5.2. Повышение износостойкости деталей путем химического никелирования

Высокая износостойкость, прочность сцепления, антифрикционные свойства (прирабатываемость, низкий коэффициент трения, противозадирные качества), равномерная толщина покрытия предопределили использование никельфосфорных покрытий для упрочнения поверхности поршней, золотников, на конечников, стопорных игл, валиков и других ответственных деталей, от которых во многом зависят надежность и долговечность различных гидравлических, пневматических, топливных и иных механизмов. В качестве примера рассмотрим технологию химического никелирования пресс-форм. Повышение срока службы пресс-форм и штампов путем химического никелирования особенно целесообразно в случае их сложной конфигурации, где хромирование весьма затруднено. Технология никелирования пресс-форм имеет свои особенности. Во-первых, при предварительной подготовке поверхности необходимо тщательно очищать от загрязнения труднодоступные места: во-вторых, термическую обработку покрытий на пресс-формах, изготовленных из инструментальных сталей, следует осуществлять в два этапа: 1) неизотермический нагрев со скоростью 400 °С в мин в течение 1—1,5 мин с тем, чтобы в покрытиях произошли структурные превращения, обеспечивающие необходимую твердость; 2) трех-, четырехчасовой нагрев при 200 °С для повышения адгезии покрытия с основой.

Подготовительные операции заключаются в обезжиривании деталей в органических растворителях, а затем в щелочном растворе и последующем активировании в 10%-ном растворе НС1, с промежуточными промывками в холодной и горячей воде.

Химическое никелирование производят в растворе состава (г/л):

Сернокислый никель (кристаллогидрат).......21

Гипофосфит натрия............................................24

Уксуснокислый натрий.......................................10

Малеиновый ангидрид........................................1,5

рН.....................................................................4,8-5,0

Температура раствора, °С..................................88

Плотность загрузки, дм²/л..................................1

Скорость никелирования, мкм/ч..................10 - 12

Пресс-формы после определенного срока эксплуатации можно для восстановления требуемой толщины слоя никелировать без снятия прежнего покрытия. Срок службы химически никелированных пресс-форм в 2—3 раза выше, чем хромированных. Во избежание прилипания к поверхности никелированных пресс-форм резины (при прессовании резиновых деталей) на матрицу и пуансон наносят силиконовую смазку.

Химическое никелирование применяют также для повышения износостойкости и восстановления изношенного мерительного инструмента (резьбовых калибров, пробок, скоб). Технологию никелирования мерительного и режущего инструмента (и прежде всего предварительную подготовку и термообработку) назначают с учетом химического состава материала, из которого составлен инструмент.

Примером успешного использования технологии химического никелирования может служить технология восстановления изношенных прецизионных стальных деталей — плунжерных пар топливных насосов тракторных двигателей. В результате износа в несколько микрон в сельском хозяйстве страны ежегодно выбраковывается несколько миллионов таких деталей.

Хромирование плунжерных пар способно повысить их износостойкость, однако из-за неравномерности толщины хромовых покрытий на плунжерах образуются наросты, вызывающие необходимость в последующей дорогостоящей механической обработке. В случае восстановления плунжерных пар путем химического никелирования такая механическая обработка исключается.

Разработана следующая технология восстановления плунжерных пар химическим никелированием: механическая обработка изношенных плунжеров шлифованием для выправления поврежденных участков поверхности и обеспечения правильных геометрических форм деталей; изоляция участков плунжеров, не подлежащих никелированию, нанесением слоя цапонового лака и тридцатиминутная сушка в сушильном- шкафу при 80— 100 °С; промывка в бензине Б-70 в течение 2—3 мин, протирка сухой ветошью или обдувка подогретым воздухом; обезжирива­ние протиркой щетками в кашице из венской извести в течение 2—3 мин, промывка в проточной холодной воде; монтаж на подвесочных приспособлениях-дисках из текстолита с отвер­стиями для плунжеров; травление в 5 %-ном растворе соляной кислоты в течение 1,5—2 мин и промывка в течение 1—2 мин в проточной холодной воде; химическое никелирование в керамических (фарфоровых) или железных эмалированных ваннах в растворе состава (г/л): хлористый никель — 30, гипофосфит натрия—10, уксуснокислый натрий—10. Покрытие произво­дится в два приема: после нанесения первого слоя толщиной 10 мкм плунжеры активируют в концентрированном растворе соляной кислоты (1:1) в течение 5—7 с, после чего их пере­носят в ванну со свежим раствором (температура растворов 90—92 °С, плотность загрузки 1—2 дм²/л, продолжительность никелирования 60 мин); снятие плунжеров с подвесочного приспособления, промывка в холодной проточной воде, сушка очищенным сжатым воздухом.

Микротвердость поверхности плунжера, согласно техническим требованиям, была получена при 45-минутном нагреве деталей при 400—450 °С и составила 9500 МПа. Стендовые испытания топливных насосов при смазке дизельным топливом, специально загрязненным твердыми микрочастицами, показали, что износостойкость никелированных плунжеров с термообработанным покрытием в течение часовой обработки при 400 °С сравнима с износостойкостью новых серийных плунжеров или несколько выше ее.

Никель-фосфорные покрытия позволяют увеличить также надежность и долговечность деталей при сухом трении и большом давлении. В качестве примера можно привести использование никель-фосфорных покрытий ушковых игл основовязальных машин, вырабатывающих трикотажные изделия.