Технологические режимы электролиза

Наносимый металл	γ, г/см³	α, г/(А-ч)	η, %	h, мкм (максимум)
Хром	6,9...7,1	0,324	11...32
Железо	7,7...7,8	1,042	85...95	100...150
Цинк	7,0	1,220	97...99	6...24
Медь	8,9	1,186	80...90	До 25
Никель	8,8	1,095	90...94	2...60

Используемые при осаждении металлов электролиты чаще всего в своей основе содержат растворы солей осажденных металлов.

Технологический процесс восстановления деталей нанесением покрытий включает три этапа: подготовка поверхностей деталей; осаждение покрытий; обработка нанесенного покрытия.

Подготовка деталей к покрытию состоит из механической обработки поверхностей, обезжиривания обработанной поверхности и декапирования.

Механическая обработка включает пескоструйную обработку, шлифование и полирование. Выбор способа механической обработки зависит от назначения покрытия. Когда покрытие наносят с целью восстановления изношенной поверхности, производят шлифование для получения правильной геометрической формы и полирование для получения необходимой шероховатости поверхности. Шлифование выполняют на шлифовальных станках с использованием шлифовальных или войлочных кругов, накатанных абразивным порошком. Полирование производят бязевыми кругами, на которые наносят полировальные пасты (обычно пасту ГОИ).

Рис. 16.2. Приспособление для хромирования гильз: 1 — гильза

Детали, наращиваемые противокоррозионными покрытиями, обычно подвергаются пескоструйной (металлическим «песком») обработке.

Поверхности деталей, не подлежащие восстановлению, изолируют (при хромировании используют токонепроводящие материалы — лаки и синтетические материалы: полихлорвиниловый пластик, цапонлак и др.). Затем детали монтируются на подвесное приспособление (рис. 16.2).

Обезжиривание деталей производят одним из следующих способов:

обрабатывают поверхность растворителями (бензин, уайт-спирит, четыреххлористый углерод, ацетон и другие растворители);

проводят механическую очистку венской известью (кашицеобразным раствором кальцемагниевой извести);

обезжиривают в растворах щелочей (проводят путем погружения деталей в горячий щелочной раствор (t = 60 °С) и выдержки в нем 5... 60 мин);

проводят электрохимическое обезжиривание в растворах щелочей. Оно заключается в погружении деталей в горячий (t = 60... 80 °С) щелочной раствор, через который пропускают ток (катод — детали, а анод — пластины из малоуглеродистой стали). Плотность тока 5... 10 А/дм², длительность процесса — 1... 2 мин. Выделяющийся на поверхности детали водород в виде пузырьков срывает с поверхности жировую пленку.

Декапирование (анодная обработка деталей) — это удаление тончайших окисных пленок с обрабатываемой поверхности детали, которые образуются во время обезжиривания и промывки, а также обнажения структуры металла детали.

При хромировании обработку ведут в основном электролите, при этом детали сначала выдерживаются 1...2 мин без тока для нагрева детали до температуры электролита, а затем проводят сам процесс в течение 30...45 с при анодной плотности тока 25... 35 А/дм². После этого, не вынимая детали из ванны, переключают деталь на катод и хромируют ее.

При железнении анодную обработку ведут не в основном электролите, а в специальном.

Хромирование

Хромирование получило широкое распространение как для восстановления деталей и повышения их износостойкости, так и для декоративных и противокоррозионных целей.

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 Сг0₃) с небольшими добавками серной кислоты (Н₂80₄), 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 Сг0₃: Н₂80₄ 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 (D_k = 20...30 А/дм²). При повышении катодной плотности тока увеличиваются твердость осадка и хрупкость слоя, а при пониженных значениях Д< 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 0,30 мм.

В зависимости от вида хрома выбирают состав электролита и определяют режим нанесения покрытия (табл. 16.2). Время, необходимое для получения заданной толщины покрытия, рассчитывают по формуле (16.3). В ремонтной практике наибольшее распространение получил универсальный электролит.

При хромировании получают блестящие, молочные или серые покрытия (рис. 16.3). 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 микротвер^ достью (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.

Таблица 16.2