Попов. восстан детал

тельных валов. В качестве антифрикционных сплавов применяются баббиты и свинцовистая бронза.

Баббиты разделяются на оловянистые и свинцовистые. Оловянистые баббиты (Б-83 и -89) содержат в основном олово Sn –

до 89 % (сурьма Sb – до 12 %, медь Сu – до 8 %). Они применяются только при малом давлении (до 12 МПа) и температуре ниже 120 °С. Их достоинствами являются прирабатываемость, хорошие антифрикционные и литейные свойства, недостатками – малая долговечность и высокая стоимость.

Свинцовистые баббиты (СОС-6-6) содержат в качестве основы свинец РЬ (70...80 %), на долю Sn и Sb приходится по 5,5...6,5 %. Применяют их при высоком давлении (20 МПа) и температуре до 300 °С, конкретно – для дизелей.

К положительным особенностям этих сплавов относится высокое сопротивление усталостному разрушению и сохранение прочности при нагреве, к недостаткам – плохая прирабатываемость.

Приведем описание техпроцесса восстановления вкладышей подшипников, применяемого в автотранспортных организациях:

•промыть деталь в растворе каустической соды (для удаления грязи и жировых веществ), прокипятить в воде в течение 5...10 мин и просушить;

•удалить старый баббит, для чего погрузить деталь с расплавленным старым баббитом в ванну;

•протравить рабочие поверхности подшипника соляной кислотой

с30 %-ным водным раствором хлорида цинка для удаления пленки оксидов, препятствующей прочному соединению поверхностей с припоем и баббитом;

•нанести припой, например ПОС-30 или -40;

•залить подшипник баббитом (сразу по окончании предыдущего процесса), установив его и кокиль или центробежным способом;

•расточить подшипник под начальный или ремонтный размер. При плавке баббита в электропечи его поверхность для предотвра-

щения окисления и угара покрывают слоем смеси хлорида цинка и сухого древесного угля (с размерами кусочков 5...10 мм) толщиной 20...30мм. Температура расплава должна быть выше критической, составляющей для сплава СОС-6-6 300...320 °С.

Центробежная заливка обеспечивает более высококачественное покрытие с мелкозернистой структурой без раковин, экономию баббита и минимальные припуски.

101

Частота вращения n определяется по следующей эмпирической формуле:

,

(2.20)

где k – коэффициент, зависящий от свойств сплава (для оловянистых баббитов k = 1400...1800, для свинцовистых – k = 1700...1900); R – ра-

диус отверстия заливаемого подшипника, см.

Свинцовистая бронза БрС-30 (содержание РЬ 28...35 %, Сu – остальное) применяется для заливки вкладышей дизельных двигателей. Она обладает высокой износостойкостью при повышенной температуре (около 300 °С) и большом давлении (свыше 30 МПа), уступая баббиту по антифрикционным свойствам и прирабатываемости.

2.8.ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

2.8.1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Электролитическое осаждение металлов основано на явлении электролиза, т. е. окислительно-восстановительных процессах, происходящих в электролите и на электродах при прохождении через электролит постоянного тока. Восстановление поверхностей этим способом наращивания не вызывает структурных изменений в деталях, позволяет устранять незначительные износы. Процесс восстановления легче поддается механизации и автоматизации.

Основу процесса составляет электролиз металлов, сущность которого заключается в следующем (рис. 2.37). Положительно заряженные ионы (катионы) перемещаются к отрицательному электроду (катоду), где получают недостающие электроны и превращаются в нейтральные атомы металла.

Рис. 2.37. Схема установки для электролитического осаждения металла:

1 – анод; 2 – катод (деталь); 3 – ванна; 4 – электролит

102

Отрицательно заряженные ионы (анионы) перемещаются к положительно заряженному электроду (аноду), теряют свой электрический заряд и превращаются в нейтральные атомы. На катоде выделяется металл и водород, а на аноде – кислород и кислотные остатки.

Катодами являются восстанавливаемые детали, а в качестве анодов используют металлические электроды (растворимые и нерастворимые). Растворимые аноды делают из того же металла, который должен осаждаться на катоде, нерастворимые аноды изготавливают из свинца (применяют только при хромировании).

Масса металла q, откладывающаяся на катоде при электролизе, определяется по закону Фарадея по формуле

(2.21)

где α – электрохимический эквивалент, г/(А·ч); I – сила тока при электролизе, А; Tосж – продолжительность электролиза, ч.

В электролите, помимо ионов металла, присутствует также водород, гидроокиси металла и другие заряженные частицы. Они вызывают неизбежные потери электроэнергии, которые учитываются коэффициентом

(2.22)

где G2, G1 – масса детали соответственно до и после электролиза, г. Время (в часах) процесса электролиза (осаждения металла) в зави-

симости от толщины наращиваемого слоя определяется по формуле

(2.23)

где Dk – катодная плотность тока, А/дм2; h – толщина слоя покрытия, мм; γ – плотность металла покрытия, г/см3 (табл. 2.17).

				Таблица 2.17
	Технологические режимы электролиза
Наносимый	γ, г/см3	α, г/(А*ч)	η, %	h, мкм
металл				(максимум)
Хром	6.9…7.1	0.324	11…32	30
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
		103

Электролитические и химические покрытия при ремонте автомобилей применяют для повышения износостойкости, восстановления изношенных поверхностей деталей (хромирование, железнение и др.), для защиты деталей от коррозии (цинкование, бронзирование, оксидирование, фосфатирование и др.), для защитно-декоративных целей (никелирование, хромирование, цинкование, оксидирование и др.), для специальных целей, в частности улучшения прирабатываемости трущихся поверхностей деталей (меднение, лужение, свинцевание и пр.), для защиты от науглероживания при цементации (меднение). Чаще всего цель покрытия является комплексной.

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

Технологический процесс восстановления деталей нанесением покрытий включает три этапа: подготовку поверхностей деталей; осаждение покрытий; обработку 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).

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, цапон-лак и др.). Затем детали монтируются на подвесное приспособление (рис. 2.38).

104

Рис. 2.38. Приспособление для хромирования гильз:

1 – гильза

Обезжиривание деталей производят одним из следующих спосо-

бов:

•обрабатывают поверхность растворителями (бензин, уайт-спирт, 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.

105

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

2.8.2. 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 СrО3) 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 СrO3: 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;

106

•процесс осаждения хрома проводится при высокой катодной плотности тока (Dк = 20...30 А/дм2). При повышении катодной плотности тока увеличивается 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.

Вхромовых 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. 2.18). Время, необходимое для получения заданной толщины покрытия, рассчитывают по формуле (2.23). В ремонтной практике наибольшее распространение получил универсальный электролит.

			Таблица 2.18
Состав электролитов и режимы хромирования
Наименования компонентов па-	Электролит и условия электролиза
		универсаль-		концентри-
раметров	разведенный
		ный		рованный
Хромовый ангидрид (CrO3), г/л	120…150	200…250		350…400
Серная кислота(H2SO4), г/л	1.2…1.5	2.0…2.5		3.5…4.0
Температура электролита, С°	40…100	20…60		15…30
Плотность тока, А/дм2	50…65	45…55		40…50
Выход по току, %	16…18	13…15		10…12

При хромировании получают блестящие, молочные или серые покрытия (рис. 2.39). Блестящий хром характеризуется высокой микротвердостью (600...900 МН/м2), мелкой сеткой трещин, видимой под

107

микроскопом. Осадки хрупкие, но с высокой износостойкостью. Молочный хром характеризуется пониженной микротвердостью (400...600 МН/м2), пластичностью и высокой коррозионной стойкостью. Серый хром отличается весьма высокой микротвердостью (900...1200 МН/м2)

иповышенной хрупкостью, что снижает его износостойкость.

Взависимости 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

имолочные 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.

Рис. 2.39. Распределение зон хромовых покрытий:

1 – блестящий хром; 2 – молочный хром

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 СrО3 – 200...300, сульфат стронция SrSО4 – 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 Э = 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 свойства: агрессивность и ядовитость электролита; детали подвесных приспособлений,

108

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): СrО3 –

350...400; NaOH – 40...50; H2SO4 – 2...2,5; сахар – 1...2. Режим электро-

лиза: 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.

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 oС. Преимущества электролита – высокий выход по току (35...40 %). Недостаток – требуются мощные холодильные

агрегаты для достижения 18...25 oС при высокой плотности тока

(до 200 А/дм2).

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 способом. 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. В 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

109

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/дм2 скорость 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. 2.40.

Рис. 2.40. Схема установки для струйного хромирования:

1 – анод; 2 – устройство для поддержания уровня электролита; 3 – наращиваемый вал; 4 – раздвижная кассета; 5 – ванна; 6 – электролит; 7 – подогреватель; 8 – насос

Проточное хромирование. Оно обеспечивает блестящие покрытия повышенной твердости и износостойкости и улучшенной равномерно-

110