електролітичне залізне покриття має високу міцність зчеплення з деталлю. При осадженні покриття на сталеві деталі міцність зчеплення складає 400... 450 МПа.
Зносостійкість покриття наближається до зносостійкості деталей, виготовлених із сталі 45, загартованої ТВЧ.
Втомна міцність деталей, відновлених залізненням, знижується. Це зниження втомної міцності при нанесенні покриття завтовшки 0,75 мм на зразки з нормалізованої сталі 45 залежно від режиму досягає 10... 30%. Причиною зниження втомної міцності є розтягуючі внутрішні напруги в покритті.
В цілях підвищення якості покриттів і інтенсифікації процесу останнім часом при залізненні застосовують нестаціонарні електричні режими. У електричних схемах установок для залізнення при цьому застосовують змінний струм.
Ці схеми забезпечують подачу в міжелектродний простір протягом одного періоду двох імпульсів струму — катодного і анодного.
При залізненні із застосуванням нестаціонарних електричних режимів імпульс анодного струму розрушує прикатодну плівку, багату шкідливими включеннями (наприклад, гідроокисом заліза) і знижену концентрацію іонів двовалентного заліза, що має.
У зв'язку з цим знижується поляризація електродів і зменшується кількість чужорідних включень в покритті, тобто поліпшується його якість. Зниження поляризації електродів дозволяє збільшити вживану густину струму і таким чином підвищити продуктивність процесу.
Застосування нестаціонарних електричних режимів при залізненні підвищує також рівномірність покриття по товщині, оскільки анодна складова струму при розчиненні металу покриття знімає його перш за все з виступаючих частин.
Процес нанесення покриття при залізненні виробляється в сталевих ваннах, внутрішня поверхня яких футерована кислотостійким матеріалом. Враховуючи підвищену агресивність хлористих електролітів, як футеровки для ванн застосовують графітні плитки, просочені смолою, хороша теплопровідність матеріалу яких дозволяє виробляти нагрів електроліту в таких ваннах через водяну сорочку.
Ванни для залізнення виготовляють також з фаоліта. Цей матеріал володіє високою кислотостійкостю, але має погану теплопровідність, тому нагрів електроліту до необхідної температури в цьому випадку виробляють нагрівачами, поміщеними в електроліт.
Проведення залізнення у ваннах утрудняє його застосування при відновленні зношених поверхонь великогабаритних деталей (наприклад, корпусних).
Тому останніми роками одержав застосування процес позаванного проточного залізнення. В цьому випадку електроліт насосом прокачують через електролізний осередок, утворений відновлюваною поверхнею деталі і ущільненнями. Всередину відновлюваної поверхні встановлюється анодний стрижень (мал..3).
Мал. 3. Електролізний осередок для железніння отворів в нижній головці шатунів:
1 — верхня плита; 2 — прокладки ущільнювачів ; 3 — анод; 4 — нижня плита; 5 — шатуни
Проточне позаванне залізнення не тільки розширює номенклатуру відновлюваних деталей, але підвищує продуктивність процесу і покращує якість покриття. Продуктивність процесу зростає в 10... 15 разів за рахунок зниження поляризації електродів і можливості застосування вищої густини струму.