Эксплуатационная надежность агрегатов и систем автомобилей. Учебное пособие

химически стойкие материалы, но и защитные покрытия вроде: лакокрасочных, металлических, оксидных и многих других.

Особенно актуально сегодня использование лакокрасочных покрытий буквально во всех сферах промышленного дела. Обрабатываемая деталь или конструктивный элемент покрывается тонким слоем лакокрасочного материала.

Большим спросом пользуются фосфатирование, оксидирование и хромирование. Эти методы характеризуются тем, что наносится неорганическая защитная пленка. При этом используется химическая или электрохимическая обработка.

Гальваническое покрытие – одно из наиболее актуальных покрытий. Тем не менее его нанесение – это очень трудоемкий процесс по сравнению с лакокрасочным покрытием. Сложность заключается в необходимости осаждения детали электролитическим раствором, который содержит одинаковые ионы по отношению к обрабатываемому металлическому конструктивному компоненту.

Диффузионный способ представляет собой нанесение покрытия обрабатываемого элемента тонким слоем металла. Под очень высокой температурой проводится диффузия в поверхностных слоях изделия.

Сегодня часто используется и способ нанесения покрытия из металла или какого-либо сплава без использования электротока химического характера. Метод осуществляется с помощью веществ, имеющих предрасположенность к восстановлению металлов из их солевых растворов [46].

Вышеперечисленныеметодыиспользуютсяоченьчасто,однако некоторые промышленные отрасли чаще используют и другие способы создания антикоррозионной защиты: покрытие краской или лаком, использование гальванических защитных покрытий.

Исследования показали, что механические свойства, чистота, показатели коррозионной стойкости и экономичность метода нанесения гальванических покрытий на металлы являются одними из лучших среди всех способов защиты. При этом данный способ позволяет специалисту регулировать толщину слоя защитного гальванического покрытия посредством внесения изменений вплотностьэлектрическоготокаидлительностьсамогопроцесса.

61

Поскольку в этом случае уменьшается расход цветных металлов на покрытие всех поверхностей изделия, этот метод принято считать более выгодным по сравнению с другими.

Гальванические покрытия представляются универсальным способом создания антикоррозионной защиты изделий из металлов или каких-либо сплавов. Это обуславливается появлением у поверхностей металлических конструктивных компонентов нескольких ценных специализированных качеств. Среди них стоит отметить повышенную твердость, показатель стойкости компонента к изнашиванию, антифрикционные свойства, а также повышенную отражательную способность и многие другие качества.

Львиная доля важнейших и лучших способов нанесения антикоррозионной защиты разработали ученые из РФ. Например, гальванотехника является заслугой русского ученого академика Б. С. Якоби, а работы В. В. Петрова, Э. Х. Ленца и других выдающихсяроссийскихученыхсталиопоройдляразвитияхимических и электрохимических способов нанесения защитных материалов на металлы. Стоит отметить, что теоретические и практические работы советских ученых В. А. Кистяковского, Н. А. Изгарышева, Г. В. Акимова, Ю. В. Баймакова, Н. П. Федотьев и многих других явились огромным вкладом в развитие гальваностегии.

Один из самых эффективных способов с точки зрения повышения показателя износостойкости для трущихся деталей

ис точки зрения защитных антикоррозионных свойств – это электролитическое хромирование. Данный метод известен как способ защитно-декоративной отделки металлических изделий. Особенно хромирование часто используется в отраслях сельского хозяйства.

Хромовые покрытия отличаются большой твердостью и особой гладкостью. Эти два качества дают развитие антифрикционных свойств такого покрытия. Антифрикционные свойства – это повышенный показатель стойкости металла к изнашиванию

иуменьшению коэффициента трения. Именно из-за этих свойств хромированные материалы часто эксплуатируются для снижения вероятности появления задир на материалах с повышенной вязкостью, например нержавеющей стали, титановых сплавов и других. Также данные свойства антифрикционного характера повы-

62

шают показатель стойкости к изнашиванию хромовых покрытий, а ведь она зависит от прирабатываемости, обеспеченности смазочным материалом, давления, относительной скорости и режима работы агрегатов и узлов из хромированных конструктивных компонентов. Хорошо подобранные условия нанесения хромового покрытия и режимы эксплуатации таких элементов сложных систем увеличивают показатель стойкости к изнашиванию металлических конструктивных компонентов в среднем на 400 % [47].

Как пример можно взять:

Серьга

Металлическая полоса, имеющая отверстия на концах, является соединительной деталью. Обычно похожая конструкция используется в цепных передачах и на грузоподъемных машинах.

Серьга весит приблизительно 10 г, а общая площадь ее поверхности составляет 0,116 дм2.

Кронштейн

В грузовых автомобилях используется с целью соединения компонентов ходовой части, например в амортизационных стойках.

Кронштейн весит ориентировочно 200 г, а общая площадь его поверхности составляет 1,186 дм2.

4.1. Технические условия

Условия обработки конструктивных компонентов технического характера.

Хромовое покрытие имеет два назначения, среди которых защитно-декоративное и повышение стойкости к изнашиванию. Тем не менее процесс хромирования во многом имеет схожие операции на подготовительном этапе. Их выполнение должно сохранять следующий порядок:

1.  Обработка поверхностей механического характера (шлифовальные или полировальные работы).

2.  Использование органических растворителей в процессе промывки деталей из металла, выполняемой с целью удаления жировых загрязнений, и дальнейшая протирка сухой тканью.

63

3.  Закрытие и полное изолирование тех участков поверхностей детали, которые не подлежат процессу хромирования.

4.  Сбор подвески.

5.  Полное обезжиривание.

6.  Финальная промывка водой.

7.  Удаление загрязнений, ржавчины, окислов и окалин (декапирование).

Требования к механической подготовке

До момента начала хромирования конструктивных компонентов необходимо убедиться в правильности обработки по классу чистоты каждой детали, ведь различные дефекты металла, типа раковин, включений и др., являются плохими показателями механической обработки. При хромировании все дефекты отлично воспроизводятся [48].

Зачеканивание отверстий и изоляция поверхности детали

Любые отверстия или подобные дефекты конструктивных компонентов должны зачеканиваться свинцом или иным материалом, который имеет стойкость к хромовой кислоте. Если этого не сделать, маленький участок вокруг такого дефекта окажется нехромированным, что потеряет смысл в хромировании. Зачеканивание выполняется так, чтобы не оставалось ни бугорка, ни углубления, то есть в один уровень со всей поверхностью. После такой изоляции вся деталь очищается от различного рода загрязнений специализированными растворами и наждачной бумагой.

Сбор подвески

В процессе установки под жестким контролем находится отсутствие перекрытий компонентов. Лучше всего, чтобы они одинаково отстояли от поверхности анода.

Удаление жира

Процесс исключения любого жира с конструктивных компонентов характеризуется категорическим использованием метода анодного обезжиривания, или химического метода исключения

64

жира. Это касается только тонкостенных конструктивных компонентов из металла с имеющейся закалкой, которые осуществляют работу при высокой удельной нагрузке.

Декапирование

Перед хромированием конструктивных компонентов из стали и чугуна они должны быть продекапированы анодом всреднем на протяжении одной минуты при средней плотности тока 32 а/дм2. Анодное декапирование не применяется для конструктивных компонентов из меди.

Технические условия для заготовки

Перед процессом нанесения хромового покрытия конструктивные компоненты предварительно осматриваются инженерами. Это касается тех сборочных единиц или деталей, которые должны осматриваться в соответствии с технологией контроля. Такой подход позволяют выявить оставшиеся дефекты на металлических поверхностях. Как было упомянуто ранее, такие конструктивные компоненты не могут быть допущены на хромирование. Инструментом предварительного осмотра выступает обыкновенная лупа.

Поверхности изделий не должны включать в себя такие изъяны, как:

− неоднородность проката, закатанная окалина, заусенцы;

– расслоения и трещины, которые были выявлены только после травления, полировки и шлифовки;

− поры и раковины, которые выводят размеры изделия после контрольной зачистки за предельно возможные отклонения.

В случае, когда дефекты могут быть устранены, металлические изделия передаются на исправление. Однако, если деталь окажется бракованной, она подвергнется изоляции и будет оформлена в установленном порядке.

Технические условия на готовую продукцию

Когда деталь прошла все установленные процессы, она поступает на контрольный пункт, чтобы контролеры цеха смогли убедиться в ее качестве:

65

1.  Проверка внешнего вида хромового покрытия. Наружный осмотр вполне подходит под поставленную задачу этого этапа проверки. Определяют внешний вид хромового покрытия, его цвет, а также равномерно ли и насколько качественно была произведена полировка. Инструкции имеют конкретные технические условия, соблюдение которых обязательно должно быть подтверждено на данном этапе проверки. Инструментарием для данного этапа проверки выступает обычная лупа.

2.  Проверка жесткости сцепления хромовой пленки с основным материалом изделия. Чтобы проверить эту характеристику, специалист при помощи стального острия перекрестно наносит две царапины глубиной до основного материала детали или подслоя. Если в месте пересечения двух царапин не происходит отслаивания хромового покрытия, значит прочность его сцепления с основным металлом достаточно высокая.

3.  Проверка толщины хромированного слоя. Она проверяется методами двух различных направленностей: химической и физической. Из химических способов проверки толщины хромового покрытия можно отметить капельный и струйный методы. Специализированный раствор прожигает хромированный участок до главного материала конструктивного компонента или его подслоя. Толщина измеряется посредством расчета времени, которое потребовалось на растворение хромового покрытия. Тем не менее химические методы не отличаются стопроцентной достоверностью, ведь после такой проверки конструктивные компоненты отправляются на доработку, чтобы залатать образовавшиеся дефекты хромового покрытия.

4.2. Требования к покрытию

Требования к медному покрытию

Медное покрытие должно иметь цвет в диапазоне от свет- ло-розового до темно-красного. Оттенки не регламентируются. Не допускаются: следы не отмытой соли; затемненные пятна (кроме пятен воды); шероховатости; дендридообразные наросты;

66

пузырьки воздуха под покрытием; оголенные участки детали без покрытия (кроме мест, отмеченных в чертеже).

Толщина медного покрытия металлического изделия контролируется химическим методом – капельным методом. Покрытие должно растворяться специальным раствором за 30 с. При tc = 18–25 ºС толщина должна соответствовать 1,01–1,20 мкм. Указано в конструкторской документации.

Требования к никелевому покрытию

Никелевое покрытие характеризуется серебристо-белым цветом с оттенком желтого. Не допускаются: отсутствие никелевого покрытия на изделиях (кроме мест, отмеченных в чертеже); шероховатости (кроме шероховатостей на острых гранях рельефных деталей); пузыри, отслаивания, шелушение покрытия; темные полосы и желтоватые пятна (кроме водяных подтеков); неравномерный блеск покрытия; следы не отмытой соли.

Толщина никелевого покрытия контролируется посредством химического метода (капельного метода). Толщина покрытия должна сниматься всего за 30 с. При tc = 18–25 ºС толщина должна соответствовать 0,67–0,75 мкм, указано в конструкторской документации.

Требование к хромовому покрытию

Защитно-декоративноепокрытиебезполировкидолжнообла- датьсеребристо-серымцветом.Послеполированияизделиеполу- чает серебристый цвет с оттенком голубого. Качественное износостойкое покрытие обладает светло-серым цветом с оттенками синего и молочно-матового. Не допускаются: отсутствие хромового покрытия (кроме мест, указанных в чертеже и контактов изделий с подвеской грузового автомобиля); дендритообразные наросты и шероховатости (кроме незначительных шероховатостей на острых гранях рельефного изделия, когда это не препятствует качественной сборке узлов); темные полосы и пятна; неравномерный блеск, полученный во время полирования; пузырьки, отслаивания и шелушение хромового покрытия; следы не отмытой соли [49].

67

4.3. Основные параметры операций технологического процесса

Подготовительная работа

Промывка растворителями органического характера. Когда на деталях, подвергаемых нанесению того или иного покрытия, наблюдается большое количество смазки или есть полированные поверхности, их погружают в ванну с бензином. Промывка деталей производится по одной штуке. Каждое изделие промывается дважды, так как требуется переходная промывка в ванночке с чистым бензином.

Обдувка деталей сжатым воздухом после промывки. Остатки влаги на металлических изделиях сдуваются сжатым воздухом для полного удаления воды. Воздух подается под давлением

1,5–2 атм.

Сборочная. Изделия устанавливают на мягкую медную проволоку с сечением 0,8–1 мм или специальное приспособление.

Детали обезжириваются электрохимическим способом (кроме изделий с полированными участками).

Токонесущие штанги предаются предварительной очистке от окислов и промывке водой.

Аноды – стальные с никелевой обработкой предварительно очищаются и декапируются в кислотном растворе (соляная кислота) 50–100 г/л и промываются в воде.

Металлические изделия завешиваются на штангу таким образом, чтобы они не экранировали друг друга по отношению к аноду. Нижнее изделие на подвеске должно висеть на 50 мм выше от нижнего края анода; от поверхности или грани металлического изделия до анода расстояние должно быть в диапазоне

100–150 мм.

Промывание проточной горячей водой. Изделия промывают в ванночке с горячей водой – окунают.

Промывание проточной холодной водой. Детали из металла промывают в ванночке с холодной водой – окунают.

Активация (декапирование) деталей – кроме изделий с полированными участками. Детали активируют посредством их погружения в ванну с раствором и покачивания их на дне.

68

Травление медных элементов и деталей из сплавов меди

Медные изделия проходят процесс травления путем многократного погружения в растворе с межэтапным промыванием

впроточной холодной воде. Во время травления медные элементы не должны соприкасаться.

Промывание проточной горячей водой. Изделия промывают

вванночке с горячей водой – окунают.

Промывание проточной холодной водой. Детали из металла промывают в ванночке с холодной водой – окунают.

Обдувка сжатым воздухом. Чтобы удалить с деталей все остатки влаги, на них подается сжатый воздух под давлением

1,5–2 атм.

Просушивание. Каждая деталь после указанных выше процессов дополнительно проходит процесс сушки в специально нагретом шкафу до 70–110 ºС. Для поддержания сухой среды в шкафу воздух циркулирует.

Разборка (демонтаж). Изделия снимают с медной проволоки или приспособления и укладываются в заготовленную тару.

Шлифовка. Каждая деталь проходит процесс шлифования для удаления всех неровностей.

Промывка растворителями органического характера. Изолирование участков поверхности детали, не подлежащих

покрытию. На места, которые не будут подвергаться нанесению хромового покрытия, с помощью кисточки наносится эмаль. Изделия удерживаются таким образом, чтобы площадь захвата была минимальна.

Естественное просушивание. Для полного высыхания эмали в местах, где не будет наноситься хром, детали проходят процесс сушки на открытом воздухе до полного высыхания.

Сборочная. Изделия устанавливают на мягкую медную проволоку с сечением 0,8–1 мм или специальное приспособление цепочкой или веером (расстояние между элементами 1–3 см). Крупногабаритные детали (более 150×180 мм) монтируются по 1–2шт.

Детали, которым требуется покрытие с дополнительными анодами, независимо от размеров монтируют по 1 шт.

Активация (декапирование) деталей – кроме изделий с полированными участками.

69

Детали активируют посредством их погружения в ванну с раствором и покачивания их на дне.

Промывание проточной холодной водой. Детали из металла промывают в ванночке с холодной водой – окунают.

Токонесущие штанги предаются предварительной очистке от окислов и промывке водой.

Стальные аноды с никелевой обработкой предварительно очищаются и декапируются в кислотном растворе (соляная кислота) 50–100 г/л и промываются в воде.

Аноды укладывают в мешки из хлориновой ткани и вешают на специализированные крюки таким образом, чтобы они не касались электролита.

Специалисты обязательно следят за экранированием деталей и отсутствием соприкосновений во время их завешивания вванну.

Детали, имеющие внутренние полости или отверстия (больше 12×20 мм), покрываются с использованием дополнительных анодов. Они завешиваются внутрь отверстий и полостей таким образом, чтобы аноды не касались самой детали. Анод представляет собой стержень или пластину нужного размера.

Когдаизделияготовыкнанесениюпокрытия,подсчитывается суммарная площадь всех загружаемых элементов в дм2. К результату прибавляется дополнительно 10 % полученной площади за счет приспособлений (медных проволок). Полученное число умножается на используемую плотность тока 2–4 А/дм2.

Промывание в сборнике непроточной холодной водой. Элементы промывают в ванночке с непроточной холодной водой – окунают.

Промывание проточной холодной водой. Детали из металла промывают в ванночке с холодной водой – окунают.

Осветление. Изделия осветляют в ванночке с раствором путем погружения и покачивания их на дне.

Промывание проточной холодной водой. Детали промываются в ванночке с холодной водой – окунание.

Никелирование. Предварительно зачищаются все токонесущие штанги от окислов и промываются водой.

С поверхности электролита при помощи фильтровальной бумаги убирают следы жировых и других загрязнений. Аноды

70