Восстановление деталей электролитическим покрытием

 Детали, поступающие в ремонт с износом, измеряемым десятыми долями миллиметра, целесообразно восстанавливать электролитическим способом. Особенно эффективно применять этот способ для термически обработанных деталей.

Электролитическое покрытие наносят следующим образом. В ванну с электролитом опускают ремонтируемую деталь, к которой присоединен отрицательный полюс источника постоянного тока. Таким образом, деталь будет катодом. Опускаемый одновременно в ванну анод может быть из металла, которым покрывают восстанавливаемую деталь, либо из свинца. В качестве электролитов применяют растворы солей металлов, подлежащих осаждению. После включения электрического тока ионы металла и водорода, обладающие положительным зарядом, осаждаются на восстанавливаемой детали и, отдавая свой заряд, превращаются в нейтральные атомы. На аноде оседают ионы гидроксила или кислотного остатка.

Нанесение электролитических покрытий осуществляют в передвижных и стационарных ваннах. Передвижные, закрепляемые на детали ванны, применяют для покрытия шеек крупных валов и осей. Иногда сама деталь (например, полый цилиндр) может служить ванной для покрытия внутренних поверхностей.

Стационарные ванны изготовляют из листового железа толщиной 4—5 мм с двойными стенками для обогрева горячей водой или маслом. Внутри ванну выкладывают плитками из нерастворяющихся в электролите материалов. Глубину их рассчитывают так, чтобы детали находились на 80—100 мм выше дна и на 40—50 мм ниже верхнего уровня электролита.

Аноды выполняют чаще всего в форме пластин, а при покрытии фасонных деталей форма их близка к восстанавливаемой поверхности.

При ремонтах деталей применяют хромирование и осталивание, реже — никелирование и меднение.

Хромирование. Технологический процесс восстановления деталей хромированием заключается в следующем. Сначала устраняют шлифовкой искажения геометрической формы детали и полируют наждачным полотном 00 или 000 и промывают в бензине. Затем отверстия и участки детали, не подлежащие хромированию, закрывают пластиком, целлулоидом, винипластом или оргстеклом и деталь подвергают электролитическому обезжириванию в растворе 100 г едкого натра и 2—3 г жидкого стекла в 1 л воды. Анодом служит железная пластина, а котодом — сами детали. Процесс обезжиривания длится 5—6 мин при плотности тока 5—7 А/дм2, напряжении 5—6 В и температуре 65—70°С. После этого детали промывают в горячей воде, затем для удаления тонкой пленки окислов промывают в течение 3—5 мин в 10%-ном растворе серной кислоты и снова в горячей воде.

Заключительной операцией по подготовке к хромированию является декапирование. Для этого деталь подвешивают в качестве анода в хромовой ванне и выдерживают 30—60 с при плотности тока 20—30 А/дм2. При этом с поверхности детали удаляются следы окислов, обнажается кристаллическая структура основного металла и создается микроскопическая шероховатость. После декапирования детали снова промывают в проточной воде. Иногда для лучшего приставания хрома детали после декапирования протирают кашицей из извести. 

Составы и назначения электролитов для хромирования приведены в табл. 13. 

В процессе хромирования следят за концентрацией и температурой электролита. Концентрацию проверяют путем контроля его удельного веса ареометром. Отклонение допускается в пределах ±10%, При понижении концентрации в электролит добавляют раствор хромового ангидрида.

Колебания температуры электролита допускаются в пределах ±1,0÷1,5°С от установленной технологическим режимом. При больших плотностях тока (больших 1 А на 1 л электролита) необходимо обеспечивать достаточное охлаждение: в передвижных ваннах — проточной водой через рубашку, в случае ванны-детали — поливкой детали из шланга.

Источником тока при хромировании служат выпрямители или специальные низковольтные генераторы постоянного тока силой от 500 до 5000 А и напряжением 6—12 В.

Продолжительность процесса хромирования зависит от необходимой толщины слоя хрома.

Обычно скорость осаждения составляет 0,015—0,03 мм/ч. После окончания процесса хромирования детали промывают водой и сушат.

Различают гладкое и пористое хромирование. Пористое хромирование отличается от гладкого наличием в нанесенном слое пор и каналов, которые хорошо удерживают масляную пленку.

Для получения слоя пористого хрома деталь, покрытую слоем гладкого хрома, анодируют, т. е. в качестве анода помещают в ванну с электролитом при температуре 50—60°С. Плотность тока 35—60 А/дм2. При этом в слое хрома развивается сетка точек и каналов и происходит некоторое уменьшение его толщины. Чем дольше длится анодирование, тем глубже и шире становятся каналы. После анодирования детали шлифуют.

Во время хромирования выделяются газы (водород на аноде, кислород на катоде), уносящие с собой электролит в виде тумана, очень вредного для здоровья человека. Поэтому в гальванических цехах устраивают вентиляцию, отсасывающую газы непосредственно с поверхности ванны. В передвижных ваннах поверхность электролита покрывают слоем очищенного керосина толщиной 15—20 мм.

Осталивание. Сущность осталивания заключается в электролитическом нанесении на рабочие поверхности деталей железного покрытия. Преимуществами процесса осталивания перед хромированием можно считать его экономичность (стоимость его в 2—3 раза ниже хромирования), возможность получения покрытий большой толщины (до 3 мм) и различной твердости, недефицитность компонентов электролита. Однако такое покрытие не обладает антикоррозионными свойствами. 

Операции по подготовке деталей к осталиванию такие же, как и при хромировании, но механическая обработка ограничивается обработкой резцом или шлифовкой. На прочность сцепления кроме шероховатости влияют также химический состав и термическая обработка основного металла.

Электролитическое осталивание производят в ваннах с электролитом, состоящим из 200—350 г/л двухлористого железа, 100—150 г/л хлористого натрия и 1,5—2,5 г/л соляной кислоты.

Плотность тока 10—15 А/дм2, температура электролита 75—90°С.

В зависимости от состава электролита и режимов осталивания покрытия получаются мягкие (твердостью до НВ 200) и твердые — НВ 250—600. Мягкими покрытиями наращивают детали с высокой поверхностной твердостью и наружные поверхности бронзовых втулок при ослаблении посадок в отверстиях. Их можно использовать для повышения прочности сцепления баббита с чугунными вкладышами, изготовления биметаллических электродов и т. д.

Твердые покрытия применяют для наращивания до номинальных размеров изношенных валов, подшипников и других стальных и чугунных деталей.

Для устранения хрупкости, повышения твердости и прочности покрытия детали после осталивания рекомендуется подвергать низкому отпуску при температуре 300—350°С с выдержкой в течение 30 мин и охлаждением на воздухе.

При анодировании осталенных деталей на поверхности покрытия образуются поры, подобные порам электролитического хрома. Смачиваемость маслами такого слоя в 5 раз больше смачиваемости хрома и в 12 раз больше смачиваемости чугуна. Нарощенный слой обладает высокими антифрикционными свойствами и устойчивостью против схватывания.

Никелирование. Никелевые покрытия имеют некоторые отличия от хромовых: меньшую твердость, большую вязкость, сравнительно легко обрабатываются и допускают наращивание слоя до 2 мм. Коэффициенты линейного расширения никеля и стали близки между собой, в то время как у хрома они в несколько раз выше. При никелировании требуются источники постоянного тока в 3—4 раза меньшей мощности, чем при хромировании.

Электролиты применяют различных составов. Например, для получения твердых блестящих покрытий используют раствор 140 г/л сернокислого никеля и 300 г/л щавелекислого аммония.

Скорость осаждения никеля в таком электролите 50—60 мкм/ч, а получаемые осадки имеют микротвердость НВ 550—650.

Для никелирования применяют аноды из технического никеля, содержащие до 10% железа, или из чистого никеля. Для улучшения растворимости чистого никеля в электролит добавляют хлористый никель, хлористые соли щелочных металлом или фториды.

Принципиально процесс никелирования не отличается от процессов хромирования и осталивания. Никелевое покрытие наносят непосредственно на металл детали и на подслой, и качестве которого используют главным образом медь, нанесенную электролитическим способом.

Для повышения твердости и улучшения сцепляемости с основным металлом покрытие детали в течение часа подвергают термической обработке в муфельных печах при температуре 300—500°С. Это на 200—300 единиц увеличивает микро твердость покрытия и повышает коррозионную стойкость деталей.

Твердое никелирование применяют при восстановлении коленчатых валов, поршневых пальцев, гильз цилиндров, поршней гидравлических машин, направляющих втулок и т. п., а также при ремонте неподвижных, посадок. На такие детали можно осаждать слой никеля толщиной 0,75—1,25 мм.

Меднение применяют для улучшения притирки трущихся деталей, изоляции не подлежащих цементации поверхностей или нанесения подслоя на детали перед покрытием другими металлами. Процесс меднения состоит из операций аналогичных хромированию, осталиванию и никелированию. Его ведут с анодами из чистой меди в кислом, цианистом или пирофосфорном электролитах. Кислым электролитом является водный раствор сернокислой меди и серной кислоты, цианистым — преимущественно цианистая медь. Пирофосфорные электролиты состоят из пирофосфата натрия, фосфорно-кислого натрия и сернокислой меди. Меднение производят при температуре электролита 20—55°С.

Борирование заключается в образовании на поверхности стальных деталей боридов железа, а при наличии углерода — карбидов бора электролитическим способом. Электролитами служат различные растворы борной кислоты. В качестве анода применяют графитовый стержень, катодом служит борируемая деталь. Плотность тока при борировании 0,20—0,25 А/дм2. На физико-механические и эксплуатационные свойства поверхностного слоя оказывают влияние температура электролита, время выдержки и химический состав материала детали.

На низколегированных сталях при температуре до 950ºС получают борированный слой толщиной около 0,3 мм. При дальнейшем повышении температуры толщина слоя увеличивается мало, но значительно возрастает его хрупкость. Наибольшую твердость имеет борированная поверхность деталей из стали марок 55С2А и 30ХГСА, несколько меньшую — из стали марок 12ХН2А и 12ХН3А, еще меньшую — из стали марок 40Х и 35.

В результате борирования повышается износостойкость поверхностей деталей в 3—4 раза по сравнению с закаленными токами высокой частоты. Поэтому этим способом упрочняют детали машин, работающие в абразивной среде и при ударных нагрузках.