6.2 Применение гальванических покрытий

Общие сведения и технология восстановления деталей хромированием и железнением. Гальванические покрытия — результат электролиза водных растворов солей металлов. Покрытия из металлов (С_r, F_e) наносят на поверхность деталей для защиты их от разрушения в эксплуатации, увеличения ресурса, восстановления размеров, получения антифрикционных, жаро- и коррозионностойких деталей.

Наиболее распространены для упрочнения деталей и восстановления их размеров хромирование и железнение.

Хромирование используют для увеличения износостойкости, твердости, химической стойкости, восстановления размеров, декоративных целей.

Железнение применяют, главным образом, для восстановления размеров деталей машин.

При капитальном ремонте грузовых автомобилей хромированию и железнению подлежит 10–15 дм² поверхности деталей.

Основные показатели электролитических покрытий характеризуются значениями, указанными в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Показатели электролитических покрытий

Параметры	Сr	Fe
Твердость	6000–1300 HV	300–700 HV
Износостойкость	100%	40–60%
Прочность сцепления	350–400 МПа	200–250 МПа
Коэф. долговечности, Кд	1,5–2,5	0,5–0,9
Выход по току	10–35%	85–95%
Скорость осаждения	30–60 мкм/ч	300–600 мкм/ч
Предельное значение толщины слоя	0,3–0,5 мм	0,8–1,0 мм

Хромирование. Технологический процесс получения хромового покрытия состоит из 3-х групп операций:

— подготовка детали к наращиванию покрытия;

— нанесение покрытия (процесс хромирования);

— последующая обработка.

Технологические операции при нанесении хромового покрытия при восстановлении деталей выполняют в такой последовательности:

005 — моечная;

010 — сушильная (оборудована сухим сжатым воздухом);

015 — дефектовочная (нар. осмотр);

020 — шлифовальная (механическая обработка до определенного размера);

025 — контрольная (измерение размера);

030 — слесарная (изоляция нехромируемых поверхностей);

035 — слесарная (зачистка контактов подвески);

040 — слесарная (монтаж детали на подвеску);

045 — слесарная (подготовка и установка анодов). Анодами являются свинцовые пластины. На них образуется пленка перекиси свинца;

050 — активационная (обезжириванием (очисткой) от масляных пленок: химическим способом протиркой венской известью, или химическим способом в горячем щелочном растворе, или электролитическим способом);

055 — моечная (промывка проточной теплой водой);

060 — активационная (химическим декаллированием (очисткой) от оксидов в течение времени от 1 мин в растворе H₂SO₄ при 18–25 °С);

065 — моечная (промывка проточной холодной водой);

070 — активационная (электрохимическим анодным декапированием в электролите ванны для хромирования при Д_а = 30 – 35 А/дм² и t_эл = (50  2 °С);

075 — хромирование.

В зависимости от температуры электролита и катодной плотности можно получить один из 3-х видов осадков:

— серые твердостью 900–1200 HV;

— блестящие твердостью 600–900 HV;

— молочные твердостью 400–600 HV.

080 — моечная (промывка дистиллированной водой);

085 — моечная (промывка в холодной проточной воде);

090 — моечная (промывка в течение 0,5–1 мин в нейтрализующем 3–5% растворе углекислого натрия (Na₂CO₃) при 18–25 °С);

095 — моечная (промывка горячей проточной водой);

100 — сушильная (температура 120–130 °С);

105 — контрольная (измерение размеров);

110 — термическая (тепловая обработка при 200–250 °С в течение 2–3 ч., для удаления Н₂);

115 — шлифовальная (обработка до номинального размера);

120 — контрольная (измерение размера и твердости).

Основными составляющими хромовых электролитов являются:

хромовый ангидрид (С_rO₃); конц. 150–250 г/л Н₂О

серная кислота (Н₂SO₄); конц. 1,5–2,5 г/л Н₂О

дистиллированная вода (Н₂О). 1 л. С_rO₃/ Н₂SO₄ = 95–120

Хромирование ведется либо в стационарных ваннах, либо струйным способом. Используется питание постоянным током. Применяются выпрямители напряжением от 6 до 24 В.

Режимы хромирования рекомендуется задавать в следующем интервале:

T_эл = 50–60 С;

Д_к = 60–120 а/дм²;

,

где — плотность С_r, г/см³ (6,92 г/см³);

— толщина слоя, мм;

— катодная плотность тока, А/дм²;

— электрохимический эквивалент, г/А∙ч, (0,324);

— кпд, характерный использователь энергии, 13–15%.

Железнение. По сравнению с хромированием процесс железнения имеет более высокую производительность, можно получать толщину слоя до 1,5 мм. Не требуется дефицитных химических реактивов. Выход по току составляет 85–95%. Расход электроэнергии равен 1,5 кВт∙ч/дм².

Восстанавливаемые детали можно разделить на 4 группы:

— детали с изношенными посадочными поверхностями под неподвижные сопряжения;

— детали с поверхностями, работающими в условиях трения со смазкой;

— детали сложной формы с ограниченными поверхностями износа;

— корпусные детали с внутренними и наружными изношенными поверхностями.

Первые две группы деталей восстанавливаются при ванном электролизе. Последние две группы — безванновыми способами.

Технологический процесс железнения аналогичен процессу хромирования.

Используется твердое и износостойкое железнение. Применяются хлористые электролиты: растворы хлористого железа (FeCl₂ 4H₂O) с добавкой хлористого натрия (NaCl) и соляной кислоты (HCl). (PH = 1,6–1,4). Могут использоваться сульфатные и специальные электролиты.

За счет изменения состава электролита и его кислотности, плотности тока, температуры можно получать необходимые свойства покрытий: твердость, вязкость, износостойкость и др.

Пути совершенствования технологии гальванических покрытий. Разработано два основных направления развития и совершенствования технологий гальванических покрытий:

1-ое направление состоит в повышении производительности процесса. Для достижения этой цели ведется разработка новых электролитов. Примером служат саморегулирующиеся электролиты для хромирования. Наряду с этим разрабатываются новые технологические приемы ведения технологии: проточное, струйное, электроконтактное осаждение, применение электролита, применение периодических потоков и др. За счет этих приемов удается избегать обеднения и защелачивания прикатодного слоя электролита.

2-ое направление состоит в сокращении числа подготовительных и заключительных операций. Так, например, при железнении для снижения трудоемкости и значительного уменьшения потребления воды в технологии используют анодное травление стальных и чугунных деталей с одновременной очисткой их поверхностей в хлористом электролите железнения. В перспективе считается возможным создание малооперационной безотходной технологии железнения с замкнутым циклом водоиспользования.

Мероприятия по ТБ и охране окружающей среды. Гальванические технологии относятся к производствам с вредными условиями труда.

Большинство кислотных и щелочных электролитов очень токсичны и отрицательно действуют на дыхательные пути и кожные покровы работающих.

Для удаления паров, газов и пыли и для создания нормальных условий труда на гальванических участках оборудуют примочно-вытяжную вентиляцию. Вытяжка обеспечивается общей и местной вентиляционной системой. Рекомендуется с 1 м² зеркала ванны обеспечивать в час 8–10-кратный обмен воздуха.

Для охраны окружающей среды сточные воды после промывки деталей подлежат обезжириванию. Это относится к отработанным растворам, периодически сбрасываемым из основных ванн, и постоянно поступающим растворам после промывки изделий.