Осталивание
§ 44. Осталивание
Железо, осажденное на катоде электролитическим путем, представляет собой металл серебристо-белого цвета с мелкокристаллической структурой. По своему составу электролитическое железо приближается к малоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,0З—0,06%. При определенных составе электролита и режимах электролиза могут быть получены электролитические осадки железа, по своим физико-механическим свойствам не уступающие закаленной стали. Поэтому процесс электролитического покрытия сталей железом называют осталиванием. Осталиванием можно получить стальное покрытие микротвердостью 550—650 кГ/кв.мм НВ 50—56) без последующей термической обработки. В случае необходимости получения покрытия с более высокой твердостью его можно подвергнуть цементации с последующей закалкой и отпуском или хромированию.
Стальное гальваническое покрытие характеризуется высокой износостойкостью. Как показали исследования это объясняется только высокой твердостью покрытия, но и особенностью его структуры (мелкоигольчатая). Кроме того, большое влияние на увеличение износостойкости покрытия оказывают окисные пленки, образующиеся на поверхности покрытия в процессе трения и действующие подобно смазке. Прочность сцепления покрытия с основным металлом достаточно высокая, в результате чего обеспечивается надежная работа восстановленной детали при значительных динамических нагрузках.
Оборудование для осталивания применяют такое же, как и для хромирования. Вместе с тем установки для осталивания имеют свои особенности и дополнительные устройства, отличающие их от ванн хромирования.
Восстановление деталей осталиванием производят в горячих хлористых электролитах, состоящих из водного раствора хлористого железа, хлористого марганца, хлористого натрия (поваренной соли) и соляной кислоты. Эти электролиты обладают высокой агрессивностью по отношению к большинству металлов и их сплавов, для защиты металлической ванны от агрессивного действия электролита ее футеруют кислотостойкими материалами — углеграфитовыми или кислотостойкими силикатными (керамика, диабаз, стекло) плитками на кислотостойкой замазке. На некоторых предприятиях применяют ванны, эмалированные изнутри кислотостойкой эмалью, а также ванны, изготовленные из фаолита представляющего собой феноло-формальдегидную пластмассу. Листовой фаолит может быть использован для футеровки стальных ванн. Фаолит характеризуется плохой теплопроводностью. Поэтому в ваннах, изготовленных из него или футерованных им, устройства для нагрева устанавливают внутри ванны, непосредственно в среде электролита.
При осталивании используют растворимые аноды из малоуглеродистой стали. Растворение анодов в процессе электролиза вызывает загрязнение электролита анодным шламом (нерастворимые частицы), который в виде включений попадает в гальваническое покрытие, ухудшая его качество. Поэтому установка для осталивания должна иметь устройство для фильтрации электролита. Применяют периодическую или непрерывную фильтрацию.
Устройство для периодической фильтрации (отстаиванием) состоит из отстойного бака, установленного над ванной, и насоса, с помощью которого загрязненный электролит из ванны осталивания перекачивается в бак. В баке электролит отстаивается в течение 12—18 ч и затем самотеком сливается в ванну, пройдя предварительно через матерчатый фильтр, в котором задерживаются отдельные частицы примесей, попавшие в струю электролита.
Устройство для непрерывной фильтрации состоит из центробежного насоса и фильтрпресса, включенных последовательно. Часть электролита непрерывно откачивается из ванны и, пройдя фильтр- пресс (очистившись от загрязнений), опять поступает в ванну. Таким образом обеспечивается 3…4-кратный обмен всего электролита в ванне в течение смены. Насосы для перекачки электролита изготовляются из фаолита и других кислотостойких материалов.
Высокая температура электролита в процессе осталивания 60-80С способствует его испарению. В результате испарения уменьшается количество воды и свободной соляной кислоты. Кроме того, часть соляной кислоты участвует в химических реакциях при электролизе. Все это вызывает изменение концентрации состава электролита и, как следствие, свойств покрытия. Поэтому установки для осталивания должны иметь устройства для пополнения электролита водой (взамен испаряющейся) и соляной кислотой. Большое значёние при осталивании имеет поддержание постоянной температуры электролита. Нельзя допускать резкого колебания температуры верхних и нижних слоев электролита. Поэтому в процессе осталивания рекомендуется перемешивать электролит и поддерживать заданную температуру с точностью 1С. Промышленность выпускает автоматические устройства для поддержания постоянной заданной температуры электролита, которые рекомендуется использовать в процессе работы гальваничёских участков ремонтных заводов.
Рекомендуемые материалы
Технологический процесс осталивания имеет много общего с технологическим процессом хромирования. Он также состоит из трех стадий: подготовки деталей к нанёсению покрытия, нанесений покрытия и обработки деталей после нанесения покрытия.
Механическая обработка поверхности детали. Основное назначение этой операции — получение однородной структуры, в отличие от хромирования, где она выполняется с целью получения правильной геометрической формы поверхности детали. Это связано с тем, что в эксплуатации на отдельных участках поверхности детали образуется наклеп, который может привести к неравномерному травлению при декапировании и отслаиванию покрытия на отдельных участках поверхности детали.
Изоляция мест деталей и приспособления, не подлежащих покрытию. Эта операция необходима для того, чтобы уменьшить потери электрического тока на излишнее выделение металла на местах, не подлежащих покрытию, и таким образом повысить производительность ванны осталивания. Кроме того, изоляция защищает внутренние поверхности деталей и подвесных приспособлений, на которых плотность тока равна нулю, от агрессивного действия электролита. Без изоляции они будут растворяться в горячем кислом электролите. В качестве изоляционного материала используют цапонлак, эмалит, клей БФ-2, бакелитовый лак, листовой целлулоид (смытую кинофотопленку), резину, хлорвиниловые пластикаты и эмали. В ряде случаев отдельные поверхности деталей изолируют с помощью съемных футляров (колпаков), изготовляемых из пластмасс (текстолита, винипласта, карболита и т.п.). Такие футляры используют многократно.
Декапирование (электрохимическое) производят в ванне с электролитом.
Нанесение покрытия. Пассивная пленка, образовавшаяся на поверхности детали в результате декапирования, непосредственно перед осталиванием должна быть разрушена для прочного сцепления осаждённого металла с деталью, с этой целью детали погружают в ванну осталивания и выдерживают в ней без тока в тёчение 10—50 сек. Затем включают ток плотностью Да 5А/кв.дм и в течение 5…10 мин доводят его плотность до заданного значения.
При выборе режимов работы ванны следует учитывать конфигурацию восстанавливаемых деталей, условия их работы и требуемую толщину покрытия. Для деталей сложной конфигурации в связи со склонностью хлористых электролитов к образованию наростов на острых гранях и выступающих частях, плотность тока следует снижать. Более низкую плотность тока нужно назначать также в тех случаях, когда необходимо получить более толстые покр. с гладкой поверхностью.
Время выдержки деталей в ванне осталивания зависит от требуемой толщины слоя покрытия. Скорость осаждения металла на детали 0,25—0,3 мм/ч. Гладкие покрытия при твердом осталивании получаются толщиной до 1,0—1,2 мм. В случае необходимости получения покрытий большей толщины процесс осталивания следует производить в несколько приемов. При этом пёрёд каждым новым осаждением металла необходимо выполнить все операции подготовки деталей к осталиванию.
Пористое осталивание. Гладкое твердое покрытие имеет множество микроскопических трещин. Это дает возможность получить путем анодной обработки (как и при хромировании) пористую поверхность, которая при работе сопряженных деталей в условиях недостаточной смазки обеспечит создание устойчивого смазочного слоя. Глубина пор (каналов) достигает величины 0,07— 0,1 мм. Густота сетки каналов зависит от концентрации электролита и режима работы ванны осталивания.
Термическая обработка состоит из нагрева детали в масляной ванне (или в сушильном шкафу) до температуры 100—150°С. Целью ее является увеличение коррозионной стойкости покрытия и снижение его водородной хрупкости.
Достоинства: 1) Высокая твердость (650 кГ/мм и износостойкость покрытия (равная износостойкости закаленной стали марки 45) позволяет использовать этот способ для восстановления деталей :широкой номенклатуры.
2) Высокая прочность сцепления твердого покрытия с основным металлом обеспечивает надежную работу деталей в тяжелых условиях эксплуатации. -
3) Невысокая температура электролита (до 100° С) при осаждении Металла не оказывает термического влияния на восстанавливаемую деталь (не нарушает структуру металла и термическую обработку).
4) Получение осадков толщиной 1,0—1,2 мм и более (при повторении процесса) дает возможность восстанавливать детали с боль 1вим износом.
5) Более высокая рассеивающая способность электролитов хлористого железа по сравнению с электролитами, используемыми при хромировании.
6) Высокий выход по току (85—95%)
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Аннотация.
7) Высокая производительность процесса (значительно выше, чем процесса хромирования). -
8) Недефицитность материалов, используемых для приготовления электролита.
9) Стоимость процесса осталивания ниже стоимости процесса хромирования.
10) Возможность автоматизации процесса, как и при хромировании.
К недостаткам осталивания следует отнести некоторую сложность подготовки деталей к нанесению покрытия и необходимость частой фильтрации и систематического корректирования электролита.
В заключение необходимо отметить, что применение на ремонтных заводах твердого осталивания технически возможно и экономически целесообразно.
