Организация ремонта строительнодорожных машин
 Скачать 4.41 Mb.
|
|
6.5. Электролитическое и химическое никелирование Никель – металл серебристо–белого цвета; плотность 8,8 г/см 3 , тем- пература плавления 1452 °С. Микротвердость никелевых покрытий изме- няется в зависимости от условий электролиза в широких пределах и дости- гает 7000 МПа. Прочность на разрыв от 600 до 1750 МПа. Покрытия ха- рактеризуются мелкокристаллической структурой, равномерным распре- делением по профилированной поверхности, хорошей обрабатываемо- стью. Никель химически стоек к атмосферному воздуху, щелочам и орга- ническим кислотам. Никелевые покрытия толщиной до 25 мкм обладают пористостью, которая уменьшается с увеличением их толщины. По отно- шению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, т. е. является катодным покрытием. Поэтому стальные детали защищают никелем от коррозии только тогда, когда нет пористости и непокрытых мест. 178 Таблица 6.5 Состав электролитов Содержание компонентов, г/л, в электролитах Компонент электролита 1 2 3 4 5 6 7 Никель сернокислый 240…340 140…250 - 200 - - 250…300 Никель хлористый 30…60 - 300 175 10…15 - - Натрий сернокислый - 40…60 - - - - - Магний сернокислый - 20…30 - - - - - Натрий хлористый - 5…7 - - - - 10…15 Кислота борная 30…40 25…30 38 40 30 30 25…30 Фторборат никеля - - - - 300…400 - - Сульфамат никеля - - - - - 450 - Кумарин - - - - - - 0,8…2,0 Паратолуол- сульфамид - - - - - - 2 Алкилсульфат натрия - - - - - 0,4 0,05…0,10 Никелевые покрытия хорошо полируются и приобретают красивый декоративный вид. Никелирование чаще всего применяют для защиты де- талей от коррозии и последующей декоративной отделки их поверхности. Процесс никелирования применяют так же, как способ компенсации износа поверхностей деталей. В этом случае никелированием можно заме- нить хромирование, особенно при восстановлении деталей с малыми из- носами и работающими в коррозионной среде. В ремонтной практике применяют электролитический и химический способы никелирования. Электролитическое износостойкое никелирова- ние применяют для защитно-декоративных покрытий и в качестве подсло- ев перед меднением в сернокислых электролитах или перед хромировани- ем (при декоративном хромировании). Наиболее широкое применение по- лучили сернокислые электролиты, основной составляющей которых явля- ется сернокислый никель. Также находят промышленное применение хло- 179 ристые, сульфатно-хлористые, фторборатные, сульфаматные электролиты. Наиболее распространенные электролиты приведены в табл. 6.5. Сернокислый электролит 1 применяют для декоративного и недеко- ративного никелирования и получают пластичные и относительно мягкие покрытия, обладающие хорошими защитными свойствами. Хлористый никель в этом электролите можно заменить хлористым натрием. Сернокислый натрий (электролит 2) вводят для повышения электро- проводности электролита, а сернокислый магний – для улучшения крою- щей способности и внешнего вида покрытий. Параметры режимов никелирования Электролит Кислотность, рН Температура электролита, ºС Плотность тока, А/дм 2 1 2 3 4 5 6 7 1,5…4,5 5,2…5,8 2,0 1,5…2,0 3,0…3,5 3,0…5,0 4,5…5,5 45…65 18…35 50…70 45 45…55 38…60 50 2,5…10 0,5…2,0 2,0…10 2,5…10 до 20 5,0…32 4,0…6,0 Хлористые электролиты получили ограниченное применение (нике- лирование нержавеющих и жаростойких сталей). Сульфатно–хлористые электролиты (электролит 4) занимают про- межуточное положение и не имеют недостатков, присущих чисто хлори- стым электролитам. Большими преимуществами по сравнению с сернокислым электро- литом обладает фторборатный электролит, имеющий возможность интен- сификации процесса, благодаря применению большой плотности тока (до 20 А/дм 2 ), большую стабильность и лучшую рассеивающую способность. При этом покрытия осаждаются с лучшими свойствами и хорошим сцеп- лением с основным металлом. Кислотность фторборатного электролита поддерживают добавлением борфтористоводородной кислоты. Применяют также сульфатный электролит (электролит 6), достоин- ства которого таковы: 1. Покрытия осаждаются пластичными, с незначительными внутрен- ними напряжениями. 2. Электролиты допускают применение высокой плотности тока при низких температурах и отличаются простотой состава, контроля и коррек- 180 тирования, малой чувствительностью к загрязнениям, широким диапазо- ном рабочих условий; хорошо буферируются. В нем наблюдается повышенная склонность к питтингообразова- нию, для преодоления которого в электролит вводят антипиттинговые до- бавки (алкилсульфат натрия, моющее средство «Прогресс» и др.) Из обычных электролитов никелевые покрытия осаждаются мато- выми, и для придания блеска их полируют, что трудновыполнимо и доро- го. Поэтому широкое применение получили электролиты для производства блестящих покрытий непосредственно в ваннах, которые (электролит 7), кроме основных компонентов (сульфата никеля, борной кислоты и хлори- дов), содержат специальные добавки (блескообразователи) – сернокислые соли кобальта и кадмия, органические коллоидные вещества, соли органи- ческих кислот. В электролиты для блестящего никелирования часто вводят вырав- нивающие добавки (кумарин, пиридин), которые позволяют менее тща- тельно полировать поверхность металла перед никелированием и получать гладкие покрытия без микронеровностей и рисок, остающихся иногда при предварительной полировке. Блестящее никелирование в электролите 7 ведется при непрерывной его фильтрации и воздушном перемешивании. Выход никеля по току при осаждении в этом электролите на оптимальных режимах составляет 90...98%. В состав электролитов для никелирования вводят буферную добавку – борную кислоту, стабилизирующую кислотность. Для повышения растворимости никелевых анодов в состав электро- лита вводят хлористый никель, натрий или калий. Никелевые электролиты весьма чувствительны к химическим при- месям, которые могут попадать при растворении анодов и материала под- весных приспособлений. Поэтому никелевые электролиты следует перио- дически подвергать электрохимической очистке, а также периодической фильтрации. Для предотвращения загрязнения электролита анодным шла- ком его помещают в чехлы из специальных тканей. При выборе режима электролиза следует иметь в виду связь между кислотностью электролита, его температурой и плотностью тока: чем больше кислотность и температура электролита, тем при большей плотно- сти тока и с большей скоростью можно вести электролиз. Необходимо поддерживать кислотность электролита постоянной, так как при изменении ее значения не только ухудшаются свойства покры- тий, но и снижается их сцепление с основным металлом. 181 Химическое никелирование. При химическом никелировании де- тали погружают в нагретый до температуры 85...95 °С раствор и выдержи- вают в нем без электрического тока. Осаждение металла происходит в ре- зультате реакции восстановления никеля из водных растворов его солей гипофосфитом натрия (восстановитель). Покрытия осаждаются гладкими и блестящими, обладают высокой коррозионной стойкостью и твердостью, поскольку являются сплавом никеля с фосфором, содержание которого за- висит от состава раствора (от 4...6% для щелочных и до 8...10% для кислых растворов). После термообработки при температуре 400 °С твердость ни- кельфосфорного покрытия возрастает вдвое, достигая 9000…10000 МПа. При этом повышается сцепляемость и износостойкость покрытий. Чаще применяют кислые растворы, состоящие из 30 г/л никелевой соли (NiCI 2 · 6H 2 O или NiSO 4 · 7H 2 O), 10 г/л гипофосфата натрия и 10 г/л уксуснокислого натрия или другой буферной соли; рН 4,5…5,0. Темпера- тура раствора 90…92 ºС, плотность загрузки ванны 1,0…1,5 дм 2 /л. При этих условиях скорость осаждения составляет 10…15 мкм/ч. Перед покрытием детали обезжиривают, промывают и подвергают химическому травлению в 5 %–м растворе соляной кислоты в течение 2... 3 мин, затем снова промывают и помещают в раствор для никелирования. Достоинства этого способа – равномерность покрытий (покрывают- ся одинаково наружные и внутренние поверхности), высокая их коррози- онная стойкость и износостойкость, а также простота применяемого обо- рудования (эмалированная, стеклянная или другая футерованная емкость, оборудованная нагревателем). Недостатки химического никелирования – сравнительно низкая про- изводительность процесса, изменение состава раствора во времени (уменьшение солей никеля и гипофосфата). Раствор корректируют лишь до накопления в нем фосфита натрия до 55 г/л, после чего раствор заме- няют новым. Химическое никелирование применяется при защитно-декоративном покрытии мелких деталей. В ремонтном производстве этот способ исполь- зуют при восстановлении деталей с небольшим износом (прецизионных деталей топливной аппаратуры). 6.6. Цинкование Цинк – металл серебристо–белого цвета. Плотность цинка 7,1 г/см 3 , температура плавления 470 °С. Цинковые покрытия обычно бывают мяг- кими (500...600 МПа), пластичными и хорошо выдерживают изгибы, раз- вальцовку, но плохо – запрессовку. Однако при температуре выше 250 °С и ниже – 70 °С покрытия становятся хрупкими. 182 Цинк легко растворяется в растворах всех кислот и едких щелочей. В атмосферных условиях цинковые покрытия подвергаются коррозии, об- разуя различные химические соединения цинка. Электролитическое цинкование широко используется для защиты деталей от коррозии. Цинковые покрытия хорошо защищают черные ме- таллы от атмосферной коррозии, воздействия бензина, дизельного топли- ва, масел, а также от непосредственного воздействия пресной воды. В морской воде, а также в средах, содержащих сероводород и сернистые со- единения, цинковые покрытия нестойки. Параметры режимов цинкования Плотность тока, А/дм 2 Элек- тролит Кислот- ность, рН Температу- ра электро- лита, ºС Без перемеши- вания С перемеши- ванием Выход цинка по току, % 1 2 3 4 5 6 3,5…4,5 3,5…4,5 3,0…4,0 –– –– 5,9…6,5 15…25 15…25 40…60 15…30 50…60 15…30 1…2 –– –– 1…4 0,5…1,2 0,5…1,5 3…6 3…8 50 5…8 2,0…2,5 –– 95…98 98…100 –– 70…80 95…96 97…98 Большое распространение электролитического цинкования объясня- ется тем, что цинк имеет более отрицательный нормальный потенциал, чем железо, т. е. цинковое покрытие по отношению к железу является анодным, и в образующейся гальванической паре «цинк–железо» разру- шению подвергается покрытие, а основной металл сохраняется. Поэтому цинковое покрытие эффективно защищает черные металлы от атмосфер- ной коррозии. Скорость коррозии цинкового покрытия зависит от условий эксплуата- ции изделий и в промышленных районах составляет 1,0... 1,5 мкм в год. Процесс цинкования обладает некоторыми технико-экономическими преимуществами: исходные материалы недефицитны, дешевы, технологи- ческий процесс прост. Цинкованию при ремонте подвергаются детали электрооборудова- ния, трубопроводы, пружины и большинство крепежных деталей. Для де- талей, работающих в условиях трения, цинковые покрытия непригодны. Для цинкования используются кислые, цианистые, цинкатные, аммиакат- ные электролиты. Наиболее распространенные электролиты приведены в таблице 6.6. 183 Таблица 6.6 Состав электролитов Содержание компонентов, г/л, в электролитах Компоненты электролита 1 2 3 4 5 6 Цинк сернокислый 200…300 215…430 - - - - Натрий сернокислый 50…100 50…100 - - - - Алюминий сернокислый 30 30…35 - - - - Декстрин 8…10 - - - - - Кислота ди- сульфонафта- линовая - 2…3 - - - - Цинк хлористый - - 135…150 - - - Натрий хлористый - - 200…230 - - - Аммоний хлористый - - 20…25 - - 250 Окись цинка - - - 40…45 8…10 10…20 Натрий цианистый - - - 80…85 - - Натрий едкий - - - 40…60 70…100 - Олово (в виде станната на- трия Na 2 SnO 3 ) - - - - 0,25…0,5 - Кислота борная - - - - - 25…30 Клей мездровый - - - - - 1…2 Электролиты 1…2 называются сернокислыми (сульфатными), элек- тролит 3 – хлористым, 4 – цианистым, 5 –цинкатным, 6 – аммиакатным. Электролиты 1…3 являются представителями кислых электролитов, элек- тролиты 4…6 – щелочными. Кислые электролиты обладают плохой рассеивающей способностью, что является основным их недостатком. Покрытия, полученные в этих электролитах, имеют более грубую структуру и меньшую коррозионную стойкость, чем в щелочных. Кислые электролиты устойчивы, допускают применение высокой плотности тока (особенно в процессе перемешива- 184 ния) при высоком выходе цинка по току. Покрытия приобретают светлый цвет, характеризуются повышенной пластичностью, прочным сцеплением с основным металлом и могут выдерживать различную механическую об- работку. Поэтому кислые электролиты широко применяют для покрытия малорельефных деталей. Щелочные электролиты обладают хорошей рассеивающей способ- ностью, а покрытия, полученные в них, – более высокой коррозионной стойкостью. Однако они менее устойчивы, допустимая плотность тока в них ниже, и с ее повышением заметно снижается выход цинка по току. Щелочные электролиты применяют в основном для цинкования деталей сложной формы. Из кислых электролитов наиболее распространены сернокислые. Его используют для цинкования деталей простой формы в стационарных, ко- локольных или барабанных ваннах. Электролит 2 применяют для получения блестящих покрытий. При этом его необходимо перемешивать и часто фильтровать (лучше непрерывно). Цианистый электролит обладает высокой коррозионной стойкостью и рассеивающей способностью, и его широко используют для цинкования изделий сложной формы в стационарных, колокольных и барабанных ван- нах. Но цианистые электролиты, кроме отмеченных выше недостатков, очень ядовиты, и обращаться ними необходимо очень осторожно. Для замены токсичных цианистых электролитов разработаны и по- лучили широкое применение цинкатные, аммиакатные электролиты. Цинкатные электролиты неядовиты, просты по составу и дешевы. Они обладают высокой электропроводностью и хорошей рассеивающей спо- собностью. Их применяют для цинкования деталей сложной формы. Оло- во добавляют в электролит для получения светлых покрытий и уменьше- ния дендритообразования. Недостатком цинкатного электролита являет- ся необходимость его подогрева, что усложняет конструкцию ванны и эксплуатацию электролита, а также склонность его к образованию губча- того покрытия. К наиболее эффективным заменителям цианистых электролитов от- носятся аммиакатные электролиты. По рассеивающей способности они почти не уступают цианистым электролитам и поэтому получили широкое распространение. Цинкование в электролите 6 можно проводить в стацио- нарных колокольных и барабанных ваннах. Для цинкования применяют цинковые аноды марок ЦО, Ц1 и Ц2 в виде пластин, которые во избежание загрязнения электролита помещают в чехлы из кислотостойкой ткани. Аноды периодически очищают травлени- ем или щетками. 185 Рис. 6.3. Ванна колокольного типа для цинкования мелких деталей: 1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – анодная пластина на штативе; 4 – колокол; 5 – контактное катодное кольцо Цинкование крупных деталей выполняют на подвесных приспособ- лениях в ваннах, внутренние стенки которых облицовывают винипластом или другими кислотостойкими материалами. Цинкование мелких и кре- пежных деталей (винтов, болтов, гаек и др.) выполняют в колокольных (рис. 6.3) или барабанных (рис. 6.4) ваннах. При этом колокол или барабан вращается с частотой 8... 15 мин –1 в зависимости от его конструкции. В колокольной ванне электролит заливается в колокол. Детали соприкасают- ся с контактным кольцом, закрепленным на дне ванны. Анодный стержень при работе погружается на специальном штативе в электролит. Недостат- ком цинкования в колокольных ваннах является быстрое загрязнение элек- тролита, что снижает производительность при цинковании и не позволяет получать беспористые покрытия. 186 Рис. 6.4. Установка барабанного типа для цинкования деталей: 1 – барабан; 2 – панель приборов; 3 – привод; 4 – поддон В барабанных ваннах мелкие детали засыпают в перфорированные барабаны, которые обычно изготавливают из винипласта или текстолита. Барабаны приводят во вращение от специального привода. Аноды загру- жают в ванну по обе стороны барабана. Толщина цинковых покрытий устанавливается техническими усло- виями на ремонт деталей в зависимости от условий их эксплуатации: для легких условий работы – 9, средних – 15 и жестких – 30 мкм. Противокор- розионные свойства цинковых покрытий можно повысить, подвергая их 187 дополнительной химической обработке – хроматированию и фосфатиро- ванию. При хроматировании (пассивировании) создаются пленки хромат- ных солей цинка, при фосфатировании – пленка фосфатных солей цинка. Перед хроматированием цинковых покрытий вначале проводят опе- рацию химического полирования – осветления в водном растворе хромо- вого ангидрида (150 г/л) и серной кислоты (4 г/л) при комнатной темпера- туре кратковременным погружением в раствор на 3...4 секунды. После промывки деталей холодной водой их погружают на 5...10 с в раствор для хроматирования. Один из распространенных растворов состоит из дву- хромовокислого натрия Nа 2 Сг 2 О 7 (10...25 г/л), азотной кислоты НКО 3 (8...20 г/л), натрия сернокислого N 2 SО 4 (5...20 г/л). После хроматирования детали промывают водой и обязательно просушивают теплым воздухом для закрепления хроматной пленки. Обработанные таким образом оцинко- ванные детали становятся более стойкими к атмосферной коррозии и при- обретают золотистый цвет. Оцинкованные тонкостенные детали, особенно пружины, должны термически обрабатываться для обезводороживания в процессе нагревания в сушильных шкафах при температуре 150...180 °С в течение 2...3 часов. Фосфатирование оцинкованных деталей проводят в тех случаях, ко- гда далее эти детали следует красить. В случае применения стойких лаков (например глифталевых) достигается значительное повышение коррози- онной стойкости оцинкованных деталей. Фосфатирование цинковых покрытий производят в любом растворе для холодного фосфатирования. Значения параметров режима цинкования приведены выше. Контроль толщины цинковых покрытий, их пористости и прочности сцепления с основным металлом деталей проводят выборочно в соответствии с требованиями технических условий. Недоброкачественные цинковые покрытия удаляют химическим травлением в растворе серной или соляной кислоты (50…100 г/л) при температуре 15…20 ºС. 6.7. Восстановление деталей электронатиранием Электролитическое натирание металла – один из способов гальвани- ческого метода ремонта деталей машин. Гальваническое наращивание ме- талла или электроосаждение его осуществляется в стационарных гальва- нических ваннах, где катодами служат ремонтируемые детали, в проточ- ном электролите, в проточных ваннах с вращением катодов в процессе электролиза и, наконец, способом электронатирания. Каждый из этих че- тырех способов гальванического метода имеет свои преимущества и не- достатки. Ванный способ гальванического метода целесообразно приме- нять для единовременного электроосаждения металла на поверхностях 188 мелких деталей, которые целой партией укрепляются на катодных подвес- ках; способ электролитического натирания металла – при восстановлении крупногабаритных деталей, износы у которых встречаются только в от- дельных местах. Электролитическое натирание может осуществляться анодными го- ловками различной конструкции в зависимости от того, к какому типу от- носится ремонтируемая деталь: «вал», «отверстие», «диск» и т. д. Для восстановления размеров деталей типа «вал» надо применять анодные головки, охватывающие деталь на 120…135° ее окружности; для деталей типа «отверстие» – внутренние анодные головки, которые в про- цессе электролиза охватываются вращающейся деталью; для натирания металла на плоских деталях – анодные головки в виде щеток, совершаю- щих колебательное движение. Условимся называть первые анодные го- ловки внешними, вторые – внутренними. Гальванический металл, полученный в результате электронатирания, существенно отличается от того же металла, электроосажденного в ста- ционарных гальванических ваннах. Его структура имеет мелкокристалли- ческое строение; металл получается более твердым и более износостой- ким, а его поверхность – с более высоким классом чистоты. Допускаемая плотность тока при электронатирании превосходит обычно допускаемую при ванном электроосаждении в десятки раз, за счет чего значительно интенсифицируется процесс электроосаждения металла. Обычно после электронатирания деталь не требует последующей механической обработки, т. к. электроосаждение ведется под необходи- мый размер, что контролируется по времени процесса. Чистота поверхно- сти получается на 1…2 класса выше исходного. Сущность процесса электролитического натирания металла. Сущность явлений, происходящих в зоне электросаждения металла с по- мощью прижимной анодной головки, можно установить по схеме, пред– ставленной на рис. 6.5. Наружная анодная головка, неподвижно укрепленная на станке, прижимается с усилием собственного веса Р а к вращающейся со скоро- стью детали. Внутрь камеры анодной головки подается насосом раствор электролита при определенном давлении. Электролит подбирается по со- ставу согласно характеристике электроосажденного металла и его экс- плуатационных свойств. Раствор электролита поступает в камеру анодной головки через пат- рубок – 1 и располагается в успокоительной ванночке – 2, откуда вытекает через отверстия анодной пластины – 3 по смачивающей тампон головке – 4. Смачивание вращающейся детали – 5 раствором электролита постоянно осуществляется протеканием его через ватный или марлевый тампон – 4. Раствор электролита, смачивая деталь – катод, стекает в сборную ванну. 189 Рис. 6.5. Процесс электронатирания металла наружной анодной головкой: 1 – отверстие для подачи электролита в анодную головку; 2 – успокоительная ванночка анодной головки; 3 – анодная пластина; 4 – смачивающий тампон; 5 – катод; δ 1 – межэлектродный зазор (2…5 мм); δ 2 – слой наращиваемого металла Итак, раствор электролита непрерывно смачивает тампон и, следо- вательно, наружную поверхность детали. В микрованночке между тампо- ном и деталью образуется прикатодный слой раствора электролита, в ко- тором и происходит восстановление катионов до нейтральных атомов. По- степенно происходит и электрокристаллизация катодного осадка. К анодной пластине – 3 подводится положительный, а к вращаю- щейся детали – 5 – отрицательный полюс источника постоянного тока. Согласно схеме (рис. 6.5) механизм электроосаждения металла при электронатирании сопровождается следующими явлениями: 1. Межэлектродный зазор δ 1 при электронатирании получается в 10 раз меньше, чем получаемые при ванном способе зазоры. Уменьшение за- зоров способствует повышению допускаемой плотности тока. 2. Смачивающий тампон равномерно распределяет жидкость по ка- тоду и одновременно тормозит образование крупных кристаллов на като- де. Получается мелкокристаллическая структура осадка. 3. Вращение катода или анода и одновременное действие смачи- вающего тампона освежает электролит и перемешивает его в тонком при- катодном слое, устраняя защелачивание. Это явление способствует повы- шению плотности тока и допускает изменение кислотности электролита в больших пределах. 4. Катод в некоторые моменты времени находится в соприкоснове- нии с окружающим воздухом, вследствие чего возможно окисление по- верхности и образование слоистой структуры осадка. Чтобы избежать это- го, угол охвата головкой вращающегося катода надо подбирать в соответ- ствии с его окружной скоростью. 190 5. В первую очередь тампоном истираются выступы неровностей на поверхности, а впадины остаются нетронутыми. Вследствие этого чистота поверхности осажденного металла повышается на 1…2 класса против чис- тоты поверхности основного металла. 6. Постоянная циркуляция раствора электролита с определенной скоростью исключает его нагревание при высоких плотностях тока. 7. Анодный шлам задерживается тампоном и не попадает в зону электроосаждения. Трущийся тампон активизирует поверхность катода, за счет чего повышается предельная толщина осадка. Износостойкость и антифрикционные свойства осадков зависят от физико-механических свойств электролитического сплава, осажденного на поверхностях изношенных деталей. Выбор электролитического сплава для восстановления конкретных деталей определяется физико-механическими свойствами основного металла. Эти свойства должны быть по возможно- сти одинаковыми со свойствами металлопокрытий. Длина анодной головки определяется длиной шейки вала, подлежа- щей покрытию. Внутренний диаметр анодной головки рассчитывается по соответствующему наружному диаметру шейки вала. В установку для электронатирания входит обычно одна анодная головка, но в приспособ- лении могут быть закреплены и несколько головок, как наружных, так и внутренних. Электролитическое натирание металла наружными анодными головками. Большинство автотракторных деталей имеет форму тела вра- щения, поэтому конструкции анодных головок упрощаются. Для деталей типа «вал» нужно применять наружные головки, для деталей типа «отвер- стие» – внутренние. Установка для электронатирания металла наружной головкой состо- ит из отдельных узлов и деталей, показанных на рис. 6.6. На схеме пред- ставлен пример восстановления размера поверхности юбки алюминиевого поршня, закрепленного в патроне токарного станка. Деталь, зажатая в патроне станка, вращается с постоянной скоро- стью, которая предварительно определяется исследованиями, устанавли- вающими параметры оптимального режима (для данного примера прини- мается 30…50 об/мин). Поверхность вращающейся детали в процессе электролиза постоянно смачивается раствором проточного электролита. Раствор электролита готовится и корректируется по составу, кислотности и температуре в основной ванне – 11. Благодаря фильтру – 10 он очищает- ся от посторонних примесей и дендритных частиц металла. Из основной ванны – 11 очищенный электролит подается насосом в анодную головку – 2, стекает на деталь и собирается в ванне – 9. Сила прижатия смачивающе- го тампона к поверхности вращающей детали определяется весом анодной головки. 191 Рис. 6.6. Принципиальная схема установки для электронатирания металла на наружной поверхности алюминиевого поршня: 1 – деталь–поршень; 2 – наружная анодная головка; 3 – анодная цинковая пластина головки; 4 – смачивающий тампон; 5 – селеновый выпрямитель тока; 6 – патрон токарного станка; 7 – токосъемное кольцо; 8 – меднографитовая щетка; 9 – сборная ванна для отработанного электролита; 10 – фильтр для очистки электролита; 11 – ванна; 12 – железо–цинковый электролит; 13 – насос для подачи электролита в анодную головку; 15 – реостат; 16 – электроподогрев электролита В результате прохождения электрического тока через анод (головка) – раствор электролита – катод (деталь) на детали осуществляется процесс электроосаждения металла. Все параметры оптимального режима, как–то: окружная скорость детали, напряжение и плотность тока, состояние и ско- рость протекания раствора электролита, прилегание головки к детали и угол охвата головкой детали – должны быть строго увязаны друг с другом. Изменение одного из этих факторов повлечет за собой несогласованность их, нарушит нормальный ход процесса электролиза, вследствие чего ме- таллопокрытия будут недоброкачественными. Таким способом можно наращивать различные металлы и электро- литические сплавы на ремонтируемую деталь, только в каждом случае 192 нужно подбирать соответствующий электролит, его состояние и электри- ческие параметры по напряжению и силе тока. Вместо токарного станка можно изготовить один только узел вра- щения детали, установить его на станине и поставить на ней приспособле- ние для крепления анодной головки. Обычно для электронатирания ис- пользуются вышедшие из эксплуатации, старые станки любой марки с го- ризонтальным расположением шпинделя. Схема, представленная на рис. 6.6, является универсальной для натирания металла на деталях типа «вал». Изменяя размеры головок, можно восстанавливать размеры любых дета- лей этого типа. Электронатирание металла роликовыми анодными головками на деталях типа «вал». Ввиду того, что применение анодных головок, охватывающих деталь на 120…135º ее окружности, вызывает форсирован- ный износ смачивающего тампона, было предложено натирать металл ро- ликовыми анодными головками. На рис. 6.7 показана схема устройства из двух роликовых головок. Рис. 6.7. Схема установки для электронатирания металла при помощи роликовых анодных головок: 1 – смачивающий тампон; 2 – цилиндрический анод; 3 – деталь; Q – сила прижатия головок к детали К вращающейся детали – 3 подводится отрицательный, а к аноду, изготовленному в виде цилиндра с частыми отверстиями, – положитель- ный полюс источника тока. 193 Роликовые головки своим весом прижимаются к детали и враща- ются на своих осях, увлекаясь вращением детали. Каждая роликовая го- ловка обертывается смачивающим тампоном – 1, раствор электролита для смачивания поступает через отверстия цилиндрического анода – 2, проте- кает дальше и обливает деталь. В этой схеме раствор электролита от насо- са поступает во внутреннюю полость головки под давлением и под дейст- вием центробежной силы выходит через тампон наружу, т.е. на деталь. Можно подавать раствор электролита на тампоны сверху, но тогда его са- моочищение от анодного шлама будет нарушаться. Нужно иметь в виду, что натирание по этому принципу сопровождается явлениями, отличаю- щимися от первого способа. Роликовый тампон только прижимается к детали, обкатывая ее, и не производит трения о катодный осадок. Поэтому зарождающиеся на ка- тоде дендриты не будут своевременно удаляться с поверхности, что по- влечет за собою снижение допускаемой плотности тока. Но срок службы тампонов увеличивается, замена их производится гораздо реже. Роликовый тампон касается небольшого участка поверхности, вследствие чего остальная поверхность детали соприкасается больше с ок- ружающим воздухом, больше окисляется, что способствует образованию слоистой структуры катодного осадка. Выбор той или иной схемы для электролитического натирания оп- ределяется конкретными требованиями технологического процесса и за- висит от формы и назначения ремонтируемой детали, а также от характе- ристики выбранного электролита. Но и в этом случае процесс натирания механизирован, от оператора требуются только наблюдение и контроль за оптимальностью режима. Если установить между роликами нейтральную щетку для легкого истирания образующихся дендритов и повышения активности катодной поверхности, то, по–видимому, будут устранены недостатки этой схемы и можно будет получать более толстые осадки. Электролитическое натирание металла внутренними анодными головками. Для натирания металла на поверхностях отверстия в деталях надо применять внутренние анодные головки, вставленные в отверстия де- тали. Таким образом, деталь не вращается, а вращательное и поступатель- ное движение производит анодная головка. На рис. 6.8 представлена схема установки, смонтированная на вер- тикально–сверлильном станке и снабженная внутренней анодной головкой – 4. По своему устройству она напоминает хонинговальную головку, при- меняемую обычно при отделочной обработке зеркала цилиндров. Цилиндрической формы анод также обертывается смачивающим там- поном, а раствор электролита поступает снаружи по трубопроводу или шлан- гу – 14. Тампон смачивается раствором электролита, прижимается к поверх- 194 ности отверстия за счет центробежных сил, возникающих при быстром вра- щении головки. Натирание катодной поверхности может быть осуществлено нейтральными щетками, установленными в анодной головке. Тогда смачи- вающий тампон не требуется, электроосаждение металла будет происходить в отверстии, заполненном проточным раствором электролита. Рис. 6.8. Схема установки для электронатирания металла внутренней анодной головкой: 1 – деталь; 2 – электролит; 3 – приспособление станочное; 4 – анодная головка, внутренняя; 5 – центрирующее устройство; 6 – электрощетка анодная; 7 – электрощетка катодная; 8 – автотрансформатор; 9 – выпрямитель тока; 10 – напорный бак с электролитом; 11 – насос для подачи электролита; 12 – кран; 13 – фильтр электролита; 14 – трубопровод (шланг); 15 – сборная ванна Электронатирание металла анодными головками других конст- рукций. Кроме разобранных конструкций анодных головок, в ремонтной практике применяются головки других конструкций. На рис. 6.9. представлена схема натирания металла роликовыми го- ловками, подвод электролита к которым видоизменен. Электролит посту- 195 пает в распределительную камеру – 1, откуда выливается через соски ка- меры на поверхность роликов. Раствор смачивает тампон, обливает вра- щающуюся деталь и, находясь в отработанном состоянии, т.е. нефильтро- ванный, стекает в сборную ванну – 7. Принципиального отличия от ранее разработанной роликовой го- ловки здесь нет, но имеется некоторое преимущество в упрощении дета- лей узла, обеспечивающего равномерную подачу электролита. Недостат- ком же этой конструкции является подача электролита на тампон, а не че- рез него. Следовательно, анодный шлам будет оставаться на поверхности роликов, внутри тампонов и накапливаться. Рис. 6.9. Схема электронатирания при помощи роторов: 1 – распределительная камера; 2 – свежий электролит; 3 – тампон; 4 – анод–ролик; 5 – деталь; 6 – державка; 7 – сборная ванна; 8 – отработанный электролит Анодные ролики изготавливаются сплошного сечения из металла, рас- творение которого пополняет концентрацию основной соли в электролите. Эксплуатация роликов по этой схеме, по-видимому, потребует час- той смены тампонов из-за накапливающегося анодного шлама, располо- женного на поверхности металла анода. Отдельные авторы предлагают производить электронатирание ме- талла ручным способом. Анодная головка в виде пустотелого валика обер- тывается тампоном и в процессе работы держится за ручку оператором. Оператор прижимает рукой анодную головку к вращающейся детали и, наблюдая за процессом, регулирует его и одновременно головкой совер- шает колебательные движения вдоль образующей цилиндрической детали, т. е. производит ручное натирание металла на деталь. Недостатком такой 196 конструкции головки является применение ручного труда. Качество рабо- ты по натиранию металла будет определяться квалификацией и опытом оператора. Кроме того, такая установка не позволяет автоматизировать процесс. Натирание металла щетками плоской формы применяется иногда для нанесения тонких, декоративных или антикоррозийных металлопо- крытий на металлические приборы или детали, но в ремонтной практике оно распространения не нашло. В ремонтном производстве требуется на- носить износостойкие осадки равномерной толщины, что очень важно. Производственная практика показывает, что применение наружных, охватывающих деталь головок гарантирует равномерную толщину осадка и чистую поверхность его без применения последующей механической обработки. 6.8. Меднение и химические методы защиты поверхностей от коррозии Меднение. Электролитическое меднение применяют для предохра- нения поверхностей стальных деталей от спекания при воздействии высо- ких температур (болты крепления выпускных коллекторов двигателей и т.п.), защиты отдельных поверхностей деталей от науглероживания при цементации, в качестве приработочного слоя и подслоя перед никелиро- ванием и хромированием, для облегчения пайки. Медные покрытия характеризуются хорошей сцепляемостью с ме- таллами, выдерживают глубокую вытяжку и развальцовку, хорошо полиру- ются. Медь – электроположительный металл и поэтому по отношению к железу является катодом, т. е. она лишь механически предохраняет сталь- ные детали от коррозии. Благодаря хорошей сцепляемости, пластичности и полируемости медные покрытия широко применяют в многослойных за- щитно–декоративных покрытиях типа «медь–никель–хром» в качестве промежуточной прослойки. Применение медного подслоя позволяет при сохранении защитных свойств покрытия в целом (Сn – Ni – Сr) максималь- но снизить расход дорогостоящего никеля и уменьшить трудоемкость меха- нической обработки стальных деталей (медь легче полировать, чем сталь). При меднении применяют кислые и щелочные электролиты. Чаще применяют кислые электролиты, к которым относится простой по составу, недорогой и устойчивый сернокислый электролит, состоящий из водного раствора медного купороса (200...250 г/л) и серной кислоты (50...70 г/л). Он позволяет применять большую плотность тока при высоком выходе меди по току, однако обладает плохой рассеивающей способностью. В этом электролите нельзя производить меднение стальных деталей без под- слоя никеля, вследствие выпадения в осадок контактной меди. Для непо- 197 средственного осаждения меди на поверхностях стальных деталей приме- няют пирофосфорные или этилендиамидовые электролиты. Температура электролита при меднении – 15...25 0 С, плотность тока (без перемешивания электролита) 1...4 А/дм 2 , выход меди по току – 95...98%. Аноды – растворимые из электролитической меди марок МО и М1. Аноды помещают в чехлы из хлорамина. В зависимости от назначения толщина покрытия изменяется от 3 до 50 мкм. Недоброкачественные мед- ные покрытия удаляют анодным травлением в растворе (300…320 г/л хро- мового ангидрида и 100…120 г/л сернокислого аммония) при анодной плотности тока 8…10 А/дм 2 и температуре раствора 15…25 ºС. Катодами при этом являются свинцовые пластины. Растворение меди в данном рас- творе происходит и без тока, но гораздо медленнее. Химические процессы противокоррозионной защиты поверхно- стей деталей. Оксидирование стальных деталей – процесс химической противокоррозионной обработки стальных деталей, при котором образу- ются прочные окисные пленки, имеющие состав типа Fe 3 O 4 . Пленки могут иметь черный или темно–коричневый цвет с различными оттенками в за- висимости от химического состава стали. Процесс оксидирования прово- дят обычно в концентрированных щелочных растворах с добавками окис- лителей NаNО 2 и Nа NО 3 при постоянном кипении раствора. Наиболее часто применяют раствор, содержащий едкий натр NаОН (650…700 г/л), азотнокислый натрий NаNO 3 (200…250 г/л) и азотисто- кислый натрий NаNO 2 (50…70 г/л). Процесс оксидирования начинают при температуре 135... 138 °С среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей и при 140... 142 °С – для хромистых и никелевых сталей. Заканчивают процесс при температуре 140... 145 °С (допустимое повышение температуры обычно 3...5 °С). Длительность обработки в кипящем растворе зависит от химического состава стали и изменяется от 30 до 90 минут (большее время берется для легированных сталей). Толщина оксидных пленок в зависимости от хими- ческого состава стали и режима оксидирования изменяется в пределах от 0,6 до 1,5 мкм. Малая толщина оксидных пленок позволяет применять этот процесс для противокоррозионной защиты точно обработанных или поли- рованных поверхностей, имеющих мелкие резьбы, острые кромки и т. п. В оксидных пленках всегда имеется большое количество тонких пор, которые могут стать очагом возникновения коррозии. Поэтому для повыше- ния защитных свойств оксидных пленок щелочь тщательно удаляют из пор, промывая оксидированные детали в кипящем мыльном растворе и прогревая их в горячем нейтральном масле при температуре от 110...120 °С. Происхо- дит выпаривание влаги из пор оксидных пленок и заполнение их маслом. Фосфатирование – процесс химической обработки металлов, при котором создаются пленки, состоящие из нерастворимых солей фосфор- 198 ной кислоты. При ремонте деталей в основном фосфатируют стальные де- тали, на которых пленка имеет бурый или светло-серый цвет и кристалли- ческую структуру. Цвет и толщина фосфатных пленок определяются хи- мическим составом стали и условиями получения пленок. Толщина фос- фатных пленок может меняться в широких пределах (от 7 до 42 мкм).При фосфатировании происходит некоторое растравливание поверхностей и увеличение шероховатости на 1...2 класса. Поэтому фосфатированию нельзя подвергать детали, имеющие точно обработанные поверхности, мелкие резьбы, острые кромки и т. п. Наружные слои фосфатных пленок легко деформируются, глубин- ные слои – прочные. Фосфатные пленки – пористые, они хорошо удержи- вают смазочный материал. Поэтому фосфатные пленки эффективно при- меняют для улучшения приработки деталей, работающих при значитель- ных нагрузках и высоких температурах. Пленки обладают высокой жаро- стойкостью; они сохраняют механические свойства в интервале темпера- тур от –75 до +500 ºС. Для повышения противокоррозионных свойств фосфатных пленок, имеющих большую пористость, их необходимо промасливать в нейтраль- ных маслах, нагретых до температуры 110...120 °С. При ремонте деталей фосфатирование применяют для защиты дета- лей от коррозии с последующим промасливанием (стопорные планки, бол- ты с крупной резьбой, шайбы и другие детали), улучшения прирабатывае- мости трущихся поверхностей, а также в качестве грунта под краски и лаки. Фосфатирование производится в растворах специальных комплекс- ных солей «Мажеф» [nFе(Н 2 РО 4 ) 2 • mМп (Н 2 РО 4 ) 2 ] и в растворах, содер- жащих монофосфат цинка. При фосфатировании в растворах соли «Мажеф» создается покры- тие, состоящее из крупнокристаллических нерастворимых солей марганца, фосфора и железа. При использовании соли «Мажеф» требуется нагревать растворы до температуры 95...98 °С. Фосфатирование в растворах, содержащих монофосфат цинка, при- водит к образованию мелкокристаллических пленок, содержащих фосфа- ты цинка и железа. Эти пленки имеют большую коррозионную стойкость, чем пленки, получаемые из растворов, содержащих соли «Мажеф». Фос- фатные пленки имеют защитную способность, большую, чем оксидные пленки, получаемые при щелочном оксидировании сталей, однако значи- тельная толщина фосфатных пленок не позволяет осуществлять фосфати- рование для большой номенклатуры деталей. Оксидофосфатирование (оксидирование в кислых растворах), назы- ваемое также бесщелочным оксидированием, является химическим про- цессом, при котором получают оксидофосфатные пленки, противокорро- 199 зионные, адгезионные и механические свойства которых значительно пре- восходят свойства обычных оксидных И фосфатных пленок. Цвет оксидофосфатных пленок зависит от состава металла и условий обработки. На углеродистых сталях пленка – черная или темно-серая, на легированных – серовато-коричневатая. Оксидофосфатные пленки более эластичны, чем оксидные, обладают хорошей адгезией и имеют меньшую толщину, чем фосфатные пленки (1...3 мкм). Существенным преимуществом оксидофосфатирования является то, что продолжительность обработки сокращается примерно в 2 раза, требу- ется меньший расход тепла на обогревание ванны и достигается возмож- ность одновременной обработки деталей из черных и цветных металлов. Так как оксидофосфатные пленки имеют небольшую толщину, этот про- цесс может быть применен для деталей, имеющих шлифованные поверх- ности, точные резьбы и шлицы. При ремонте машин оксидофосфатирование вытесняет щелочное оксидирование и даже фосфатирование. Его применяют для защиты дета- лей от коррозии, а также в качестве грунта под краски и лаки. Хорошие результаты дает следующий состав раствора: азотнокис- лый цинк Zn(NO 3 ) 2 6Н 2 О (20...30 г/л), азотнокислый барий Ва(NО 3 ) 2 (10...40 г/л) и монофосфат цинка Zn(Н 2 РО 4 ) 2 (15...25 г/л). Температура раствора 90...95°С, время выдержки деталей в растворе – 15...20 мин. 6.9. Техника безопасности на гальванических участках Организация рабочих мест. Для одновременного шлифования не- скольких деталей следует применять многоместные приспособления, повы- шающие производительность труда. Детали, подлежащие монтажу на под- весных приспособлениях, должны находиться на расстоянии 0,5…1,0 метра от монтажного стола. Ванны, при работе которых необходимо наблюдать за качеством операций (хромирования, меднения, никелирования, осталивания, обезжири- вания), по возможности располагают у стены с окнами. Высота ванн над по- лом не должна превышать 1 м. На полу у рабочих мест и по всему ряду ванн должны быть уложены деревянные решетки, покрытые рифлеными резино- выми ковриками. Расстояние между боковыми сторонами ванн должно быть минимальным (100…150 мм), чтобы при переноске деталей из одной ванны в другую растворы кислот и щелочей не попадали на пол и одежду работаю- щих. Для этого с боковой стороны ванны рекомендуется закрепить козырек с наклоном 15…20 º в сторону перемещения деталей. Вместе с тем на производ- ственном участке должны быть предусмотрены широкие проходы для транс- портирования деталей и свободный доступ к оборудованию. 200 В конце каждой смены нужно при помощи специального магнита про- верять, есть ли на дне ванны упавшие стальные детали, и извлекать их оттуда. Основные требования техники безопасности. На гальванических участках применяются вредные для здоровья человека вещества. При шлифовании и полировании деталей выделяются войлочная, наждачная, металлическая и матерчатая пыль, загрязняющая воздух в производствен- ном помещении. Попадая в легкие, она вызывает одышку и кашель. При нанесении покрытий выделяются в виде паров, газов, тумана и брызг органические растворители, щелочные и кислые электролиты, хро- мовый ангидрит; кроме того, применяются соединения меди, никеля, свинца и др. Яды в твердом или жидком состоянии могут попасть в орга- низм также при приеме пищи или курении. При обезжиривании деталей венской известью у рабочих на руках может появиться экзема. Щелочные и кислые электролиты, попадая на кожу, могут вызвать ожоги; особенно опасно попадание их в глаза. Очень вреден электролит, применяемый при хромировании. Над ванной хромирования выделяются газообразные водород и кислород, ко- торые, захватывая мельчайшие частички электролита, образуют «туман» хромовой кислоты, которая вызывает раздражение слизистых оболочек дыхательных путей. Продолжительное (1…2 месяца) и сильное действие хромовой ки- слоты приводит к катарам, нарушениям пищеварения, воспалению почек. Хромовый электролит, попадая на кожу человека, вызывает раздражение, воспалительные процессы и язвы. При чистке свинцовых анодов возможно отравление свинцом. Соли никеля вызывают трудноизлечимые экземы и другие кожные заболевания. Хлористые соединения, применяемые при ос- таливании и травлении, сильно раздражают верхние дыхательные пути и слизистую оболочку глаз, а при длительном и более сильном воздействии вызывают хрипоту, ощущение удушья, учащенное сердцебиение. Повышенные влажность и температура воздуха в помещении также создают неблагоприятные условия для работающих. Пары органических растворителей в смеси с воздухом пожаровзрывоопасны. Некоторые хи- микаты при соединении друг с другом воспламеняются, например, хромо- вый ангидрит при соприкосновении со спиртом, поэтому гальванические участки относятся к категории производств с вредными условиями труда. Для обеспечения нормальных условий труда необходимо соблюдать следующие требования и правила техники безопасности. Производственное помещение гальванического участка должно быть высоким (не менее 5 м) и светлым, а площадь его – достаточной для ра- ционального размещения оборудования, организации рабочих мест и вен- тиляционных устройств. 201 В помещении гальванического участка необходимо оборудовать приточно- вытяжную вентиляцию с отсосами непосредственно у мест вредных выделений (у шлифовально-полировальных станков, гальваниче- ских ванн и т. п.). Содержание вредных веществ в воздухе не должно быть выше пре- дельно допустимого санитарными нормами. В зимнее время наружный воздух должен поступать в помещение подогретым до температуры поме- щения (+18 ºС). Рабочие гальванических участков должны быть обеспечены спец- одеждой: резиновыми сапогами, фартуками, резиновыми перчатками и ха- латами, а также хлопчатобумажными рукавицами (для выполнения шли- фовально-полировальных работ). Операцию обезжиривания деталей вен- ской известью, а также загрузки их в ванны с электролитами, выгрузки из ванн необходимо выполнять только в резиновых перчатках. Курить и принимать пищу в производственных помещениях катего- рически запрещается. Перед едой необходимо тщательно мыть руки, а после окончания работы мыть руки и смазывать их вазелином, глицерином или мазями по совету врача. Растворы для травления и электролиты нужно приготавливать при включенной вентиляции. Для защиты глаз от случайного попадания ки- слоты или других химических материалов рекомендуется пользоваться защитными очками. При разбавлении концентрированных кислот водой нужно обяза- тельно вливать кислоту в воду, а не наоборот. Рабочие, занятые на шлифовально-полировальных станках, должны ежедневно после работы принимать горячий душ. Для защиты глаз от ра- нения и засорения работать на шлифовально–полировальных станках сле- дует в защитных очках. При попадании раствора кислоты или щелочи на кожу или в глаза пораженные места нужно немедленно промыть струей воды. Если же в глаза попал хромовый электролит, его необходимо немедленно промыть 1–процентным раствором гипосульфита натрия. Для защиты носоглотки от вредного воздействия испарений хромовой ванны слизистую оболочку носа перед началом работы рекомендуется смазывать чистым вазелином или мазью, состоящей из трех частей вазелина и одной части ланолина. После окончания работы ванны с вредными выделениями (ванны хромирования, травления) нужно закрыть крышками. Количество храни- мых огнеопасных веществ (органические растворители) не должно пре- вышать суточного запаса. Гальванический участок необходимо обеспечить средствами пожа- ротушения. 202 Лица, не имеющие отношения к гальваническим работам, без раз- решения администрации в производственные помещения участка не до- пускаются. Контрольные вопросы и задания 1. При каких износах целесообразно применять гальванические ме- тоды восстановления деталей? 2. Изложите последовательность выполнения операций при ремонте деталей гальваническими покрытиями. 3. Какие операции выполняются после нанесения гальванических покрытий? 4. Изложите последовательность хромирования деталей и какие ре- жимы нанесения покрытий необходимо соблюдать? 5. При каких износах деталей целесообразно применять железне- ние? Приведите состав электролита. 6. Для чего при ремонте деталей применяют никелирование по- верхностей? Изложите последовательность процесса никелиро- вания деталей. 7. Когда целесообразно применять цинкование деталей? Приведите состав электролита и режим нанесения покрытий. 8. Изложите сущность восстановления деталей электронатиранием. 9. Какова последовательность операций при нанесении покрытий электронатиранием? 10.Приведите основные схемы нанесения покрытий электронатиранием. 11.Для чего применяют меднение деталей и химическую защиту по- верхностей? 12.Изложите мероприятия по техники безопасности на гальваниче- ских участках. |