23 Восстановление деталей электрохимическими и химическими покрытиями

Электрохимическим способом осуществляют нанесение на изношенные поверхности деталей следующих металлов: хрома, железа, никеля, меди. Электрохимическое наращивание металла основано на явлении электролиза – химического процесса, который протекает в электролите при прохождении через него электрического тока. Электрохимические покрытия в ремонтном производстве применяются для восстановления деталей с небольшими износами, но с высокими требованиями к износостойкости, твёрдости и прочности соединения покрытия с основой. По статистике около 65% деталей ремонтного фонда имеют износ на сторону до 0,14 мм. Поэтому электрохимическими покрытиями рекомендуется восстанавливать такие детали, как стержни клапанов, поршневые пальцы, отверстия в нижней головке шатунов под вкладыши, отверстия под подшипники в корпусных деталях и др. В ремонтном производстве наибольшее распространение получили электрохимические процессы восстановления деталей хромированием, железнением, цинкованием и др.

Хромирование деталей нашло широкое распространение в промышленности благодаря высоким эксплуатационным свойствам хрома. Хром – твёрдый хрупкий металл серебристо-стального цвета с синеватым оттенком. Температура плавления – 1615°С; с = 0,324 г/А ч; электролитически выделенный хром имеет микротвёрдость 4–12 ГПа. Хромовое покрытие имеет малый коэффициент трения, высокую износостойкость, высокую химическую стойкость, при обычных атмосферных условиях и температуре почти не окисляется, обладает красивым внешним видом. Хромирование деталей осуществляется в специальных ваннах с покрытием внутренней поверхности кислотостойким материалом (свинцом, винипластом и др.).После нанесения покрытия детали сначала промывают в дистиллированной воде (для улавливания электролита), а затем – в проточной воде. Для нейтрализации остатков электролита детали погружают на 0,5–1,0 мин в 3–5%-ный раствор кальцинированной соды, после чего окончательно промывают в тёплой воде. Затем осуществляется демонтаж детали с подвесного приспособления, снятие изоляции и сушка в сушильном шкафу при температуре 120–130°С. Завершающим этапом восстановления деталей хромированием является механическая обработка (шлифование) до требуемого размера.

Пористое хромовое покрытие обладает некоторыми преимуществами по сравнению с гладким хромом, основными из которых являются: хорошо удерживает смазку на своей поверхности, поэтому вызывает меньший износ сопряжённых деталей; имеет более низкий коэффициент трения, высокую износостойкость в условиях повышенных удельных давлений и при температуре до 500 °С, а также в среде сероводородных соединений. Технологический процесс получения пористого хромового покрытия состоит из четырёх этапов: подготовки детали к хромированию, гладкого хромирования, анодного травления и механической обработки. Сущность процесса получения пористого хрома основана на свойстве хромовых электролитов при определённых режимах хромирования получать на поверхности покрытия сетку микротрещин, которые можно увеличить путём анодного травления хромового покрытия в электролите для хромирования.

Хромирование в саморегулирующемся электролите заключается во введении в электролит, содержащий 200–300 г/л хромового ангидрида, вместо серной кислоты труднорастворимого сульфата стронция (SrSО₄) –5,5–6,5 г/л и крем-нефторида калия (K₂SiF₆) – 18–20 г/л в количестве, превышающем их растворимость. При этом электролит становится устойчивым и саморегулирующимся, так как при изменении концентрации хромого ангидрида концентрация ионов SО₄и SiF₆будет автоматически поддерживаться постоянной за счёт перехода растворимых солей SrSО₄и K₂SiF₆в твёрдую фазу (при уменьшении концентрации СгО₃) или частичного растворения сульфата стронция и кремнефторида калия (при повышении концентрации хромового ангидрида). Таким образом, происходит автоматическое регулирование электролита и отпадает необходимость в его частых корректировках.

Хромирование на токе переменной полярности основано на реверсировании постоянного тока, т.е. автоматическом переключении детали с катода на анод с помощью автоматов типа АРТ-1, АРТ-2 и др.Хромирование на токе переменной полярности позволяет получать гладкие покрытия в размер, что исключает последующую механическую обработку. Размерное хромирование может применяться при восстановлении прецизионных деталей топливной аппаратуры дизельных двигателей.

Хромирование в тетрахроматном электролите характеризуется повышенным содержанием в нём хромового ангидрида (CrО₃). Тетрахроматный электролит характеризуется также введением в него едкого натра, необходимого для образования тетрахромата натрия (Na₂О·4СгО₃), что способствует получению качественных осадков с выходом металла по току 28–30%.

Хромирование в проточном электролите ведётся при движении электролита относительно детали со скоростью 8–100 см/с и при плотности тока до 150–200 А/дм². Хромирование в проточном электролите позволяет получить выход металла по току до 20–22%, а скорость осаждения хрома в зависимости от состава электролита и режима электролиза – до 140–160 мкм/ч. Данный способ хромирования целесообразно применять для восстановления внутренних рабочих поверхностей крупногабаритных деталей, а также отверстий в корпусных деталях под подшипники качения в условиях централизованного восстановления деталей. Перемещение электролита у восстанавливаемой поверхности повышает про-изводительность процесса до 4 раз.

Хромирование в ультразвуковом поле оказывает положительное влияние на свойства хромового покрытия и вызывает повышение твёрдости осадка. С помощью магнитострикционных преобразователей в электролите возбуждаются ультразвуковые колебания частотой 20–30 кГц, под действием которых разрушается оксидная плёнка на поверхности детали, что обеспечивает высокую прочность сцепления покрытия с основным металлом. Хромирование в ультразвуковом поле особенно целесообразно для нанесения покрытий на детали, изготовленные из алюминиевых сплавов, которые подвержены интенсивному окислению в среде окружающего воздуха.

Железнение. Процесс восстановления деталей железнением по сравнению с хромированием характеризуется более высокими технико-экономическими показателями: применение более дешёвых электролитов, растворимых анодов, более высоких плотностей тока и скоростей осаждения металла, т.е. процесс железнения отличается значительно меньшей длительностью и стоимостью по сравнению с хромированием. Поэтому железнением можно восстанавливать детали с большим износом. Железнение может осуществляться в горячих и холодных электролитах. Горячие электролиты с температурой 50°С и выше являются более производительными и получили широкое распространение в производстве.Железнением восстанавливают детали с износом рабочих поверхностей более 0,2 мм (шейки валов и осей, поверхности отверстий под подшипники в корпусных деталях и др.).

Нанесение покрытий электроконтактным способом применяется при восстановлении изношенных поверхностей деталей, имеющих небольшой износ. Электроконтактным способом могут быть получены покрытия медью, никелем, хромом, цинком, железоцинковым сплавом и др. Сущность электроконтактного способа заключается в нанесении слоя металла на восстанавливаемую поверхность детали путём приведения в контакт с деталью специального электрода, состоящего из токопроводящего устройства и адсорбирующего материала. Адсорбирующий материал (ватно-марлевый тампон, стекловолокно, хлопчатобумажная ткань и др.) насыщается электролитом и играет роль электролитической ячейки. При включении тока в ней происходит электролиз. Деталь соединяется с отрицательным полюсом источника постоянного тока, электрод – с положительным.

Химическое никелирование основано на восстановлении ионов никеля до металла под действием восстановителя гипофосфита натрия. Основными компонентами для приготовления растворов являются хлорид никеля (NiCl₂·6Н₂О) с концентрацией 20–30 г/л и гипофосфит натрия (NaH₂PО₂·Н₂О) – 10–24 г/л. В состав растворов добавляют также уксуснокислый натрий (NaC₂H₃О₂·3Н₂О) и другие компоненты. Полученное покрытие представляет собой сплав никеля с фосфором, примерный состав которого – 90–95 % никеля, 5–10 % фосфора.