Рис. 63. Схема установки для электролитического осаждения металла

В процессах с нерастворимыми анодами (хромирование) на катоде, которым является наращиваемая деталь, осаждается металл (хром), полученный за счет диссоциации электролита, содержащего соли хрома в виде хромового ангидрида.

В процессах с растворимыми анодами (осталивание) осаждаемый на детали металл получается дополнительно за счет растворения анода, который изготовлен из этого металла. Качество электролитических покрытий зависит от подготовки поверхности детали, температуры, кислотности и состава электролита, плотности тока на катоде, соотношения площадей‘катода и анода и ряда других факторов.

Восстановление деталей хромированием. Электролитический хром — серебристо-белый металл с синеватым оттенком, отличающийся высокой твердостью, низким коэффициентом трения, высокой коррозийной стойкостью и износостойкостью, обладает большой хрупкостью и плохо смачивается маслом. Температура плавления хрома равна 1750—1800 °С. Электролитический хром хорошо сцепляется со сталью, никелем, медью и ее сплавами.

По назначению хромовые покрытия подразделяют на износостойкие (твердые) и защитно-декоративные. Износостойкие покрытия применяют для ремонта изношенных поверхностей деталей, а также для повышения износостойкости деталей с целью увеличения срока их службы. Износостойкие хромовые покрытия могут быть двух видов: гладкие и пористые. Последние наносят на поверхность деталей, работающих в условиях высоких нагрузок и граничного трения.

Защитно-декоративные покрытия применяются для защиты деталей от коррозии и придания им красивого внешнего вида. Толщина слоя защитно-декоративного покрытия составляет 1—2 мкм, износостойкого — 0,4—0,5 мм. При большей толщине хромовое покрытие некачественно.

Хромированием ремонтируют изношенные шейки валов, осей, стержни клапанов и толкателей двигателей, поршневые пальцы, прецизионные пары топливной аппаратуры и другие детали.

Процесс восстановления деталей можно подразделить на три стадии: подготовку деталей к нанесению покрытия, нанесение покрытия и обработку деталей после нанесения покрытия.

Технологический процесс восстановления деталей хромированием состоит из ряда операций, которые необходимо выполнять в следующей последовательности:
1. Механическая обработка. Поверхности деталей, подлежащие хромированию, следует шлифовать до выведения следов износа и полировать. После механической обработки на них не должно быть раковин, трещин и глубоких рисок, так как хромовое покрытие вос производит эти дефекты.
Для шлифования и полировки применяют круглошлифовальные станки.
2. Мойка. Мойку деталей можно проводить в керосине, уайт-спирите или дихлорэтане, а также кипячением в 10%-ном растворе каустической соды. Мойку ведут в специальных ваннах, а затем обдувают сжатым воздухом.
3. Контроль. Проводят контроль размеров для определения необходимой толщины слоя хрома и времени хромирования с учетом припуска на последующую механическую обработку.
4. Изоляция мест, не подлежащих хромированию. Эти работы проводят на монтажных столах (верстаках), применяя для изоляции перхлорвиниловый лак, лак АК-20, винипласт или хлорвиниловую изоляционную ленту. Отверстия, не подлежащие хромированию, закрывают свинцовыми пробками или другими кислотостойкими материалами.
5. Монтаж деталей на подвеске. Детали крепятся на специальной подвеске. При этом необходимо следить, чтобы между деталями и токоподводящими штангами был надежный контакт. Работы проводят на монтажных столах.
6. Обезжиривание. Электролитическое обезжиривание проводят в растворе состава: едкий натр—10 г/л; жидкое стекло — 3 г/л; кальцинированная сода — 25 г/л; тринатрийфосфат — 25 г/л. Отношение площади анода к площади катода 4:1. Температура раствора 70—80 °С и плотность тока от 5 до 10 А/дм2. Напряжение 6—8 В. Продолжительность процесса 1—2 мин. Обезжиривание проводят в специальных ваннах.
7. Мойка. Совместно с подвеской детали промывают в проточной горячей воде (60—80 °С), а затем в проточной холодной воде. Мойку ведут в специально оборудованных ваннах.
8. Декапирование. Электрохимическое декапирование проводят в ванне хромирования или в ванне с хромовым электролитом. Декапирование деталей проводят в течение 30—90 с при плотности тока 25—40 А/дм2, а чугунных — в течение 25—30 с при плотности тока 20—25 А/дм2. Температура электролита во всех случаях должна быть 55—60 °С. Анодное декапирование производится для удаления окисных пленок с поверхности детали и выявления ее структуры. После декапирования детали промывают в дистиллированной воде.
9. Хромирование. Подвески с деталями помещают в ванну хромирования, подогревают их при включенном токе в течение 5— 6 мин, а затем дают полный ток согласно режиму хромирования. При хромировании применяют нерастворимые аноды из свинца или сплава свинца с 6% сурьмы. Катодом служит восстанавливаемая деталь. Для хромирования наиболее часто применяют электролиты, состоящие из водного раствора двух компонентов — хромового ангидрида СгОз и серной кислоты H2S04.

Состав электролитов и режим ванны приведены в табл. 7.

Условно покрытия делят на следующие виды: молочные, блестящие и матовые. Молочные покрытия обладают высокой износостойкостью и повышенной вязкостью, их рекомендуется наносить на поверхности детали, работающие при больших давлениях и знакопеременной нагрузке. Блестящие покрытия отличаются высокой твердостью, повышенной износостойкостью, пористостью и хрупкостью. Однако такие покрытия обладают плохой смачивающей способностью по отношению к маслу, а при недостаточной смазке возможны заедания. В этих случаях блестящее покрытие подвергают анодному травлению, т. е. к детали подключают плюс, а к свинцовым пластинам — минус.

В этом случае получается пористое хромирование, хорошо работающее в условиях трения со смазкой. Их наносят на поверхности деталей, работающих на износ. Оба вида покрытий могут быть нанесены на поверхности деталей, работающих в условиях неподвижных посадок.

Матовые покрытия отличаются высокой твердостью и хрупкостью, а также низкой износостойкостью. Они применяются как защитнодекоративные.
Электролиты для хромирования (см. табл. 7) имеют ряд недостатков: низкий выход хрома потоку (12—16%); необходимость частого корректирования вследствие неустойчивости состава; малую производительность (за 1 ч откладывается слой толщиной 0,1—0,03 мм).

Принцип саморегулирования электролита состоит в том, что ионы вводят в электролит не в виде серной кислоты, а в виде солей труднорастворимого сульфата стронция, который берется в избытке, с тем, чтобы часть его находилась в растворе в виде диссоциированных ионов, а часть —в твердом состоянии на дне ванны.

Таблица 7

При этом составе электролита требуемая концентрация компонентов автоматически поддерживается постоянной, так как избыток солей, находящихся на дне ванны, будет растворяться в электролите (в пределах возможной растворимости). При уменьшении концентрации хромового ангидрида будет происходить обратное явление —часть растворенных солей будет выпадать на дне ванны в виде твердого осадка, обеспечивая таким образом постоянство концентрации компонентов электролита.

Материалом для анодов является оловянно-свинцовый припой ПОС40. Саморегулирующийся электролит имеет следующие преимущества: производительность в 2 раза больше, чем у обычного; высокий выход хрома по току (18—22%); устойчивость электролита, в результате чего отпадает необходимость в частом его корректировании.

В практике для питания гальванических ванн применяют постоянный ток неизменной полярности и реверсивный постоянный (полярность меняется по определенной программе). В качестве источников питания постоянного тока используют низковольтные генераторы АНД-500/250, АНД-1000/500, АНД-1500/750 (в числителе— сила тока при напряжении 6 В, в знаменателе — при напряжении 12 В), селеновые выпрямители типа ВСМР, кремниевые выпрямители типа ВАКГ и др. Детали хромируют в ваннах специальной конструкции. Корпус ванны представляет собой сварной бак прямоугольной формы, изготовленный из листовой стали толщиной 4—6 мм. Корпус вставлен в другой стальной сварной бак, являющийся кожухом. Пространство между корпусом и кожухом заполнено водой, служащей для равномерного подогрева электролита и поддержания его температуры в заданных пределах. Воду, находящуюся в кожухе, подогревают паром или электричеством. Для предохранения внутренней поверхности стенок корпуса ванны от агрессивного воздействия электролита ее обкладывают (футеруют) материалом, обладающим химической стойкостью по отношению к электролитам: свинцом, винипластом, асбовинилом, кислотоупорными плитками.
10. Мойка. Подвески с деталями подвергают мойке в ванне с дистиллированной водой с целью сбора хромового ангидрида, оставшегося на деталях.
11. Мойка. Подвески с деталями подвергают мойке в ваннах с проточной холодной и горячей водой.
12. Демонтаж деталей. Детали снимают с подвески и удаляют с них изоляцию. Эти работы проводят на монтажном столе.
13. Сушка деталей производится в течение 2—3 ч при температуре 150—200 °С в специальном сушильном шкафу.
14. Шлифование. Для шлифования хрома следует применять круги мягкие или средней твердости. Шлифование ведут при интенсивном охлаждении жидкостью и при частоте вращения круга 20—30 м/с и выше. Частота вращения детали должна быть 12— 20 об/мин. Шлифование ведут на кругло- или внутришлифовальных станках в зависимости от конфигурации детали.
15. Контроль. При контроле деталей качество покрытий проверяют внешним осмотром и измерением твердости покрытия. При з внешнем осмотре необходимо обращать внимание на блеск, отслоение и плотность осадка, пятнистость, равномерность, отсутствие шелушения и другие видимые дефекты.
Хромирование деталей — весьма дорогой технологический процесс вследствие его длительности и относительной сложности, поэтому технико-экономическая эффективность будет высокой лишь при большой производственной программе (особенно мелких деталей). Крупногабаритные базисные детали (блоки цилиндров, корпуса коробок передач) и детали сложной конфигурации ( коленчатые и распределительные валы) можно восстановить нанесением покрытия безванным способом. Принцип безванного хромирования заключается в том, что в зоне нанесения покрытия создается местная ванна. Безванное электролитическое осаждение металла может протекать несколькими способами, среди них — струйное и проточное.

Этот процесс может успешно применяться на ремонтных заводах и центральных ремонтных мастерских, так как требует сложного оборудования и больших производственных площадей.

Одним из новых прогрессивных способов покрытия деталей, обеспечивающих повышение производительности процесса и снижение трудоемкости, является хромирование на токе переменной полярности, т. е. реверсивное хромирование. Состав электролита следующий: хромовый ангидрид Сг03 — 250 г/л, серная кислота H2S04 — 2,5 г/л. Плотность тока—120—130 А/дм2, температура электролита 52 °С. Продолжительность катодного периода 1—5 мин, анодного 1—5 с. Ток переменной полярности получают периодическим изменением постоянного тока с помощью автоматов АРТ-1, АРТ-2 и др. При реверсивном хромировании увеличивается производительность в 2,5—3 раза, износостойкость покрытия — на 30—60%, слой покрытия можно получить до 1 мм.

Восстановление деталей осталиванием. Электролитическим наращиванием стали (осталиванием) можно получить покрытие твердостью HRC 50—56 без последующей термической обработки, которое характеризуется достаточно хорошей износостойкостью. Толщина покрытия может быть получена до 3 мм. Гладкие покрытия микротвердостью до 3000 МПа (300 кгс/мм2) можно получить толщиной до 3 мм и более, покрытие более высокой твердости (до €500 МПа)—толщиной 0,8—1,2 мм. Прочность сцепления покрытия с основным металлом достаточно высокая, в результате чего обеспечивается надежная работа отремонтированной детали при знакопеременных нагрузках.

Технологический процесс осталивания имеет много общего с технологическим процессом хромирования. Он также состоит из трех стадий: подготовки деталей к нанесению покрытий; нанесения покрытий и обработки деталей после нанесения покрытий.

Схема технологического процесса осталивания следующая: механическая обработка поверхностей; промывка бензином; монтаж деталей на подвеску; изоляция мест деталей, не подлежащих покрытию, обезжиривание деталей венской известью; промывка холодной проточной водой; анодная обработка в 30%-ном растворе серной кислоты, промывка холодной водой, промывка горячей водой (с температурой 50—60 °С), нанесение покрытия; промывка горячей водой (с температурой 80—90 °С), нейтрализация 10%-ным раствором каустической соды; промывка горячей водой (80—90 °С); демонтаж деталей с подвески и снятие изоляции; механическая обработка поверхности покрытия и контроль качества. Многие операции осталивания такие же, как и операции хромирования, или анологичны им, поэтому ниже рассмотрим лишь те операции, которые по своему содержанию отличаются от операций хромирования.

Изоляция мест деталей, не подлежащих покрытию. В качестве изоляционного материала применяют цапон-лак, эмалит, клей БФ-2, бакелитовый лак, резину, хлорвиниловые пластиката и эмали.

Анодная обработка выполняется в ванне с электролитом следующего состава: 30%-ный водный раствор серной кислоты и сернокислое железо закисное (железный купорос FeSCv7H20) в количестве 10—25 г/л воды. Плотность электролита 1,23 г/см3. Анодом служат обрабатываемые детали, катодом — пластины из свинца или нержавеющей стали. Площадь катодов должна в 3—4 раза превышать площадь анодов.

Режим обработки: плотность тока—10—70 А/дм2, температура электролита—16—22 °С, продолжительность обработки — 0,5— 4 мин.

Нанесение покрытия. Для удаления пассивной пленки, образовавшейся при анодной обработке, подвеску с деталями погружают в ванну осталивания и выдерживают в ней без тока в течение 10—50 с. Затем включают ток плотностью 5 А/дм2 и в течение 5—10 мин доводят плотность тока до заданного значения.

Существующие горячие хлористые электролиты для осталивания различаются как по составу, так и по концентрации входящих в них компонентов. Они позволяют создавать покрытия различной твердости. Для получения твердых износостойких покрытий на практике успешно применяют электролит следующего состава (г/л воды) : хлористое железо FeCl2’4H20 — 200—220, соляная кислота НС1 — 0,8—1,0. Режим работы ванны: плотность тока — 40— 50 А/дм2, температура электролита — 75—80 °С. Время выдержки деталей в ванне осталивания зависит от требуемой толщины слоя покрытия. Скорость осаждения металла на деталь — 0,3—0,5 мм/ч.

При осталивании применяют растворимые аноды из малоуглеродистой стали марок 10, 15 или 20. Растворение анодов в процессе электролиза вызывает загрязнение электролита анодным шламом (нерастворимыми частицами), который в виде включений попадает в гальваническое покрытие, ухудшая его качество. Установка для осталивания должна иметь устройство для фильтрации электролита.

Высокая температура процесса осталивания (60—80 °С) способствует испарению электролита, поэтому установка должна иметь еще и устройство для пополнения электролита водой и соляной кислотой.

Горячие хлористые электролиты обладают высокой агрессивностью по отношению к большинству металлов и их сплавов. Ванны осталивания, отстойные баки, дозирующие бачки, травильные ванны и другое оборудование должно быть защищено от агрессивнога действия электролита углеграфитовыми плитками из антигмита,. кислотостойкой эмалью, кислотостойкой резиной, эбонитом или кислотостойкими лаками.

Осталиванием восстанавливают стержни клапанов, толкатели, валики привода (масляного, водяного и других насосов), валы и оси: трансмиссий, шкивы, кронштейны, ступицы и другие детали дорожных машин.

Для восстановления посадочных мест корпусных деталей в ремонтном производстве применяется местное (вневанное) о с-таливание. Осталиванием вне ванны можно восстанавливать, гнезда под подшипники, например, картеры коробки передач (рис. 64). Картер промывают в 10%-ном растворе едкого натра и в горячей воде. Поверхности гнезд зачищают наждачной шкуркой, промывают бензином и горячей водой. Затем обезжиривают венской известью и промывают горячей и холодной водой. В корпус коробки устанавливают приспособление для осталивания. Заливают в ванночку электролит, подогретый до 40—50 °С. Состав электролита: 500 г/л двухлористого железа и 1,0—1,5 г/л соляной кислоты. Затем устанавливают в центре, ванночки цилиндрический анод 3 из стали марок Ст.2, Ст. 3 такого диаметра, чтобы расстояние между поверхностями анода и отверстия было не менее 40—50 мм, подключают к нему отрицательный полюс источника тока, а к корпусу коробки — положительный полюс. Включают ток для декапирования поверхности отверстия в течение 4—5 мин плотностью 10— 15 А/дм2, затем переключают полюса: минус на деталь, а плюс на анод и осталивают поверхность при той же плотности тока в течение времени, необходимого для нанесения слоя покрытия нужной толщины. Скорость осаждения слоя 0,10—0,15 мм/ч. После окончания осталивания отсасывают электролит из ванночки резиновой грушей, тщательно промывают поверхность горячей водой, снимают приспособление. Протирают поверхность отверстия тампоном, смоченным 10%-ным раствором каустической соды, для нейтрализации остатков кислоты его промывают холодной водой и протирают сухой ветошью. Затем проводят расточку отверстия до требуемого размера.

Контроль качества покрытия производится наружным осмотром при помощи лупы и сравнивается качество поверхности с эталоном. При необходимости проверяется твердость покрытия. Если покрытие отслаивается, имеет трещины, раковины, полосы, то его бракуют.

Рис. 64. Схема местного осталивания гнезд подшипников картера коробки передач:
1 — корпус коробки; 2 — электролит; 3 — анод; 4 — резиновая прокладка; 5 —стакан; 6 — раздвижной упор; 7 — опорная пластина; 8 — крышки; 9 — кольцо; 10 — выпрямитель

К достоинствам процесса осталивания можно отнести: высокую твердость и износостойкость покрытия; высокую прочность сцепления покрытия с основным металлом, обеспечивающую надежную работу деталей в тяжелых условиях эксплуатации; получение покрытия толщиной до 3 мм; высокий выход по току — в 6—7 раз больше, чем при хромировании; более низкую по сравнению с хромированием стоимость процесса; стоимость деталей, отремонтированных этим способом, в 2—4 раза ниже стоимости новых.

К недостаткам осталивания следует отнести некоторую сложность подготовки деталей к нанесению покрытия и необходимость частой фильтрации и корректирования электролита. Необходимо отметить, что применение на ремонтных заводах твердого осталивания дает большой экономический эффект.
Организация рабочих мест. Рабочие места для шлифования располагают в механических цехах или отделениях. Рабочие места для гальванического наращивания металла размещают в специально отведенных помещениях, которые называются гальваническими цехами или участками.