Практическая работа №6 Исследование влияния режимов электролиза на свойства электролитического осадка железа

Цель работы: изучить восстановление деталей оборудования электролитическим методом.

Задачи работы:

- ознакомиться с процессами электролитического осталивания и хро-

мирования;

- определить режимы работы электролиза;

- установить назначение электролитического осталивания и

хромирования.

Порядок выполнения работы

- изучить содержание лабораторной работы;

- изучить методы электролитического осталивания и хромирования;

- определить сцепляемость электролитического осадка железа и хро

ма

- рассчитать режимы осаждения железа и хрома;

- оформит и защитить лабораторную работу.

Материалы и оборудование для работы:

Для выполнения работы необходимо иметь образцы деталей восстановленных осталиванием и хромированием диаметром 10 мм, длиной 70 мм, аналитические веемы, прибор ТК-12 для определения твердости по Роквеллу, прибор ПМТ-3 для определения микротвердости, микрометр 0.25, разрывную машину УМ-5.

Сущность процесса осталивания и хромирования.

В условиях серийного ремонтного производства для деталей, имеющих износ рабочих поверхностей в пределах до 1,5 мм, рациональным способом восстановления является электролитическое осталивание. В настоящее время разработано большое количество рецептов для составления электролитических ванн и способов осталивания, однако, наиболее распространенным способом является осталивание в горячих хлористых электролитах. При осталивании в качестве анодов используют низкоуглеродистую сталь с содержанием углерода до 0,2%. Общая поверхность анодов должна быть в 2 раза больше покрываемой поверхности детали. Для предотвращения загрязнения электролита шлаком, образующимся при растворении анодов, последние помещают в чехлы из стеклоткани. Электролитическое осталивание является более производительным процессом, чем хромирование. При осталивании выход по току в 5-7 раз выше, скорость осаждения в 15-20 раз выше, чем при хромирований. В процессе электролитического осталивания можно получать осадки толщиной до 2 мм, твердость которых может быть . Твердость, вязкость и износостойкость электролитических осадков железа зависят от кислотности, плотности тока и температуры электролита. При малой плотности тока и высоких температурах получают мелкозернистые вязкие осадки; в случае повышения плотности тока твердость осадка увеличивается. Понижая температуру электролита, можно увеличить твердость осадка. Твердость осадка повышается при уменьшении хлористого железа в электролите. Как и все гальванические процессы, осталивание имеет ряд отрицательных факторов. Трещиноватость осадка, растягивающие остаточные напряжения, наводороженность - все это ухудшает пластичность электролитического осадка железа и снижает его усталостную прочность. Усталостная прочность деталей после электролитического осталивания снижается до 40%. Поэтому детали, работающие при знакопеременных нагрузках, после восстановления осталиванием обязательно подвергаются деформационному упрочнению. Детали, работающие в коррозийной среде и имеющие износ до 0,15-0,2 мм на сторону, восстанавливают электролитическим хромированием. Электролитический осадок хрома имеет высокую твердость ( ), износостойкость, низкие коэффициенты трения (α = 0,13-0,16 при трении по стали) и линейного расширения, высокую теплопроводность. Недостатком хромового осадка является плохая смачиваемость маслами. Электрохимический эквивалент хрома равен 1,324 Г/л-час. Выход по току составляет (13-15%). Восстановление деталей хромированием ведут в растворе, образующемся при растворении хромового ангидрида в воде, и серной кислоты. Качественные осадки хрома и наибольший выход по току получаются в том случае, когда на 100 частей добавляется одна часть . В качестве анодов при хромировании применяют свинцовые пластины. Поверхность анодов должна быть в 1,5-2 раза больше поверхности катодов.

Через 10-12 часов работы гальванической ванны аноды необходимо очищать от пленки перекиси свинца, которая образуется в процессе электролиза и увеличивает сопротивление прохождению тока. В зависимости от концентрации электролита и режимов электролиза получают матовые, блестящие и молочные осадки. Матовые и блестящие осадки имеют высокую твердость ( ) и их применяют для восстановлений быстроизнашивающихся поверхностей деталей: молочные осадки являются более пластичными ( ) и их применяют как антикоррозийное покрытие. Электрическая схема гальванической ванны приведена на рисунок 1.

Рисунок 1. Схема гальванической ванны для восстановления деталей: 1 – амперметр; 2 – реостаты;

3 – вольтметр; 4 – ванна с электролитом.

Рисунок 2. Схема испытания электролитических осадков на сцепляемость: 1 – опора; 2 – гильза; 3 – испытуемый образец

Технологический процесс восстановления деталей электролитическим осталиванием включает следующие операции:

1. Мойка деталей в горячих щелочных растворах.

2. Предварительное шлифование покрываемой поверхности деталей с целью придания ей правильной геометрической формы. Частота поверхности осталивания должна быть в пределах - .

3. Навеска деталей на подвеску. При навеске должен быть обеспечен надежный контакт детали с подвеской.

4. Изоляция подвески и поверхностей детали, на подлежащих осталиванию. Изоляцию производит перхлорвиниловой эмалью ХСЭ -26 или перхлорвиниловым лаком ХОЛ-93.

3. Химическое обезжиривание поверхностей детали, подлежащих осталиванию. Обезжиривание производят венской известью (смесь окиси магния и окиси кальция) или карбидным илом. На деталь наносят данную смесь в течение 1,5-2 мин.

6. Промывка детали в проточной воде. При хорошем обезжиривании поверхность детали, подлежащая покрытию, полностью смачивается водой.

7. Анодное травление. При анодном травлении удаляется окисная пленка с покрываемой поверхности детали. Анодное травлению. производят в 30%-ном растворе и 20 – 30 г/д при плотности тока 20-30 а/дм² в течение 2-5 мин.

8 . Электролитическое осталивание. Состав электролита и режим осталивания подбирают в зависимости от требуемых свойств электролитического осадка железа. Для разрушения окисной пленки, образовавшейся после травления, деталь выдерживают в ванне для осталивания без тока в течение 11-15 мин. После выдержки ток медленно повышают до требуемой величины.

9. Промывка подвески с деталью в проточной воде.

10. Демонтаж подвески. Промывка подвески и детали в проточной воде.

11. Термическая выдержка детали. Данную операцию производят для уменьшения наводораживания детали. Для деталей, подвергающихся при своем изготовлении химико-термической обработке или закалке ТВЧ и имеющих в поверхностном слое структуру мартенсита, термическую выдержку производят при температуре 150-170°С в течение 1,5 час. Детали, подвергавшиеся при своем изготовлении закалке и среднему или высокому отпуску и имеющие структуру тростита отпуска или сорбита отпуска, выдерживаются при температуре 350-400°С в течение одного часа.

12. Механическая обработка детали. Детали, после осталивания, имеющие твердость электролитического осадка железа до, обрабатываются на токарных станках резцами, оснащенными твердым сплавом Т15К6. Углы заточки резца:=-7; = 15; φ=75.

Остальные детали с твердостью поверхностного слоя НВ350 кГ/мм² обрабатываются на шлифовальных станках кругами средней твердости.

Технологический процесс восстановления деталей хромированием включает следующие операции:

1. Мойка деталей в горячих щелочных растворах. Состав раствора для мойки деталей из стали и чугуна:

каустическая сода - 2%

нитрат натрия - 5%

жидкое стекло - 3%

вода - остальное.

Температура раствора - 81 - 95°С.

2. Предварительное шлифование покрываемой поверхности детали с целью придания ей правильной геометрической формы. Частота поверхности перед хромированием должна быть в пределах 7-8.

3. Навеска деталей на подвеску. В этом случае необходимо обеспечить надежный контакт детали с подвеской.

4. Изоляция подвески и поверхности деталей, не подлежащих хромированию. Изоляцию производят цапонлаком (раствор целлулоида в ацетоне). Цапонлак наносят в 2-3 слоя.

3. Электрохимическое обезжиривание детали. При электрохимическом обезжиривании деталей удаляют поверхностные окисные пленки. Электрохимическое обезжиривание проводят в электролите:

едкий натрий - 30-50 Г/л.

кальцинированная сода - 50-75 Г/л.

растворимое стекло - 2 - 3 Г/л

температура электролита - 70-75 °С

плотность тока - 3 - 10 а/дм,

время - 5 - 8 мин.

Удаление окисных пленок происходит за счет интенсивного выделения водорода на катоде. Анодом при электрохимическом обезжиривании служат свинцовые пластины.

6. Промывка детали в теплой проточной воде. 7. Анодное декапирование. При анодном декапировании удаляют окисные пленки по границам зерен структуры поверхностного слоя детали. Анодное декапирование производят в электролите - того же состава, что и хромирование. Только в этом случае деталь служит анодом, а свинцовые пластины катодом. Это достигается сменой полярности тока. Температура электролита должна быть в пределах 55-57°С, плотность тока - 20-25 а/дм², время травления - 10-20 сек. Анодное декапирование может быть заменено химическим декапированием. В этом случае деталь погружают в 5%-ный раствор серной кислоты и выдерживают в течение 11-60 секунд. После химического декапирования деталь промывают дистиллированной водой. При анодном декапировании так же, как и при хромировании, необходимо обращать внимание на правильное расположение деталей относительно свинцовых пластин.

8. Хромирование. Состав электролита и режим хромирования выбирают в зависимости от требуемых свойств и толщины осадка хрома. Для улучшения смачиваемости маслом применяют пористое хромирование. При пористом хромировании масло хорошо удерживается в порах, способствует уменьшению коэффициента трения между трущимися поверхностями и повышению их износостойкости. Пористый осадок хрома получают путем анодного травления, пористость может быть точечной и канальчатой. Точечную пористость электролитического осадка хрома получают в электролите с соотношением CrO₃ /H₂SO₄ = 115:125, температура электролита 50-55°С, плотность тока 50 -55 а/дм².

Канальчатую пористость осадка хрома получают в электролите с соотношением, температура электролита 62-65С, плотность тока 55 - 60 а/дм². Травление производят в течение 2-7 мин.

9. Промывка подвески с деталью в проточной воде. В производственных условиях с целью улавливания CrO₃ после хромирования производят промывку деталей и подвески в дистиллированной воде.

Собранный в этом случае осадок CrO₃ используется повторно.

10. Демонтаж подвески. Промывка подвески и детали в проточной воде.

11. Термическая выдержка детали. Данную операцию производят и целью уменьшения наводораживания электролитического осадка хрома. Сушку производят при температуре 130-200°С в течение 1,5-2 час.

12. Механическая обработка детали. Механическую обработку детали производят в том случае, когда необходимо получить заданную точность восстановленных поверхностей. Обработку производят на шлифовальных станках мягкими кругами с зернистостью 60-80. При шлифовании пористых осадков хрома с целью удаления абразивных частиц из пор детали после обработки подвергают промывке в керосине.

Исследование параметров электролитического осталивания и хромирования.

1. Замерить исходную твердость, диаметр и вес образцов первого типа и диаметр образцов второго типа. Данные занести в табл. №1. Толщина осадка железа долина быть в пределах 0,2-0,3 мм, а хрома в пределах 0,02-0,03 мм.

2. Время, необходимое для получения заданной толщины осадка, определяется по формуле:

, час

где, - толщина покрытия, мм;

- выход по току (к.п.д. ванны) (табл. 1);

- электролитический эквивалент, Г/а– час (табл. 1);

- катодная плотность, а/дм²;

 - коэффициент, учитывающий продолжительность загрузки

ванны, =1,06-1,1.

Таблица 1. Значение и при гальванических процессах.

Металл
Хром	7.14	0.324	0.12-0.15
Железо	7.87	1.042	0.7-0.8
Цинк	9.16	1.22	0.7-0.9

3. Определить к.п.д. ванны при разных режимах осталивания и хромирования. К.п.д. определяют по весу образцов первого типа:

,

где, , т.

Здесь - действительный все осадка, Г;

,

- вес образца до осадка, Г;

- вес образца после осадка, Г;

- сила тока, а;

- время осадка, час;

Результаты расчета заносятся в таблице 2.

Рассчитать скорость осадка:

, мм/час

4. Оценить сцепляемость электролитического осадка хрома. Для определения сцепляемости на образцах первого типа шлифованием снимают осадок хрома, оставляя на середине полоску шириной 5 мм. После этого образцы вставляют в гильзу и испытывают на разрывной машине УМ-5, работающей в режиме сжатия. Схема испытания представлена на рис. 2.

В процессе испытания записывается диаграмма сжатия. Сопротивление осадка железа и хрома сдвигу (сцепляемость) определяется, как:

, кГ/мм²

Здесь, - максимальная нагрузка, соответствующая отслаиванию

электролитического осадка, кГ;

d - исходный диаметр образца, мм;

- ширина полоски осадка на образце, подвергающемся ис

пытанию на сцепляемость, мм.

5. По результатам дать сравнительный анализ двух способов электро

литического восстановления деталей горного оборудования.

Таблица 2.

Исследуемые параметры	Электролитические осаждения
осталивание	хромирование

Содержание отчета:

1. Цель, задачи и краткое содержание работы.

2. Привести схему гальванической ванны и описать физический про

цесс электролиза.

3. Последовательность выполнения электролитичсеких способов вос

становления деталей осталиванием и хромированием.

4. Результаты исследования параметров с учетом данных в табл. 1

свести в табл. 2.

5. Краткие выводы по результатам исследования.