6.5. Металлизация

Сущность способа – металл, расплавленный различными способами, распыляется воздухом или газом на восстанавливаемую поверхность.

Металлизация может быть электродуговая, плазменная, высокочастотная, газопламенная. Металлизация осуществляется специальным аппаратом – металлизатором (рис. 6.4).

В

Рис. 6.4. Эскиз электродугового металлизатора: 1 – электродная проволока; 2 – провода от трансформатора; 3 – ролики; 4 – направляющие

оздух движется под давлением 0,6 МПа, а расплавленные частицы размером 1,5–10 мкм – со скоростью 120–300 м/с. Частицы ударяются о поверхность, заполняют микронеровности и поры и обусловливают сцепление их между собой. Толщина слоя от нескольких микрон до 10 мм.

Подготовка детали к металлизации: очистка поверхности от загрязнений, пленок, окислов; механическая обработка для придания правильной геометрической формы; придание поверхности шероховатости, необходимой для прочного удержания нанесенного слоя металла (шероховатость обеспечивается обработкой дробью, накаткой, обдувкой песком, нанесением резьбы); защита поверхности, не подлежащей металлизации.

При газопламенной и плазменной металлизации для восстановления деталей, работающих при знакопеременных и ударных нагрузках, с местным износом до 3–5 мм, напыление металла производится с одновременным оплавлением в три этапа: нагрев детали до температуры 200–250 С, нанесение подслоя, нанесение основного слоя.

При ремонте локомотивов этим способом восстанавливают клапаны газораспределительного механизма дизеля, втулки цилиндров, шейки коленчатых валов и др.

Преимущества: высокая пористость наносимого металла, что придает ему хорошую износостойкость; низкая температура нагрева основного металла детали. Недостатки: при нарушении технологии подготовки детали возможно отслоение наносимого металла от изношенной поверхности.

6.6. Гальванические покрытия

Предельный износ многих деталей локомотивов (втулки цилиндровые дизеля, поршни дизеля, плунжерные пары, посадочные поверхности валов и т. п.) составляют десятые и сотые доли миллиметра. Большую эффективность при восстановлении подобных деталей дают гальванические покрытия, которые позволяют не только восстановить первоначальные размеры, но и значительно улучшить качество поверхности, увеличив ее износостойкость. Структура основного металла при этом не испытывает никаких изменений, не возникают внутренние напряжения и деформации деталей. Суть гальванических покрытий – нанесение металла в электролите. Для его осуществления необходимо иметь ванну, заполненную электролитом; анод, копирующий форму детали и изготовленный из аналогичного металла; катод – восстанавливаемая деталь. При прохождении постоянного тока через электролит на катоде разряжаются положительно заряженные ионы и, следовательно, выделяются металл и водород. На аноде при этом происходит разряд отрицательно заряженных ионов и выделение кислорода. Металл анода растворяется и переходит в раствор в виде ионов металла взамен выделившихся на катоде. В соответствии с законом Фарадея масса вещества, выделившегося при электролизе на катоде, может быть определена как

G_T = С I Т, (6.10)

где С – электрохимический эквивалент, г/Ач; I – ток, А; Т – продолжительность электролиза, ч.

Ввиду того, что при электролизе ток расходуется не только на отложение металла, но и на выделение других веществ (водорода), а также на нагрев электролита, фактическое количество металла, выделившегося на катоде, будет меньше

G_Ф = c I Т f, (6.11)

где f – коэффициент выхода металла по току.

Гальванические покрытия в ремонтном производстве делятся на следующие группы: износостойкие и ремонтные покрытия (хромирование гильз, осталивание посадочных мест валов); покрытия, улучшающие приработку деталей (лужение поршней дизеля); защитные покрытия (цинкование и кадмирование крепежных деталей) и декоративные покрытия (хромирование и никелирование различных деталей).

При восстановлении деталей наибольшее применение получила первая группа покрытий.

Хромирование. Хром – твердый, хрупкий металл, серебристо-сталь­ного цвета, с температурой плавления 1890 С. Процесс хромирования отличается от других гальванических покрытий некоторыми особенностями.

В качестве анода применяется не хром, а свинец. Причинами этого являются легкость растворения хромового анода, хрупкость хрома, высокая стоимость хрома. Отношение площади анода к площади катода 1/1 или 2/1. В качестве электролита используют раствор хромового ангидрида СrO₃ и для улучшения протекания процесса добавляют 0,4 % серной кислоты Н₂SO₄. Во время электролиза содержание хрома в электролите постоянно уменьшается, что требует его добавления. Источником питания могут служить низковольтные генераторы постоянного тока или селеновые выпрямители. Напряжение на зажимах колеблется в пределах 6–8 В, а ток – от 250 до 10000 А. На рис. 6.5 представлен эскиз ванны.

В

Рис. 6.5. Эскиз ванны для хромирования детали (втулки): 1 – анод (Рв); 2 – деталь; 3 – хромовый антигидрид концентрацией 150–300 г/л и серная кислота концентрацией 2–2,5 г/л, t_р = 4565 C

се операции (переходы) гальванического процесса делятся на три этапа: подготовку, хромирование и обработку детали после хромирования. Подготовка детали к хромированию состоит из следующих операций:

– механической обработки для восстановления геометрической поверхности детали;

– очистки детали от ржавчины и гряземасляных отложений;

– изоляции мест, не подлежащих восстановлению;

– химического обезжиривания детали (промывка в 5–10 %-ном растворе каустической соды при температуре 95 С);

– анодной обработки в ванне с 30 %-ным раствором Н₂SО₄ с добавлением 25 г/л закисного сернокислого железа (анод – деталь, катод – свинцовые пластины, t = 20 С, Т = 2÷4 мин, плотность тока Д = 10÷60 А/дм²);

– декапирования (травление). Применяется для удаления окисных пленок с поверхности детали, производится в тех же ваннах, где и основной процесс (анод – деталь, катод – пластины, Т = 0,5÷1,0 мин, плотность тока Д = 30÷35 А/дм², t = 50 С);

– электрохимического обезжиривания детали (промывка в ванне со щелочным раствором при пропускании электрического тока. Катод –деталь, анод – мягкая сталь).

После подготовки проводится сам процесс хромирования детали. Продолжительность, ч, гальванического процесса определяется по формуле

Т =   1000 / Д С f, (6.12)

где  – толщина слоя наращиваемого металла, мм;  – удельный вес металла, г/см³; Д – плотность тока на катоде, А/дм²; С – электрохимический эквивалент наращиваемого металла, г/Ач; f – выход по току, % (отношение практически выделенной величины металла и теоретически возможной, т. е. кпд).

Обработка детали после хромирования включает следующие операции:

– промывку в холодной проточной воде;

– промывку в нейтрализующем 3÷5 %-ном растворе углекислого натрия при t = 18÷25 С в течение 1 мин;

– промывку в холодной проточной воде;

– промывку в горячей проточной воде;

– сушку в печи при t = 120÷130 С;

– термическую обработку для удаления водорода при t = 200÷250 С, Т = (2÷3) ч.

После хромирования деталь подвергается механической обработке.

Изменяя температуру раствора, плотность тока, толщину наращиваемого металла, можно получить различные механические свойства электролитического хрома (табл. 6.1).

Таблица 6.1