скачать (8204 kb.)
Доступные файлы (1):
| 1.doc | 8204kb. | 18.11.2011 17:49 |  скачать |
1.doc
^Важным направлением использования гальванических покрытий при упрочнении и восстановлении деталей автомобилей и другой техники является электролитическое хромирование.
У
прочнению хромированием в процессе изготовления подвергаются 40 — 50 наименований деталей грузовых автомобилей с общей площадью покрытия 0,4 — 0,6 м2 и 200 — 300 наименований деталей легковых автомобилей с общей площадью покрытий хрома 1,8 — 2,2 м2. Еще большее число деталей может быть восстановлено хромированием. По грузовым автомобилям, число деталей составляет 60 — 80 шт., площадь покрытия —0,8—1,5 м2; по легковым соответственно 300— 350 шт. и 2,3— 2,6 ма.В
результате хромирования наблюдается значительное повышение (в несколько раз) износостойкости следующих деталей:Электролитический хром — твердый, хрупкий металл, серебристо-стального цвета с синеватым оттенком, обладающим высокой износостойкостью и жаростойкостью. Гладкий хром имеет плохую смачиваемость. Электролитические осадки хрома характеризуются высокими внутренними напряжениями и значительной пористостью.
Существует износостойкое и защитно-декоративное хромирование. Износостойкое хромирование применяют для восстановления изношенной поверхности деталей и покрытия инструмента для повышения их сопротивления износу. Защитно-декоративное хромирование применяют для защиты изделий от коррозии и придания им красивого внешнего вида. Как антикоррозионное и декоративное покрытие хром используется обычно с подслоем меди и никеля.
Внешний вид, структура и механические свойства электролитического хрома изменяются в очень широких пределах в зависимости от условий электролиза, состава и температуры электролита, плотности тока. При неизменном составе электролита можно, изменяя плотность тока и температуру, пол учить три различных вида осадков: блестящий, молочный и матовый (серый) (рис. 10.6).
Б
лестящие осадки получают при температуре 329 — 331 К и средних плотностях тока — 35 — 70 А/дм2, Они обладают твердостью порядка 7500 — 9000 МПа, широко разветвленной сеткой трещин и большой хрупкостью; рекомендуются для наращивания изношенных поверхностей деталей при удельных нагрузках, не превышающих при сухом трении 2,5 МПа и смазке 40 — 55 МПа.Из блестящего осадка износостойкого хрома анодным травлением
можно получить пористый хром, который используется для деталей, работающих в условиях недостатка смазки. Анодное травление осуществляется в хромовом электролите при плотности тока 30 — 40 А/дм2.
Молочные осадки получают при температуре 333 К и выше и сравнительно невысоких плотностях тока — 25 — 35 А/дм2. Они характеризуются твердостью 2500 — 7500 МПа, хорошей смачиваемостью и значительной вязкостью по сравнению с блестящими осадками, отсутствием сетки в тонких слоях, рекомендуются для наращивания деталей, работающих при средних удельных давлениях порядка 8—10МПа, и как антикоррозионное покрытие.
М
атовые (серые) осадки хрома получают при высокой плотности тока 70— 100 А/дм2 и сравнительно невысокой температуры 308 — 323 К. Эти осадки характеризуются большой твердостью 12 000 МПа, хрупкостью, наличием густой сетки трещин и низкой износостойкостью (рис. 10.7).Все виды износостойкого хрома можно получить в одном универсальном электролите состава: хромовый ангидрид СгО3 250 кг/м3; серная кислота Н2SО4 2,5 кг/м3, но режимы не одинаковы.
Для защитно-декоративных осадков хрома режим получения покрытия следующий: плотность тока — 7 — 30 А/дм2; температура электролита— 303 —318 К Декоративный хром наносят на подслои меди, никеля.
Схема установки для хромирования деталей показана на рис. 10.8. В отличие от меднения, никелирования, железнения, цинкования, применяемых при ремонте, при хромировании аноды изготовляют из свинца, т. е. труднорастворимого металла. Электролит представляет собой раствор двух сильных кислот — хромовой и серной, которые растворили бы аноды, если бы они были изготовлены из металлического хрома.
П
роцесс электролитического хромирования характеризуется очень малым выходом по току в стационарных ваннах — 13 — 15 %. Причиной является состав электролита (хромовая кислота и серная), при котором электрический ток расходуется в основном на разрядку на катоде-детали ионов водорода, а сам процесс хромирования является побочным процессом.Кроме универсального электролита, существует целый ряд других составов электролитов - саморегулирующийся, тетрахроматный и др.
Саморегулирующийся электролит обладает свойством автоматического поддержания постоянства отношения количества хромового ангидрида к аниону SО42-, результате чего отпадает необходимость в его частых корректировках. Применяется следующий состав электролита, кг/м3: хромовый ангидрид СrO3— 200 — 300; сульфат стронция CrSO4 — 6,5— 8,5; кремнефторид калия K2SiF6 — 18— 20.
Режим хромирования: плотность тока — 50—100 А/дм2, температура — 323 — 343 К. Наряду с автоматическим корректированием состава, использование саморегулирующегося электролита позволяет повысить износостойкость покрытия и производительность процесса в результате более высокого выхода хрома потоку (18 — 20 %), расширить зону получения блестящих осадков, повысить рассеивающую способность электролита.
Тетрахроматный электролит позволяет вести процесс при комнатной температуре. Состав электролита (кг/м2): хромовый ангидрид СrО3 — 350 — 400; серная кислота Н2SО4 — 2,0 — 2,5; едкий натр NаОН — 40 — 60; сахар или глюкоза — 1 — 3. Режим хромирования: плотность тока — 60 — 80 А/дм2; температура — 291 — 295 К; выход хрома по току — 28-30%.
Хром, полученный из тетрахроматного электролита, не имеет пор, обладает низкой твердостью и хорошо прирабатывается.
Для деталей, поверхность которых должна обладать низким коэффициентом отражения света, применяется черное хромирование. В связи с низкой коррозионной стойкостью черного хрома на детали предварительно наносят слой никеля или хрома требуемой толщины, после чего помещают их в электролит для черного хромирования. Используемые для этой цели электролиты не должны содержать серной кислоты. Рекомендованный состав электролита приведен в табл. 10.7.
Режим работы черного хромирования
Номер раствора .................. 1 2
Плотность тока ik,. А/дм2 ., 15 — 30 20.— 75
Черное хромирование в отличие от оксидных покрытий и черного никеля термостойко до температуры 500 ° С, устойчиво в вакууме, имеет относительно высокую твердость и высокую износостойкость. Однако для работы на трение покрытие черным хромом мало пригодно. В отечественной практике наибольшее распространение получил электролит 2. .
^
Впервые электролитическое покрытие железом было осуществлено в 1869 г. русскими учеными Б. С. Якоби и Е. И. Клейном.
Практическое применение твердых железных покрытий для восстановления автомобильных деталей было осуществлено также впервые в России проф. М. П. Мелковым в 1955 — 1956 гг., который предложил способ получения покрытия в горячих растворах хлористого железа с применением растворимых стальных анодов при высокой плотности тока.
К настоящему времени для восстановления деталей разработано и исследовано большое число горячих электролитов различного состава. Среди них выделяют три основные группы: хлористые, сернокислые и смешанные, каждая из которых определяется видом аниона соли железа. Проведенные рядом авторов исследования показали, что сернокислые и смешанные электролиты значительно уступают хлористым по ряду показателей. Поэтому в практике ремонтного производства наиболее широко используют хлористые электролиты, в состав которых входят хлористое (двухвалентное) железо FeCl2 4Н2О и соляная кислота НС1. Применение их обеспечивает получение плотных мелкозернистых осадков толщиной до 1,0 — 1,5мм с высокими механическими свойствами и износостойкостью, близкой к износостойкости закаленной стали. Электролиты допускают применение высоких плотностей тока (20— 100 А/дм2), причем изменение плотности тока в значительных пределах сопровождается незначительными (1,5 — 2,0 %) колебаниями выхода по току, что позволяет точно определять длительность процесса электролиза и расширяет возможность его автоматизации.
С
войства покрытий зависят от условий протекания процесса, определяемых концентрацией соли железа. СМе, плотностью тока Dк, температурой электролита. Т и, его кислотностью рН, а также наличием в нем добавок. Увеличение содержания солей кислоты в электролите сопровождается относительно небольшим снижением микротвердости покрытий, однако оказывает существенное влияние на структуру осадков и выход по току, что необходимо учитывать в практике восстановления деталей электролитическим железнением в горячих электролитах.Составы электролитов для железнения на постоянном токе приведены в табл. 10.8.
Весьма эффективным и перспективным в ремонтном производстве является использование гальванического холодного железнения с применением нестационарных электрических режимов, обладающего рядом преимуществ по сравнению с железнением в горячих электролитах на постоянном токе, а именно: высокой универсальностью, т. е. возможностью получения осадков железа различной твердости без изменения температуры электролита и его состава; упрощением конструкции ванн из-за отсутствия необходимости подогрева электролита; улучшением условий труда из-за снижения количества испарении с поверхности электролита; низкой стоимостью. При этом в электрических схемах установок применяют переменный ток (рис. 10.9).П
ри железнении с применением нестационарных электрических режимов импульс анодного тока разрушает прикатодную пленку, богатую вредными включениями (например, гидроокисью железа) и имеющую пониженную концентрацию ионов двухвалентного железа. В связи с этим снижается поляризация электродов и уменьшается количество инородных включений в покрытии, т. е. улучшается его качество. Снижение поляризации электродов позволяет увеличить применяемую плотность тока и таким образом повысить производительность процесса. Применение нестационарных электрических режимов при железнении повышает также равномерность толщины,, покрытия, так как анодная составляющая тока при растворении металла покрытия снимает его прежде всего с выступающих частей.Основными факторами, влияющими на свойства осадков железа из холодных хлористых электролитов при использовании асимметричного переменного тока, являются катодная плотность тока и коэффициент асимметрии р.
Асимметричный переменный ток улучшает сцепляемость покрытия с основным металлом, благодаря возможности постепенного повышения твердости осадка железа. Вначале в течение 2 — 3 мин осаждают слой с невысокой твердостью (1960 — 2450 МПа), с ненапряженной решеткой, который сцепляется значительно прочнее с основным металлом, чем твердый слой с большими внутренними напряжениями растягивающего типа. Затем твердость постепенно увеличивают, повышая катодно-анодное отношение — коэффициент. Таким образом, изменением катодно-анодного отношения (уменьшением анодной составляющей) можно в одной ванне получить осадки различной твердости.
Коэффициент асимметрии р1 влияет также на структуру покрытия. Микроструктура железа, осажденного при р = 2, представляет собой мелкие зерна, микротрещины в осадке отсутствуют. При р = 4 структура слоя железа мелкозернистая с наличием небольшого количества микро-трещин. Появление микротрещин свидетельствует о напряженном состоянии кристаллической решетки электролитического железа, испытывающей напряжение растягивающего типа. В результате этого происходит повышение твердости. При р = 6 микроструктура аналогична предшествующей, однако количество трещин заметно увеличивается, а микротвердость повышается. При р = 8 — 12 структура приобретает очень мелкозернистый характер с большим числом микротрещин. Твердость при этом достигает5880 — 6000МПа. Зависимость твердости электролитического железа от коэффициента асимметрии р показана на рис. 10.10.
Вторым фактором, влияющим на твердость и износостойкость электролитического железа, является катодная плотность тока, с повышением которой при неизменном коэффициенте асимметрии р твердость осадка возрастает.
^
| Характеристика образцов | Пределы | Относительное удлинение % | Относительное сужение, % | Сопротивление срезу. МПа | Ударная вязкость. КДж/м2 | |||
| | | | | |||||
| пропорциональности.МПа | текучести, МПа | прочности.МПа | выносливости, МПа | |||||
| Сталь 45 нормализованная | 392,0 | 409,8 | 682,0 | 290,0 | 22,0 | 47,5 | 57Й.6 | 917 |
| Сталь 45 нормализованная + тверлое электролитическое железо (толщина слон 0,1 мм) | 401,0 | 415,0 | 656,0 | 240,0 | 18,0 | 29,0 | 499,0 | 903 |
С
остав электролита и режимы электролитического железнения на асимметричном переменном токе приведены ниже:^ З)
Хлористое железо FеС12-4Н2О ... 400
Соляная кислота НС1 ............ 1,5 — 20
^
Плотность тока 1к, А/дм2 ......... 20
Выход по току, %................ 80 — 90
Температура электролита, К ..... 293
Детали восстановленные электролитическим железнением, представляют собой биметаллы, свойства которых существенно отличаются от свойств металлов (табл. 10.9). Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе номенклатуры деталей, подлежащих восстановлению нанесением гальванических покрытий.
Скачать файл (8204 kb.)