Вопрос №6 Восстановление деталей осталиванием. Общие положения, техпроцесс, разновидности осталивания.

Процесс электролитического осаждения металлов подчиняется закону Фарадея:

, (6.1)

где – количество металла, которое должно выделиться при электролизе, г;

– электрохимический эквивалент, г/А^.ч;

– сила тока, А;

– время электролиза, г.

Способ электрилитического осаждения твердого железа из горячих хлористых электролитов, названный осталиванием, получил более широкое распространение по сравнению с железнением из сульфатных электролитов и из электролитов с органическими добавками.

При твердом осталивании осадок железа получается мелкозернистым и обладает высокими механическими свойствами. Можно получить гладкие, прочные и плотные осадки железа толщиной порядка 1,0…1,5 мм и более. Хлористые электролиты допускают значительно большую плотность тока и обеспечивают более высокую скорость осаждения металла (0,15…0,50 мм/ч), чем сернокислые (0,05…0,07 мм/ч).

Хлористый электролит состоит из хлористого (двухвалентного) железа – FeCl₂^.4H₂O и соляной кислоты – HCl. Молекулы хлористого железа FeCl₂ в электролите распадаются на ионы. Ионы железа Fe⁺⁺ при электролизе разряжаются на детали (катоде) и покрывают ее слоем электролитического железа.

В качестве анода применяются мягкое железо (армко) или малоуглеродистые стали. Взамен ионов, выделившихся на катоде (детали), в раствор поступают ионы растворяющегося анода, и таким образом состав электролита почти не изменяется.

В процессе электролиза на катоде кроме железа выделяется водород, который активно поглощается осадком, что придает электролитическому железу хрупкость и повышенную склонность к растрескиванию.

Преимущества осталивания (по сравнению с хромированием):

• применение более дешевого электролита, доступность применяемых материалов;

• включение в процесс электролиза растворимых анодов;

• более высокие скорости осаждения металла. Выход железа по току достигает 85…95% вместо 13…18% при хромировании, т. к. электрохимический эквивалент железа равен 1,042 г/А^.ч, тогда как при хромировании – 0,323 г/А^.ч;

• получение осадков большей толщины (2 мм и более);

• стоимость процесса осталивания в несколько раз дешевле процесса хромирования.

Выход металла по току – это отношение практически выделившейся величины металла к теоретически возможной, выраженное в процентах.

Технологический процесс осталивания состоит из подготовки к осталиванию, осталивания, обработки деталей после осталивания и содержит следующие операции:

• шлифование изношенной детали (для обеспечения правильной геометрической формы детали);

• полирование (для устранения следов шлифования прецизионных деталей с использованием полировального станка, войлочных кругов и паст);

• промывка в бензине;

• изоляция неосталиваемых мест (в качестве изоляционного материала используют листовой целлулоид, цапон-лак, представляющий раствор целлулоида в ацетоне, эмалит-раствор нитроцеллюлозы в смеси органических растворителей);

• монтаж деталей на подвеску (с обеспечением равного расстояния между отдельными участками поверхности детали и анодами);

• обезжиривание деталей и их промывка в воде (осуществляется двумя способами: венской известью – смесью окисей кальция и магния или электролитическим обезжириванием, осуществляемым в 10%-м подогретом растворе NaOH, при завешивании детали на катод и плотности тока 5 А/дм²);

• анодная обработка (для удаления с поверхности детали тончайшей окисной пленки; для анодной обработки рекомендуется электролит, состоящий из 30%-го раствора H₂SO₄ и 10…25 г/л FeSO₄^.7H₂O при плотности 1,23; деталь в качестве анода обрабатывается в течение 0,5…3,0 мин при плотности тока 10…60 А/дм² и комнатной температуре);

• промывка детали в холодной воде (для полного удаления остатков кислоты);

• выдержка детали в ванне без тока (для разрушения пассивной пленки деталь после промывки погружают в электролит ванны осталивания и выдерживают в ней без тока в течение 30…70 с);

• осталивание (после выдержки включает ток плотностью 5 А/дм², а затем в течение 5…10 мин плотность тока увеличивают до расчетной; расчетная сила тока равна: , где – общая площадь, покрываемая осадком, дм²; – выбранная плотность тока, А/дм²);

• промывка горячей водой при температуре 80–90 ⁰С;

• нейтрализация в 10%-м горячем растворе щелочи;

• промывка горячей водой при температуре 80–90 ⁰С;

• снятие детали с подвески, удаление изоляции;

• механическая обработка.

Для изготовления ванны для осталивания используют хромо-никелевые стали или стальные ванны, облицованные изнутри кислоупорными материалами, т. к. горячий хлористый электролит вызывает интенсивную коррозию большинства металлов и сплавов. Наиболее надежной является ванна, облицованная плитками из антегмита марки АТМ-1 (графит, пропитанный фенолоформальдегидной смолой). Преимущественное применение среди ванн с внутренним подогревом получили фаолитовые и винипластовые ванны, устанавливаемые в стальную ванну – кожух.

В установках для осталивания рекомендуются устройства для перемешивания электролита и автоматического поддержания заданной температуры с точностью ⁰C, т. к. при осталивании большое значение имеет постоянство температуры при электролизе; резкое колебание температуры приводит к неоднородности наращиваемого слоя по его толщине.

При растворении анодов электролит загрязняется шламом, поэтому для поддержания прозрачности электролита в установках осуществляется его фильтрование или установка на анодах чехлов из стеклоткани.

Высокая температура процесса осталивания 330…350 К (60…80 ⁰С) способствует испарению электролита, поэтому в установке для осталивания рекомендуется иметь устройства для непрерывного добавления воды из расчета 9…10 л/ч с 1 м² зеркала ванны.

Чтобы компенсировать недостаток кислотности, имеется устройство для добавления соляной кислоты.

Ванна осталивания должна быть оборудована местным отсосом при норме отсоса с 1 м² зеркала ванны 50…60 м³/мин, т. к. испарения электролита вредны для здоровья.

Таким образом, установка для осталивания должна включать следующие конструктивные элементы: ванну осталивания, устройство для подвешивания анодов и деталей, устройство для фильтрации электролита, бак-отстойник, вентиляционное устройство для отсоса испарений с зеркала ванны, распределительный щит и аппаратуру для автоматического регулирования режимов работы установки.