Тема 3.5 Відновлення деталей гальванічними покриттями

1 Електролітичні і хімічні покриття

Електролітичні і хімічні покриття застосовують для відновлення і зміцнення деталей (хромування, залізнення, нікелювання), захисту від корозії і надання деталям гарного зовнішнього вигляду (нікелювання, хромування, цинкування, кадміювання та ін.).

Технологічний процес нанесення гальванічного покриття передбачає

виконання трьох груп операцій: підготовка поверхні деталі до нанесення

покриття, нанесення покриття і завершальна обробка після покриття.

Підготовка поверхні основного металу виконується з метою надання деталі

правильної геометричної форми, видалення жирових та оксидних забруднень і

зменшення шорсткості поверхні.

Підготовка складається із таких операцій:

- механічна обробка поверхонь, які потрібно наростити;

-очищення деталей від оксидів і промивання їх органічними розчинниками;

- монтаж деталей напишеш пристрої та ізоляція місць, що не підлягають

покриттю;

- знежирювання (хімічного чи електрохімічного);

- промивання в проточній гарячій, а потім в холодній воді;

- хімічна чи електрохімічна обробка;

- промивання в проточній воді.

Попередня механічна обробка проводиться, щоб усунути сліди

спрацювання та відновити правильну геометричну форму. Найчастіше

застосовуються такі способи попередньої механічної обробки, як шліфуванню і

полірування. У процесі нанесення захисного і декоративного покриття

необхідна ретельна механічна обробка для одержання мінімальної шорсткості.

Оброблюючи деталь, потрібно заокруглювати, де це можливо, гострі кромки,

фаски, кути, що дасть можливість уникнути утворення на них наростів.__

Схему установки для електролітичного осадження металу наведено на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема установки для електролітичного осадження металу:

1 - анод; 2 - катод (деталь); 3 - ванна; 4 - електроліт

Аноди виготовляють з того металу, який наносять на деталь, рідше - із свинцю. Електролітом є розчин у дистильованій воді сполук (найчастіше солей) осаджуваного металу. Для підвищення стабільності процесу і якості покриттів в електроліт вводять різні домішки (кислоти та ін.).

Значення електрохімічних еквівалентів беруть з довідників. Для двовалентного заліза - 1,042, хрому - 0,324, нікелю - 1,095, двовалентної міді - 1,186.

Крім постійного струму при нанесенні електрохімічних покриттів застосовують змінний асиметричний струм. Його застосування поліпшує структуру покриття і дає змогу інтен-сифікувати процес за рахунок підвищення щільності струму (у 1,5...3 рази).

Хімічні покриття одержують, занурюючи деталь у розчин (без пропускання електричного струму) й витримуючи у ньому до одержання потрібної товщини покриття.

2. Технологічний процес відновлення деталей нанесенням електролітичних і хімічних покриттів

Технологічний процес відновлення деталей нанесенням електролітичних і хімічних покриттів складається з трьох стадій: підготовчих операцій, нанесення покриттів і заключних операцій.

Підготовка деталей під електролітичні покриття складається з механічної обробки, ізоляції поверхонь, які не підлягають нарощуванню, монтажу (вішання) у пристрій, знежирювання і травлення поверхонь, що покриваються. Від якості підготовки поверхні деталі до нарощування залежить міцність зчеплення покриття з основним металом.

Ізоляцію поверхонь, що не підлягають нарощуванню, виконують нанесенням дешевих, стійких до електролітів, щільних і таких, які легко можна зняти, матеріалів. Такими матеріалами можуть бути мастики на основі воску, парафіну, каніфолі, плівкові поліетиленові й перхлорвінілові пластикати, кислотостійкі емалі й ґрунтовки ФЛ-03-К, ЕП-51, ЛАКХВ-77, ХВ-16, ПХВ-101, розчин целулоїду в ацетоні, клей 88, гумовий клей та ін. При серійному виробництві застосовують спеціальні футляри, коробки, екрани багаторазового використання з кислотостійких пластмас (вініпласту, текстоліту, карболіту, ебоніту та ін.), які є частиною підвісного пристрою.

Монтаж деталей у підвісні пристрої проводять або перед знежирюванням або після нього. Пристрої повинні мати достатній переріз струмопровідних частин (допустима сила струму на 1 мм2 перерізу для заліза 0,5... 1, для міді 2,5...3, для латуні 2...2,5 А) і бути надійно закріплені до струмопровідних штанг. Деталі у підвісних пристроях бажано розміщувати вертикально. При цьому покриття одержують щільнішим (без пор).

Знежирюють деталі віденським вапном (суміш окису кальцію і магнію) з домішкою 3 % кальцинованої соди і 1,5 % їдкого натру. Цю суміш розводять водою до пастоподібного стану й наносять на деталі щіточкою. Видаляють суміш промиванням деталей у проточній воді.

Застосовують також електрохімічне знежирювання деталей. У цьому випадку деталь є катодом, а листи з м'якої сталі -анодом. Електролітом є така суміш, г/л: кальцинована сода - 20, тринатрійфосфат - 15, емульгатор ОП-7-3. Температура електроліту 75 ^оС, густина струму на катоді 5... 10 А/дм² , тривалість процесу 3...4 хв.

Травлення (декапірування) застосовують для видалення окисних плівок з поверхні деталі. Часто травлення проводять у тих же ваннах, в яких наносять гальванічні покриття, але з заміною полюсів: до деталі під'єднують позитивний полюс, а до електродів - негативний. Тривалість електрохімічного травлення 0,5...2 хв, щільність струму 20...50 А/дм2 .

У деяких випадках окисні плівки на деталях видаляють хімічним травленням у розчинах кислот, наприклад, у 5-процентному розчині соляної кислоти.

Механічна обробка (шліфування, точіння, зачищення поверхонь шкуркою та ін.) має забезпечити видалення слідів спрацювання, надати деталі правильної геометричної форми й забезпечити закруглення гострих кромок. Шорсткість поверхні після механічної обробки має бути в межах 4...6 класу.

Джерелами струму для гальванічних ванн можуть бути низьковольтні генератори постійного струму АНД-500/250, АНД-1000/500, АНД-1500/750 (у чисельнику сила струму при напрузі 6 В, у знаменнику - при напрузі 12 В), селенові випрямлячі ВСМР, кремнієві випрямлячі ВАКГ та ін. При застосуванні змінного струму джерелами струму є зварювальні трансформатори.

Хромування забезпечує високу поверхневу твердість, стійкість проти спрацювання, корозійну стійкість і гарний зовнішній вигляд відновлених деталей. Недоліком процесу є низька продуктивність (через низький ККД), а значить і висока вартість процесу.

Електролітом для процесу хромування є розчин хромового ангідриду (CrO3) з домішками сірчаної і фтористої кислот або їх солей у дистильованій воді. Найбільш поширені електроліти, які складаються з хромового ангідриду CrO3 і сірчаної кислоти Н2SO4.

Розбавлений електроліт забезпечує одержання покриття з найвищою твердістю і стійкістю проти спрацювання, але швидко виснажується. Концентрований електроліт дає більш м'які осади і застосовується для захисно-декоративного хромування. Універсальний електроліт займає проміжне положення між розведеним і концентрованим і застосовується для одержання стійких проти спрацювання покриттів з добрими захисно-декоративними властивостями.

Дещо спрощує процес хромування застосування холодного тетрахроматного електроліту, який містить, г/л: хромового ангідриду 350...400, їдкого натру - 60, сірчаної кислоти - 2...2,5, цукру - 1. Режим хромування: густина струму 30... 100 А/дм², температура електроліту 17...24 оС. Вихід за струмом 30...35 %.

Пористе хромування застосовують з метою підвищення стійкості відновлених деталей проти спрацювання, які працюють в умовах недостатнього змащення. При пористому хромуванні спочатку наносять електролітичний шар хрому, а потім анодним травленням (дехромуванням) створюють на поверхні деталі канавчасту й точкову пористість. При анодному травленні перемикають полюси, тобто до деталі під'єднують плюс, а до свинцевих пластин - мінус. При цьому ділянки мікротріщин хромового покриття розчиняються швидше, ніж рівні.

Осталювання (залізнення) у порівнянні з хромуванням продуктивніше й дає змогу одержувати покриття товщиною до 1,5...2,5 мм. Висока продуктивність осталювання пояснюється, по-перше, тим, що швидкість електролітичного осадження заліза (1,042 г/Атод) майже у 3 рази більша, ніж хрому (0,324 г/Атод). По-друге, вихід заліза за струмом (80...95 %) також приблизно у 3 рази вищий, ніж хрому. Швидкість осадження заліза 0,2...0,6 і доходить до 1...1,2 мм/год. Твердість покриттів НВ 135....700.

Осталювання проводять у гарячих і холодних електролітах. Аноди виготовляють із сталі 10 або 20. Гарячі електроліти більш продуктивні, але незручні в експлуатації (додаткові витрати на нагрівання, погіршення умов праці та ін.).

Хлористі електроліти готують із сталевої стружки у гальванічних цехах. Стружку із сталі 10 або 20 (беруть у механічному цеху) знежирюють у 10-процентному розчині каустичної соди і промивають у проточній воді. Потім стружку занурюють у водний розчин соляної кислоти, додають при потребі хлористий натр. Електроліту дають відстоятись протягом 12... 18 год, потім фільтрують, перевіряють і коригують кислотність.

Як холодний електроліт (з температурою 18...20 °С) застосовують суміш (г/л): хлористе залізо РеС1₂-4Н₂О - 200, йодистий калій Ю - 20...30, сірчана кислота H2SO4 - 1, соляна кислота HCl - 0,5. Холодне осталювання проводять на асиметричному змінному струмі. Якість покриттів залежить від коефіцієнта асиметрії струму (відношення амплітуд катодного і анодного струмів). Рекомендується такий режим холодного осталювання: у перші 3 хв. густина струму 5 А/дм² і коефіцієнт асиметрії 1,5...2, доведення протягом 5 хв. густини струму до 30...50 А/дм², коефіцієнта асиметрії до 10 і робота на цьому режимі до одержання заданої товщини осаду.

Нікелювання застосовують для захисту деталей від корозії з декоративною метою, а також для підвищення стійкості деталей проти спрацювання (поршневі кільця, поршні гідравлічних машин та ін.).

Нікелювання може бути електролітичним і хімічним. При електролітичному нікелюванні застосовують електроліт такого складу, г/л: сірчанокислий нікель - 420, сірчанокислий натрій -160, хлористий нікель - 25, борна кислота - 45, фтористий натрій - 2,5, рН = 3,5...5. Режим електролізу: t = 55...60 оС, D_к = 8... 12 А/дм2 . Для нікелювання аноди виготовляють з нікелю марки Н-1.

Хімічне нікелювання проводять без застосування електричного струму. Воно ґрунтується на відновленні іонів нікелю до металу за допомогою гіпофосфіту. При хімічному нікелю-ванні застосовують розчин такого складу, г/л: сірчанокислий (хлористий) нікель, гіпофосфіт натрію 15...25, янтарно-кислий натрій 10...12, рН = 4,5....5,5. Робоча температура розчину 90...92 оС.

Міднення застосовують для захисту окремих ділянок деталей від насичення вуглецем при цементації, а також як підшар при антикорозійному хромуванні і нікелюванні. Товщина покриттів 10...30 мкм.

Електроліти для міднення бувають кислі й ціаністі. Останні забезпечують високу якість покриття, але отруйні, що ускладнює їх застосування.

Як кислий електроліт застосовують суміш такого складу, г/л: борфтористоводнева мідь Cu(BF₄)2 - 230...240, борфтористоводнева кислота НВF₄ - 10... 15, борна кислота Н₃ВО - 12... 16. Режим електролізу: t = 20...60 °С, D_к=20...60 А/дм². У ремонтному виробництві застосовують електроліт такого складу, г/л: сірчанокисла мідь 95... 125, етилендіамін 40...60, сірчанокислий натрій 45...60, сульфат амонію 45...60, рН=6...7,8. Режим електролізу: t=18...25 °С, D_к=1,5...2 А/дм2 . При мідненні аноди виготовляють з міді марки М-1.

Показані процеси електролітичного нарощування застосовують у ремонтному виробництві для відновлення спрацьованих поверхонь великогабаритних деталей (посадочних місць корпусних деталей, шийок колінчастих валів та ін.). До позаванних процесів електролітичного нарощування відносяться: натирання покриття у проточному електроліті, місцеве нарощування.

Електролітичне натирання показано на рис. 1.2. Деталь-катод 7 встановлюють на токарний верстат і надають її обертання. Анодом є вугільний стрижень, покритий абсорбуючим матеріалом (губка у сукняному чохлі, вата, скляна вата тощо). Електроліт у невеликій кількості надходить із місткості 1 через кран 2 на тампон 4 і далі у ванну 8. Постійне надходження свіжого електроліту й переміщення анода відносно деталі дає змогу застосувати високу густину струму, що підвищує продуктивність процесу.

Рис. 1.2. Схема установки для електролітичного осадження металу:

1 - анод; 2 - катод (деталь); 3 - ванна; 4 - електроліт

Е лектролітичне покриття у проточному електроліті (струминне покриття) показано на рис. 1.3. Електроліт з основної ванни 4 насосом подається через анодний насадок на шийку вала 6, який обертається (шийка частково занурена в електроліт, налитий у місцеву ванночку 3), і знову потрапляє в основну ванну 4.

Рис. 1.3. Схема установки для електролітичного покриття шийок вала:

1 - насос; 2 - анод (насадок); 3 - ванночка; 4 - основна ванна; 5 - підігрівач

електроліту; 6 - вал

Місцеве (позаванне) електролітичне нарощування полягає у тому, що на деталі у потрібному місці за допомогою пристрою створюють місцеву ванночку і проводять нарощування відновлюваної поверхні (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема місцевого електролітичного нарощування поверхні

отвору в корпусній деталі:

1 - корпусна деталь; 2 - електроліт; 3 - анод; 4 - кільце; 5 - гумова прокладка; 6 - стакан; 7 - диск; 8 - висувна розпірка з гайкою; 9 - підставка; 10 -

випрямляч

Заключні операції включають миття деталей, термічну і кінцеву механічну обробку. Миють деталі у гарячій воді (80...90°С). Термічну обробку проводять для поліпшення механічних властивостей покриттів. Вона полягає у нагріванні у масляній ванні хромованих деталей до температури 150...200 °С, а залізнених - до 200...300 °С і витримці протягом 1...1,5 год. Як остаточну механічну обробку застосовують шліфування, точіння, хонінгування тощо, залежно від характеру деталей, величини припуску, вимог до якості обробленої поверхні.

Контрольні питання

1. Призначення гальванічного покриття

2. Способи і методи нанесення покритів

3. Недоліки технології нанесення гальванічних покритів