4 Відновлення деталей електрохімічними та хімічними покриттями

4.1 Технологічні особливості електрохімічних та хімічних методів

Такі покриття застосовують для відновлення і зміцнення деталей (рисунок 4.1) хромування, нікелювання, залізнення, захисту від корозії і надання деталям гарного зовнішнього вигляду (хромування, нікелювання, цинкування, кадміювання та інші).

Анод виготовляють з того самого металу, який наносять на деталь, рідше свинцю. Електроліт – водний розчин у дистильованій воді сполук (найчастіше солей) металу, що осаджується. З метою підвищення стабільності процесу і якості покрить в електроліт вводять різні домішки. Кількість металу (G,г), що осаджується електролітичним методом, можна підрахувати за формулою:

G =E I t , (4.1)

де Е – електрохімічний еквівалент, г/(А–год);

І – сила струму, A

t – час електролізу, год;

– коефіцієнт корисної дії процесу. Значення Е, беруть з довідників.

Середню товщин шару металу, що наноситься електролітичним методом, визначають:

h_cep= , (4.2)

де – густина струму на катоді, А/см²;

– питома маса осадженого металу, г/см³.

Рисунок 4.1 – Схема процесу електролізу

Цю формулу можна також використати при необхідності розрахунку часу електролізу.

Хімічні покриття одержують, занурюючи деталь у розчин (без пропускання електричного струму) і витримуючи в ньому до одержання потрібної товщини покриття.

Механічна обробка має забезпечити видалення слідів зношування деталі, надати деталі правильної геометричної форми. Шорсткість поверхні після механічної обробки знаходиться у межах 4...6 класів чистоти.

Джерелами струму для гальванічних ванн є низьковольтні генератори постійного струму АНД–500/250, АНД–1000/500, АНД–1500/750 у чисельнику сила струму при напрузі 6В у знаменнику при напрузі 12В.

Хромування – забезпечує високу поверхневу твердість, стійкість зношуванню, корозійну стійкість, а також гарний зовнішній вигляд зовнішньої поверхні відновленої деталі. Недоліком процесу є низька продуктивність і висока вартість покриття.

Електролітом для хромування є розчин хромового ангідриду (С_rО_з) з домішками сірчаної і фторної кислот, або їх солей у дистильованій воді.

Найвища продуктивність процесу при співвідношенні:

C_r0₃/H₂S0₄=100 . (4.3)

Режими хромування: густина струму від З0 до 100А/дм²; температура електроліту від 17 до 24 °С; вихід за струмом від 30 до 35 %.

Пористе хромування .застосовують з метою підвищення зносостійкості відновлених деталей, які працюють в умовах недостатнього змащування. При пористому хромуванні спочатку наносять електролітичний шар хрому, а потім анодним травленням створюють на поверхні деталі канавчасту і точкову пористість. При анодному травленні перемикають полюси, тобто до деталі приєднують плюс, а до свинцевих пластин мінус.

Осталення (залізнення) – у порівнянні з хромуваням продуктивніше, дає змогу одержувати покриття від 1.5 до 2.5 мм. Швидкість електролітичного осадження заліза 1.042 г/(А–год), майже у три рази більша ніж хрому (0.324 г/(А–год)). Вихід заліза за струмом від 80 до 95 %, також приблизно у три рази вищий ніж хрому. Швидкість осадження заліза від 0.2 до 0.6 мм/год і доходить від 1 до 1.2 мм/год. Твердість покрить НВ від 135 до 700. Проводять залізнення у гарячих і холодних електролітах. Залізнення у гарячих електролітах більш продуктивне, але незручне в експлуатації (додаткові витрати на нагрівання, погіршені умови праці та інше).

Хлористі електроліти готують із стальної стружки у гальванічних цехах. Стружку із сталі 10 або 20 знежирюють і промивають. Потім стружку занурюють у водний розчин соляної кислоти, додають при потребі хлористий натрій. Електроліту дають відстоятись від 12 до 18 год, потім фільтрують, перевіряють і корегують кислотність.

Рекомендується режим холодного залізнення. Перші три хвилини густина струму 5 А/дм² і коефіцієнт асиметрії від 1.5 до 2. Протягом наступних п'яти хвилин густину струму доводять від 30 до 50 А/дм² і коефіцієнт асиметрії до 10. Робота на цьому режимі проводиться до одержання заданої товщини шару покриття.

Нікелювання застосовують для захисту деталей від корозії з декоративною метою, а також для підвищення зносостійкості. Нікелювання може бути електролітичним і хімічним. При електролітичному нікелюванні застосовують електроліти такого складу: сірчанокислий нікель – 420 г/л, сірчанокислий натрій – 25г/л, борна кислота – 45 г/л, фтористий натрій – 2.5 г/л, рН – 3.5...5. Температура електролізу – від 55 до 60°С. Аноди виготовляють з нікелю марки Н–1.

Міднення застосовують для захисту окремих ділянок деталей від насичення вуглецем при цементації, а також як підшар при антикорозійному хромуванні й нікелюванні. Товщина покрить 10...30 мкм.. Електроліти для міднення бувають кислі і ціанисті. Останні забезпечують високу якість покриття, але отруйні , що і ускладнює їх застосування. У ремонтному виробництві застосовують електроліт такого складу: сірчанокисла мідь 95... 125 г/л, сірчанокислий натрій 45...60 г/л, сульфат амонію 45...60 г/л, рН – 6...7.8. Температура 18...25°С. Аноди виготовляють з міді марки М–1.

Названі процеси електролітичного нарощування застосовують у ремонтному виробництві для відновлення великогабаритних деталей (посадочних місць корпусних деталей та інше). До названих процесів електролітичного нарощування відносяться: натирання покрить у проточному електроліті, місцеве нарощування.

Технологічний процес відновлення деталей цими методами складається з трьох стадій:

- підготовчих операцій;

- нанесення покрить;

- заключна операція.

Підготовка деталей під електролітичне покриття складається з механічної обробки, ізоляції поверхонь, які не підлягають відновленню, знежирення і травлення поверхонь, що відновлюються. Від якості проведених підготовчих робіт залежить міцність зчеплення покриття з основним металом.

Ізоляцію поверхонь проводять нанесенням недорогих, стійких до електролітів, щільних і таких, які легко можна зняти, матеріалів. Такими матеріалами можуть бути мастики на основі воску, парафіну, каніфоль, кислотостійкі емалі і ґрунтовки, клеї, поліетиленові плівки та інші.

Монтаж деталей у підвісні пристрої проводять або перед знежирюванням, або після нього. Пристрої повинні мати достатній переріз струмопровідних частин і бути надійно закріплені до струмопровідних штанг. Деталі у підвісних пристроях бажано розміщувати вертикально. При цьому отримується щільніше покриття.

Знежирюють деталі сумішшю оксиду кальцію і магнію з домішкою 3 % кальцинованої соди та 1.5 % їдкого натрію. Цю суміш називають “віденське вапно”. Видаляють суміш промиванням деталей у проточні воді.

Застосовують також електрохімічне знежирення деталей. У цьому випадку деталь є катодом, а листи з м'якої сталі – анодом.

Травлення (декапірування) застосовують для видалення оксидних плівок з поверхні деталі. Часто травлення проводять у таких самих ваннах, в яких наносять гальванічні покриття, але з заміною полюсів: до деталі приєднують позитивний полюс, а до електродів – негативний.

Тривалість електрохімічного травлення від 0.5 до 2 хв. Густина струму від 20 до 50 А/дм². У деяких випадках окисні плівки з деталей видаляють хімічним травленням у розчинах кислот (5–ти % розчин соляної кислоти).

Електроліт у невеликій кількості надходить із ємності 1 і потрапляє на анод з тампоном, що змочується електролітом і контактує з деталлю. Постійне надходження свіжого електроліту й переміщення анода відносно деталі дає змогу застосувати високу густину струму, що підвищує продуктивність процесу.

Заключні операції включають миття деталей, термічну і кінцеву механічну обробки. Миють деталі після покрить у гарячій воді (від 80 до 90°С). Термічну обробку проводять для покращення механічних властивостей покрить. Вона полягає у нагріванні у масляній ванні до температури від 150 до 300°С і витримці протягом 1... 1.5 год. Як остаточну механічну обробку застосовують шліфування, точіння, хонінгування та інші, залежно від характеру деталей, величини припуску, вимог до якості оброблюваної поверхні.