книги из ГПНТБ / Мовчин, В. Н. Технология производства измерительных инструментов и приборов учебник

этом на катоде происходит осаждение металла и выделе­ ние водорода. Отрицательные ионы (анионы) переме­ щаются к положительному электроду (аноду) и превра­ щаются в нейтральные атомы с выделением кислорода и кислотных остатков.

Таким образом, для осаждения металла на поверх­ ности детали она должна являться катодом. Анодом во всех случаях, кроме хромирования, служит металл, соли которого являются электролитом. При этом раство­ рение металла анода в процессе электролиза непрерывно поддерживает концентрацию электролита.

Защитные и декоративные свойства гальванических покрытий, т. е. плотность и толщина пленки, хорошее ее сцепление с поверхностью изделия, равномерность покрытия и т. д., зависят от качества подготовки поверх­ ности детали под покрытие, состава электролита и режи­ мов покрытия.

Подготовка поверхностей детали к покрытию обычно заключается в механической обработке, обезжиривании и удалении окислов путем травления.

Режимы гальванических покрытий определяются кон­ центрацией электролита, плотностью тока, температурой электролита и продолжительностью процесса.

Состав электролита и его концентрация определяются в каждом отдельном случае металлом детали и требова­ ниями, предъявляемыми к покрытию.

Плотность тока является одним из основных параме­ тров, определяющих режим электролиза, и представляет собой силу тока, приходящуюся на единицу поверхности покрываемых деталей. Обычно в гальванотехнике за еди­ ницу площади покрываемой поверхности принимают квад­ ратный дециметр и поэтому плотность тока выражают в амперах на квадратный дециметр.

Температуру процессов и их продолжительность уста­ навливают в каждом конкретном случае в зависимости от вида покрытия и требуемой толщины слоя.

Температура электролита при выполнении гальвани­ ческих покрытий, как правило, не превышает 60—70° С, что практически не вызывает деформации деталей. Это позволяет наносить покрытия на деталях после их окон­ чательной обработки.

Недостатком электролитических покрытий является неравномерная толщина откладываемого слоя металла, вызванная большей плотностью тока на выступающих

370

частях катода-детали. Неравномерная плотность тока приводит к интенсивному отложению большего количе­ ства металла на выступах и меньшего— на впадинах. Такое явление неравномерной концентрации силовых линий в электролите называют в гальванотехнике «рас­ сеивающей способностью электролита». Различные по составу электролиты обладают различной рассеивающей способностью, а следовательно, и различной кроющей способностью, т. е. возможностью электролита к покры­ тию углубленных частей детали.

Равномерность покрытия обеспечивается созданием формы детали, благоприятной для гальванической обра­ ботки, т. е. с закруглениями острых углов, плавными переходами одной поверхности в другую и т. д. Если невозможно обеспечить удобную для покрытия форму, например, при покрытии глухих отверстий, призмати­ ческих поверхностей и т. п., применяют специальные аноды, металлические и неметаллические экраны, оття­ гивающие на себя часть силовых линий или изменяющих их направление.

Хромирование. Электролитический хром является твер­ дым хрупким металлом, серебристо-стального цвета с голу­ боватым оттенком твердостью НВ 1000—1100 (по Виккерсу HV 500—1200), плотностью 6,9—7,1 г/см3, температурой плавления 1830° С.

Высокая твердость хрома, значительно превышаю­ щая твердость закаленной стали, красивый внешний вид, сохранение механических свойств и цвета при температу­ рах до 400—450° С, меньший, чем у стали, коэффициент трения позволяют использовать хромирование как для защитно-декоративных целей, так и для повышения износостойкости рабочих поверхностей измерительных инструментов.

В качестве электролита при хромировании применяют водный раствор хромового ангидрида Сг03 и серной ки­ слоты H 2S04. Хромовые электролиты отличаются от прочих электролитов, применяемых в гальванотехнике, наихудшей рассеивающей и кроющей способностью. По­ этому равномерное отложение слоя хрома во многом зависит от геометрической формы деталей. На острых выступающих кромках деталей создается большая плот­ ность тока, а следовательно, и возможно осаждение боль­ шего слоя хрома и даже образование нагара. Наоборот, в углублениях, образованных резкими переходами одной

371

Для получения качественного покрытия хромом необ­ ходимо предусматривать в конструкциях деталей плав­ ные переходы одной поверхности в другую, притупление острых кромок и т. д. В отдельных случаях при хроми­ ровании деталей сложной формы применяют аноды спе­ циальной формы и различные экраны, перераспределяю­ щие силовые линии и позволяющие получить равномер­ ную плотность тока по всей поверхности детали.

В зависимости от состава электролита и режимов хро­ мирования можно получить различные по твердости и декоративному виду покрытия.

Хромовые покрытия полученные при небольшой плот­ ности тока (до 30 А/дц2) и повышенной до 70° С темпера­ туре электролита имеют молочный цвет. Слой молочного хрома обладает наименьшей пористостью и при толщи­ нах 20—30 мкм обеспечивает защиту стальных деталей от коррозии как в нормальных атмосферных условиях, так и в коррозионных средах, но вследствие низкой твердо­ сти (HV 500—700) не применяется для покрытия измери­ тельных инструментов.

Наиболее распространенным в производстве измери­ тельных инструментов и приборов является блестящее (твердое) хромирование. Блестящие осадки хрома обла­ дают высокой твердостью (HV 700—900) и стойкостью против механических воздействий, но такое покрытие вследствие его пористости не обеспечивает надежную антикоррозионную защиту деталей, работающих в тяже­ лых атмосферных условиях.

В зависимости от режимов и способов подготовки поверхности блестящее хромирование стальных деталей

3) для размерного хромирования калибров. Защитно-декоративное покрытие инструментов и де­

талей приборов должно: 1) обеспечивать достаточно надежную защиту поверхностей от коррозии; 2) обладать высокими механическими свойствами, позволяющими за­ щищать поверхности от истирания в процессе эксплуата­ ции; 2) иметь красивый декоративный внешний вид.

£72

Первые два условия с учетом, что измерительные инструменты и приборы предназначены для работы в произ­ водственных помещениях с нормальной температурой и влажностью и твердость хрома высокая, блестящее хро­ мирование вполне обеспечивают. Третье условие выпол­ няется только для небольшой части деталей. Для боль­ шинствадеталей приборов блестящее хромирование не допустимо, так как блеск затрудняет отсчет размеров по шкалам и нониусам.

Защитно-декоративное покрытие в режиме блестя­ щего хромирования, но с матовым оттенком, получают за счет обдувки поверхностей детали песком. После об­ дувки песком деталь имеет ровные, однотонные шерохо­ ватые поверхности и нанесенный на них слой блестящего хрома приобретает матово-серебристый цвет. Но обдувка песком является вредной для здоровья работающих опе­ рацией и поэтому для получения матовой поверхности на деталях в последнее время применяют двухслойное хромирование, т. е. хромовое покрытие молочного цвета и нанесенное на нем блестящее покрытие. Двухслойное покрытие обладает высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью, имеет матовый цвет.

Нанесение высокотвердого слоя хрома аналогично защитно-декоративному покрытию. Отличие состоит в том, что твердый износоупорный слой хрома наносят, как правило, на закаленные до высокой твердости поверхно­ сти стальных деталей, и в этом случае особое значение имеет наводораживание, вызывающее хрупкость по­ верхностного слоя. Поэтому для удаления из металла водорода после хромирования применяют термическую обработку, т. е. выдерживают детали в масле при тем­ пературе 150—200° С в течение 1—3 ч. Во избежание отслоения хрома подготовку поверхностей деталей пе­ ред хромированием выполняют более тщательно шли­ фованием мягкими кругами с последующим полирова­ нием.

На поверхности калибров и деталей с точными раз­ мерами хром откладывают двумя способами: 1) с последую­ щей обработкой шлифованием и доводкой; 2) путем раз­ мерного хромирования.

Хромирование с последующим шлифованием в произ­ водстве измерительных инструментов применяют только в отдельных случаях и главным образом при восстанов­ лении размеров дорогостоящих калибров или деталей.

373

Механическую обработку восстановленных поверхностей производят шлифованием мягкими и средней твердости кругами с зернистостью № 12—20, а при необходимости полированием или доводкой.

Размерное хромирование калибров, т. е. нанесение слоя хрома строго определенной толщины, с получением размеров изделия без последующей механической доводки выполняют двумя путями:

1. Уменьшают размеры калибров на такую величину, чтобы толщина наращиваемого слоя хрома перекрывала бы все поле допуска на износ калибра. При выполнении поставленного условия калибры можно после износа вновь хромировать и таким образом восстанавливать его большое число раз.

При промышленном изготовлении калибров такое хро­ мирование не применяют из-за высоких требований к точ­ ности изготовления заготовок под хромирование калиб­ ров 2—2а классов точности, а при производстве калибров более грубых классов точности необходимо осаждать большой слой хрома, точные размеры которого трудно выдерживать.

2. Широко применяют хромирование калибров и дру­ гих деталей с отложением тонкого слоя хрома. Возникаю­ щие погрешности формы и толщины слоя (при его вели­ чине в 3—5 мкм) очень малы и поэтому такое покрытие технологически легко выполнимо.

Никелирование. Никелевые покрытия при толщине слоя 0,02—0,025 мм обладают достаточно хорошими за­ щитно-декоративными свойствами, но вследствие низкой твердости и недостаточно надежного сцепления со сталью, в производстве измерительных инструментов и приборов применяются только для защиты фурнитуры к футлярам (крючки, петли, навески, ручки и т. д.) и отдельных деталей приборов. Для деталей, работающих в тяжелых атмосферных условиях, применяют двухслойное покрытие: медь — никель толщиной 0,01—0,04 мм. При необходи­ мости получения покрытия с твердой поверхностью при­ меняют трехслойное покрытие: медь — никель—хром тол­ щиной 0,01—0,03 мм.

Цинкование. Цинковые электролитические покрытия надежно защищают детали, работающие в тяжелых атмо­ сферных условиях, от коррозии.

Цинковое покрытие имеет низкую твердость, поэтому применяется в качестве защитного покрытия деталей

374

приборов, не участвующих в трении и не подвергающихся механическому воздействию.

Толщина цинкового покрытия устанавливается в за­ висимости от условий эксплуатации от 5 до 30 мкм.

Цинковое покрытие светло-серого цвета имеет некра­ сивый внешний вид, кроме того, в условиях повышенной влажности, а также при использовании оцинкованных деталей в плотно закрытых приборах возникает корро­ зионное разрушение цинкового покрытия с образованием белого осыпающегося порошка.

Для повышения коррозионной стойкости цинковых покрытий применяют пассивирование (хроматирование) или покрывают их лаком. Пассивирование производят

врастворах, содержащих хромовые соединения, например

врастворе, состоящем из 15—25 г/л хромового ангид­ рида Сг03, 2—4 г/л азотной кислоты HN03 и 5—10 г/л

сернокислого натрия Na2S04 при температуре 15—20° С в течение 5—10 с. Образующаяся тонкая (0,1—0,5 мкм) хроматная пленка зеленовато-желтого радужного цвета обладает повышенными защитно-декоративными и меха­ ническими свойствами.

Кадмирование. Кадмий является мягким металлом серебристо-белого цвета и используется только в каче­ стве защитно-декоративного покрытия. В обычных усло­ виях кадмиевое покрытие как по качеству защиты от коррозии, так и по внешнему виду не имеет преимуществ перед цинковым хроматированным покрытием. Основным достоинством кадмиевого покрытия является его высокая стойкость в атмосфере морского тумана и морской воды,

Повышение химической стойкости и улучшение деко­ ративного вида кадмиевых покрытий достигается пасси­ вированием пленки в хромовых растворах. Образую­ щаяся хроматная пленка темно-зеленого цвета допол­ нительно повышает защитные свойства кадмиевого по­ крытия.

Лакокрасочные защитно-декоративные покрытия пред­ ставляют собой пленки лака, краски и эмали, нанесен­ ные на поверхность детали и высушенные при опреде­ ленной температуре.

Качество лакокрасочного покрытия определяется сплошной одинаковой толщины и цвета пленкой и ее хоро­ шим сцеплением (адгезией) с металлом. Подготовка поверх­

375

ности под покрытие является одной из важнейших опе­ раций, обеспечивающих надежную сцепляемость пленки, длительный срок службы лакокрасочного покрытия и красивый внешний вид. Необходимо помнить, что очаги коррозии, не удаленные с поверхности детали, распро­ страняются и под пленкой, грубые изъяны (раковины, утяжины и т. д.) невозможно качественно зашпаклевать.

Типовой технологический процесс нанесения лакокра­

с заготовок грубые неровности, остатки литниковой си­ стемы, заусенцы и т. д. при помощи пневматических зубил, шлифовальных кругов, установленных на пере­ носных точилах, бесконечных абразивных лент, пил и т. д., заготовки очищают от пригаров формовочной земли и окалины обдувкой дробью или металлическим

является одной из основных операций, создающей надеж­ ное сцепление пленки с металлом. Загрязнения, остав­ шиеся на поверхности детали, в особенности жировые, неизбежно приводят к разрушению лакокрасочного по­ крытия. Крупные детали обезжиривают протиркой уайтспиритом, а мелкие детали — в ваннах химическим или электрохимическим способами. После обезжиривания не допускается прикасаться руками к очищенному металлу, так как имеющийся на руках жировой слой в виде отпе­ чатка остается на поверхности детали и ухудшает сце­

обладают достаточно надежной сцепляемостью с метал­ лом, поэтому для получения качественного покрытия вводят промежуточный слой (грунт).

Для деталей приборов из черных металлов, покры­ ваемых масляными красками, эмалями на основе синте­ тических смол, нитро- и перхлорвиниловых эмалей широко применяют специальную грунтовую краску ГФ-020 (№ 138) красно-коричневого цвета, состоящую из пигментов (кра­ сителей), железного сурика, сажи и связывающего глифталевого лака. Грунтование производят распылением и в отдельных случаях кистью, для получения необходи­ мой вязкости в грунт добавляют в качестве растворителей скипидар, ксилол или сольвент каменноугольный. Грун­

376

товый слой рекомендуется сушить при температуре 100—- 140° С при нормальных условиях (15—25° С) время сушки составляет 24 ч. Для грунтования цветных металлов применяют грунты АЛГ-1; АЛГ-7; 8; 10.

4. Ш п а к л е в а н и е — это нанесение пастообраз­ ной массы на поверхность изделия с целью выравнивания неровностей и заполнения мелких раковин, рисок, царапин

с грубой шероховатостью) применяют шпаклевание всей поверхности детали.

В качестве шпаклевок применяют пасты, состоящие из пигментов, наполнителей (мел, охра, железный сурик и др.) и связывающих материалов. По видам связываю­ щего материала шпаклевки подразделяют на нитроцеллулоидные, лаковые, алкидностирольные и эпоксидные. В приборостроении наиболее часто применяют: а) нитроцеллулоидную быстросохнущую (1 ч при 15—25° С), желтую шпаклевку НЦ-00-8 (АШ-30) под нитро и нитроглифталевые эмали; б) лаковую шпаклевку ПФ-00-2 (ЛШ-1) в сочетании с эмалями на основе растительных масел и смол с временем сушки 20 ч при температуре 15— 25° С или 6 ч при 60° С; в) алкидностирольную розовую шпаклевку МС-00-6 (АС-395-1) в сочетании с синтетиче­ скими эмалями и г) эпоксидную грунт-шпаклевку ЭП-00-10 (Э4021) (применяют для заделки сравнительно больших неровностей) с продолжительностью сушки 24 ч при температуре 15—25° С. При покрытии нитроэмалями слой эпоксидной шпаклевки необходимо покрыть грун­ том ГФ-020.

При выравнивании отдельных неровностей шпаклевку наносят на поверхность детали металлическими или резиновыми шпателями, а при выравнивании всей поверх­ ности — напылением. В последнем случае шпаклевку разбавляют до получения необходимой вязкости. Тол­ щина слоя шпаклевки не должна превышать 0,5 мм, при заделывании больших дефектов шпаклевание произ­ водят в несколько приемов, при этом каждый последую­ щий слой наносят после полного высыхания предыду­ щего. Наносить за один прием толстый слой шпаклевки недопустимо, так как во время сушки происходит усадка

377

лия шлифуют мелкозернистыми водостойкими абразив­ ными шкурками с целью получения ровной и шерохова­ той поверхности, которая обеспечивает лучшее сцепление лака или эмали.

6. О к р а с к а . Краску на поверхность деталей на­ носят кистью, окунанием, распылением в электростати­ ческом поле. Наиболее часто для нанесения грунта и различных красок применяют распыление. Для этой цели используют сжатый воздух, который под давле­ нием 3—4 кгс/см2 подается в распылитель (пульвериза­ тор) от общей сети или передвижного компрессора. Воз­ дух перед подачей в распылитель очищают от масла и влаги.

При массовом изготовлении приборов в последнее время применяют окраску деталей в электростатическом поле. Если вдоль электродов в виде тонкой сетки, при­ соединенной к отрицательному полюсу источника тока, перемещать на заземленном конвейере детали, то воз­ никает электрическое поле высокого напряжения. По­ верхность сеток значительно меньше, чем поверхность детали, поэтому в неравномерном электрическом поле возникают разряды, при этом происходит ионизация и положительно заряженные ионы (катионы) перемещаются

ккатоду, а отрицательные заряды (анионы) к аноду. Если

взону разрядов в распыленном виде подать краску, то частицы ее, сталкиваясь с анионами воздуха, заряжаются и осаждаются на деталях, отдавая заряд. Основными преимуществами предлагаемого метода являются меньший расход краски, ровное покрытие и лучшие условия труда.

5. ПРЕДОХРАНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ОТ КОРРОЗИИ

Мероприятия по предупреждению возникновения кор­ розии на поверхностях деталей, не имеющих защитных покрытий, определяются метеорологическими условиями

зию, является влажность воздуха, резко увеличиваю­ щаяся в осенние и весенние месяцы года. Регулирование влажности воздуха в помещении позволяет несколько

378

вает ряд дополнительных факторов: загрязнение воздуха парами и газами, следы потных рук и т. п.

Для предохранения от коррозии при кратковременном хранении детали промывают в бензине марки «калоша» (не содержит вредных примесей этила) или керосине. Очень часто применяют промывку стальных деталей в 5—10%-ном растворе нитрита натрия, образующаяся при этом на поверхности деталей окисная пленка обеспе­ чивает надежную защиту от коррозии. Для промывки де­ тали погружают в раствор нитрита натрия и выдерживают от 20 с до 5 мин при обычной температуре. Продолжи­ тельность сохранения защитных свойств пленки зависит от класса чистоты поверхности деталей, например, детали после грубых видов обработки (точение, фрезерование и т. п.) сохраняются без следов коррозии 4—5 дней, шли­ фованные — до 14 дней, а полированные — до месяца.

Преимуществом промывки раствором нитрита натрия является незначительная трудоемкость, так как детали не требуют протирки и могут передаваться на хранение влажными. Образующийся при высыхании налет соли при необходимости легко удаляется промывкой в водных растворах (эмульсия, содовый и мыльный растворы и т. п.).

Недостатки промывки в растворе нитрита натрия заключаются в невозможности ее применения для защиты деталей из меди или других цветных металлов (емкости, покрытые цинком или имеющие медный подслой, нельзя использовать для хранения нитрита натрия); возмож­ ности раздражения кожи рук при длительном воздей­ ствии раствора даже с 5— 10%-ной концентрацией нитрита натрия, поэтому необходимо применять различные при­ способления, исключающие окунание рук в раствор, или резиновые перчатки.

Для защиты от коррозии инструментов и приборов при длительном их хранении или транспортировке при­ меняют различные смазки.

Выбор вида смазки определяется условиями и сроками хранения инструментов, их особенностями, т. е. требо­ ваниями к сохранению плавности хода, удобствами удале­ ния смазки и т. п.

Применяемые для консервации измерительных средств смазки делят на два вида: а) жидкие и б) консистентные. К жидким смазкам относятся минеральные масла различ­ ной вязкости или смеси масел с различными ингибито­ рами (замедлителями коррозии). Консистентные смазки

579