Лабораторная работа №

Тема: Восстановление деталей электрохимическим способом

Цель: Изучить основные виды и способы восстановления деталей электрохимическим способом. Рассмотреть основные характеристики процессов их преимущества и недостатки.

Задание:

1. Изучить назначение, сферу применения, основные характеристики, преимущества и недостатки процессов восстановления деталей электрохимическим способом.

2. Изобразить схему установки для электролитического осаждения металла, рассмотреть сущность процесса.

3. Изобразить схему приспособления для хромирования гильз, рассмотреть сущность процесса.

4. Изобразить схему установки для струйного хромирования, рассмотреть сущность процесса.

5. Изучить процессы хромирования, железнения, никелирования.

Материал для подготовки

Электролитическое осаждение металлов основано на явлении электролиза, т. е. окислительно-восстановительных процессах, происходящих в электролите и на электродах при прохождении через электролит постоянного тока. Восстанов­ление поверхностей этим способом наращивания не вызы­вает структурные изменения в деталях, позволяет устранят незначительные износы. Процесс восстановления легче под­дается механизации и автоматизации.

Основу процесса составляет электролиз металлов, сущ­ность которого заключается в следующем (рис. 1). Поло­жительно заряженные ионы (катионы) перемещаются к от­рицательному электроду (катоду), где получают недостающие электроны и превращаются в нейтральные атомы металла. Отрицательно заряженные ионы (анионы) перемещаются к положительно заряженному электроду (аноду), теряют свой электрический заряд и превращаются в нейтральные атомы. На катоде выделяются металл и водород, а на аноде — кис­лород и кислотные остатки. Катодами являются восстанав­ливаемые детали, а в качестве анодов используют металли­ческие электроды (растворимые и нерастворимые). Раство­римые аноды делают из того же металла, который должен осаждаться на катоде, нерастворимые аноды изготавливают из свинца (применяют только при хромировании).

Масса металла д, откладывающаяся на катоде при элект­ролизе, определяется по закону Фарадея по формуле

- электрохимический эквивалент, г/(А • ч);

-сила тока при электролизе, А;

-продолжительность электролиза, ч.

В электролите, помимо ионов металла, присутствуют и другие заряженные частицы — водород, гидроокиси металла и др. Они вызывают неизбежные потери электроэнергии, которые учитываются коэффициентом

де масса детали соответственно до и после электролиза, г.

Рис. 1. Схема установки для электролитического осаждения металла: 1 — анод; 2 — катод (деталь); 3 — ванна; 4 — электролит

Время (в часах) процесса электролиза (осаждения ме­талла) в зависимости от толщины наращиваемого слоя опре­деляется по формуле

где — катодная плотность тока, А/дм²;

— толщина слоя покрытия, мм;

— плотность металла покрытия, г/см³ (табл. 1).

Электролитические и химические покрытия при ремон­те автомобилей применяют для повышения износостойкос­ти, восстановления изношенных поверхностей деталей (хро­мирование, железнение и др.), для защиты деталей от корро­зии (цинкование, бронзирование, оксидирование, фосфатиро- вание и др.), для защитно-декоративных целей (никелирова­ние, хромирование, цинкование, оксидирование и др.), Для специальных целей, в частности улучшения прирабатывае- мости трущихся поверхностей деталей (меднение, лужение, свинцевание и пр.), для защиты от науглероживания при цементации (меднение). Чаще всего цель покрытия являет­ся комплексной.

Таблица 1. Технологические режимы электролиза

Наносимый металл	у, г/см3	а, г/(А-ч)	Л,%	, мкм (максимум)
Хром	6,9-7,1	0,324	11-32	30
Железо	7,7-7,8	1,042	85-95	100-150
Цинк	7,0	1,220	97-99	6-24
Медь	8,9	1,186	80-90	До 25
Никель	8,8	1,095	90-94	2-60

Используемые при осаждении металлов электролиты чаще всего в своей основе содержат растворы солей осаж­денных металлов. Технологический процесс восстановления деталей нанесением покрытий включает три этапа:

• подготовка поверхностей деталей;

• осаждение покрытий;

• обработка нанесенного покрытия.

Подготовка деталей к покрытию состоит из механи­ческой обработки поверхностей, обезжиривания обработан­ной поверхности и декапирования.

Механическая обработка включает пескоструйную об­работку, шлифование и полирование. Выбор способа меха­нической обработки зависит от назначения покрытия. Ког­да покрытие наносят с целью восстановления изношенной поверхности, производят шлифование для получения пра­вильной геометрической формы и полирование для полу­чения необходимой шероховатости поверхности. Шлифо­вание выполняют на шлифовальных станках с использова­нием шлифовальных или войлочных кругов, накатанных абразивным порошком. Полирование производят бязевы­ми кругами, на которые наносят полировальные пасты (обыч­но пасту ГОИ).

Рис. 2. Приспособление для хромирования гильз: 1 — гильза

Детали, наращиваемые противокоррозионными покры­тиями, обычно подвергаются пескоструйной (металлическим «песком») обработке.

Поверхности деталей, не подлежащие восстановлению, изолируют (при хромировании используют токонепроводящие материалы — лаки и синтетические материалы: полихлорви­ниловый пластик, цапон-лак и др.). Затем детали монтируют­ся на подвесное приспособление (рис. 2). Обезжиривание деталей производят одним из следующих способов:

• обрабатывают поверхность растворителями (бензин, уайт-спирит);

• проводят механическую очистку венской известью (ка­шицеобразным раствором кальцемагниевой извести);

• обезжиривают в растворах щелочей (проводят путем погружения деталей в горячий щелочной раствор (t = 60 С) и выдержки в нем 5-60 мин);

• проводят электрохимическое обезжиривание в раство­рах щелочей. Оно заключается в погружении деталей в го­рячий (t= 60-80 °С) щелочной раствор, через который про­пускают ток (катод — детали, а анод — пластины из малоуг­леродистой стали).

Плотность тока 5—10 А/дм², длительность процесса — 1-2 мин. Выделяющийся на поверхности детали водород в виде пузырьков срывает с поверхности жировую пленку.

Декапирование (анодная обработка деталей) — это уда­ление тончайших окисных пленок с обрабатываемой повер­хности детали, которые образуются во время обезжирива­ния и промывки, а также обнажения структуры металла детали.

При хромировании обработку ведут в основном элек­тролите, при этом детали сначала выдерживаются 1-2 мин без тока для нагрева детали до температуры электролита, а затем проводят сам процесс в течение 30-45 с при анод­ной плотности тока 25-35 А/дм². После этого, не вынимая детали из ванны, переключают деталь на катод и хромиру­ют ее.

При железнении анодную обработку ведут не в основ­ном электролите, а в специальном.