14. Відновлення деталей машин плазмовим напиленням. Характеристика дугової плазми.

Плазмове напилення

При плазмовому нанесенні покриттів для розплавлення і перенесення порошку на відновлювану /зміцнювану/ поверхню деталі використовують теплові і динамічні властивості плазмового струменя.

Плазмове напилення грунтується на здатності газів за певних умов переходити в стан плазми, яка являє собою іонізований потік газу за високих температур. Найвищу температуру має аргонова плазма /15000...30000 °С/.

При збудженні електричної дуги під впливом високої температури,підвищеного тиску газів і термоемісії електронів з поверхні катодагаз, підведений у зону горіння дуги, іонізується. Поряд із позитивной негативно зарядженими іонами в газі є електрони й нейтральні атоми,при зіткненні яких процес іонізації активізується. Плазма має високу електричну провідність, тому напруга в струмені плазми низька, а силаструму велика. Висока електрична провідність плазми сприяє утворенню навколо неї значного магнітного поля. Магнітні силові лінії змушують плазму стискатися, внаслідок чого вона витягується й набирає форми шнура. Швидкість потоку плазми сягає 9000 м/с, а біля газового паль­ника- 90 м/с. Плазмоутворюючий газ, в якому немає кисню, дає змогу одержувати покриття без оксидів.

Крім того, процесу плазмового напилення властива вища продук­тивність, можливість використання для покриттів широкої гами мате­ріалів, більший ( до 95%) коефіцієнт напилення й можливість повної автоматизації процесу.

При плазмовому напиленні, як матеріал для покриттів застосовують порошкоподібні сплави і дріт. Найчастіше для напилення використовують стійкі до спрацювання порошкові сплави на основі нікелю або заліза з високим вмістом вуглецю. Такі сплави мають високі тех­нологічні та службові властивості. До недоліків сплавів на основі заліза треба віднести їх вищу температуру плавлення (1250-1300 С) і відсутність властивостей для самофлюсування. Порошкоподібні сплави: на основі нікелю марок ПГ-ХН80СР2, ПГ-ХН80СРЗ тощо мають такі цінні властивості, як низька температура плавлення /950...1050 °С/, хорошу рідкотекучість, можливість керування твердістю в широкому діапазоні /HRС 55...60/, наявність властивостей самофлюсування. Однак такі сплави мають високу вартість.

Плазмовим напиленням можна наносити захисні теплові покриття з керамічних матеріалів (оксид алюмінію ГА85 або ГА8, двооксид цир­конію ПЦП-90 та ін.) на дно поршня і головку блока циліндрів.

18. Відновлення деталей електролітичним (гальванічним) хромуванням.

Важным направлением использо­вания гальванических покрытий при упрочнении и восстановлении дета­лей автомобилей и другой техники яв­ляется электролитическое хромиро­вание.

Упрочнению хромированием в про­цессе изготовления подвергаются 40 — 50 наименований деталей гру­зовых автомобилей с общей пло­щадью покрытия 0,4 — 0,6 м2 и 200 — 300 наименований деталей легко­вых автомобилей с общей площадью покрытий хрома 1,8 — 2,2 м2. Еще большее число деталей может быть восстановлено хромированием. По грузовым автомобилям число дета­лей составляет 60 — 80 шт., площадь покрытия —0,8—1,5 м2; по легковым соответственно 300— 350 шт. и 2,3— 2,6 м2.

В результате хромирования на­блюдается значительное повышение (в несколько раз) износостойкости следующих деталей:

Цилиндры двигателей 2 — 14

Поршневые кольца 2 — 4

Толкатели 1,5 — 3

Стержни клапанов 3 — 4

Кулачки и шейки распределительного вала 3 — 4

травления, мин*... . 5—20 1 —2 0,2—03

Поршневые пальцы 1,1—2,7

Шейки коленчатого вала 3 — 6

Посадочные места под шариковые и

роликовые подшипники 15 — 20

Шипы крестовин карданных валов 2 — 4 Пальцы гидроамортизаторов автомо- билей и гусеничных машин 7 — 10

Электролитический хром—твер­дый, хрупкий металл, серебристо-стального цвета с синеватым оттен­ком, обладающим высокой износо­стойкостью и жаростойкостью. Глад­кий хром имеет плохую смачивае­мость. Электролитические осадки хрома характеризуются высокими внутренними напряжениями и значи­тельной пористостью.

Существует износостойкое и за­щитно-декоративное хромирование. Износостойкое хромирование приме­няют для восстановления изношен­ной поверхности деталей и покрытия инструмента для повышения их со­противления износу. Защитно-деко­ративное хромирование применяют для защиты изделий от коррозии и придания им красивого внешнего ви­да. Как антикоррозионное и декора­тивное покрытие хром используется обычно с подслоем меди и никеля.

Внешний вид, структура и механи­ческие свойства электролитического хрома изменяются в очень широких пределах в зависимости от условий электролиза,состава и температуры электролита, плотности тока. При не­изменном составе электролита мож­но, изменяя плотность тока и темпе­ратуру, получить три различных вида осадков: блестящий, молочный и ма­товый (серый) (рис. 10.6).

Блестящие осадки получают при температуре 329 — 331 К и средних плотностях тока — 35 — 70 А/дм2. Они обладают твердостью порядка 7500 — 9000 МПа, широко разветв­ленной сеткой трещин и большой хрупкостью; рекомендуются для на­ращивания изношенных поверхно­стей деталей при удельных нагруз­ках, не превышающих при сухом тре­нии 2,5 МПа и смазке 40 — 55 МПа.

Из блестящего осадка износостой­кого хрома анодным травлением можно получить пористый хром, ко­торый используется для деталей, ра­ботающих в условиях недостатка смазки. Анодное травление осущест­вляется в хромовом электролите при плотности тока 30 — 40 А/дм2.

Молочные осадки получают при температуре 333 К и выше и сравни­тельно невысоких плотностях тока — 25 — 35 А/дм2. Они характеризуются твердостью 2500 — 7500 МПа, хоро­шей смачиваемостью и значительной вязкостью по сравнению с блестящи­ми осадками, отсутствием сетки в тонких слоях, рекомендуются для на­ращивания деталей, работающих при средних удельных давлениях поряд­ка 8 — 10 МПа, и как антикоррозион­ное покрытие.

Матовые (серые) осадки хрома получают при высокой плотности то­ка 70— 100 А/дм2и сравнительно не­высокой температуры 308 — 323 К-Эти осадки характеризуются боль­шой твердостью 12 000 МПа, хрупко­стью, наличием густой сетки трещин и низкой износостойкостью (рис. 10.7).

Все виды износостойкого хрома можно получить в одном универсаль­ном электролите состава: хромовый ангидрид СгОэ 250 кг/м3; серная

Рис. 10.8. Схема установки для нанесения галь­ванических покрытий:

/ — электролит; 2 — ванна; А — анод; К — катод

Схема установки для хромирова­ния деталей показана на рис. 10.8. В отличие от меднения, никелирования, железнения, цинкования, применяе­мых при ремонте, при хромировании аноды изготовляют из свинца, т. е. труднорастворимого металла. Элек­тролит представляет собой раствор двух сильных кислот — хромовой и серной, которые растворили бы ано­ды, если бы они были изготовлены из металлического хрома.

Процесс электролитического хро­мирования характеризуется очень малым выходом по току в стационар­ных ваннах — 13 — 15 %. Причиной является состав электролита(хромо­вая кислота и серная), при котором электрический ток расходуется в ос­новном на разрядку на катоде-детали ионов водорода, а сам процесс хроми­рования является побочным процес­сом.

Кроме универсального электроли­та, существует целый ряд других со­ставов электролитов — саморегули­рующийся, тетрахроматный и др.

Саморегулирующийся электролит обладает свойством автоматического поддержания постоянства отноше­ния количества хромового ангидрида к аниону БО2-, в результате чего от­падает необходимость в его частых корректировках. Применяется сле­дующий состав электролита, кг/м3: хромовый ангидрид Сг03 — 200 — 300; сульфат стронция 5г504 — 6,5— 8,5; кремнефторид калия К25іР6 — 18— 20.

Режим хромирования: плотность тока — 50— 100 А/дм2, температу­ра — 323 — 343 К- Наряду с автома­тическим корректированием состава, использование саморегулирующего­ся электролита позволяет повысить износостойкость покрытия и произво­дительность процесса в результате более высокого выхода хрома по току (18 — 20 %), расширить зону получе­ния блестящих осадков, повысить рассеивающую способность электро­лита.

Тетрахроматный электролит по­зволяет вести процесс при комнатной температуре. Состав электролита (кг/м3): хромовый ангидрид Сг03 — 350 — 400; серная кислота Н2504 — 2,0 — 2,5; едкий натр ЫаОН — 40 — 60; сахар или глюкоза — 1 — 3. Ре­жим хромирования: плотность то­ка — 60 — 80 А/дм2; температура — 291 — 295 К; выход хрома по току — 28 — 30%.

Хром,полученный из тетрахромат-ного электролита, не имеет пор, обла­дает низкой твердостью и хорошо прирабатывается.

Для деталей, поверхность которых должна обладать низким коэффици­ентом отражения света, применяется черное хромирование. В связи с низ­кой коррозионной стойкостью черно­го хрома на детали предварительно наносят слой никеля или хрома тре­буемой толщины, после чего помеща­ют их в электролит для черного хро­мирования. Используемые для этой цели электролиты не должны содер­жать серной кислоты. Рекомендован­ный состав электролита приведен в табл. 10.7.

Черное хромирование в отличие от оксидных покрытий и черного никеля термостойко до температуры 500 ° С, устойчиво в вакууме, имеет относи­тельно высокую твердость и высокую износостойкость. Однако для работы на трение покрытие черным хромом мало пригодно. В отечественной практике наибольшее распростране­ние получил электролит 2.