Ремонт автомобилей

Преимущества электролитического хрома: электролитический хром — металл серебристо-белого цвета с высокой микротвердостью 400… 1200 МН/м2 (в 1,5… 2,0 раза выше, чем при закалке ТВЧ), близкой к микротвердости корунда; обладает высокой износостойкостью, особенно в абразивной среде (в 2…3 раза по сравнению с закаленной сталью); устойчивостью в отношении химических и температурных воздействий, причем высокая коррозионная стойкость сочетается с красивым внешним видом; имеет низкий коэффициент трения (на 50 % ниже, чем у стали и чугуна); высокую прочность сцепления покрытия с поверхностью детали.

Недостатки хромирования и хромового покрытия: низкий выход металла по току (8…42%); небольшая скорость отложения осадков (0,03 мм/ч); высокая агрессивность электролита; большое количество ядовитых выделений, образующихся при электролизе; толщина отложения покрытия практически не превышает 0,3 мм; гладкий хром плохо удерживает смазочное масло.

Электролитические осаждения хрома отличаются от других гальванических процессов как по составу электролита, так и по условиям протекания процесса. Эти особенности состоят в следующем:

в качестве электролита используют хромовую кислоту (водный раствор хромового ангидрида СгО3) с небольшими добавками серной кислоты (H2SO4), а не растворы их солей, как при осаждении других металлов. Концентрация хромового ангидрида в электролите может колебаться в широких пределах — от 100 до 400 г/л, а серной кислоты — от 1 до 4 г/л (причем соотношение CrO3: H2SO4 должно находиться в пределах 90… 120). В этом случае выход по току хрома наибольший и процесс идет устойчиво. Количество трехвалентного хрома в ванне должно быть 3…4% содержания хромового ангидрида;

электролиз в хромовокислых электролитах ведется с нерастворимыми свинцово-сурьмистыми анодами. Применение растворимых хромовых анодов невозможно ввиду того, что анодный выход по току хрома в 6…8 раз выше катодного;

процесс осаждения хрома проводится при высокой катодной плотности тока (Dк = 20…30 А/дм2). При повышении катодной плотности тока увеличиваются твердость осадка и хрупкость слоя, а при пониженных значениях Dк осадки получаются пластичными;

обратная зависимость выхода по току от температуры электролита и его концентрации. С повышением концентрации электролита выход по току резко понижается, тогда как в большинстве других гальванических процессов выход по току повышается;

хромовые ванны имеют плохую растворяющую способность, т. е. толщина осадков оказывается неравномерной в зависимости от положения анода по отношению к детали (катоду). На ближайших к аноду участках получается большая толщина слоя, а на удаленных — меньшая;

возникновение значительных растягивающих напряжений в электролитически осажденном слое. Напряжение тем больше, чем толще покрытие. При определенной толщине растягивающие напряжения достигают таких значений, которые приводят к отслоению покрытия. В хромовых покрытиях в связи с этим снижается усталостная прочность на 20…30%.

Указанные недостатки хромовых покрытий накладывают ограничение на максимально допустимую толщину слоя, которая не должна превышать 0,3 мм.

В зависимости от вида хрома выбирают состав электролита и определяют режим нанесения покрытия (табл. 2). Время, необходимое для получения заданной толщины покрытия, рассчитывают по формуле. В ремонтной практике наибольшее распространение получил универсальный электролит.

Таблица 2 — Состав электролитов и режимы хромирования

 Электролит и условия электролизаРазведенный  

УниверсальныйКонцентрированныйХромовый ангидрид (Сг03), г/л120. ..150200. ..250350. ..400Серная кислота (H2SО4), г/л1,2. ..1,52,0. ..2, 53,5… 4,0Температура электролита, °С40. ..10020. ..6015. ..30Плотность тока, А/дм250. ..6545. ..5540. ..50Выход по току, %16. ..1813. ..1510. ..12

При хромировании получают блестящие, молочные или серые покрытия. Блестящий хром характеризуется высокой микротвердостью (600…900 МН/м2), мелкой сеткой трещин, видимой под микроскопом. Осадки хрупкие, но с высокой износостойкостью. Молочный хром характеризуется пониженной микротвердостыо (400…600 МН/м2), пластичностью и высокой коррозионной стойкостью. Серый хром отличается весьма высокой микротвердостью (900…1200 МН/м2) и повышенной хрупкостью, что снижает его износостойкость.

В зависимости от того, в каких условиях работает восстановленная деталь, стремятся получить тот или иной вид осадка. Например, для деталей неподвижных соединений могут применяться как блестящие, так и молочные осадки. В подвижных соединениях, работающих при давлениях до 0,5 МПа, рекомендуются блестящие осадки; в деталях, работающих при давлениях свыше 5 МПа и знакопеременной нагрузке, — молочные осадки.

Саморегулирующий электролит. Его применяют для более устойчивой работы ванн хромирования. Это достигается путем введения в ванну труднорастворимого сульфата стронция. Наиболее широкое распространение получил электролит следующего состава (г/л): хромовый ангидрид СгО3 — 200…300, сульфат стронция SrSO4 — 5,5…5,6, кремнефторид калия K2SiF6 —

18…20. Плотность тока Dк = 40…80 А/дм2, температура 55…65°С. Выход по току в этом электролите равен h = 17… 19%. Положительные свойства     электролита — возможность применения более высоких плотностей; скорость осаждения выше, чем в сернокислых электролитах; хорошая рассеивающая способность; меньшая чувствительность к изменению температуры и к загрязнению электролита железом, медью и другими металлами. Отрицательные с в о й с т в а: агрессивность и ядовитость электролита; детали подвесных приспособлений, аноды и детали ванн  разрушаются больше, чем в сернокислом электролите.

Холодные электролиты в ремонтном производстве применяют двух типов: электролит с добавкой фтористых солей и тетрахроматные Наибольшее распространение для восстановления изношенных деталей получил тетрахроматный электролит следующего состава (г/л)-СгО3 — 350…400, NaOH — 40…50, H2SO4 — 2…2,5, сахар — 1…2. Режим электролиза: катодная плотность тока Dк = 50… 100 А/дм2 температура раствора — 17… 23 °С. Этот электролит позволяет получать качественные осадки с большой производительностью (выход по току 30… 33 %), имеет меньшие внутренние напряжения. Покрытия получаются более мягкие, беспористые (без трещин), серого оттенка, легко полируемые до зеркального блеска. Применяют для получения защитно-декоративных покрытий. Особенность тетрахроматных электролитов — малая агрессивность к углеродистым сталям. Поэтому вполне допустимо изготовление ванн для хромирования из малоуглеродистой листовой стали без дополнительной футеровки.

Рис. 3

Саморегулирующийся холодный электролит — наиболее перспективный электролит. Его состав (г/л): хромовый ангидрид — 380…420, кальций углекислый — 60…75, кобальт сернокислый — 18…20. Режим электролиза: катодная плотность Dк = 100…300 А/дм2, температура электролита — 18…25°С. Преимущества электролита — высокий выход по току (35…40%).      Недостаток — требуются мощные холодильные агрегаты для достижения 18… 25 °С при высокой плотности тока (до 200 А/дм2).

Специальные процессы хромирования. Пористое хромирование. Применяют для повышения износостойкости деталей, работающих при больших давлениях и температурах и недостаточной смазке. Пористый хром представляет собой покрытие, на поверхности которого специально создается большое количество пор или сетка трещин, достаточно широких для проникновения в них масла. Его можно получить механическим, химическим и электрохимическим способами. Наиболее широко применяют электрохимический способ, который заключается в том, что хром осаждается при режиме блестящего хромирования, обусловливающем появление в покрытии сетки микротрещин. Для их расширения и углубления покрытие подвергают анодной обработке в электролите того же состава, что и при хромировании, g зависимости от режима хромирования и анодного травления можно выполнить пористость двух типов: канальчатую и точечную. Для получения пористых покрытий деталь хромируют в универсальном электролите при плотности тока 40… 50 А/дм2, а затем переключают полярность ванны и проводят анодное травление при той же плотности тока. Канальчатую пористость получают при температуре электролита 58…62°С и продолжительности травления 6…9 мин, а точечную — при 50…52°С и 10…     12 мин. Пористые покрытия используют при размерном хромировании, например поршневых колец. Их толщина составляет 0,1…0,15 мм. Пористое хромирование колец увеличивает их износостойкость в 2…3 раза, а износостойкость гильзы — в 1,5 раза. Детали, покрытые пористым хромом, обычно подвергают термообработке в масле при температуре 150… 200 °С в течение 1,5… 2 ч для устранения водородной хрупкости и насыщения пор маслом.

Струйное хромирование. Его проводят в саморегулирующемся электролите при температуре 50… 60 °С в широком диапазоне плотности тока, достигающей 200 А/дм2. Скорость протекания электролита 40…60 см/с, катодно-анодное расстояние — 15 мм. При этом получают блестящие покрытия. Выход по току достигает 22 %, что вместе с высокой плотностью тока ускоряет процесс осаждения хрома: при t = 50 °С и Dк = 100 А/дм2скорость осаждения составляет 0,1 мм/ч. При струйном хромировании в тетрахроматном электролите высококачественные покрытия осаждаются при Dк = 150… 160 А/дм2 со скоростью 0,25 мм/ч. В универсальном электролите хромируют: при температуре — 50 °С, плотности тока — 70…90 А/дм2, скорости протекания электролита — 100… 120 см/с, катодно-анодном расстоянии 15 мм. Скорость осаждения хрома составляет 0,08…0,10 мм/ч. Схема установки для струйного хромирования показана на рис. 16.4.

Протонное хромирование. Оно обеспечивает блестящие покрытия повышенной твердости и износостойкости и улучшенной равномерности покрытия в универсальном электролите с повышенным содержанием серной кислоты (3…7 г/л) при температуре — 55…65°С, плотности тока — 100…        150 А/дм2, скорости протекания электролита — 100… 120 см/с и межэлектродном расстоянии — 15…30 мм. Выход по току составляет 20…21 %. Способ эффективен Для хромирования цилиндров и коленчатых валов двигателей.  

Железнеиие

Процесс железнения представляет собой осаждение металла На ремонтируемую поверхность детали в водных растворах солей Железа. Он нашел широкое применение при восстановлении деталей с износом от нескольких микрометров до 1,5 мм на сторону. Производительность процесса железнения примерно в 10 раз вьше, чем при хромировании. Средняя скорость осаждения металла составляет 0,72… 1 мкм/с, а выход металла по току равен 80…95 %.

Железнение возможно из водных растворов сернокислых или хлористых закисных солей. Сернокислые электролиты по сравнению с хлористыми менее агрессивны, ниже по производительности и при одних и тех же условиях электролиза осадки откладываются хрупкие, с большими внутренними напряжениями. Исходный материал сернокислых электролитов дороже хлористых. В ремонтной практике наибольшее распространение получили хлористые электролиты. Выбор того или иного электролита зависит от условий работы деталей и производственных возможностей предприятий.

Электролит готовят растворением в воде солей хлористого железа и других компонентов. Если для приготовления электролита используется стружка из малоуглеродистой стали, то ее перед употреблением подвергают обезжириванию в 10…15%-ном растворе каустической соды при температуре 80…90°С, а затем промывают в горячей (t = 70…80°С) воде. После этого обезжиренную стружку травят до насыщения соляной кислоты.

Электролиты бывают горячие и холодные. Горячие электролиты (t = 60…95°С) производительнее холодных, но при работе с ними необходимы дополнительный расход энергии на поддержание высокой температуры электролита, частая его корректировка, дополнительная вентиляция и большая предосторожность со стороны рабочих.

Холодные электролиты (t < 50 °С) устойчивее против окисления. Позволяют получать качественные покрытия с лучшими механическими свойствами. Во все холодные электролиты вводится хлористый марганец, который замедляет образование дендритов и способствует получению гладких покрытий большой толщины. Марганец на электроде не осаждается и сохраняется в электролите длительное время.

Рис. 4

При железнении применяют растворимые аноды, изготовленные из малоуглеродистой стали с содержанием углерода до 0,2%. При электролизе аноды растворяются, образуя на поверхности нерастворимый шлам, состоящий из углерода, серы, фосфора и других примесей. Попадая в ванну, они загрязняют ее и ухудшают качество покрытий. Во избежание этого аноды необходимо помещать в диафрагмы из пористой керамики или чехлы, сшитые из кислотостойкого материала (стеклоткань, шерсть и др.).

Железнение проводят в стальных ваннах, внутренние стенки которых облицовывают кислотостойкими материалами (антегмитовая плитка АТМ-1, эмаль типа 105А, железокремниймолибденовый сплав МФ-15, кислотостойкая резина, фторопласт-3, керамика, фарфор). Один из существенных недостатков процесса железнения — болъшое количество водорода в осадке (до 2,5 м3 на     1 мкг осадка). Он в осадке находится в различных формах и отрицательно влияет на механические свойства восстановленных деталей. С целью освобождения от водорода в осадке необходимо детали после железнения подвергать низкотемпературному сульфидированию с последующей размерно-чистовой обработкой пластическим деформированием. В этом случае усталостная прочность деталей повышается на 40…45%, а износостойкость возрастает в 1,5…2 раза.

При восстановлении крупногабаритных деталей сложной конфигурации (блоки цилиндров, картеры коробок передач и задних мостов, коленчатые валы и другие) возникают трудности, связанные с изоляцией мест, не подлежащих покрытию (площадь их поверхности в десятки раз превышает покрываемую площадь), сложной конфигурацией подвесных устройств, необходимостью иметь ванны больших размеров, быстрым загрязнением электролитов и т.д. Для железнения таких деталей применяют вневанный способ.

Принцип вневанного железнения — это в зоне нанесения покрытия создание местной ванны (электролитической ячейки), при сохранении традиционной технологии железнения. В этом случае непокрываемые поверхности не изолируют, уменьшается обеднение прикатодного слоя электролита и возможно увеличение плотности тока в несколько раз и, следовательно, повышение производительности процесса.