2588

Глава 3. УСТРАНЕНИЕ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ ХРОМИРОВАНИЕМ

3.1. Свойства электролитического хрома

Хромирование приобрело большую популярность в ремонтном производстве благодаря ценным физико-механическим свойствам хрома: высокой твердости, термостойкости (температура плавления хрома 1750…1890 оС) и способности прочно сцепляться с разными металлами. Хром имеет высокую теплопроводность и низкий коэффициент линейного расширения (6,6·10–6 град–1). Высокие твердость и термостойкость, низкий коэффициент трения хрома с различными металлами обеспечивают восстановленным поверхностям хорошую износостойкость в тяжелых условиях эксплуатации (в 2 – 8 раз превышающую износостойкость закаленной стали 45).

Электролитический хром – твердый, хрупкий металл, серебри- сто-стального цвета с синеватым оттенком. Внешний вид, структура и механические свойства его изменяются в широких пределах. В зависимости от значений технологических факторов возможно получать три вида осадков: молочные, блестящие и матовые (серые).

Молочные покрытия получают при невысоких плотностях тока (20–30 А/дм2). Они имеют микротвердость 250…550 кгс/мм2 и удовлетворительную вязкость. В них может отсутствовать сетка микротрещин. Они рекомендуются для восстановления деталей, работающих при средних удельных давлениях порядка 8…10 МПа, и как антикоррозионное покрытие.

Блестящие осадки хрома получают при Dк = 35…60 А/дм2. Они обладают твердостью Н =750…920 кгс/мм2. Структура их мелкокристаллическая и характеризуется разветвленной сеткой микротрещин. Они, как правило, используются для устранения износа рабочих поверхностей деталей. Возможная толщина наращивания их достигается 0,2 мм и может быть увеличена за счет повторного завешивания деталей в ванну хромирования. В результате эксплуатационных испытаний деталей автомобилей, восстановленных хромированием, установлено, что их износостойкость возрастает: цилиндров двигателя – в 2 – 14 раз, поршневых колец – в 2 – 4раза, стержней клапанов – в 3 – 4 раза, кулачков распределительного вала – в 3 – 4 раза, поршневых пальцев – в 1,1 – 2,7 раза, шеек коленчатого вала – в 3 – 6 раз, крестовин кардана − в 2 − 4 раза и т.д.

51

Матовые (серые) покрытия электролитического хрома получают при высокой катодной плотности тока (70…100 А/дм2) и температуре электролита менее 45 оС. Эти осадки характеризуются большой твердостью (Н =1000…1200 кгс/мм2), хрупкостью, наличием слишком густой сетки микротрещин. Они обладают низкой износостойкостью и в целях восстановления деталей не применяются.

3.2. Номенклатура восстанавливаемых деталей

Применимость электролитического хромирования для восстановления изношенных деталей машин доказана многолетней практикой. В настоящее время его применяют для восстановления стальных и чугунных деталей, работающих в подвижных и неподвижных сопряжениях и имеющих износ своих цилиндрических рабочих поверхностей до 0,5 мм по диаметру. При ремонте автомобилей, тракторов и строительных машин чаще всего такими деталями являются поршневые пальцы, клапаны, толкатели клапанов, оси коромысел клапанов, валики водяных и масляных насосов, валы коробок передач и раздаточных коробок, распределительные и коленчатые валы (шейки), оси сателлитов (крестовины) дифференциалов, валы рулевых сошек, шкворни, поворотные цапфы (шейки), цилиндры двигателей внутреннего сгорания, плунжеры топливных насосов, иглы бесштифтовых распылителей форсунок, штоки силовых гидроцилиндров, золотники гидрораспределителей и т.д. Возможно также восстанавливать и упрочнять хромированием детали из алюминиевых сплавов.

3.3. Особенности процесса хромирования

В отличие от большинства металлов, электролитически осаждаемых из растворов их солей, хром осаждают из раствора хромовой H2CrO4 и двухромовой H2Cr2O7 кислот, получаемых растворением в воде хромового ангидрида. Составы электролитов для хромирования весьма разнообразны. Но в большинстве случаев они состоят из двух основных компонентов: хромового ангидрида CrO3 и серной кислоты H2SO4. Рациональное содержание H2SO4 в электролите равно 1% от содержания CrO3. В ремонтном производстве для наращивания изношенных поверхностей деталей чаще всего используют стандартный электролит, содержащий 250 г/л CrO3 и 2,5 г/л H2SO4. Процесс ведут при температуре 50 – 60 оС и катодной плотности тока 25 – 50 А/дм2.

52

Восстанавливаемые детали являются катодами. Аноды обычно применяют нерастворимые, преимущественно из свинца С1…С3 или сплава свинца с сурьмой ССу1…ССу8. Необходимая концентрация электролита обеспечивается периодической добавкой в него соответствующих компонентов.

Поскольку хром наращивают из растворов кислот при использовании нерастворимых анодов, то особенности его электроосаждения заключаются в следующем. При электролизе хрома на катоде (детали) происходят такие процессы: выделение металлического хрома, разряд ионов водорода с последующим включением его в кристаллическую решетку покрытия или выделением в газообразном виде, восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного, образование воды. На аноде выделяется газообразный кислород и трехвалентный хром окисляется в хромовую кислоту.

Из этого следует, что процесс формирования хромового покрытия не является основным, так как на него расходуется лишь небольшая часть электрического тока. В основном протекают реакции выделения водорода и кислорода, для удаления которых требуется мощная вытяжная вентиляция. Поскольку значительная часть проходящего через ванну хромирования электрического тока расходуется на побочные процессы, то катодный выход хрома по току весьма мал и в зависимости от условий электролиза лежит в пределах 12…18 %. Скорость наращивания хрома не превышает 0,03 мм/ч (см. табл. 2).

3.4. Технология хромирования

Схема технологического процесса устранения износа деталей хромированием изображена на рис. 22. Из всех операций технологии хромирования рассмотрим только специфические.

При хромировании электрохимическая подготовка поверхностей проводится путем анодного или химического декапирования (активирования). Анодное декапирование осуществляется обработкой деталей под током на аноде в отдельной ванне декапирования, содержащей раствор хромового ангидрида, или же в самой ванне хромирования. Химическое декапирование – травление деталей в растворах серной, соляной, азотной или плавиковой кислот.

Наилучшее сцепление осадков хрома со стальными и чугунными деталями достигается тогда, когда анодное декапирование восстанавливаемых поверхностей проводят непосредственно в ванне хромирования.

53

Промывка холодной водой

Завешивание в ванну хромирования и выдержка безтока

Декапирование

Осаждения хрома

Промывка в ванне-уловителе электролита

Промывка теплой и холодной водой

Демонтаж с подвесных приспособлений и снятие изоляции

Нейтрализация

Промывка холодной водой

Сушка и контроль покрытия

Обезводораживание

Механическая обработка восстанавливаемых поверхностей

Рис. 22. Схема технологического процесса восстановления деталей электролитическим хромированием

54

Для этого детали вначале выдерживают в электролите без тока для прогрева, а затем дается ток обратного направления (деталь является анодом). Стальные детали декапируют при анодной плотности тока Da=30 – 70 А/дм2 в течение 30−90 с, а детали из серого чугуна – при Da=20 −25 А/дм2 и продолжительности травления 10 – 30 с, после чего переключателем меняют направление тока (деталь становится катодом). При этом для рельефных деталей рекомендуется в начале электролиза давать "толчок" тока, т.е. электролиз начинать при токе, в 1,5 – 2,0 раза превышающем расчетную величину. Спустя 1–2 мин его плавно снижают до рабочего значения Iк, при котором производится выдержка для получения необходимой толщиныпокрытия (расчетное время).

Ввиду высокой стоимости хромового ангидрида первую промывку деталей после осаждения хрома рекомендуется проводить в ванне-уловителе электролита, заполненной дистиллированной водой. Это позволяет снизить потери электролита при выгрузке деталей из ванны хромирования. Промывочная вода из ванны-уловителя используется для поддержания постоянного уровня электролита в ванне хромирования.

Сушку деталей осуществляют в сушильном шкафу, обдувкой сжатым воздухом или протиркой ветошью. Детали, прошедшие сушку, подвергаются контролю на качество хромового покрытия. Такой контроль в производственных условиях включает в себя внешний осмотр нарощенных поверхностей (визуально), определение твердости покрытия (набором эталонных напильников или микротвердомером ПМТ–3), замер толщины осадка (микрометром, штангенциркулем), проверку прочности сцепления (методом удара молотком с полукруглым бойком, нанесением сетки царапин, эксцентричным обтачиванием). Качественное покрытие хрома должно быть светло-серого (блестящего) цвета с синеватым или молочно-матовым оттенком, гладким, без дендритов и бугорков, не должно иметь пригара, питтинга и вздутий. Толщина его должна быть примерно равна расчетной. При легком остукивании молотком (по поверхности и торцам детали) оно не должно вспучиваться, отслаиваться и осыпаться. Допускается небольшая шероховатость осадка.

Необходимой операцией при восстановлении стальных термообработанных деталей хромированием является обезводораживание (удаление водорода из покрытия). Оно производится перед механической обработкой детали или после неё путем прогрева деталей в моторном масле при температуре 170…200 оС в течение 1,0…1,5 ч. При

55

этом одновременно с удалением водорода происходит насыщение маслом образовавшихся в нарощенном слое хрома пор и микротрещин. Это благоприятно сказывается на дальнейшей работе восстановленной детали.

Подробное содержание операций технологического процесса электролитического наращивания хрома на изношенные поверхности деталей, требования к их выполнению приведены в табл. 4.

3.5.Недостатки хромирования, пористоехромирование

Существенными недостатками применения электролитического хрома для восстановления деталей являются:

а) длительность процесса и относительно высокая стоимость; б) недостаточные технологические возможности (предельно до-

стигаемая толщина хрома не превышает 0,2 мм); в) снижение предела выносливости восстановленных деталей на

25…65 % за счет наличия опасных концентратов напряжений в покрытии и явления водородной хрупкости. С этим необходимо считаться при хромировании деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок;

г) плохая смачиваемость гладкого электролитического хрома маслами (масляная пленка разрывается и стекает с покрытия). Это отрицательно сказывается на работоспособности деталей в условиях недостаточной смазки и при больших нагрузках и температурах приводит к задиру трущихся поверхностей, быстрому их износу;

д) электролитический хром очень плохо работает по хрому (не рекомендуется в хромированные цилиндры двигателя устанавливать хромированные поршневые кольца).

Для повышения работоспособности деталей, работающих в условиях ограниченной смазки, хромовые покрытия осаждают по режимам, обеспечивающим получение в покрытии сетки микротрещин (пор и каналов). При этом отношение CrO3/H2SO4 рекомендуется поддерживать в пределах 105…110, что способствует получению оптимальной степени пористости. Затем поры и каналы расширяют и углубляют путем кратковременного электрохимического растворения осадка (анодного травления). Его проводят или после механической обработки, или же по окончании процесса наращивания, не вынимая детали из ванны хромирования (переключают деталь с катода на анод). Процесс ведут при Da=30…40 A/дм2 в течение 5…10 мин.

56