Ремонт автомобилей

1. Описать сущность и дать классификацию способов технологических процессов нанесения гальванических покрытий.

Гальванические покрытия были открыты в 1836 г. русским физиком и изобретателем в области электротехники Б. С. Якоби и основаны на электрокристаллизации – электрохимическом осаждении на катоде (в роли которого выступает основное изделие) положительно заряженных ионов металлов при пропускании через водный раствор их солей постоянного электрического тока. При этом соли металлов распадаются на ионы под воздействием электрического тока направляются к разным полюсам: отрицательно заряженные – к аноду, а положительно заряженные ионы металла – к катоду, то есть к изделию, поверхностный слой которого мы хотим изменить нанесением гальванического покрытия.

Гальваническое покрытие - металлическая пленка толщиной от долей мкм до десятых долей мм, наносимая на поверхность металлических и неметалических изделий путем электролитического осаждения металлов. Металлопокрытия — тонкие металлические или органические поверхностные покрытия металлических изделий, позволяющие улучшить их внешний вид, защитить от коррозии, повысить износостойкость, улучшить электрический контакт, облегчить пайку, изменить отражательные или поглощательные свойства в инфракрасном и видимом диапазонах спектра, а также нарастить размеры изделия. Серебро, золото, никель и хром наносятся на поверхность стали или других металлов как для улучшения внешнего вида, так и для защиты от коррозии. Кадмий и цинк используются для защиты от электрохимической коррозии; эти металлы защищают сталь за счет собственной коррозии, причем степень защиты практически пропорциональна толщине или массе покрытия. Другие металлы, используемые в качестве покрытий для стали, такие, как медь, никель, хром, олово, кобальт, серебро, золото и свинец, действуют как защитные пленки; степень защиты пропорциональна толщине лишь до тех пор, пока толщина обеспечивает непроницаемость покрытия. Толстые хромовые покрытия используются главным образом для увеличения износостойкости; кадмий и серебро применяются, когда надо обеспечить хороший электрический контакт; олово, медь, кадмий и никель — хорошие покрытия для пайки; родий, серебро и золото используются для увеличения отражательной способности поверхностей; черное оксидирование (воронение) применяется для увеличения поглощательной способности и собственного излучения поверхности; покрытия из никеля, хрома и железа позволяют наращивать размеры деталей.

Основополагающим звеном для понимания электрохимических процессов является ряд напряжения металлов. Металлы можно расположить в ряд, который начинается с химически активных и заканчивается наименее активными благородными металлами:

Li, Rb, К, Ва, Sr, Са, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Так выглядит, по новейшим представлениям, ряд напряжений для важнейших металлов и водорода . Если из двух любых металлов ряда изготовить электроды гальванического элемента, то на предшествующем в ряду материале появится отрицательное напряжение.

Величина напряжения (электрохимический потенциал) зависит от положения элемента в ряду напряжении и от свойств электролита.

Классификация и назначение гальванических покрытий

Классификация покрытий. В зависимости от требований, предъявляемых к эксплуатационным характеристикам деталей, различают три типа покрытий:

- защитные, применяемые для  защиты от коррозии деталей  в различных агрессивных средах;

- защитно-декоративные, применяемые  для декоративной отделки деталей  с одновременной защитой их  от коррозии;

- специальные, применяемые для придания поверхности деталей специальных свойств (износостойкости, паяемости, твердости, электроизоляционных, магнитных свойств и др.), восстановления изношенных деталей или обеспечивающие защиту основного металла от особых сред (местная защита от цементации, азотирования и пр.).

По способу защитного действия гальванические покрытия делят на катодные и анодные. Катодные покрытия имеют более положительный, а анодные более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены. Так, например, Си, Ni, Ag, Аи, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, a Zn и Cd по отношению к стали — анодными.

Защитные действия покрытий зависят не только от природы металла, но и от состава коррозионной среды. Олово по отношению к Fe в растворах неорганических кислот и солей является катодным покрытием, а в ряде органических кислот (пищевых консервах) — анодным. Катодные покрытия защищают металл детали механически, изолируя его от окружающей среды. Основное требование к катодным покрытиям — беспористость. Анодные покрытия защищают металл детали главным образом электрохимически. Поэтому степень пористости анодных покрытий в отличие от катодных не играет существенной роли.

При выборе покрытий следует учитывать назначение и материал детали, условия эксплуатации деталей, назначение и свойства покрытия, способ нанесения покрытия, допустимость контактов сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность применения этого покрытия.

Коррозионное воздействие среды, определяемое условиями эксплуатации изделий, является одним из важнейших факторов, обусловливающих выбор покрытий.

Условия эксплуатации в зависимости от коррозионной агрессивности среды (степени загрязнения воздуха коррозионно-активными агентами, температуры окружающей среды и других климатических факторов) классифицируют по группам: легкая — Л, средняя — С, жесткая — Ж, очень жёсткая — ОЖ. 

Требования к поверхностям и покрытиям

Качество поверхности основного металла, на которые наносится гальванические покрытия, должно соответствовать ГОСТ 9.301—78. Параметры шероховатости поверхности основного металла должны быть не более: Rz = 40 мкм под защитные покрытия; Ra = 2,5 мкм под защитно-декоративные; Rz = 40 мкм под специальные покрытия в зависимости от функционального назначения; Ra = 1,25 мкм под твердые и электроизоляционные анодно-окисные покрытия.

Указанные требования к шероховатости поверхности не распространяются на нерабочие труднодоступные для обработки и нерабочие внутренние поверхности деталей, резьбовые поверхности, поверхности среза штампованных деталей толщиной до 4 мм, а также на детали, шероховатость поверхности основного металла которых установлена соответствующими стандартами. Необходимость доведения шероховатости указанных поверхностей до установленных значений и необходимость дополнительной защиты этих участков после нанесения покрытий для обеспечения заданной коррозионной стойкости должны быть оговорены в технической документации. На поверхности деталей не допускаются: неоднородность проката, закатанная окалина, заусенцы, расслоения и трещины, выявившиеся после травления, полирования и шлифования, поры и раковины, приводящие к тому, что размеры детали после контрольной зачистки выходят за предельные отклонения.

Поверхность деталей, изготовленных из горячекатаного металла, должна быть очищена от травильного шлама, продуктов коррозии основного металла и других загрязнений.

На поверхности литых и кованых деталей не должно быть пор, газовых и усадочных раковин, шлаковых включений, спаев, недоливов, трещин. Детали после галтовки, гидро- и металло-пескоструйной обработки не должны иметь на поверхности травильного шлама, шлака, продуктов коррозии и заусенцев. На шлифование и полирование детали должны поступать без забоин, вмятин, прижогов, рисок, заусенцев и дефектов от рихтовочного инструмента.

Острые углы и кромки деталей должны быть скруглены радиусом не менее 0,3 мм или иметь фаски (за исключением технически обоснованных случаев).

Швы на сварных и паяных деталях должны быть зачищены, непрерывны по всему периметру и исключать затекание электролита в зазор. Прерывистые швы должны быть предварительно загерметизированы.

Качество покрытий должно соответствовать ГОСТ 9.301—78.

Для всех видов покрытий установлены требования к внешнему виду и, при необходимости, к специальным свойствам. Кроме того, для металлических покрытий устанавливают требования к толщине, пористости и прочности сцепления и, в случае покрытий сплавами — к химическому составу; а для неметаллических неорганических покрытий — требования к защитным свойствам и, при необходимости, к толщине.

Специальные свойства покрытий должны соответствовать требованиям конструкторской документации.

По толщине, химическому составу, защитным свойствам и пористости покрытия должны соответствовать требованиям, указанным в ГОСТ9.301—78.

Вид и толщину покрытия деталей (согласно ГОСТ 9.301—78, ГОСТ 9.073—77, ГОСТ 21 484—76) выбирают в соответствии с требованиями, приведенными в нормативно-технической документации. Исключение составляют детали, для которых толщину покрытия устанавливают независимо от условий эксплуатации: детали, выполненные по 7, 8 и 9-му квалитетам или имеющие посадки с натягом; резьбовые детали; пружины].

Вид дополнительной защиты деталей всегда оговаривается в конструкторской документации.

Назначение гальванических покрытий

В соответствии с их назначением гальванические покрытия можно разделить на следующие основные группы:

1) коррозиеустойчивые, или  защитные;

2) защитно-декоративные;

3) износостойкие;

4) специальные.

Защитные свойства коррозиеустойчивого металлического покрытия определяются:

а) величиной электродного потенциала металла покрытия, сравнительно с электродным потенциалом защищаемого металла, т. е. будет ли металл покрытия при образовании гальванической пары катодом или анодом. Исключение представляют металлы, склонные покрываться пассивной пленкой (алюминий, хром). Разность между потенциалом металла покрытия и потенциалом защищаемого металла и контактирующимися с ним не защищаемыми металлами должна быть возможно наименьшей;

б) химической стойкостью металла покрытия против воздействия среды, в которой находится изделие. В связи с этим защитные свойства покрытия зависят от того, как по своей химической природе металл покрытия будет относиться к таким химическим реагентам, как влажный воздух, морская вода, кислоты, щелочи и др.;

в) достаточной толщиной, сплошностью и сцепляемостью покрытия, а также его твердостью и сопротивляемостью механическим воздействиям. Исключительно большое значение для противокоррозионной защиты имеет качество сцепления покрытия с основным металлом, выражающееся в сращивании покрытия с основой по всей поверхности изделия. Сцепление покрытия с покрываемым металлом зависит от ряда условий, куда относятся химические свойства основного металла и металла покрытия, режим и условия процесса осаждения и главное — качество подготовки поверхности изделия в механических и гальванических цехах.

Основным требованием к коррозиеустойчивым и защитно-декоративным покрытиям является наличие достаточной для данных условий эксплуатации изделия толщины слоя покрытия.

Выбор покрытий и их толщина зависят от назначения изделий и условий их эксплуатации. Минимальные значения толщин покрытий после их отделки предусматриваются Государственными стандартами.

В зависимости от условий работы изделия устанавливаются три группы покрытии:

группа Л — для легких условий работы. Эта группа предназначена для эксплуатации изделий в закрытых, сухих, отапливаемых и вентилируемых помещениях (аналогичных жилым);

группа С — для средних условий работы. Эта группа предназначена для эксплуатации изделий в условиях закрытых помещений, и наружной атмосферы, загрязненных промышленными газами, пылью, а также содержащих аэрозоли или испарения морской воды. При этом изделия не должны подвергаться непосредственному воздействию дождя или снега;

группа Ж — для жестких условий работы. Эта группа предназначена для эксплуатации изделий в условиях закрытых помещений и наружной атмосферы, загрязненных значительным количеством промышленных газов и пыли, а также при непосредственном периодическом воздействии дождя, снега или брызг морской воды

Толщина покрытия в ряде случаев (например, с целью защиты от коррозии в жидких средах или агрессивных газах, при повышении износостойкости поверхности металла и.др.) не может быть стандартизована. В каждом отдельном случае здесь необходимо учитывать интенсивность воздействия коррозионной среды, конструктивные особенности изделия, срок службы и требования к покрытию, обусловленные технологией изготовления деталей.

Никелирование — нанесение на поверхность изделий никелевого покрытия (толщиной, как правило, от 1-2 до 40-50 мкм). Никелированию подвергаются преимущественно изделия из стали и сплавов на основе меди, цинка и аллюминия (реже — изделия из титана, фольфрама, молибдена, и сплавов на их основе). Также существуют способы нанесения никеля на неметаллической поверхности — керамику, пластмассы, бакелит, фарфор, стекло и др. Никелирование применяется для защиты изделий от коррозии (в атмосферных условиях, в растворах щёлочей, солей и слабых органических кислот), повышения износостойкости деталей, а также в защитно-декоративных целях.

Меднение - нанесение медных покрытий гальваническим методом на обезжиренные и протравленные стальные или цинковые готовые изделия, иногда на стальную проволоку.

Меднение часто применяется для защиты отдельных участков стальных изделий от цементации (науглероживания), при этом меднятся те участки, которые в дальнейшем подлежат обработке резанием (твёрдые науглероженные поверхностные слои не поддаются такой обработке, а медь защищает покрытые участки от диффузии в них углерода). Более распространённая область применения меднения — защитно-декоративное хромирование стальных или цинковых изделий, при котором медь играет роль промежуточного слоя — поверх меди наносится слой никеля, а на него — очень тонкий слой хрома (0,25 мкм).