Пантелеенко Ф.И. и др. - Восстановление деталей машин (1038481), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Химическая составляющая поляризации Л«р„„возникает за счет замедления отдельных этапов катодной реакции. Скорость злектрохимической реакции определяется стадией, протекающей с наименьшей скоростью. Любое торможение одной стадии повышает поляризацию катода, и Глава 3. РЕМОНТНЫЕ ЗАГОТОВКИ его потенциал сдвигается в отрицательную сторону. Обычно это связано с переходом ионов через двойной электрический слой и освобождением ионов от сольватной оболочки или от комплексообразующих. Эта составляющая определяется по формуле Тафеля: Л~Рхм = а+Ив Ок ° где а и Ь вЂ” константы, характеризующие условия электролиза.
Адсорбция ионов на катоде с последующим вступлением в кристаллическую решетку может быть причиной кристаллизационной поляризации„которая обратно пропорциональна току обмена. Взаимосвязь между кристаллизационной поляризацией, током обмена и величиной зерна хорошо прослеживается при осаждении металлов из растворов простых солей, так как в этом случае другие виды поляризации незначительны.
Все металлы в зависимости от величины кристаллизационной поляризации могут быть разбиты на три группы: !) серебро, кадмий, олово и др.; 2) висмут, медь и цинк; 3) кобальт, железо, никель. Металлы первой группы, имеющие сравнительно большой ток об- -2 -1 2 мена (! О ...!О А/см ) осаждаются с очень малой поляризацией — порядка нескольких милливольт. При плотности тока, применяемой в гальванотехнике„образуются крупнокристаллические покрытия с зернами размером в десятки микрометров. Висмут, медь и цинк имеют более удовлетворительные осадки, Величина зерна у них !О '...!О ' мм.
Ток обмена намного меньше: !О'... !О ~ А/см2, а поляризация равна !О ' В. Кобальт, железо, никель осаждаются в виде мелких кристаллов величиной !О~...!О мм. Токи обмена у них очень малы: !О ...!О А/см'. Поляризация достигает О, ! В. Перемешивание электролита, повышение температуры и концентрации осаждаемого вещества и другие факторы, облегчающие подачу ионов к катоду, снижают поляризацию. Электролитические осадки по свойствам и строению отличаются от металла, полученного в обычном металлургическом процессе.
Изменение свойств металла- обусловлено особенностью катодного процесса его получения. Структура покрытия зависит от катодной поляризации. Чем выше эта поляризация, тем мельче зерно. Поэтому все факторы, увеличивающие поляризацию, благоприятно сказываются на структуре покрытия. ":ц1ЕКТРОЛИЗ В ПРОЦЕССАХ СОЗДАНИЯ РЕМОНТНЫХ ЗАГОТОВОК 423 Образование и рост кристаллов подчиняются общим закономерно1ям образования твердой фазы расплава или раствора. Электрокристализация проходит две фазы: возникновение центров кристаллизации и ост этих центров. Каждая из этих фаз характеризуется определенной коростью, зависящей от технологических факторов процесса. В том слуае, когда скорость образования новых центров кристаллизации превышает скорость роста уже появившихся кристаллов, образуется большее исло мелких кристаллов (осадок приобретает мелкокристаллическую груктуру).
При обратном соотношении скоростей возникают более рупные кристаллы. Структура осажденных металлов — один из признаов, определяющих качество покрытий. Покрытия, имеющие мелкокригаллическую структуру, наиболее работоспособны. Чем больше катодная поляризация, тем чаще возникают новые ценры кристаллизации, а покрытие приобретает мелкокристаллическую груктуру. Катодный ток непрерывно блуждает по элементарным площадкам катода вслед за появлением новых кристаллов. Вокруг растущего ристалла раствор обедняется ионами металла, вследствие чего линии эка перераспределяются и металл начинает осаждаться на тех участках катода, где массовая доля ионов выше.
К повышению катодной поляризации приводят: — уменьшение массовой доли ионов осаждаемого металла; — добавление в электролит кислот и солей, переносящих заряды, но осаждении не участвующих; — добавка в электролит органических веществ (гуммиарабика, декгрина, желатина, фенола, глицерина и др.), образующих коллоидные или олекулярные растворы, которые блокируют поверхность растущих кригаллов; — рост плотности тока; — уменьшение площади электродов и температуры электролита. Пегмешивание электролита снижает катодную поляризацию, в этом случае ззможно повышение плотности тока при понижении температуры расюра. Плотность дислокаций в гальваническом покрытии 10"...10" см '.
Повышение равномерности покрытий обеспечивается применением <ранирующих устройств. Использование устройств снижает затраты еталла на дендритообразование в 3...5 раз, а длительность электролиза и ~сход электроэнергии уменьшаются при этом в 1,5...2,0 раза. Затраты на внедрение мероприятий < 1 % себестоимости восстановления детали. Глава 3. РЕМОНТНЫЕ ЗАГОТОВКИ ЗЛ15. Жедезнение Процесс применяют при восстановлении наружных и внутренних поверхностей деталей, изношенных на 0,2...0,3 мм и требующих высокой поверхностной твердости. Восстанавливают трущиеся шейки и шейки под неподвижные посадки, поверхности отверстий под втулки и обоймы подшипников в стаканах и корпусных деталях и другие элементы. Для железнения, например„применяют комплект оборудования ОГ-)0591 ГОС НИТИ.
В качестве электролита при железнении (табл. 3.77) наиболее распространен раствор хлористого железа (300...500 г/л) и соляной кислоты (2...3 г/л) в воде. Присутствие свободной НС1 предупреждает образование гидрооксидов, которые загрязняют электролит и снижают качество покрытия. Раствор хлористого железа готовят травлением стальной стружки в соляной кислоте в результате реакции 2НС1+ Ге+ 4Н2О = геС),. 4Н~О+ Н2. Для поддержания необходимой массовой доли ионов железа применяют растворимые аноды из армко-железа, площадь которых меньше площади катодов примерно в 2 раза. Аноды при работе помещают в мешки из стеклоткани для уменьшения загрязнения электролита.
Горячие электролиты (температура > 50 'С) требуют большого расхода энергии„частой корректировки концентрации электролита и эффективного удаления паров с помощью вентиляции. Однако они получили большое распространение как более производительные по сравнению с холодными электролитами. 3.77. Состав распространенных электролитов н режимы железнення ЭЛЕКТРОЛИЗ В ПРОЦЕССАХ СОЗДАНИЯ РЕМОНТНЫХ ЗАГОТОВОК 425 Сернокислые электролиты по сравнению с хлористыми подвержены окислению и менее агрессивны по отношению к материалу заготовки. Хлористые электролиты отличаются повышенным содержанием железа и большей активностью ионов, что позволяет значительно повысить допусгимую плотность тока (до 60 А/дм ).
Доведение температуры электроли- 2 та до 90...95'С дает возможность получать пластичные покрытия с меньшими внутренними напряжениями. Во время электролиза на электродах протекают следующие процессы: восстановление на катоде — разряд ионов железа Ре '+ 2е = Ге, выде- 2+ ление водорода 2Н' + 2е = Н2, восстановление трехвалентного железа Ре' + е = Ге'; окисление на аноде — растворение железа Ре — 2е = Ге ', окисление двухвалентного железа Ре — е = Ре, выделение кислорода. Катодная плотность тока при железнении 5...15 А/дм'. Выход по току 85...95 О/О, Электролитическое железо по составу приближаются к малоуглеродистой стали с 0,03...0,06 ''о С, однако его кристаллическая решетка напряжена, а по своим физико-механическим свойствам осадки близки к закаленной стали.
Сплавы железа с никелем, хромом, марганцем и другими металлами обладают повышенной износо- и коррозионной стойкостью покрытий. Для получения сплава Ре — М, например, используют электролит состава (г/л): 'Я~С!2 6Н20 (120...200), ГеС12 4Н2О (100), Н;ВОЗ (30). Кислотность электролита рН = 2,5...3,0. Режим работы: температура электролита 70...80'С„катодная плотность тока 20...30 А/дм . Выход по току 80... 90 0/0. Максимальную твердость (7000 М Па) имеют сплавы, содержащие в осадке 35...45 00 1-"е. Легирование железа марганцем и фосфором значительно улучшает износостойкость осадка. С увеличением марганца в покрытии износостойкость и твердость последнего растут.
Применяют электролит состава (г/л): хлористое железо (400...500), хлористый марганец (30...80), гипофосфит натрия (10...20). Режим процесса: темпера. гура электролита 40... 60 'С, катодная плотность тока 40...50 А/дм'. Покрытия при этих условиях содержат до 4 "0 Р и 2 ',0 Мп. Их отпуск при температуре 250... 350'С и выдержка в течение 1 ч способствуют образованию фосфидов железа в виде субмикроскопических выделений. Твердость осадков при этом увеличивается с 7500 до 9000 МПа, а их износостойкость в 2 раза превышает износостойкость закаленной стали 45.
Глава 3. РЕМОНТНЫЕ ЗАГОТОВКИ И! ЕК ! РОЛИЗ В ПРОЦЕССАХ СОЗДАНИЯ РЕМОН'П !ЫХ ЗАГОТОВОК 427 3.11.6. Хромирование 3.78. Состав электролитов и режимы хромироваиия Компоненты и параметры режима Номер электролита Хромовый ангид рид, г/л 120...150 220...250 300...350 380...420 Серная кислота, г/л 3...3,5 1,2... 1,5 Сернокислый стронций, г/л Кремнефтористый калий, г/л 18...20 Не применяются Углекислый кальций„г/л 40...60 Сернокислый кобальт, г/л 18...20 Температура электролита, 'С 50...65 40...50 18...25 Плотность тока, А/дм 30...100 20...60 40...
100 100...300 Выход по току, % 15...18 12...14 18...20 35...40 Процесс применяют для восстановления наружных и внутренних поверхностей деталей с износами до 0,2 мм и с высокими требованиями к износостойкости. При хромировании применяют универсальный электролит состава (табл. 3.78): хромовый ангидрид СгОз ~200...250 г/л), серная кислота ~2...
2,5 г/л) с выходом по току 12...14 %. Удовлетворительные хромовые покрытия получаются лишь в присутствии ионов 80~ или ЯГ6 в строго определенном соотношении и с применением нерастворимых свинцовосурьмянистых анодов, в которых содержание сурьмы достигает 6 %. Постоянная массовая доля ионов 804 поддерживается за счет присутствия в растворе труднорастворимого сульфата стронция Яг804. Такие электролиты называют саморегулирующимися. Добавление в раствор кремнефторида калия К2%!"6 делает электролит саморегулирующимся как по ионам ЯО~, так и по ионам ЯР6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
