16.3. Железнение

Процесс железнения представляет собой осаждение металла на ремонтируемую поверхность детали в водных растворах солей железа. Он нашел широкое применение при восстановлении деталей с износом от нескольких микрометров до 1,5 мм на сторону. Производительность процесса железнения примерно в 10 раз вы­ше, чем при хромировании. Средняя скорость осаждения металла составляет 0,72... 1 мкм/с, а выход металла по току равен 80...95 %. Железнение возможно из водных растворов сернокислых или хлористых закисных солей. Сернокислые электролиты по сравне­нию с хлористыми менее агрессивны, ниже по производительно­сти и при одних и тех же условиях электролиза осадки отклады­ваются хрупкие, с большими внутренними напряжениями. Исход­ный материал сернокислых электролитов дороже хлористых. В ремонтной практике наибольшее распространение получили хлористые электролиты. Выбор того или иного электролита зави­сит от условий работы деталей и производственных возможнос­тей предприятий.

Электролит готовят растворением в воде солей хлористого же­леза и других компонентов. Если для приготовления электролита используется стружка из малоуглеродистой стали, то ее перед упот­реблением подвергают обезжириванию в 10...15%-ном растворе каустической соды при температуре 80...90°С, а затем промывают в горячей (t= 70...80°С) воде. После этого обезжиренную стружку травят до насыщения соляной кислоты.

Электролиты бывают горячие и холодные. Горячие электроли­ты (t = 60...95°С) производительнее холодных, но при работе с ними необходимы дополнительный расход энергии на поддержа­ние высокой температуры электролита, частая его корректиров­ка, дополнительная вентиляция и большая предосторожность со стороны рабочих.

Холодные электролиты (t < 50 °С) устойчивее против окисле­ния. Позволяют получать качественные покрытия с лучшими ме­ханическими свойствами. Во все холодные электролиты вводится хлористый марганец, который замедляет образование дендритов и способствует получению гладких покрытий большой толщины. Мар­ганец на электроде не осаждается и сохраняется в электролите длительное время.

При железнении применяют растворимые аноды, изготовлен­ные из малоуглеродистой стали с содержанием углерода до 0,2%. При электролизе аноды растворяются, образуя на поверхности не­растворимый шлам, состоящий из углерода, серы, фосфора и дру­гих примесей. Попадая в ванну, они загрязняют ее и ухудшают качество покрытий. Во избежание этого аноды необходимо поме­щать в диафрагмы из пористой керамики или чехлы, сшитые из кислотостойкого материала (стеклоткань, шерсть и др.).

Железнение проводят в стальных ваннах, внутренние стенки которых облицовывают кислотостойкими материалами (антегмитовая плитка АТМ-1, эмаль типа 105А, железокремниймолибденовый сплав МФ-15, кислотостойкая резина, фторопласт-3, кера­мика, фарфор).

Один из существенных недостатков процесса железнения — боль-: шое количество водорода в осадке (до 2,5 м³ на 1 мкг осадка). Он в осадке находится в различных формах и отрицательно влияет на механические свойства восстановленных деталей. С целью освобож­дения от водорода в осадке необходимо детали после железнения подвергать низкотемпературному сульфидированию с последую­щей размерно-чистовой обработкой пластическим деформи­рованием. В этом случае усталостная прочность деталей повышает­ся на 40... 45 %, а износостойкость возрастает в 1,5...2 раза.

При восстановлении крупногабаритных деталей сложной конфи­гурации (блоки цилиндров, картеры коробок передач и задних мос­тов, коленчатые валы и другие) возникают трудности, связанные с изоляцией мест, не подлежащих покрытию (площадь их поверх­ности в десятки, раз превышает покрываемую площадь), сложной конфигурацией подвесных устройств, необходимостью иметь ван­ны больших размеров, быстрым загрязнением электролитов и т. д. Для железнения таких деталей применяют вневанный способ.

Принцип вневанного железнения — это в зоне нанесения по­крытия создание местной ванны (электролитической ячейки), при сохранении традиционной технологии железнения. В этом случае непокрываемые поверхности не изолируют, уменьшается обедне­ние прикатодного слоя электролита и возможно увеличение плот­ности тока в несколько раз и, следовательно, повышение произ­водительности процесса.

С

Рис. 16.5. Схема электролитической ячейки для анодно-струйного осаждения металлов:

1 — подводной патрубок; 2 — отводной пат­рубок; 3 — кабель для подвода тока; 4 — вер­хний корпус ячейки; 5 — уплотняющая про­кладка; 6 — катод; 7 — зажим; 8 — анод; 9 — нижний корпус ячейки

пособы вневанного осаждения металлов. Струйное железнение. С помощью насоса электролит подают струями в межэлектродное пространство через отверстия насадка. Насадок одновременно слу­жит анодом и местной ванночкой. Для получения равномерного покрытия деталь вращает­ся с частотой до 20мин^-1. Железнение возможно из концентрированного хо­лодного хлористого электролита при плотнос­ти тока D_k = 40... 55 А/дм² с производительностью 0,4 мм/ч. Для упрощения технологического процес­са применительно к ре­монту шеек коленчатых ва­лов разработана электроли­тическая ячейка (рис. 16.5), которая дает возможность вести железнение и хро­мирование шеек без вра­щения детали. В эту ячейку электролит поступает под давлением через патрубок 1 и благодаря наклонному распо­ложению отверстий в цилинд­рическом аноде 8 приобрета­ет вращательное движение вокруг катода. Скорость проте­кания электролита в анодно-катодном пространстве при­нимают 100... 150 см/с при удельном его расходе 40... 45 л/мин на 1 дм² покрывае­мой поверхности.

Проточное железнение. С по­мощью приспособлений изно­шенное отверстие детали пре­вращается в закрытую мест­ную гальваническую ванночку. В ее центр устанавливают анод 5 (рис. 16.6) и через нее прокачивают насосом элект­ролит. Анод и деталь непод­вижны. При их подключении к источнику постоянного тока на поверхности отверстия осаждается железо. Электролит протекает в катодно-анодном пространстве со скоростью 15... 18 см/с. Температура электролита — 75...80°С, катодная плот­ность тока — 25... 30 А/дм². Осаждаются качественные гладкие по­крытия со скоростью 0,3 мм/ч, толщиной до 0,7 мм и твердостью 4000...4500 МПа. Износостойкость восстановленных данным спо­собом посадочных поверхностей на 25...50% выше износостой­кости новых.

Э

Рис. 16.6. Схема электролитической ячейки для проточного осаждения металлов:

1 — подводящий щтуцер; 2 — штуцер от­вода газов; 3 — токопровод; 4 — верхняя крышка; 5 — анод; 6 — гайка; 7 — картер коробки передач; 8 — нижняя крышка; 9 — сливной штуцер; 10 — крыш­ка-плита

лектронатирание. При этом способе осаждения металла де­таль не опускается в ванну, а устанавливается либо на специаль­ном столе, либо в центрах (патрон) товарного станка и присое­диняется к катоду источника постоянного тока (рис. 16.7). Ано­дом служит стержень 4, изготовленный из любого металла или графита и обернутый каким-либо адсорбирующим материалом так, чтобы образовался плотный тампон 5. Тампон в зависимости от требуемого покрытия пропитывают электролитом до полного его насыщения и посредством кабеля соединяют с анодом источ­ника тока. Анодный тампон, непрерывно смачиваемый электроли­том, из сосуда 1 накладывают на деталь 8, которая медленно вра­щается, и устанавливают требуемую плотность тока. В системе катод (деталь 8) — тампон 5 (своего рода гальваническая ванна) — анод (стержень 4) протекает электрохимическая реакция и на поверхности катода (детали) осаждается тот или другой металл, Стекающий электролит собирается в ванну 9 для повторного использования. Постоянное поступление в зону электролиза свежего электролита и перемещение анода по покрываемой поверхности препятствуют росту зародившихся кристаллов металла, снижают утренние напряжения в покрытии и уменьшают дендрито-образование.

Все это позволяет получать мелкозернистые покрытия высокого качества. Этот способ железнения целесообразно «менять для восстановления посадочных поверхностей крупных валов, осей и корпусных деталей.

Рис. 16.7. Схема процесса электронатирания:

1 — сосуд с электролитом; 2 — кран; 3 — выпрямитель; 4 — графитовый анод; 5 — тампон; 6 — пластмассовый колпачок; 7 — алюминиевый | корпус с ребрами для охлаждения; 8 — деталь; 9 — ванна для электро­лита; 10 — гнездо для клеммы; 11 — пластмассовая гайка; 12 — клемма кабеля