1.8 Метали та   матеріали, що застосовуються при нарощуванні деталей   електролітичним покриттям

При ремонті автомобілів електролітичні і хімічні покриття застосовуються для відновлення і зміцнення деталей, виправлення браку механічних цехів (хромування, залізнення, хімічне нікелювання, осадження сплавів), захисту від корозії і надання красивому зовнішньому вигляду (цинкування, кадміювання, фосфатування, оксидування, нікелювання, комбіновані осідання нікель-мідь, нікель-хром і ін.), поліпшенню прироблення по-верхонь тертя (лудіння, міднення, фосфатування), забезпеченню зчеплення гуми з металами (латунювання).

Об’єм застосування різних видів покриттів при ремонті автомобілів поки не перевищує 35-40 дм2 на один автомобіль. Хромування і залізнення припадає на частку 10-15 дм2. Аналіз зносу деталей, їх конструктивної форми і умов роботи в сполученнях показує, що економічно виправдано електролітичними і хімічними покриттями відновлювати 40-50 найменувань деталей автомобілів із загальною площею до 60 дм2. Деталі, термін служби яких визначає міжремонтний пробіг агрегату і заміна яких в процесі експлуатації вимагає великих витрат праці і часу, слід відновлювати хромуванням (гільзи циліндрів, розподільні вали, штовхачі, клапани, плунжери паливних насосів і ін.). Хромування застосовується і для деталей, схильних до корозійного зносу (валу водяного насоса, штоки гідроциліндрів). Всі інші деталі переважно відновлювати залізненням. Хімічне нікелювання слід застосовувати тільки для деталей складної конфігурації із зносом не більше 0,05 мм (плунжери, клапани насосів).

Покриття для захисту деталей від корозії призначаються відповідно до вимог технічних умов. Значення товщини захисних покриттів визначені ГОСТ 3002-58 (для легких умов - 5 мкм, середніх - 15 мкм і важких -                    30 мкм).

Будь-яке з покриттів може бути обложене на деталь електролітичним і хімічним способом. Електролітичні покриття осідають на деталі з водних розчинів солей під дією електричного струму напругою від 6 до 24 В. Хімічні покриття утворюються в результаті взаємодії поверхні деталі з розчинами солей металів у присутності хімічних реактивів (відновників). Як відновники використовуються різні солі лужних металів і ангідриди.

При електролізі використовується постійний, пульсуючий (од-нонапівперіодний), змінний - асиметричний із співвідношенням амплітуд позитивної і негативної напівхвиль струми і струм змінної полярності, при якому змінюються амплітуди і періоди часу дії струму.

Деталь підключається до негативного полюса (катоду) джерела струму. Як анод (anode) використовується той метал, який підлягає осадженню на зношені деталі, а при хромуванні - свинець або його сплав з оловом (stannum).

Застосування асиметричного струму і змінної полярності струму забезпечує вирівнювання концентрації електроліту в приелектродних шарах, покращує умови для отримання дрібнокристалічної структури, створює умови для інтенсифікації процесу за рахунок підвищення щільності струму і рівномірності осадження покриттів.

Швидкість осадження хімічних покриттів залежить від концентрації в розчині солей металу і відновника, їх молярного співвідношення, температури розчину, наявності і властивостей буферуючих і прискорюючих добавок.

Відновлення металів з їх солей може проводитися комплексною дією електричного струму, температури і хімічних відновників.

Покриття осідають на деталі при зануренні їх у ванни з розчинами солей металів або без ванн. При безванному способі розчини заливають в деталь (циліндр, отвір) або подають до неї примусово у вигляді суцільного потоку, або струменями. Цей спосіб рекомендується застосовувати при відновленні великогабаритних деталей із зносом тільки окремих поверхонь (шийки валів, посадочні отвори в картерах і ін.). При його використанні відпадає необхідність в ізоляції місць, які не підлягають покриттю, спрощується технологія підготовчих робіт, знижується трудомісткість.

Для інтенсифікації процесу осадження металів з ванн застосовується примусове перемішування розчинів електрозмішувачами, повітрям і ультразвуком. Перемішування сприяє вирівнюванню концентрації розчинів в об’ємі, що дозволяє підвищувати допустиму щільність струму і швидкості осадження покриттів без зниження основних властивостей опадів в 2-5 разів.

У ремонтній практиці знаходить застосування відновлення отворів корпусних деталей і шийок великогабаритних валів електронатиранням.

Технологічний процес відновлення деталей електричними і хімічними покриттями складається з таких операцій, що виконуються в послідовності, що приводиться нижче: очищення від бруду, механічна обробка зношених поверхонь, монтаж деталей на підвісні пристосування, ізоляція поверхонь, що не підлягають покриттю, знежирення, промивка проточною водою, анодна  або хімічне обробка, нанесення покриттів електролітичним або хімічним способом, промивка і нейтралізація, демонтаж з пристосувань, термічна і механічна обробка.

Підготовчі операції є загальними для всіх електролітичних і хімічних процесів. Очищення деталей від бруду проводиться щітками і промивкою в гарячій воді.

Механічна обробка деталей для додання ним правильної геометричної форми, отримання необхідних ремонтних розмірів, шорсткості проводиться на шліфувальних і полірувальних верстатах. Як абразив при шліфуванні застосовують круги См1-См2, зернистістю 36-46, на керамічній, бакелітовій або вулканітній основі. Полірування (glazing) деталей проводиться повстяними, шкіряними, паперовими кругами з використанням спеціальних паст ГОЇ. На практиці знаходить застосування обробка деталей дробом або кісточковою крихтою, підводне полірування, гідроабразивна обробка сумішшю 30% кварцового піску і 70% рідини з добавкою 0,1-0,2% нітриту натрію.

Монтаж деталей на підвісні пристосування (підвіски) повинен забезпечувати хороший електричний контакт з катодними штангами. Конструкція підвісок повинна бути простою, зручною в роботі, ємкою по завантаженню, мати конфігурацію, сприяючу рівномірному розподілу електричних полів на відновлюваних поверхнях. Підвіски для нанесення електролітичних покриттів виготовляються із сталі, свинцю і мідних сплавів, а хімічних покриттів – з пластмаси.

Ізоляція поверхонь, що не підлягають покриттю, проводиться недефіцитними, дешевими, стійкими проти дії електролітів, щільними і безпористими, матеріалами, що легко знімаються. Як ізоляційні матеріали використовуються: мастики на основі воску, парафіну і каніфоль, плівкова поліетиленова і перхлорвінілові пластикати, кислотостійкі емалі і ґрунти типу ФЛ-ОЗ-К, ЕП-51, ЛАКХВ-77, емаль ХВ-16, ПХВ-101, розчин целулоїду в ацетоні, клей 88. Захисні чохли, коробки, футляри, виготовляються з різних видів пластмас (вініпласт, хлорвініл, капрон, текстоліт, бакеліт і ін.).

Знежирення сталевих деталей (електричне або хімічне) проводиться при температурі 75°С, щільності струму DK= 5-10 А/дм2 (час 4 хв.) і Da = 5 А/дм2 (час 3 хв.) в розчинах такого складу, г/л: кальцинована сода – 20, тринатрійфосфат – 15, ОП-7 – 3.

У практиці ремонтних заводів знаходить застосування знежирення деталей віденським вапном (суміш окислу кальцію і магнію) з добавкою 3% кальцинованої соди і 1,5% їдкого натрію. Цю суміш розводять водою до пастоподібного стану і наносять на деталі волосяними кистями з подальшою промивкою проточною водою.

Те, що хімічна і анодна обробка для зняття оксидів з поверхонь деталей дозволяє поліпшити зчеплення покриттів з металом деталі.

Перед хромуванням деталі піддають травленню (декапіруванню) під струмом в хромових електролітах, а перед залізненням в розчині сірчаної кислоти – 365 г/л і сірчанокислого заліза – 10-15 г/л. Щільність струму при декапіруванні  Da= 20-50 А/дм2, час - 0,5-2 хв.

Покриття наносять на зношені деталі після проведення підготовчих операцій одним з названих вище способів, використовуючи спеціальні розчини або електроліти.

Електроліти для осадження металевих покриттів містять в своєму складі такі компоненти: солі металів, що підлягають осадженню (хром, залізо, цинк, нікель, кадмій), буферуючі і комплексоутворюючі добавки (органічні кислоти і їх солі), речовини, що прискорюють і стабілізують процес (органічні кислоти, сульфіди, фториди, селенати), блискоутворювачі (кумарин, нафталін-дисульфокислота, тіосечовина), емульгатори (ОП-7, сульфонал).

Співвідношення компонентів в розчинах для кожного процесу вибирається досвідченим шляхом, з урахуванням необхідних властивостей опадів.

Фізико-хімічні властивості осаджень залежать від режимів їх нанесення: складу, температури і кислотності електроліту, форми і щільності струму, тривалості процесу, якості підготовчих і завершальних операцій.

Оптимальних значень показників фізико-механічних властивостей осаджень можна набути тільки при визначених для кожного процесу режимах, які визначаються експериментально і коректуються безпосередньо у виробництві з урахуванням розмірів і форми ванн, типу джерела струму, конфігурації і матеріалу деталей.

Товщина покриття при відновленні деталей залежить від їх зносу. На рівномірність осадження покриттів і стабільність процесу впливає форма анодів, співвідношення площі анодів і катодів і відстань між ними. Рекомендується розташовувати аноди так, щоб магнітно-силове поле розподілялося на деталі з рівною щільністю, співвідношення анодної і катодної поверхонь витримувати як 2:1, відстань між ними від 50 до 200 мм, а при проточному методі осадження металів – від 10 до 30 мм.

Кожен з електролітичних і хімічних процесів має свої особливості.

1.8.1 Хромування

Електроліти для цього процесу містять хромовий ангідрид (СгО3) з добавками сірчаної і фтористої кислот або їх солей. Найбільшого поширення набули електроліти в складі: хромового ангідриду - 250 г/л, сірчаної кислоти - 2,5 г/л. Збільшення концентрації хромового ангідриду до 350 г/л покращує покривну здатність ванн, знижує вихід по струму і твердість опадів, зміщує вліво зону блискучих осаджень. Навпаки, зменшення змісту хромового ангідриду до 150 г/л сприяє підвищенню твердості осаджень і виходу по струму до 15%. Процес протікає стабільно, з достатньо високим виходом по струму (12-15%) і хорошою якістю осаджень тільки при дотриманні співвідношення хромового ангідриду і сірчаної кислоти (100 : 1).

Співвідношення хромового ангідриду і кислоти коректують за даними хімічних аналізів. Введення до складу електроліту погано розчинних солей сірчаної і кремнієфтористої кислот забезпечує автоматичне саморегулювання цього співвідношення, сприяє підвищенню виходу по струму до 22%, а твердості і зносостійкості на 10-15%.

У ремонтній практиці знайшов застосування саморегульований електроліт в складі: хромового ангідриду – 250 г/л, сірчанокислого стронцію – 6 г/л, кремнефтористого калія – 20 г/л, а також тетрахроматні електроліти.

Залежно від поєднання складу і температури електроліту і щільності струму можна отримувати сірі, блискучі і молочні осадженння з різними фізико-механічними властивостями. Найбільшою твердістю (900-1300 кгс/мм2) і зносостійкістю володіють блискучі осадження. Ширина зони розташування блискучих опадів збільшується при пониженні концентрації хромового ангідриду, перемішуванні, введенні в електроліт солей фтористої кислоти, відсутності пульсації струму.

Температура електроліту при хромуванні здійснює вплив на продуктивність і фізико-механічні властивості покриттів.

Осадження з високими механічними властивостями можна отримати тільки в певному інтервалі температур. Так, мікротвердість осаджень має максимальні значення при хромуванні на прямому струмі при температурі +55°С, при хромуванні на струмі змінної полярності з  хв., з –50 °С, при  хв.,  з –45° С. Твердість осаджень, отриманих на струмі змінної полярності, на 10% нижче, ніж максимальна твердість осаджень, отриманих на прямому струмі. При хромуванні на прямому струмі зміна температури від оптимального значення (+55°С) призводить до різкого зниження твердості осаджень. При хромуванні на струмі змінної полярності діапазон температур, при якому виходять осадження оптимальної твердості, ширший. Хромування на струмі змінної полярності дозволяє розширити діапазон робочих температур для отримання зносостійких осаджень від 40 до 65°С, замість 50-60°С при хромуванні на прямому струмі.

Мінімальне значення зносу при хромуванні на прямому струмі не співпадає із значенням максимальної твердості осаджень, що можна пояснити природою зношування. При зношуванні твердих осаджень хрому має місце разом із стиранням вифарбовування кристалів хрому. Зниження крихкості і твердості осаджень виключає явище вифарбовування і зменшує масовий знос. Надмірне зниження твердості призводить до підвищення масового зносу за рахунок стирання покриття.

Із зростанням температури електроліту рівномірність осадження хрому на поверхню деталей поліпшується, досягаючи оптимального значення в інтервалі температур для прямого струму 45-55°С, для струму змінної полярності 40-60°С. При цьому абсолютні значення рівномірності при хромуванні на струмі змінної полярності на 10% вище, ніж при хромуванні на прямому струмі; це пояснюється виборчим розчиненням в періоди анодної поляризації і зміною нахилу поляризаційних кривих унаслідок періодичної деполяризації електродів. Виборче розчинення виступів і нерівностей в періоди анодної поляризації надає поліруючу дію на поверхні деталей.

Збільшення температури електроліту сприяє зниженню крихкості осаджень і збільшенню міжкристалічних зв’язків в осадженнях хрому. Максимальне значення адгезії має місце в діапазоні температур 55-60 °С для прямого струму і 45-65°С для струму змінної полярності.

При підвищенні температури електроліту величина внутрішньої напруги збільшується, проходить через максимум, а потім знижується. Максимум внутрішньої напруги при хромуванні на прямому струмі лежить в інтервалі температур 53-58°С, а при хромуванні на струмі змінної полярності - в інтервалі температур 40-50°С. Зростання внутрішньої напруги пояснюється утворенням текстури і зміною співвідношення модифікацій гексагонального і кристалічного хрому.

Щільність струму також здійснює вплив на властивості хромових покриттів і продуктивність процесу. При підвищенні щільності струму створюються умови для інтенсифікації процесу хромування за рахунок зростання швидкості осадження і виходу хрому по струму. Вихід хрому по струму із збільшенням його щільності змінюється майже за лінійним законом. Нахил прямої до осі абсцис залежить від складу електроліту, режимів реверсування і температури. Питання інтенсифікації процесу по щільності струму слід розглядати в комплексі з властивостями осаджень хрому.

Мікротвердість осаджень, отриманих на постійному струмі, має максимальне значення при щільності струму 40-80 А/дм2, а на струмі змінної полярності при 80-140 А/дм2. Меншу твердість хромових осаджень при електролізі на струмі змінної полярності з щільністю струму 40-80 А/дм2 можна пояснити за рахунок зниження внутрішньої напруги. Максимальний ступінь нахилу, а отже і найбільша твердість хрому, із зменшенням періоду катодної поляризації зміщується у бік великої щільності струму. Зниження твердості хромових осаджень після визначеної для даного режиму реверсування щільності струму можна пояснити погіршенням умов формування осаджень хрому унаслідок пониження концентрації іонів хрому в прикатодних шарах.

Майже аналогічна картина впливу щільності струму спостерігається і для зносостійкості. При збільшенні щільності струму зносостійкість хромових покриттів знижується, що пояснюється зростанням крихкості осаджень і ослабленням міжкристалічних зв’язків хрому в осадженнях. Зовсім інша картина спостерігається у осаджень хрому, отриманих на струмі змінної полярності. Оптимальна зносостійкість опадів для  хв.,  отримується при  А/дм2, а для  хв.,  с при  А/дм2.

Зниження величини катодних періодів зміщує оптимальну щільність струму для отримання зносостійкості покриттів управо.

Підвищення зносостійкості хромових осаджень, отриманих на струмі змінної полярності при підвищеній щільності, пояснюється подрібненням структури хрому, зниженням крихкості і зміною природи зношування.

Щільність струму надає вплив і на такі параметри процесу, як рівномірність осадження хрому. При хромуванні на прямому струмі із збільшенням щільності струму більше 40 А/дм2 рівномірність осадження хрому погіршується унаслідок значного зростання дендритів на кромках деталей. При хромуванні деталей на струмі змінної полярності з  хв. і  з погіршення рівномірності осадження хрому має місце при щільності струму більше 80 А/дм2, а при  хв. і  с – вище 100 А/дм2.

Поліпшення рівномірності осадження хрому на 10% при хромуванні на струмі змінної полярності з щільністю струму 60 А/дм2 і на 20-25% з щільністю струму 100 А/дм2 пояснюється виборчим розчиненням хрому в періоди анодної поляризації.

Виборче розчинення виступів і нерівностей в періоди анодної поляризації сприяє, до певної щільності струму, поліпшенню шорсткості поверхонь порівняно із заданою до хромування, тобто спостерігається процес електрополірування поверхонь деталей.

Збільшення щільності струму при хромуванні на прямому струмі негативно позначається на адгезії покриття і міцності міжкристалічних зв’язків в самому осадженні. Так, втрата маси осаду при деформації у зразків, хромованих на прямому струмі з щільністю 60 А/дм2, складає 30%, а на струмі з щільністю 100 А/дм2 – майже 50%.

Отримані результати зміни твердості, зносостійкості і зчеплення осаджень залежно від щільності струму узгоджуються з даними зміни внутрішньої напруги. Із збільшенням щільності струму внутрішня напруга має максимум, який при хромуванні на прямому струмі знаходиться в інтервалі щільності струму 80-90 А/дм2. При хромуванні на струмі змінної полярності величина максимуму внутрішньої напруги зміщується у бік великої щільності струму. Так, при  хв. і  с максимум внутрішньої напруги знаходиться в інтервалі щільності струму 110-120 А/дм2, а при  хв. і  с – в інтервалі 120-130 А/дм2. Зниження періодів катодного струму зрушує максимум величини внутрішньої напруги убік вищої щільності струму.

Можливість підвищення щільності струму при хромуванні на струмі змінної полярності без зниження основних властивостей покриттів дозволяє інтенсифікувати процес.

З аналізу властивостей осаджень, отриманих на прямому струмі і на струмі змінної полярності, витікає, що допустима щільність струму, що дозволяє отримувати якісні осадження, в першому випадку не перевищує             60-80 А/дм2, тоді як в другому випадку вона може досягати 160 А/дм2. Швидкість осадження при щільності струму 60-80 А/дм2 складає 40-60 мкм/год., тоді як при щільності струму 160 А/дм2 вона зростає до 140 мкм/год.

Якщо виходити з умови рівної зносостійкості осаджень, то продуктивність процесу за рахунок підвищення катодної щільності струму при реверсуванні можна підвищити більш, ніж в 2 рази.

На продуктивність процесу і властивості хромових покриттів можна впливати перемішуванням або рухом електроліту в анодно-катодному просторі.

При швидкості протікання електроліту від 5 до 8 см/с спостерігається різке підвищення виходу хрому по струму з подальшим його зменшенням в інтервалі швидкостей від 8 до 30 см/с. Подальше збільшення швидкості протікання електроліту знову призводить до зростання виходу хрому по струму. Така зміна виходу хрому по струму пояснюється впливом гідродинамічного потоку на електрохімічні процеси при осадженні хрому.

Кількісні зміни в осадженні хрому, протікання електроліту, що відбуваються залежно від швидкості, призводять до якісних змін. Закономірність зміни мікротвердості залежно від швидкості протікання електроліту в інтервалі 10-40 см/с дещо відмінна від закономірності зміни виходу хрому по струму. У інтервалі швидкостей 0-10 см/с спостерігається різке збільшення мікротвердості з 730 до 980 кгс/мм2, потім до швидкості 40 см/с мікротвердість осаджень знижується, а в подальшому збільшується за лінійним законом. Рівномірність осадження хрому різко поліпшується при збільшенні швидкості протікання електроліту від 5 до 40 см/с. Подальша зміна швидкості протікання електроліту на рівномірність осадження майже ніякого впливу не має.

З інших чинників, що мають вплив на продуктивність процесу і властивості хромових опадів, можна назвати форму і стан анодів, відстань між електродами, наявність сторонніх домішок в електроліті.

Великим недоліком хрому є погана змочуваність його маслом. Для поліпшення змочуваності використовується пористе хромування, що є процесом отримання опадів електролітичного хрому, які мають на поверхні сітку тріщин (каналів). Такий ефект досягається анодним травленням осаджень хрому. Сітку тріщин, що утворюється на поверхні деталі, видно неозброєним оком або при невеликому збільшенні. На змочуваність і зносостійкість осаджень хрому здійснює вплив відношення площі, зайнятої каналами, до всієї площі покриття, а також ширина і глибина каналів. Оптимальна пористість дорівнює 30-40%. Інтенсивність анодного травлення для отримання розвиненої сітки тріщин повинна лежати в межах 300-350 А-хв./дм2. Великий вплив на характер і величину тріщин і каналів має склад електролітів. При збільшенні концентрації хромового ангідриду сітка тріщин стає рідшою.

Автоматичне регулювання цього співвідношення може бути забезпечене обмеженим введенням  розчинних солей сірчанокислого стронцію і кремній-фтористого калію (електроліт № 2). Суть саморегулювання полягає в тому, що при зміні умов електролізу (температури електроліту, кількості хромового ангідриду у ванні) додатково розчиняються або випадають в осад солі SrS04 або KaSiFe, що дозволяє автоматично підтримувати оптимальну для даних умов електролізу концентрацію аніонів SO4 і SiF6.

Солі SrS04 і KzSiF6, будучи каталітично активними речовинами по відношенню до хрому, сприяють збільшенню виходу хрому по струму до 17-22%, а також розширенню робочих температур і щільності струму, при якій виходять блискучі осідання.

Для зниження шкідливого впливу покриттів на втомну міцність деталей хромування рекомендується проводити на струмі змінної полярності. Періодична анодна обробка поверхні деталей призводить до часткового розчинення хрому на виступах, унаслідок чого поверхня покриття стає гладким, а осідання більш рівномірним.

Змінюючи періоди катодної і анодної поляризації, можна здійснювати осадження  покриття, а також покриття з різним ступенем пористості.

При виборі співвідношень між періодами катодної і анодної поляризації необхідно враховувати, що збільшення цього співвідношення забезпечує підвищення продуктивності процесу, але одночасно з цим, викликає відносне погіршення якості покриття.

При хромуванні найвідповідальніших деталей, для яких потрібне покриття з якнайкращими робочими властивостями хрому, співвідношення катодного і анодного періодів слід брати рівним (30-60):1.

Багаторічний досвід застосування хромування для відновлення і зміцнення деталей автомобілів показує, що деталі, відновлені цим способом, працюють довше, ніж нові.

Зміною форми і щільності струму, температури електроліту і режимів обробки можна задавати хромовим покриттям заздалегідь певні властивості і впливати на довговічність роботи відновлених деталей.

Хромування деталей забезпечує не тільки технічну, але і економічну ефективність виробництва, яка складається з скорочення витрат на виготовлення нових деталей, підвищення терміну служби відновлених деталей, зменшення витрат на ремонт агрегатів.

Перспективи розширення об’єму і областей застосування хромування обумовлені високими експлуатаційними властивостями хромових покриттів і порівняно нескладною технологією їх нанесення.

1.8.2 Залізнення

Порівняно з хромуванням процес залізнення має вищу продуктивність, дає можливість отримувати осідання завтовшки до 1,5 мм, не вимагає дефіцитних хімічних реактивів. Вихід по струму в цьому процесі дорівнює 85-95%, швидкість осадження 0,3-0,6 мм/год., витрата електроенергії – 1,5 кВт·год/дм2.

Всі деталі, відновлювані цим способом, можна розбити на чотири групи: деталі з посадочними поверхнями під нерухомі сполучення; деталі з поверхнями, що працюють в умовах тертя з мастилом; деталі складної форми з обмеженими поверхнями зносу; корпусні деталі з внутрішніми і зовнішніми зношеними поверхнями.

Перші дві групи деталей відновлюються у ваннах, останні – безванними способами.

Залежно від складу електроліту, режимів осадження і анодної обробки можна отримувати гладкі і пористі осідання заліза з твердістю від 300 до 700 кгс/мм2.

Твердість осаджень при електроосадженні заліза збільшується при зниженні концентрації солей в електроліті, зростанні щільності струму, пониженні температури, введенні в електроліти різних органічних і мінеральних добавок.

Для електроосадження заліза в ремонтному виробництві використовуються хлористі, сульфатні і спеціальні електроліти (залізо-цинкові, залізонікелеві, залізо-фосфорні і ін.).

Покриття з хлористих і сульфатних електролітів за своїм складом близькі до низьковуглецевої сталі із змістом вуглецю 0,03-0,06%. Висока твердість осадженого матеріалу пояснюється спотворенням кристалічної решітки і виникненням внутрішньої напруги. Так само як і хромування, цей процес знижує втомну міцність деталей на 25-30%.

При залізненні використовуються розчинні аноди із сталі 10 і 20.

Співвідношення між анодною і катодною поверхнями рекомендується витримувати рівним 1:2. Щоб не допускати забруднення електроліту шламом, аноди поміщаються в мішечки із склотканини. Форма анодів, відстань їх до деталей робить великий вплив на рівномірність покриттів. Бажано надавати анодам форму контуру виробу. Це особливо важливо при відновленні «у розмір».

Хороше зчеплення осадженого матеріалу з основним металом досягається ступінчастим збільшенням щільності струму від нуля до заданої величини протягом 5-10 хв. Температура електроліту залежить від складу, необхідної твердості опадів і прийнятої щільності струму. З підвищенням температури твердість опадів знижується.

Якщо після нанесення покриття провести анодне травлення, то на його поверхні з’являться пори. Характер пористості залежить, в основному, від режимів осадження, а глибина і ширина каналів – від щільності струму  анодного травлення і часу. Оптимальна пористість виходить при травленні з інтенсивністю 150-200 А·хв/дм2.

Електролітичні осадження заліза добре цементуються. Підвищення твердості осадженого матеріалу може бути забезпечене подальшим нанесенням хромового покриття.

При проектуванні технологічного процесу відновлення деталей залізненням слід враховувати наступне:

для деталей складної конфігурації і отриманні товстих осаджень щільність струму слід брати по нижній межі унаслідок схильності хлористих електролітів до утворення дендритів на гострих гранях виступаючих елементів і складності ізоляції місць, що не підлягають нарощуванню;

при малій товщині покриття і нескладної конфігурації деталей щільність струму слід брати по вищій межі.

Хлористі електроліти готуються безпосередньо в гальванічних цехах із сталевої стружки в такій послідовності:

1) стружку із сталі 10 або 20 узяти в механічному цеху;

2) знежирити її в 10-ти процентному розчині каустичної соди;

3) промити стружку в проточній воді;

4) опустити стружку у водний розчин соляної кислоти (вводити до припинення реакції, про яку судять по виділенню бульбашок водню);

5) додати відповідну кількість хлористого натрію;

6) дати електроліту відстоятися протягом 12-18 год.;

7) профільтрувати його;

8) додати необхідну кількість хлористого марганцю;

9) перевірити і відкоригувати кислотність.

Найширше застосування на ремонтних заводах знайшов електроліт № 3.

Характеристика електролітів залізнення наведена в таблиці 1.5.

Разом з гарячими хлористими електролітами набули поширення холодні електроліти: хлористого заліза – 200 г/л, йодистого калію – 20 г/л, соляної кислоти до рН = 1,3-1,5. При холодному залізненні застосовується асиметричний струм.

Твердість опадів залежить від коефіцієнта асиметрії, який характеризується відношенням амплітуд катодного і анодного струмів. Значення коефіцієнта асиметрії повинне бути більше 8-10. Для отримання високоякісних опадів необхідно дотримуватись такого режиму: завішування деталей у ванну і витримка її при щільності струму 5 А/дм2 і коефіцієнті асиметрії 1,5-2,0 протягом 3 хв.; доведення щільності струму до 30-50 А/дм2, а коефіцієнта асиметрії до 8-10 протягом 5 хв. ступенями; нарощування металу при щільності струму 30-50 А/дм2 і коефіцієнті асиметрії 10 протягом часу, необхідного для отримання заданої товщини осаду.

Таблиця 1.5 – Характеристика електролітів залізнення

Номер

Компоненти електролітів

Концентрація, г/л

1

Хлористе залізо

680

Соляна кислота

0,8-1,5

2

Хлористе залізо

450

Хлористий натрій

100

Хлористий марганець

10

Соляна кислота

0,5-0,8

3

Хлористе залізо

200

Хлористий марганець

100

Соляна кислота

0,8-1,0

4

Хлористе залізо

400

Хлористий натрій

50

Хлористий марганець

60

Соляна кислота

1

5

Хлористе залізо

200

Йодистий калій

20-30

Сірчана кислота

1

Соляна кислота

0,35-0,5

Електролітичне натирання є гальванічним процесом, при якому електроліз осадження металів проводиться з електроліту, яким насичений адсорбційний матеріал, нанесений на профільний анод. Для осадження покриттів методом електролітичного натирання використовуються електроліти, наведені в таблиці 1.6.

Таблиця 1.6 – Електроліти для осадження покриттів електронатиранням

Електроліти

Компоненти електролітів

Концентрація, г/л

Цинковий

Сірчанокислий цинк

Борна кислота

600

30

Мідний

Сірчанокисла мідь

Сірчана кислота

Хромовий ангідрид

Сірчанокислий амоній

250

50

5

100

Залізо-цинковий

Сірчанокислий цинк

Сірчанокислий залізо

Борна кислота

600

60

30

Алюмоцинковий

Сірчанокислий цинк

Сірчанокислий алюміній

600

30

Електроліт залізнення

Хлористе залізо

Соляна кислота

700

1,5

Відновлення деталей безванним способом

Суть процесу полягає в тому, що як ванна в цьому випадку використовується сама деталь. Цей спосіб застосовується для відновлення посадочних місць під підшипники в картерах, гільз циліндрів і інших порожнистих деталей.

Процес осадження металу може вестися з хромових, залізних залізо-нікелевих і залізо-цинкових електролітів. Найбільше розповсюдження при відновленні отворі картерів коробок передач, задніх мостів, роздаточних коробок, шатунів і інших деталей знайшли електроліти хлористого заліза 500-600 г/л, соляної кислоти 1,5-3 г/л.

При необхідності отримання осаджень товщиною, більше 0,2 мм електроліт через певний час слід оновлювати. Як аноди використовуються ті метали, які осідають на зношену деталь. Зважаючи на те, що відновлення безванним способом ведеться в розмір, аноди в отвори слід вмонтовувати строго концентрично щодо деталі. Електроліт утримується в зношеному отворі за допомогою спеціальних розтискних пристосувань з ущільненнями.

У електричну схему установки для безванного осадження покриттів вмонтовується реле часу, який відключає джерело струму від деталі після нанесення покриття заданої товщини.

Останнім часом при відновленні деталей залізненням без ванн використовуються джерела струму, що забезпечують асиметричну форму струму, що дозволяє вести процес осадження металів з холодних електролітів з великою щільністю струму.

Відновлення деталей в проточних електролітах

Даний спосіб застосовується для відновлення порожнистих циліндрових деталей (циліндрів двигуна, гідропідсилювача рульового приводу, гальмівних механізмів, підйомників і ін.). При безперервному оновленні електроліту в зоні електролізу допустима щільність струму може бути підвищені в 10-15 разів без погіршення якості опадів.

Це дозволяє інтенсифікувати процеси відновлення деталей за швидкістю в 10-15 разів порівняно з осадженням покриттів у ваннах.

Для осадження металів в протоці можна використовувати будь-які електроліти. Анодами служать матеріали, які осаджують на зношену деталь, а при хромуванні – свинець. Швидкість протікання електроліту залежить від властивостей опадів, режимів осадження і складу електролітів. Зазвичай вона коливається в межах 10-60 см/с.

Відстань між анодом і катодом при осадженні покриттів з проточних електролітів приймається рівною 10- 20 мм. Щільність струму при хромуванні може бути підвищена до 300 А/дм2, а при залізненні до 150 А/дм2.

1.8.3 Хімічне нікелювання

Для хімічного нікелювання використовуються кислі розчини складу, г/л: сірчанокислий нікель – 30, гіпофосфіт натрію - 15, яблучна або молочна кислота – 30 (рН = 5,0-5,5) або лужні: хлористий нікель – 25, гіпофосфит натрію – 20, лимоннокислий натрій – 45, хлористий амоній – 35                    (рН = 8-10). Процес ведеться при температурі 90°С. У початковому стані хімічні нікелеві покриття мають аморфну структуру з твердістю 500-600 кгс/мм2. При нагріві до 350-400°С і витримці протягом години аморфна структура переходить в кристалічну, а твердість опадів підвищується до 1000-1200 кгс/мм2.

Остаточна обробка покриттів полягає в проведенні операцій, що                 сприяють поліпшенню їх властивостей і отриманню потрібних розмірів і шорсткості поверхонь.

Після нанесення покриттів деталі промиваються, нейтралізуються (при необхідності), піддаються анодній, термічній і механічній обробці. Нейтралізація в лужних розчинах проводиться тільки після залізнення. Анодна обробка покриттів (хромових і залізних) проводиться для отримання сітчастої пористості, яка збільшує маслоємкість і зносостійкість покриттів і покращує їх здатність до припрацювання.

Термічна обробка покриттів сприяє видаленню з них водню, знижує крихкість і покращує фізико-механічні властивості. Хромові покриття рекомендується піддавати нагріву до 180-200°С і витримувати при цій температурі протягом 1 год. У хімічних нікелевих покриттів після нагріву до 350-400°С протягом 1 год. твердість і зносостійкість зростає більш, ніж в 2 рази, досягаючи 1000-1200 кгс/мм2.

Джерелами струму для осадження покриттів електролітичним способом можуть служити генератори постійного струму типу АНД 1500/750, АНД 5000/2500, селенові, германієві і кремнієві випрямлячі типу ВСГ-600М, ВАГЗ-6000 і ін. Потужність джерела струму вибирається залежно від величини струму, споживаного при нанесенні покриттів на деталі одного завантаження.

Ванни для електролітичних і хімічних процесів виготовляються з листової сталі марок Ст. 2, Ст. 3 завтовшки 4- 5 мм. Внутрішні поверхні їх футеруються свинцем, вініпластом, фаолітом, антигмітовими, метлахскими і діабазовими плитками і іншими кислотостійкими матеріалами (пластмасами і емалями). Ванни з розчинами, що виділяють шкідливі випаровування, обладналися бортовими відсмоктуваннями. Розчини підігріваються паровими змійовиками або електричними теплонагнітальними елементами, які поміщаються або безпосередньо у ванну, або у водяну сорочку, навколишню основну ванну.

Дрібні деталі (нормалі, арматура) покриваються у ваннах, що мають форму дзвону або барабана. Їх розміри приймаються з умови 6-10-кратного об’єму деталей одного завантаження. На передових ремонтних заводах з’явилися багатопроцесні напівавтомати, об’єднуючі в собі всі операції з підготовки і нанесення покриттів. Переміщення деталей з однієї ванни в іншу в них проводиться автооператорами (електричними тельферами).

Підведення електричного струму від джерел до ванн здійснюється мідними, алюмінієвими, сталевими шинами або кабелем. Для отримання стабільності якості покриттів ванни необхідно оснащувати автоматами регулювання щільності струму і температури електроліту. Форма струму за заданою програмою може змінюватися відповідними механічними і електронними реле часу з реверсуючими перемикачами.

Якість покриттів визначається їх блиском і кольором, структурою, рівномірністю, твердістю, зносостійкістю, зчепленням з основою, пористістю, корозійною стійкістю. Блиск і колір покриттів оцінюються візуально або заміряються фотометрією типу ФМ. Структура осаджень вивчається за допомогою мікроскопів металографії і електронних і на рентгенівських установках типу УРС-50М. Товщина покриттів заміряється хімічними (краплинним і струменевим), фізичними (вимірювання розмірів, зважування) методами і за допомогою магнітних, ультразвукових, рентгенівських і радіоактивних приладів за ГОСТ 3003-58. Твердість осаджень визначається на приладі ПМТ-3, а зносостійкість – на машинах тертя. Зчеплення покриттів з деталлю перевіряється методом вигину, пластичної деформації (стиснення або розтягування), відривом покриття від зразка на розривній машині по  методу приклеювання або безпосереднього руйнування. Пористість покриттів перевіряється на мікроскопах металографії або за допомогою фільтрувального паперу, змоченого в розчині хлористого натрію                   (20 г/л). На корозійну стійкість покриття випробовуються в природних умовах або в камерах штучного клімату.