Краткий справочник гальванотехника - 1993 - Ильин. Справочник гальванотехника санктПетербург " политехника"

• Название: Справочник гальванотехника санктПетербург " политехника"
• Дата: 17.07.2022
• Размер: 3.02 Mb.
• Имя файла: Краткий справочник гальванотехника - 1993 - Ильин.doc
• Тип: Справочник; #632290
• страница: 23 из 41

Глава 9

ПОКРЫТИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

23. Износостойкие покрытия хромом, железом и никелем. Композиционные покрытия

Хромирование. В п. 19 представлены сведения об электроосаж­дении хромовых покрытий для защитно-декоративных целей. Ряд специфических свойств хрома, таких как высокая твердость, антифрикционные свойства, плохая смачиваемость полимеризующимися смолами, высокая и, что особо важно, стабильная отра­жательная способность обусловливают широкое применение хро­мовых покрытий для повышения твердости и износоустойчивости деталей машин и приборов.

Твердость хромовых покрытий зависит от температуры элек­тролита и плотности тока и колеблется в пределах (МПа): Блестящий хром ....... 7 500—11 000

Молочный хром …. 5 400—6 000

Серый хром 3 500—4 000

Отожженный хром 3 500—4 000

Наиболее твердые хромовые покрытия значительно превосходят по твердости закаленные (5000 МПа) и азотированные (7500 МПа) стали. Нагрев хромового покрытия снижает его твердость, однако при термообработке хрома для обезводороживания в области температур 250—300 °С это снижение незначительно.

Износостойкость покрытий связана с их твердостью: с увели­чением твердости износостойкость осадков обычно растет. Процесс хромирования сопровождается значительным выделением водорода, который проникает в стальную основу, ухудшая ее физико-механические свойства, поэтому при выполнении операции по нанесению твердого хрома необходимо провести термообработку покрытия.

Толщина хрома при износостойком хромировании устанавли­вается разработчиком изделия и может варьироваться в предела от 9 до 60 мкм для инструментов, штампов, а при восстановлении изношенных размеров — до 500 мкм. Электролиты для твердого хромирования применяют те же, что и для защитно-декоративных покрытий. Повышенная твердость обеспечивается, как указано выше, режимами. В табл. 128 приведены основные режимы хромирования.

Некоторые особенности технологий износостойкого хромирования связаны с более длительными выдержками деталей в ванне, применением более сложных подвесочных приспособлений, которые включают в свою конструкцию дополнительные аноды. Накопление трехвалентного хрома (Сr³⁺) с 4 г/л (нормальное содержание) до значений выше 10 г/л сужает рабочий интервал плотности тока, снижает выход по току. Снижение концентрации Сr³⁺ легко дости-
Таблица 128. Режимы хромирования

Вид хромирования	Температура, °С	Плотность тока, А/дм2
Блестящий хром Износостойкое хромирование Молочное	47–52 57–60 66–70	15–25 30–50 25–35

Таблица 129. Коэффициент трения хрома по чугуну, бронзе и баббиту

Образец	Коэффициент трения
	чугун	бронза	баббит
Вал хромированный при ik = 40 А/дм2 и температуре 50 °С Закаленная сталь	0,06 0,22	0,05 0,11	0,08 0,19

гается проработкой электролита током с большой анодной поверх­ностью и малой катодной.

Содержание железа не следует допускать более 10 г/л, так как появляются «подгары», шероховатость и питтинг в покрытии. Избавиться от железа практически невозможно, и такой электро­лит требует замены. Источником накопления служат доливаемая вода из водопровода и растворенные стальные части подвесок. Чтобы сократить поступление железа в электролит, рекомендуется стальные детали подвесок (особенно дополнительные аноды) освинцевать электролитически, а долив ванны производить обессо­ленной водой.

Большая твердость и особая гладкость хромовых покрытий обусловливают их хорошие антифрикционные качества: низкий коэффициент трения и высокую износостойкость. Антифрикцион­ные свойства хрома иллюстрируются данными табл. 129.

С целью улучшения антифрикционных свойств применяют пористое хромирование, представляющее собой покрытие, в кото­ром специально создается большое количество пор или сетка трещин. Сетка трещин или поры способствуют проникновению в них масла, что способствует удержанию смазки трущихся поверхностей. Такие покрытия применяют в качестве износостой­ких для деталей, работающих на трение в тяжелых условиях эксплуатации под большими нагрузками. Покрытие пористым хромом состоит обычно из двух слоев: нижнего плотного и верх­него пористого, который составляет примерно 1/3 от общей тол­щины хрома.

Пористый слой хрома получают анодным травлением в ванне хромирования слоя блестящего хрома, имеющего сетку тончай­ших трещин, анодное растворение протекает по границам трещин, вследствие чего они расширяются, образуя каналы. Наиболее развитая сетка каналов и пор получается при анодной плотности

тока 40—60 А/дм², температуре 50—60°. Продолжительность 10— 12 мин.

Железнение. Гальваническое железнение применяют обычно для восстановления размеров изношенных деталей. В отличие от хромирования железнение обеспечивает значительно большую скорость осаждения (до 400 мкм/ч), возможность осаждать слой металла до 2—3 мм.

Железное покрытие можно подвергать цементации и закалке с целью придания ему твердости закаленной стали. Наибольшее распространение получил электролит железнения состава (г/л): железо сернокислое (FeSO₄∙7H_aO) — 200—260; кислота щаве­левая — 1—4; сульфат калия — 100—150. Температура электро­лита 20—60 °С, катодная плотность тока 3—10 А/дм², рН 2,5÷3,0 Выход по току 95—96%. Скорость осаждения покрытия при i_k = 1 А/дм² составит 12,7 мкм/ч.

Для получения покрытия типа углеродистой стали, которое можно закаливать для повышения твердости, предназначен элек­тролит состава, г/л: хлористое железо — 500, хлористый нат­рий — 100; кислота соляная — 1,5—3,6; глицерин — 60—100; сахар — 30—50. Температура электролита 75—85 °С. Катодная плотность тока 10—20 А/дм².

Подготовка поверхности стальных деталей перед железнением производится анодной обработкой в растворе H₂SO₄ 350—365 г/л при температуре 15—25 °С и плотности тока 40—60 А/дм² в течение 1 мин. Основным дефектом, встречающимся при железнении, является игольчатый слой железа при одновременном помутнении электролита. Этот вид дефекта связан с окислением железа Fе²⁺ до Fe³⁺. Устранить этот дефект можно проработкой током в под­кисленном электролите.

Твердое никелирование. Значительное повышение твердости и износостойкости никелевого покрытия достигается введением в состав электролита соединений фосфора. Такой сплав заменяет собой хромовое покрытие на деталях сложной формы. Сплав, содержащий 10—15% фосфора, получают в электролите следую­щего состава, г/л: никеля сульфат — 150—200; кислоты борной — 20; хлорида калия — 20—25; гипофосфита натрия — 20—30; кислоты фосфорной — 40—50; рН 2÷2,5. Температура электро­лита 50—60 °С, катодная плотность тока 8—12 А/дм². При нагре­вании покрытия до температуры 300—400 °С твердость покрытия возрастает.

Нанесение композиционных (комбинированных) электролити­ческих покрытий (КЭП). Композиционные (комбинированные) электролитические покрытия получают из суспензий в виде электролитов с добавкой высокодисперсного порошка.

Под действием постоянного электрического тока на поверх­ности покрываемых деталей осаждается металл (первая фаза или матрица) и частицы порошка (вторая фаза), которые цементи­руются (зарастают) матрицей. Обычно КЭП получают из суспензий, содержащих твердую фазу в количестве 50—200 г/л, что составляет до 20%. Процесс осаждения КЭП выполняется при непрерывном перемешивании суспензии, и частицы второй фазы постоянно находятся во взвешенном состоянии. В качестве веществ второй фазы применяют бориды, карбиды, нитриды, силициды, графиты и шлифовальные порошки. Из шлифовальных порошков для получения КЭП используют электрокорунд (А1₂О₃), карбо­рунд (SiC), карбид бора (В₄С).

В качестве второй фазы могут служить также и металлические порошки из таких металлов, как Ni, Co, Fe, W, Mo, Mb, V. Сте­пень дисперсности веществ второй фазы в зависимости от помола микропорошков делится на три категории: средняя — 5—15 мкм; тонкая — 1—5 мкм и коллоидная — 0,1—0,01 мкм. Композицион­ные электрохимические покрытия, образованные за счет включе­ния оксидов, карбидов, нитридов, и боридов обладают повышенной твердостью и износоустойчивостью по сравнению с чистыми покрытиями, причем повышенная твердость сохраняется во вре­мени и после высокотемпературной обработки, тогда как у чистых металлов в этих условиях твердость значительно снижается.

Условное обозначение КЭП на чертежах в соответствии с ГОСТ 1073—77 должно указывать металл покрытия и в скобках символ или формулу наполнителя. Так, никелирование с включением частиц карбида титана обозначается Н (TiC), а с указанием размера частиц и их объемного содержания в процентах обозначе­ние более сложное. Например,

Н (83)∙TiC(12)∙8 – MoS₂(5)∙3.

Такая запись означает, что никелевое покрытие содержит 12% карбида титана с размерами частиц 8 мкм и 5% дисульфида молиб­дена с размером частиц 3 мкм.

Композиционные электрохимические покрытия на основе никеля применяются в следующих вариантах: термостойкое и износостой­кие покрытия, многослойные покрытия с повышенной коррозион­ной устойчивостью, самосмазывающиеся покрытия. Первый тип покрытия (керметы) применяют как термостойкие, износостойкие покрытия. В качестве второй фазы используют частицы следую­щих материалов: SiC, Al₂O₃, TiC, WC, Cr₂O₃, SiN₄ и т. п. с разме­рами части 1—5 мкм, входящими в состав покрытия от 30 до 50%. КЭП Ni—SiC для пресс-форм и режущих инструментов приме­няют вместо хромового покрытия; оно устойчиво при температуре до 2000 °С. Покрытие Ni—А1₂О₃ выдерживает 2000 циклов нагрева в пламени горелки 1110° с последующим резким охлаждением на воздухе до 150°С.

Второй тип покрытия — многослойные структуры с высокими антикоррозионными свойствами представлены в п. 18 справочника. Третий тип покрытия — самосмазывающиеся покрытия — это КЭП, содержащие частицы твердой смазки в воде, дисульфида молибдена, графита. Подобного рода покрытия характеризуются пониженным коэффициентом трения, хорошей прирабатываемостью трущихся поверхностей. Количество вводимых в стандартные электролиты никелирования веществ второй фазы составляет от 10 до 50 г/л.

Композиционные электрохимические покрытия с абразивными свойствами применяются для изготовления шлифовальных кругов, лент и других инструментов. Покрытия получают на горизонтально расположенных катодах в сульфатхлоридном электролите при 45—50 °С и i_К — 5÷10 А/дм². Частицы абразива размером 80—100 мкм взмучиваются сжатым воздухом в течение 2 мин каждые 12—17 мин электролиза. Концентрация частиц в суспензии 2—4 г/л.

Покрытия на основе меди применяют в основном как самосмазы­вающиеся покрытия с включением графита до 75 объемн. % или дисульфида молибдена в универсальный сульфатный электролит. Применяют также композиции Сu—Al₂O₃, обладающие высокими механическими свойствами.

Покрытия на основе серебра наносят на электрические кон­такты, они сравнительно с чистыми серебряными покрытиями имеют более высокую твердость и износостойкость, улучшенные антифрикционные свойства и большую стойкость к искровой эрозии. Наиболее распространено покрытие серебро—корунд, для получения которого 10—150 г/л А1₂O₃ зернистостью M10 вводят в стандартный цианистый или роданисто-синеродистый электролиты; износостойкость возрастает в 2—2,5 раза. Для предотвращения приваривания серебряных контактов при их непрерывном скольжении хорошие результаты получены при использовании покрытия серебро—графит, серебро—дисульфид молибдена.