Электролитическое наращивание
Процесс электролитического наращивания основан на электролизе, т. е. способности металла осаждаться на катоде при прохождении постоянного тока через электролит. В ванну с электролитом, содержащим металл покрытия, опускают деталь, поверхность которой необходимо нарастить. На ванне укрепляют и соответствующим образом изолируют от нее три штанги, две крайние из них присоединяют к положительному, а среднюю — к отрицательному выводу электрической машины. На средней штанге, на подвеске, укрепляют деталь (катод), а на крайних штангах — металл покрытия (анод).
Известно, что при растворении в воде электролиты диссоциируют, т. е. распадаются на ионы. При прохождении тока через растворы электролитов ионы двигаются к электродам (катоду и аноду). При этом положительно заряженные ионы (катионы) направляются к отрицательному электроду — катоду, а отрицательно заряженные (анионы) — к положительному электроду (аноду). На электродах ионы или совсем теряют заряд, выделяясь в виде нейтральных атомов, или изменяют заряд, образуя новые химические соединения. В результате на катоде осаждается металл покрытия (из раствора солей и щелочей) и выделяется водород (из солей кислот и воды). Количество выделенных при электролизе веществ пропорционально току и времени его прохождения.
В качестве электролита применяют: при хромировании — водный раствор хромового ангидрида (150.250 г/л) и серной кислоты (1,5.2,5 г/л); при осталивании — водный раствор хлористого железа (200 г/л) и соляной кислоты (0,6.0,8 г/л). При хромировании анодами служат свинцовые пластины с добавкой до 8 % сурьмы для повышения механической прочности (нерастворимый анод), а при осталивании — стальные пластины из малоуглеродистой стали (растворимый анод).
В ремонтной практике наибольшее распространение получили хромирование и осталивание. Меднение и никелирование применяют значительно реже и главным образом для вспомогательных целей.
Хромирование. Технологический процесс хромирования состоит из трех этапов: подготовки детали (механическая обработка, изоляция мест, не подлежащих покрытию, монтаж детали на подвеске, обезжиривание и промывка, декапирование), собственно хромирования и обработки после покрытия.
Механическая обработка детали (шлифование и полирование) необходима для придания поверхности правильной формы, иначе при отложении хрома на поверхности детали будут «скопированы» все неровности и изъяны.
Изоляция мест, не подлежащих хромированию, осуществляется целлулоидной лентой, цапонлаком (целлулоид, растворенный в бензине), бакелитовым лаком, резиновыми чехлами, клеем ГЭН- 150В и т. п. Отверстия, имеющиеся в детали, закрывают свинцовыми пробками, чтобы избежать искривления силовых линий у отверстий. Перед изоляцией деталь обезжиривают промывкой в бензине.
Обезжиривание и промывка производятся для лучшего соединения хрома с наращиваемыми поверхностями детали. Предварительное обезжиривание ведется одним из химических способов, а затем электролитическим способом. В последнем случае деталь подвешивают в ванну с водным раствором едкого натра концентрацией 70. 100 г/л, в который добавлено 2.3 г/л жидкого стекла. В процессе электролиза на катоде происходит интенсивное выделение пузырьков газа (водорода), срывающего с поверхности детали жировую пленку, одновременно с этим идут и процессы омыления и эмульгирования жиров.
После обезжиривания деталь промывают горячей или холодной водой для удаления остатков раствора. Качество обезжиривания проверяют по смачиваемости поверхности детали водой.
Декапирование — это процесс удаления тончайшей пленки окислов для получения активной поверхности металла, необходимой для его прочного сцепления с покрытием. Декапирование проводят в течение 1 мин в отдельной ванне или в ванне с электролитом для хромирования, при этом деталь служит анодом, а свинцовая пластина — катодом.
Хромирование ведется до получения необходимого слоя на детали в ванне с электролитом при соответствующем режиме (определенной плотности тока и температуре электролита). Практически толщина наращиваемого слоя хрома при ремонте ограничивается 0,1. 0,2 мм. Слой большей толщины непрочен и имеет структуру низкого качества. Хромовые осадки делятся на гладкие и пористые. Гладким хромом обычно наращивают детали с неподвижными посадками, а пористым — детали трения (поршневые кольца и пальцы, гильзы цилиндров и т. п.). Поры хорошо удерживают масляную пленку, которая предохраняет трущиеся поверхности от сухого и граничного трения.
Преимущества хромирования: возможность наращивания как термически обработанных, так и необработанных деталей без нарушения структуры основного металла, так как процесс ведется при температуре не более 70 °С; высокая твердость хромового покрытия, а у пористого хрома, кроме того, высокая износоустойчивость; хорошая сопротивляемость действию кислот и сернистых соединений, жаростойкость (допускает нагрев до 500 °С).
Недостатки хромирования: длительность процесса и сложность подготовительных операций; возможность восстановления деталей только с относительно небольшим износом, так как при толщине слоя более 0,3 мм осадок хрома становится непрочным; малая производительность (за 1 ч работы ванны наращивается слой 0,015.0,03 мм) и относительно высокая стоимость.
Осталивание. Технологический процесс осталивания (железне-ния) имеет много общего с процессом хромирования. Он также состоит из трех этапов: подготовки, покрытия и последующей обработки детали. Осталивание применяют для восстановления деталей с неподвижной посадкой без дополнительной термической обработки, создания подслоя (при восстановлении деталей с большим износом) при последующем хромировании и восстановления деталей с последующей термообработкой поверхностного слоя.
Преимущества осталивания: сохранение структуры металла детали, так как процесс ведется при температуре не более 100 «С;
возможность получения достаточно твердого слоя без термообработки (при необходимости осталенные детали могут быть подвергнуты цементации, закалке и отпуску); возможность восстановления деталей с относительно большим износом (толщина наращиваемого слоя — 5 мм и более); высокая производительность процесса — примерно в 8. 10 раз выше, чем при хромировании; более низкая стоимость процесса, так как при осталивании применяют менее дефицитные и более дешевые материалы, чем при хромировании.
Недостатки осталивания: сложность подготовительных операций; необходимость частой фильтрации и систематической корректировки электролита; трудность подбора материала ванн и необходимость подогрева электролита.
Источник
Электролитические способы наращивания металлов
Тема : Восстановление деталей электролитическими способами
План:
1.Сущность и режимы процесса.
2. Основное содержание технологического процесса.
3. Совершенствование технологических приемов получения электролитических покрытий.
1.Сущность и режимы процесса.
В основе процесса «Электролитическое наращивание» Лежит электролиз.
Электролиз — электрохимический процесс (электролиз металлов), протекающий между анодом и катодом (деталью) в электролите (водном растворе соли, кислоты или щелочи) и сопровождающийся выделением на катоде металла (рис.1, 2).
Рис.1. Принципиальная схема процесса электролитического наращивания.
Рис. 2. Схема электрохимического осаждения металла:
1—ванна; 2 — Анодная штанга; 3 — Крюк (подвеска) для завешивания анода;
4 — катодная штанга; .5 —крюк подвеска для завешивания детали (катода);
6 — ионы металла (катионы); 7 — покрытие; 8 — Анод; 9 —- деталь (катод).
При прохождении постоянного тока через электролит на аноде 3 происходит растворение металла (переход его в электролит) и выделение кислорода, а на катоде 9 (деталь) — отложение металла и выделение водорода.
Электролитические покрытия Предпочтительнее наплавки, так как:
· процессы гальванического осаждения металла не вызывают структурных изменений в деталях,
· позволяют устранять незначительные износы,
· легче поддаются механизации и автоматизации,
· можно получать равномерные по толщине покрытия с широким диапазоном твердости (от 1000 до 12000 МПа), что позволяет восстанавливать большую номенклатуру деталей, значительно от-личающихся конструктивно-технологическими характеристиками и условиями эксплуатации,
· одновременно можно восстанавливать значительное количество деталей,
· применяемые электролиты можно использовать многократно,
· технологический процесс легко поддается механизации и автоматизации.
Недостатки электролитического наращивания:
· сравнительно низкая производительность процесса,
· большой цикл подготовительных операций,
· значительное выделение вредных веществ (хлор, кислотные испарения и т, п.).
Наибольшее распространение получили осталивание (железнение), хромирование, никелирование, меднение, нанесение электролитических сплавов.
Краткая характеристика основных способов электролитического наращивания.
Железнение:
— высокая производительность наращивания (скорость осаждения металла 0,2…0,5 мм/ч),
— толстые осадки (до 2 мм и более),
— высокие физико-механические свойства,
— недорогие и недефицитные материалы,
— себестоимость восстановления – 30…50% от стоимости новой детали при одинаковой износостойкости.
— высокая твердость, жаростойкость, износостойкость покрытий, низкий коэффициент трения;
— осадки хрома обладают повышенной хрупкостью и плохой прирабаты-ваемостью;
— процесс чувствителен к изменениям температуры электролита и плотности тока,
— электролит нестабилен по составу и требует корректировки в процессе электролиза.
Увеличивает износо — и коррозионную стойкость деталей, улучшает внешний вид.
Никелирование:
— высокая твердость, жаростойкость, износостойкость покрытий, низкий коэффициент трения;
— электролит нестабилен по составу и требует корректировки в процессе электролиза,
— высокая себестоимость восстановления.
Применятся для защитно-декоративных целей, как подстилающий слой при декоративном хромировании, а иногда для повышения изностойкости и восстановления деталей – поршневых колец, пальцев, плунжеров и т. п.
Режим процессов электролитического наращивания Определяется следующими основными показателями:
· состав электролита (г/л)
· плотность тока, А/дм2
· выход по току (к. п.д.), %.
Таблица 1. Примеры режимов электролитического наращивания
Вид электролитического наращивания.
Плотность тока, А/дм2
Аскорбиновая кислота — 0,5…2.
Хромовый анги-дрид — 120…150,
Серная кислота – 1,2…1,5.
Щавелевокислый алюминий – 300, Сернокислый никель – 140,
Хлористый натрий – 10.
Подробнее о режимах железнения и хромирования см. [1 с.126 – 133, табл. 30, 31].
2. Основное содержание технологического процесса.
Рис. 8. Структурная схема технологического процесса.
Технологический процесс нанесения электролитического покрытия состоит из трех этапов:
1) подготовка детали (деталей);
2) нанесение покрытия;
3) обработка детали (деталей) после нанесения покрытия.
Технологический процесс, показанный на схеме (Рис.8) может быть подробнее рассмотрен на примере железнения.
3. Совершенствование технологических приемов получения электролитических покрытий.
Существует достаточно большое разнообразие технологических приемов получения покрытий, позволяющих расширить области применения обычных способов, повысить их производительность и качество.
Электролитическое осаждение металлов на нестационарных режимах — реверсивном и асимметричном токе.
Процесс осаждения металла На реверсивном токе протекает по графику (рис. 20).
Рис. 20. График получения реверсивного тока.
В Начальный период Деталь является катодом, и, следовательно, происходит обычное осаждение металла — катодный период, который длится tк при силе тока iк; затем изменяется полярность, Деталь становится анодом — анодный период, который длится ta при силе тока iа. В этот период происходит частичное растворение зародившихся зерен; таким образом, блокируется их рост, структура измельчается, поверхность покры-тия становится гладкой. Это позволяет применять высокие плотности тока: при хромировании 120. 150 А/дм2; при железнении— 80. 100 А/дм2, что в 2. 3 раза повышает производительность наращивания.
Применение Асимметричного тока позволяет еще больше повысить производительность процесса осаждения металла.
Асимметричный ток получают наложением переменного тока про-мышленной частоты (50 Гц) на постоянный однополупериодновы-прямленный ток. Качественные покрытия получают при очень высокой плотности тока—160. 200 А/дм2.
Безванные способы применяют для восстановления крупногабаритных деталей: коленчатых валов, отверстий корпусных деталей, цилиндров двигателей и др.
К безванному осаждению металла относятся три способа: струйный, проточный, натиранием.
При струйном способе электролит подается к детали, установленной в электролитической ячейке специальной конструкции, которая играет роль Местной ванны (рис. 21, 22).
Электролитическая ячейка состоит из разъемного корпуса, подводного 1 и отводного 2 патрубков для подачи и удаления электролита из зоны электроосаждения металла. Струя электролита подается к детали через отверстия насадки — анода 4, Расположенные под углом 30. 40° к радиальному направлению струи. Это способствует улучшению перемешивания электролита, что приводит к получению мелкозернистого, плотного осадка, почти полностью исключает образование дендритных зерен (игольчатых наростов металла).
Рис 21. Струйный способ наращивания металла (электролитическая ячейка для восстановления изношенной шейки коленчатого вала):
1— Подводной патрубок; 2 — отводной патрубок; 3 — зажим; 4 — анод;
5 — нижний корпус ячейки; 6 — кабель для подвода тока; 7 — верхний корпус ячейки; 8 — уплотнительная прокладка; 9 — катод (деталь).
Рис. 22.Струйное хромирование.
В проточном электролите восстанавливают внутренние поверхности цилиндров двигателей (рис. 23) и гидроцилиндров, которые образуют местную ванну для циркулирования электролита. Он нагнетается в полость детали насосом. Расстояние между зеркалом цилиндра (катодом) и стержнем (анодом) должно быть не менее 5. 10 мм. При струйном и проточном способах восстановления деталей применяют плотность тока 180. 220 А/дм2.
Рис.23. Установка для безванного хромирования в проточном электролите.
Принципиальная схема наращивания металла Электролитическим натиранием Приведена на рис. 24 (дополнительно [1 стр.131, рис.48]).
Восстанавливаемую деталь закрепляют в патроне станка и подключают к катоду источника постоянного тока 9. Электролит из сосуда 1 с помощью капельницы с краном подается к войлочному тампону 4, Закрепленному в тампонодержателе (анод).
В межэлектродном пространстве между деталью и стержнем (это собственно местная ванна) протекает электрохимическая реакция, в резуль-тате которой на детали наращивается металл.
Этим способом можно восстанавливать и внутренние поверхности (например, отверстия корпусных деталей), при этом применяют подвижный (вращающийся) анод.
Относительное перемещение анода (катода) препятствует росту зерен, структура осадка получается мелкозернистая и ненапряженная, а поверхность очень гладкая, что в отдельных случаях позволяет исключить механическую обработку покрытия.
Рабочая плотность тока при электронатирании — 150. 180 А/дм2. Производительность этого способа в 3. 4 раза выше, чем ванных.
Рис. 24. Электролитическое осаждение металла натиранием:
1 — емкость для сбора электролита; 2 — деталь (катод); 3 — графитовый стержень (анод); 4 — тампон; 5 — пластмассовый колпачок;
6 — алюминиевый корпус; 7 — кран; 8 — резервуар с электролитом;
9 — источник тока; 10 — клемма; 11 — пластмассовая гайка;
12 — штеккер для подвода тока к аноду.
Контрольные задания и вопросы:
1.Пояснить сущность электролитического наращивания металла*.
2.Охарактеризовать положительные и отрицательные особенности восстановления деталей электролитическими способами*.
3. Охарактеризовать общее содержание режимов электролитического наращивания, привести пример*.
4. Привести структурную схему технологического процесса электролитического наращивания металла*.
5. Дать сравнительную характеристику основным способам электролитического наращивания металла: железнению, хромированию, никелированию**.
6. Изложить основное содержание технологии электролитического наращивания металлов**.
7. Охарактеризовать особенности и возможности струйных способов электролитического наращивания металлов**.
8.Охарактеризовать особенности и возможности электролитического наращивания металла в проточном электролите**.
9.Охарактеризовать особенности и возможности электролитического натирания металла**.
10.Дать сравнительную характеристику основным видам хромовых покрытий: матовый хром, блестящий хром, белый хром***.
11. Охарактеризовать особенности электролитического наращивания металлов на нестандартных режимах***.
Источник
