Text
                    БИБЛИОТЕЧКА
СгЕ/1 ЬСКОГО
1^ЕГИОНТНИНА

ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ИЗНОШЕННЫХ
ДЕТАЛЕЙ

Би блиотечка Сельского Ремонтника ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ МОСКВА россельхозиздат 19 7 3
6П4.5 В 77 УДК 631.3—7.02 Авторы: А. А. Михайлова, Р. А. Игнатьев. Р. Н. Ерохина, А. В. Горохов Восстановление изношенных деталей. М., Рос- ВТ? сельхозиздат, 1973. 88 с. с ил. (Б-чка сельск. ремонтника). На обороте тит. л. авт.: А. А. Михайлова, Р. А. Игнатьев, Р. Н. Ерохина, А. В. Горохов. В брошюре описаны распространенные методы восстановле- ния изношенных деталей электролитическим хромом и железом, химическим никелем и наплавкой. Даны практические рекоменда- ции по выполнению технологических процессов, описаны требуемые материалы и оборудование. Особое внимание уделено новым высокопроизводительным электролитам хромирования и растворам для химического никели- рования, даны рекомендации по их использованию в ремонтной практике. Брошюра рассчитана на квалифицированных рабочих, масте- ров гальванических цехов и инженерно-технический состав, инте- ресующийся вопросами восстановления изношенных деталей галь- ваническими и химическими покрытиями. 4—2—1 6П4.5 77-73 М 0421—036 М104—(03)—73 77-73
ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ При восстановле- нии изношенных деталей электрохимическим и химиче- ским способами основным условием получения качествен- ного покрытия является предварительная подготовка поверхности. Для получения высококачественного покрытия, проч- но сцепленного с основным металлом, поверхность изде- лий должна быть обработана механически, затем хими- чески и электрохимически и тщательно промыта. Плохое обезжиривание и травление ухудшают сцепление покры- тия с основой и снижают качество покрытия. Механическая подготовка поверхности Механическая обработка проводится с целью удале- ния следов износа, придания поверхности детали требуе- мой геометрической формы и получения того класса чис- тоты поверхности, который предусмотрен технической до- кументацией для каждой детали. Поверхности деталей после механической обработки должны быть без заусенцев, окалины, раковин, забоин, шлифовочных трещин и ожогов. Чем тщательней обра- ботана поверхность перед покрытием, тем более однород- ным будет слой покрытия. На острых концах и углах деталей снимают фаски . и закругляют острые кромки. Особенно это важно при нанесении толстых слоев покрытий. Дробеструйная или гидропескоструйная обработка применяется для очистки изделий, покрытых толстым слоем окалины, ржавчины, пригара; снятия внутренних напряжений растяжения, образования на поверхности детали напряжений сжатия и улучшения сцепления по- крытия с основой. 741* 3
При дробеструйной очистке поверхность металла обра- батывается струей чугунной молотой дроби, выбрасывае- мой сжатым воздухом из сопла специального аппарата. Поверхность деталей после этого становится шерохова- той с матовым оттенком. Давление воздуха при эксплуатации дробеструйного аппарата колеблется от 4 до 6 ат. Сжатый воздух пропус- кается через влагомаслоотделитель. Размер зерен моло- той дроби зависит от толщины материала детали и тре- буемой чистоты обработки. Для тонкостенных штампо- ванных деталей размер зерен должен быть в пределах 0,3—0,5 мм, для литья и поковок — до 2 мм. Хорошие результаты дает струйная очистка рубленой стальной проволокой при соотношении длины отрезков к диаметру, равном 1. Острые грани отрезков сохраняют очистительную способность на длительное время. При гидропескоструйной очистке на поверхность де- тали направляют сильную струю воды с песком (соотно- шение 2:1). Для предотвращения коррозии в воду добавляют 5— 20 г/л тринатрийфосфата, 5 г/л хромпика или 1—5 г/л нитрита натрия. Размер зерен песка и давление сжатого воздуха при гидропескоструйной обработке указаны в таблице 1. Таблица 1 Режимы гидропескоструйной обработки Характеристика обрабатываемого материала Рабочее давление воздуха, кг/см2 Размер зерен песка, мм Крупные изделия толщиной боль- ше 3 мм Листы и литье толщиной до 3 мм Листы толщиной до 1 мм и резь- бовые соединения 2,0—4,0 1,0—1,5 0,3—0,5 2,5—3,5 1,0—2,0 0,05—0,15 При шлифовании с поверхности детали удаляются риски, раковины, царапины и другие неровности. Шлифо- вание осуществляют на специальных шлифовально-поли- ровальных станках с помощью войлочных, бязевых или фетровых кругов с нанесенными на них абразивными ма- териалами.
Фетровые и войлочные круги диаметром от 200 до 600 мм и толщиной 25—60 мм выпускаются промышлен- ностью (ГОСТ 10684—63). Широкую область применения могут найти гибкие вулканитовые круги диаметром от 70 до 500 мм, зернис- тостью 16—40 четырех степеней эластичности. В гальваническом производстве применяются круги из текстильных материалов — хлопчатобумажной или ки- перной ткани, отходов текстильной промышленности. Круг набирают из заготовок, вырезанных в виде дисков, и прошивают их на специальных машинах спиральным, концентрическим, радиальным или параллельным швом. Твердость круга увеличивается с уменьшением расстоя- ния между швами. Для твердых кругов оно составляет 10—15 мм, для мягких кругов 15—20 мм. Эластичные шлифовальные круги перед нанесениехМ на них абразивного слоя подвергают профилированию, обточке и балансировке. Затем круги высушивают, сма- зывают их рабочую поверхность столярным или другим клеем и накатывают на нее слой абразива. Количество воды и клея берут в определенном соот- ношении, которое зависит от зернистости абразива (табл. 2). Таблица 2 Состав клеевой связки для нанесения на эластичные круги абразивного слоя, % Зернистость абрази- ва (ГОСТ 3647—59) Клей Вода 50-80 50 50 25—40 45—40 55—60 10—16 35—33 65—67 6-8 30—25 70—75 4—5 25-23 75-77 3 20 80 Горячий клей наносят ровным слоем на рабочую по- верхность круга, затем накатывают на него зерна абрази- ва, прогретые до 40—50°, а круги прогревают до 30—35°. Накатку проводят на специальном желобе, в который на- У22 Заказ 929 5
сыпан абразивный порошок. Рабочая поверхность запол- няется абразивом с 2—3-х оборотов круга по направле- нию ворса. В этом же направлении должен вращаться круг при шлифовании. С повышением давления на круг при накат- ке зёрна абразива глубже проникают в клеевой слой и прочнее удерживаются в нем при шлифовании. Для увеличения срока службы кругов применяют двух-и трех- кратное нанесение абразива. Сушка накатанных кругов в помещении при темпера- туре 25—30° продолжается при однослойной накатке 20— 24 час., при двухслойной до 48 час. Сушка в . сушильном- шкафу при 35—40° сокращается соответственно до 10 и 24 час. Для закрепления абразивных порошков на шлифо- вальных кругах применяются столярный клей, карбамид- ный и другие синтетические клеи, а также растворимое стекло (силикатный клей) с удельным весом 1,4—1,45. Полированием удаляют с поверхности детали мель- чайшие неровности, риски, царапины, оставшиеся после шлифования. Для полировальных операций ' применяют бумажные и бязевые абразивные ленты, они легче кругов и ими удобнее пользоваться при обработке деталей слож- ной формы. Заключительной операцией является полиро- вание при помощи эластичных кругов, на рабочую по- верхность которых наносят полировочные пасты, напри- мер, ГОИ трех видов — тонкие, средние и грубые (табл. 3). Таблица 3 Состав полировочных паст в вес. ч. Компонент Грубая паста Средняя паста Тонкая паста Окись хрома 81 76 74 Силикагель 2 2 1,8 Стеарин 10 10 10 Расщепленный жир 5 10 10 Олеиновая кислота — — 2 Сода двууглекислая — — 0,2 Керосин 2 2 2
Химическая и электрохимическая подготовка Для получения прочносцепленного покрытия с осно- вой с поверхности детали удаляют различные загрязне- ния: ржавчину, термическую окалину, окисные пленки — травлением с предварительным обезжириванием, а сле- ды жиров, абразивов, консервационных смазок, полиро- вочных паст просто обезжириванием. Обезжиривание органическими растворителями. В ка- честве растворителей применяют бензин, керосин, уайт- спирит, бензол, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, четырех- хлористый углерод. Загрязненные детали промывают растворителями в специальных стальных ваннах или бачках волосяными щетками и ветошью. Обезжиривание проводят в двух- трех емкостях последовательно. Органические раствори- тели не вызывают коррозии деталей и поддаются регене- рации для повторного использования. Недостатки органических растворителей — токсич- ность и легкая воспламеняемость. Поэтому ванны и сто- лы оборудуют местной вытяжной вентиляцией, обезжи- ривание проводят на отдельном участке, отгороженном .от общего помещения цеха несгораемыми перегородками. Очистка венской известью, разведенной водой до со- стояния жидкой кашицы, нужна как вспомогательная операция при подготовке рельефных деталей к покры- тию. Венскую известь наносят на поверхность изделия во- лосяными щетками, которые используют и для протирки. Очистка известью требует большой затраты ручного тру- да, мало производительна и может быть рекомендована лишь при невозможности применить менее трудоемкий способ подготовки. Химическое обезжиривание в горячих щелочных раст- ворах основано на способности растительных и животных жиров образовывать мыла при действии на них щелочи, которые легко смываются горячей водой. Скорость хими- ческого обезжиривания возрастает с повышением темпе- ратур раствора, поэтому ванны обезжиривания нагрева- ются до температуры 80—90°. Продолжительность обез- жиривания в зависимости от степени загрязнения дета- лей жирами составляет от 15 до 60 мин.
Рекомендуемые составы растворов для обезжирива- ния щелочами приведены в таблице 4. Таблица 4 Составы растворов и режимы для обезжиривания Степень зажиренности изделия Содержание компонентов, г/л Темпера тура раст- вора, °C 1родолжи- тельность обработки, мин. Сильная тринатрийфосфат 30—40 едкий натр 80 85—90 15-60 Умеренная жидкое стекло 15 углекислый натрий 70—80 едкий натр 15 тринатрийфосфат 30—70 70—90 5-30 Слабая жидкое стекло 10—20 углекислый натрий 20—25 едкий натр 10 тринатрийфосфат 6 85-90 2-15 сода кальцинированная 4 жидкое стекло 10—20 Электрохимическое обезжиривание наиболее часто применяется для окончательной очистки поверхности ме- талла. Качество обезжиривания поверхности деталей опреде- ляют путем промывки деталей в горячей проточной воде. Хорошо обезжиренная поверхность полностью смачивает- ся водой. При электрохимическом обезжиривании (катодное и анодное) детали завешиваются в ванну с электролитом на штангу. При катодном обезжиривании в щелочном электроли- те околокатодный слой электролита обогащается ионами ОН - которые вступают во взаимодействие с жирами и переводят их в мыла, а выделяющиеся пузырьки газооб- разного водорода механически отделяют от поверхности металла мелкие капли неомыляемых масел. Однако водород оказывает и вредное влияние. Про- никая внутрь поверхностного слоя металла, он вызывает водородную хрупкость. Во избежание наводороживания обезжиривание ведут на катоде, а затем на аноде.
При анодном обезжиривании в щелочном электролите удаление загрязнений с поверхности деталей происходит за счет выделяющегося на аноде кислорода. В этом слу- чае опасность наводороживания поверхностных слоев металла отсутствует, однако за счет меньшей щелочнос- ти в прианодном слое и меньшего объема выделяющегося кислорода процесс обезжиривания на аноде идет медлен- нее. Для электрохимического обезжиривания применяют раствор следующего состава (г/л): тринатрийфосфат 30—70; углекислый натрий 10—15; едкий натр 5—15; жидкое стекло 10—30 или ОП-7, ОП-Ю2—3. Температура раствора 60—70°, плотность тока 3—10 а/дм2, продолжительность выдержки 3—5 мин. на катоде, а затем 0,5—1 мин. на аноде. Анодное обезжиривание эффективно для стальных изделий с высокой поверхностной твердостью, тонкостен- ных деталей и пружин. После обезжиривания следует промывка в теплой (60°) воде для растворения мыла и промывка в холодной воде. Травление перед шлифованием и непосредственно пе- ред гальваническими покрытиями необходимо для очист- ки поверхности металла от грубых окислов или окалины, возникшей при отжиге. Перед травлением детали тща- тельно очищают от жиров, масел и загрязнений. Черные металлы обрабатывают в водных растворах серной, соляной или смесях этих кислот. Кислоты, дейст- вуя на окислы, растворяют их с образованием солей же- леза и выделением водорода: Ре2Оз + ЗН25О4-:-ре2(5О4)з+ЗН2О Fe 4- H2SO4—>FeSO4 -I- Н2 Выделяющийся водород разрыхляет пленку окислов железа и отрывает ее от поверхности металла, способст- вуя тем самым ускорению процесса травления. Скорость травления возрастает с повышением температуры. Опти- мальной для травления в серной кислоте является темпе- ратура в пределах 50—60°, в соляной — в пределах 30— 40°.
Растворы серной кислоты обладают наибольшей ско- ростью травления при концентрации 25%, а соляной — 20%, однако во избежание сильного разъедания металла применяют концентрацию кислоты не выше 10—15%, что соответствует содержанию серной кислоты 60—70 мл, а соляной 300—400 мл на литр раствора. Травление в серной кислоте более экономично, в ней окалина удаляется в 1,5 раза быстрее, чем в соляной. Часто в практике травления сталей применяют смесь серной и соляной кислот, что сокращает потери металла, уменьшает опасность перетравливания, увеличивает про- должительность действия травильных растворов, умень- шает расход кислот и выделение водорода. Для предохранения основного металла от перетравли- вания и уменьшения наводороживания в травильные раст- воры вводят специальные присадки — замедлители трав- ления (ингибиторы), которые замедляют действие кисло- ты на чистый металл, но в то же время допускают быст- рое растворение кислотой металлических окислов. Широкое применение получили травильная присадка марки КС, эффективные ингибиторы Уникол, ЧМ, ПБ-5и уротропин. При травлении в соляной кислоте добавляют присад- ку ПБ-5 или ПБ-8 в количестве 8—9 f/л травильного раствора. Присадку ПБ-5 предварительно растворяют в концентрированной соляной кислоте. Для травления в серной кислоте рекомендуется при- садка ЧМ, состоящая из двух компонентов: регулятора травления (Р) и пенообразователя (П), поставляемых комплектно в отдельной таре. Состав Р — трудно раство- римая в воде жидкость или паста темного цвета, которую перед добавкой в травильную ванну обрабатывают (суль- фируют) крепкой серной кислотой, взятой в соотношении 3:1. Состав П — темная липкая жидкость, легко раствори- мая в воде, добавляется в травильную ванну без обработ- ки. Состав Р вносится из расчета 1 г/л травильного раст- вора, состав П — из расчета 1 кг на 1 м2 зеркала травиль- ной ванны. После добавления присадки травильный раст- вор тщательно перемешивают. Срок действия каждой присадки — 4—5 дней. Составы ванн и режимы травле- ния черных металлов приведены в таблице 5. Продолжительность травления зависит от. состояния поверхности металла и продолжается до удаления окис- 10
Таблица 5 Составы ванн и режимы травления Состав раствора, г/л Для угле- родистой стали, по- крытой толстой окалиной Для углеро- дистой неле- гированной стали, покры- той окалиной и ржавчиной Для угле- родистой стали, по- крытой ржавчиной Для бес- шламового травления стали Серная кислота (уд. вес 1,84 г/см3) 75 150 80—100 100—150 Соляная кислота (уд. вес 1,19 г/см3) 125 — — Хлористый натрий — 3—5 — 200—250 Присадка КС 3 1—2 0,5—1,0 3,0 Температура, °C 30—40 18—60 18—40 50-55 лов. После травления детали последовательно промы- вают в проточной холодной воде, в горячей воде и высу- шивают. Кроме вышеперечисленных растворов для травления стальных деталей с сохранением их размеров применяют раствор (г/л): хромовый ангидрид — 250; фосфорная кислота — 60. Обработка проводится при температуре 90—95° в те- чение 20—60 мин. Электрохимическое анодное и катодное травление ис- пользуют для интенсификации процесса травления, повы- шения прочности сцепления основного металла детали с покрытием. При анодном протравливании поверхности стальных деталей применяют электролит (г/л): серная кислота 80—120; поваренная соль 10—20; рабочая температура 15—25°; анодная плотность тока 3—5 а/дм2; выдержка 3—5 мин. Катодом служит'свинец. Для предотвращения пере- травливания металла требуется тщательное наблюдение и контроль. При анодном травлении водородная хруп- кость не наблюдается. Катодное травление исключает перетравливание ме- талла, но возможно возникновение водородной хрупкос-
ти. Анодом являются цинковые пластины, электроли- том — смесь серной и соляной кислот. Плотность тока колеблется в пределах 5—30 а/дм2. Температура раство- ра 18—40°. Декапирование — легкое химическое или электрохи- мическое травление, проводимое в течение 0,5—2 мин., непосредственно перед нанесением гальванического по- крытия для удаления тончайших пленок окислов, то есть для обеспечения хорошего сцепления покрытия с основ- ным металлом. Растворы и режим, применяемые при декапировании, указываются в описаниях технологических процессов хромирования, железнения и химического никелирования. ОБОРУДОВАНИЕ Оборудование для нанесения износостойких гальванических покрытий хро- ма, никеля и железа делится на основное и вспомогатель- ное. Основным оборудованием являются ванны и источ- ники постоянного тока. К вспомогательному оборудова- нию относятся фильтры, сушильные приспособления, монтажные столы, шкафы для хранения химикатов. Ванны используются для электрохимической подго- товки поверхности деталей (обезжиривания, травления и декапирования), горячей и холодной промывки и по- крытий. По конструкции ванны для покрытий подразделяются на стационарные, работающие в спокойных условиях (без подогрева и перемешивания), и ванны для интен- сифицированных процессов, снабженные устройствами для подогрева, перемешивания и непрерывной фильтра- ции. Ванны для обезжиривания, травле- ния и декапирования Ванны для обезжиривания. При обезжиривании в ор- ганических растворителях обычно применяются стальные сварные баки прямоугольной или цилиндрической фор-
мы. Их размеры зависят от величины и формы обрабаты- ваемых деталей. Химическое и электрохимическое обезжиривание в щелочных растворах проводят в стальных ваннах, снаб- женных бортовой вытяжной вентиляцией и паровым или электрическим обогревательным устройством, обеспечи- вающим заданную температуру раствора. В ванне имеет- ся нижний штуцер для полного слива раствора и верх- ний штуцер со сливным карманом для непрерывного уда- ления жировой пленки с зеркала раствора. Ванна для электрохимического обезжиривания отлича- ется от ванны химического обезжиривания наличием анодных и катодных штанг, электродов и изоляторов. Основные размеры ванн химического и электрохимиче- ского обезжиривания приведены в таблицах 6 и 7. Ванны для травления — стальные емкости, футеро- ванные винипластом или другим кислотостойким мате- риалом (резина, пластикат, асбовинил). Ванны для горя- Таблица 6 Размеры ванн химического обезжиривания, мм Рабочий объем, л А в в Г Д 180 600 500 700 710 980 300 800 600 700 910 1080 430 1000 700 700 1110 1180 720 1000 800 1000 1110 1280 1760 2000 800 1200 2160 1330 Таблица 7 Размеры ванн электрохимического обезжиривания, мм Рабочий объем, л А Б в Г Д 300 800 750 700 950 1230 570 1000 800 800 1150 1280 1200 2000 1000 800 2150 1530 1320 1500 1000 1000 1650 1530 1700 2000 800 1200 2150 1280 2000 1200 800 2200 1346 1280 3 Заказ 929 13
чего травления снабжены свинцовыми или железными освинцованными змеевиками. Для электрохимического травления ванна дополнительно оборудуется катодными и анодными штангами. В таблице 8 приведены размеры наиболее часто при- меняемых ванн для травления. Таблица 8 Размеры ванн для травления, мм Рабочий объем, л А Б в г д 280 1000 600 600 1110 1050 480 1000 700 800 1110 1180 600 1000 800 800 1110 1280 780 1500 800 800 1610 1280 950 1500 800 800 1610 1280 1500 1500 800 1400 1660 1330 1600 2500 800 1000 2660 1330 1800 1500 1200 1200 1660 1730 Ванны для декапирования изготавливают из листовой стали и футеруют кислотоупорными материалами (вини- пласт, пластикат). Ванна оборудуется штангами. Подогрев не требуется. В таблице 9 приведены размеры ванн, применяемых для декапирования. Таблица 9 Размеры ванн для декапирования, мм Рабочий объем, л А Б в г Д 70 500 400 500 588 488 165 600 500 700 688 588 265 800 600 700 888 688 365 1000 700 700 1100 810 670 1200 800 800 1310 910 1300 1200 900 1400 1330 1030 Ванны для промывки. Ванны для холодной промывки, изготовленные из стали, винипласта, имеют верхний шту- цер для слива загрязнений и нижний спускной штуцер для полного слива воды.
Ванна для горячей промывки дополнительно обору- дуется змеевиком для нагрева горячей водой или паром. В случае нагрева свыше 80° рекомендуется бортовая вен- тиляция. В таблицах 10 и 11 приведены типовые размеры ванн для промывки. Таблица 10 Размеры ванн для холодной промывки, мм Рабочий объем, л А Б в г Д 67 400 400 500 456 456 80 500 400 500 600 500 180 600 500 700 688 588 300 800 600 700 888 688 500 800 700 1000 908 808 1000 1200 800 1200 1310 910 1235 1200 900 1400 1310 910 1900 1400 1100 1400 1530 1230 Таблица 11 Размеры ванн для горячей промывки, мм Рабочий объем, л А Б В г Д 80 500 400 500 588 488 162 500 500 800 588 588 180 600 500 700 688 588 300 800 600 700 888 688 630 1000 700 1000 1110 810 850 1000 1000 1000 1110 1190 1400 1200 900 1400 1310 1010 1800 1500 1200 1200 1630 1330 Ванны для нанесения покрытий. Ванна хромирования состоит из двух прямоугольных сварных резервуаров, из- готовленных из несортовой стали и вваренных один в дру- гой так, что между их стенками образуется пароводяная рубашка, через которую осуществляется нагрев и охлаж- дение ванны. Пар для нагрева и вода для охлаждения ванны вводятся через барботер, укрепленный на дне па- роводяной рубашки. Во избежание повышения давления пара в рубашке она сообщена с атмосферой через пере-
ливную трубку. Спуск воды из рубашки производится через спускной штуцер, вваренный в дно рубашки. В качестве футеровки применяется листовой свинец, винипласт, пластикат, диабазовая плитка, оргстекло. При использовании футеровок из неметаллических материа- лов подогрев осуществляется с помощью кислотоупорных змеевиков, расположенных на дне ванны или у вертикаль- ной стенки. Электрический ток подводится к деталям в ванне через продольные медные или латунные штанги, установленные в специальных изоляторах. Одна пара штанг соединяется с положительным полюсом источника тока, вторая — с отрицательным. Ванна оборудуется бортовой вентиляцией. Типовые размеры ванн хромирования приведены в таблице 12. Таблица 12 Размеры ванн хромирования, мм Рабочий объем, л А Б в Г Д 135 600 500 600 760 1030 520 1000 800 800 1160 1330 625 1200 800 800 1360 1330 780 1500 800 800 1660 1330 1040 1500 800 1100 1640 1330 1050 2000 800 800 2190 1430 1500 2000 900 1000 2190 1530 Ванна для химического никелирования — фарфоро- вый котел, смонтированный в стальной ванне и изолиро- ванный снаружи теплоизоляцией. Вода, залитая в рубаш- ку ванны, обогревается острым паром через барботер. В производственной практике применяют ванны, футеро- ванные кобальтовой эмалью с молибденом марки ЭИ-1 или специальной мастикой, состоящей из равных весовых частей окиси хрома и резинового клея Б-88, а также за- мазкой на основе эпоксидных смол ЭД-5 и ЭД-6. В ряде случаев в качестве футеровок для ванн хими- ческого никелирования используют сварные полиэтиле- новые мешки. При малых объемах раствора и никелиро- вании кГелких деталей удобны ванны из термостойкого стекла.
Конструкция ванн железнения для холодных электро- литов аналогична ваннам хромирования. В качестве фу- теровок применяют винипласт или органическое стекло и другие кислотостойкие материалы. У ванн для железнения в горячих электролитах в про- странство между кожухом и рабочей ванной заливается трансформаторное масло, подогреваемое электронагрева- телями. Масло обеспечивает электролиту температуру 80—85°. Дальнейший нагрев электролита и поддержание необходимой постоянной температуры во время электро- лиза осуществляется электронагревателями, вставленны- ми в кварцевые трубки, которые устанавливаются внутри ванны непосредственно в электролите. Электрооборудование При электролитическом хромировании и железнени^ используются источники постоянного тока — низковольт- ные генераторы серии АНД на токи от 250 до 10 000 а при напряжении 64-12 в или полупроводниковые выпрямите- ли на токи от 200 до 3000 а при напряжении 64-28 в. Технические данные агрегатов АНД приведены в таб- лице 13. Таблица 13 Технические данные агрегатов постоянного тока Г енератор постоянного тока Мощ- ность, КВТ Ток при 6 ' 12 в Двигатель । Мощ- ное КВТ Ско- рость, об/мин К. п. д. аг- регата, % НД-500/250 3,0 500/250 А-51-4 4,5 1440 60,0 НД-1000/500 6,0 1000/500 А-61-6 7,0 970 67,5 НД-1500/750 9,0 1500/750 А-62-6 10,0 750 65,5 НД-2500/1250 15,0 2500/1250 А-71-4 20,0 1450 68,0 Н Д-5000/2500 30,0 5000/2500 А-82-6 40,0 730 69,2 НД-10000/5000 60,0 10000/5000 АМ6-126/10 95,0 585 64,0 Выпрямительные устройства состоят из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя. Они бесшумны и их можно устанавливать непосредствен- но у ванн. Технические данные полупроводниковых вы- прямителей приведены в таблице 14.
Технические данные полупроводниковых выпрямителей Тип Выпрям- ленное напряже- ние, в Выпрям- ленный ток, а К. п. д., % Напряже- ние сети, в Меднозакисные: ВКГ-100М 9-5-12 600 60 220/380 ВКГ-101 6 600 60 220/380 ВКГ-102 6 200 60 220 Селеновые: СВ-ЗОООА 13-5-24 3000 70 220/380 ВСГ-ЗМ 6 200 70 220 ВСМН-600/325; 800/425; 1000/525 6-5-20 600/325 800/425 1000/525 70 220/380 Германиевые: 12 220/380 ВАКГ-12-300 300 87 ВАКГ-12-600 12 600 87 220/380 ВАКГ-12/6-600 6-5-12 600 — 220/380 Шины, провода, штанги. Для подвода постоянного то- ка к ваннам применяют медные и алюминиевые шины или кабели специальных марок. Шины собирают из отдель- ных полос длиной 3,5 и 5,5 м, соединенных внахлестку или при помощи накладок. Алюминиевые шины сварива- ют, и места стыков покрывают медью или оловом. В слу- чае невозможности использования шин их заменяют двух- и трехжильными кабелями, включаемыми всеми жилами в один полюс. Шины от источника тока подводят к ваннам по стенам, потолку, в каналах по специальным стойкам. Шины, подключаемые к отрицательному полюсу, окрашивают в синий цвет, к положительному — в крас- ный. Допустимые нагрузки медных шин в случае нагрева шин сверх окружающей температуры на 30° приведены в таблице 15. Для подвешивания катодов и анодов на самой ванне применяются штанги из меди, латуни или бронзы. Их ук- репляют на бортах ванны при помощи эбонитовых или винипластовых колодок-изоляторов. При выборе диаметра штанг учитывают потребляе- мую силу тока и возможный вес анодов и изделий, под- 19
Допустимые нагрузки медных шин Размер одной полосы, мм Сечение од- ной полосы, мм2 Вес одного погонного метра по- лосы, кг Допустимая сила тока при числе полое в шине, а 1 2 3 20x2 40 0,33 160 280 420 20x3 60 0,54 200 370 550 30X3 90 0,81 290 520 780 30X4 120 1,08 340 640 950 40X4 160 1,44 450 780 1180 40X5 200 1,84 500 930 1400 50x5 250 2,25 630 1100 1580 50X6 300 2,76 675 1250 1820 50x8 400 3,60 760 1400 2130 60x5 300 2,76 716 1250 1820 60x6 360 3,24 788 1416 2070 60x8 480 4,32 915 1670 2450 60X10 600 5,40 1050 1900 2800 80X6 480 4,32 1000 1750 2550 80X10 800 7,36 1350 2400 3650 100X5 500 4,60 1120 1950 2850 100x8 800 7,36 1400 2460 3650 100x10 1000 9,20 1600 2900 2400 Таблица 16 Допустимый диаметр штанг для ванн хромирования Объем, л Рабочий ток на штангу, а Диаметр штанги из круглой меди, мм 150 150 6 240 250 9 300 375 11 730 500 14 1000 750 18 1120 1000 23 лежащих покрытиям. В таблице 16 приведены допускае- мые по плотности тока диаметры штанг для ванн хроми- рования.
В некоторых случаях штанги круглого сечения заме- няют трубами из красной меди или латуни, причем трубы по прочности на изгиб не должны уступать штангам круг- лого сечения. При подсоединении шин между собой, шин со штанга- ми, штанг с анодами необходим хороший контакт, так как плохое покрытие является следствием плохого кон- такта. Электроизмерительные приборы. Силу тока на гальва- нических ваннах измеряют амперметрами типа МН и ММ с различными пределами показаний, а также килоампер- метрами типа М-761, М-762, М-730, М-367, М-150, М-151. Напряжение измеряют вольтметрами типа М41-44, М51-54, М-63, М-4200, М-4203. Правильное показание приборов — основное требова- ние при контроле технологического процесса, поэтому все электроизмерительные приборы подвергают систематиче- ским проверкам. В процессе эксплуатации электроизмерительных при- боров обращают внимание на состояние корпусов, сте- кол и шкал приборов, проводов, чистоту шунтов. Кон- тактные соединения проводов на амперметрах и их шунтах покрывают эмалью или нитролаком. Вспомогательное оборудование Установки для фильтрации электролитов с фильтрую- щим цилиндром, переносные фильтры, фильтр-прессы предназначены для периодической очистки электролитов от механических загрязнений. Фильтр-пресс (рис. 1) состоит из нескольких рам и плит, между которыми проложена фильтрующая ткань: сукно, равентух, полотно. Электролит подается насосом в пространство между рамами и затем проходит через ткань, освобождаясь от загрязнений. Очищенный электро- лит собирается по каналам плит в общей отводной трубе. При отсутствии специальных фильтровальных устано- вок фильтрацию проводят в деревянных рамках с натяну- той на них фильтровальной тканью. Кислотостойкие насосы, наряду с использованием в установках для фильтрации, применяют и для перекач- ки электролитов. В таблице 17 приведены технические характеристики некоторых кислотостойких насосов.
Рис. 1. Фильтр-пресс: 1—рама тележки; 2 — электродвигатель; 3 — насос; 4 — подвижная плита; 5 — резиновая рама; 6 — неподвижная плита; 7 — корыто Таблица 17 Технические характеристики кислотостойких насосов Марка насоса Производительность Электродвигатель м3/час л/сек марка мощность, КВТ 1 «5Х-6Д-1-41 8,64 2,4 А02-31-2 3 2Х-9Д-1-41 19,8 5,5 А02-32-2 4 ЗХ-9Д-1-41 45,0 12,5 А02-52-2 13 4Х-12Д-1-41 90,0 25 А02-72-2 30
Для монтажа деталей в цехе устанавливают столы с ящиками для хранения необходимого инструмента. Над столом укрепляют на двух стойках из углового железа стальную трубу. Для обезжиривания венской известью используют специальный стол, в верхней части которого имеются две коробки со съемными крышками для сухой извести и для смеси ее с водой. На второй половине сто- ла находится емкость с наклонным дном и сливной тру- бой. На глубину 50—60 мм от верхнего края стола в ем- кость помещают деревянную решетку. В нижней части стола есть ящик для хранения щеток и ветоши. МЕТОДЫ ЭЛ ЕКТРОЛ ИТИ Ч ЕС- КОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ХРОМИРОВАНИЕ Э лектролитическое хромирование является одним из наиболее распростра- ненных гальваностегических процессов, применяемых при восстановлении изношенных деталей. Сущность процесса заключается в том, что осаждение хрома ведется путем электролиза из раствора хромового ангидрида в воде (хромовой кислоты) с небольшой добавкой посторонних анионов — SOi” ; SiFe” Процессу электролитического хромирования присущи некоторые особенности, а именно: применение нерастворимых анодов; высокая рабочая плотность тока и высокое напряже- ние на клеммах ванны (5—12 в); низкий выход по току (8—30%); плохая рассеивающая способность. Ввиду применения нерастворимых в электролите свинцовых анодов убыль хрома в электролите пополняет- ся за счет добавления хромового ангидрида. Высокие рабочие плотности тока обуславливают при- менение мощных источников постоянного тока, надежных токоподводящих устройств и контактов. Для улучшения распределения металла по хромируемой поверхности в практике используют фигурные аноды, дополнительные катоды и пр.
При хромировании 12—30% электричества расходует- ся непосредственно на осаждение металлического хрома, остальная часть идет на побочные процессы, в том числе на разложение воды и выделение водорода и кислорода, а также выделение джоулева тепла. Хром осаждается с обильным выделением водорода и кислорода. Выделяющиеся газы увлекают с собой ка- пельки ядовитой хромовой кислоты. Вредные выделения удаляют мощными вентиляторами. Процесс хромирования применяется при восстановле- нии поверхностей деталей, машин и механизмов, благода. ря ценным физико-механическим свойствам электролити- чески осажденного хрома: высокой твердости, износо- стойкости, низкого коэффициента трения, хорошего сцеп- ления с основным металлом. Свойства получаемых хромовых покрытий в значительной степени зависят от состава электролита и режимов электролиза. Различают четыре основных типа хромовых осадков: молочные, блестящие, матовые и пористые. Наибольшее применение при износостойком хромиро- вании нашли блестящие, молочные и пористые покрытия. Молочные осадки являются самыми мягкими и наибо- лее эластичными, блестящие — твердыми и сравнительно хрупкими. Пористые осадки характеризуются достаточно высокой твердостью и наличием широко развитой сетки каналов или сообщающихся точек. Выбор типа хромового покрытия определяется усло- виями службы ремонтируемой детали, к которым относят- ся: испытываемые при работе удельные давления, мате- риал сопряженных деталей, скорость скольжения, нали- чие масляной пленки, температура. Например, молочные осадки хрома обычно применяют в трудных условиях работы деталей (большие удельные давления, абразивный износ в коррозионной среде). Де- тали, работающие в условиях обеспечения хорошей смаз- ки (гильзы цилиндров и поршневые кольца двигателей и насосов), покрывают пористым хромом. Когда наряду с износостойкостью необходимо обеспе- чить трущимся поверхностям высокую коррозионную стойкость, используют комбинированные двухслойные покрытия молочного и блестящего хрома. Электролиты для хромирования. Основным компонен- том любого электролита для хромирования является хро-
мовый ангидрид, из которого путем электролиза хром вы- деляется на восстанавливаемые детали. Кроме хромово- го ангидрида в состав электролитов входят добавки сер- ной, фтористоводородной, кремнефтористоводородной кислот и других веществ. Из большого числа предложенных электролитов хро- мирования наиболее часто применяют хромовокислые электролиты с добавкой серной кислоты (стандартный и сверхсульфатный электролиты), саморегулирующийся и тетрахроматный. Стандартный электролит. Количество хро- мового ангидрида в электролитах с добавкой серной кис- лоты изменяется в широких пределах (100—600 г/л) без видимого ухудшения качества осадка, однако крайние значения пределов редко употребляются на практике. При износостойком хромировании наиболее распростра- нен стандартный электролит со средней концентрацией компонентов, содержащий 200—250 г/л СгО3 и 2,0—2,5 г/л H2SO4. Помимо хромовой и серной кислот в электролите дол- жно присутствовать некоторое количество трехвалентных ионов хрома (1,5—2,5 г/л), который образуется при вос- становлении шестивалентных соединений хрома на като- де в процессе электролиза. Его концентрация в электро- лите не остается постоянной и при работе ванны хромиро- вания изменяется. В случае чрезмерного накопления трех- валентного хрома его окисляют проработкой электролита током с максимальным количеством анодов и небольшим количеством катодов. На качество и внешний вид осадков хрома, получае- мых из стандартного электролита, влияют плотность тока и температура электролита. Рабочий интервал темпера- тур, при которых получают удовлетворительные осадки хрома, лежит в пределах 45—70° и плотностей тока 10— 70 а'/дм2. Изменяя режим электролиза, получают молоч- ные, блестящие и матовые осадки хрома. Скорость осаж- дения хрома зависит от режима хромирования. Обычно применяют плотности тока — 50—70 а/дм2 и соответствующие им температуры электролита — 50—65°. При этих режимах скорость осаждения хрома — 30— 40 мкм/час. При восстановлении деталей иногда пользуются элек- тролитом с низкой концентрацией хромового ангидрида
(120—160 г/л) и серной кислоты (1,2—1,6 г/л). Осадки хрома, полученные в этом электролите, обладают высо- кой твердостью. Электролит отличается лучшей рассеива- ющей способностью и повышенным выходом по току. Не- достаток разбавленного электролита — низкая электро- проводность, требующая более высокого напряжения на ванне (8—12 в), и недостаточная стабильность СгО сохранения необходимого отношения------- = 100 в про- H2SOt цессе электролиза. Наиболее износостойкие покры- тия получаются при плотности тока 35—40 а/дм2 и температуре 55°. Таблица 18 Сравнительная характеристика электролитов для износостойкого хромирования Электролит Состав электролита, г/л Допустимые режимы Оптимальный режим температ. электро- лита, °C плотность тока, а/дм2 температ. электро- лита, °C плотность тока, а/дм2 скорость осаждения хрома, мкм/сек твердость осадков хрома, кг/мм2 Стандарт- ный (уни- версаль- 55 ный) Сверхсуль- СгОз 200—300 H2SO4 2,0—3,0 45-65 20— 100 60 30 1000 фатный Саморегу- лирую- СгОз 240—270 H2SO4 9-11 Сг2О3 18—20 50-75 50— 300 65 180 125 950 щийся Тетрахро- СгОз 250—300 SrSO4 6 K2SiF6 20 45—70 50— 100 50 70 70 1000 матный СгОз 350—400 УаОН 50—60 H2SO4 2,5—2,7 Сг2О3 Ю—15 16—24 20—80 20 50 60 400
Сверхсульфатный электролит. По своему составу отличается от стандартного повышенной концент- рацией серной кислоты (10 г/л) и трехвалентного хрома (20 г/л) (табл. 18). Высокий выход хрома по току (18— 22%), с возможностью применения повышенной плотнос- ти тока (до 300 а/дм2) интенсифицирует процесс хроми- рования в 4—5 раз. В таблице 19 даны скорости осаждения хрома из сверхсульфатного электролита в зависимости от режима электролиза. При всех режимах хромирования полу- чаются только блестящие осадки. В сверхсульфатном электролите даже при высоких температурах (до 75°С) матовые осадки не осаждаются. Таблица 19 Скорость осаждения хрома в сверхсульфатном электролите 50 55 60 65 70 75 70 60 50 44 40 35 120 99 92 87 75 150 141 124 116 166 157 150 129 182 178 166 143 200 189 181 156 214 206 196 169 36 32 26 26 18 90 79 66 60 55 49 116 102 102 89 132 125 118 102 50 44 36 28 25 22 98 84 76 70 62 230 222 213 182 При восстановлении деталей электролиз в сверхсуль- фатном электролите ведут при повышенных плотностях тока (более 100 а/дм2) и температурах 60—65°. В этих условиях осаждается хром высокой твердости и износо- стойкости, и улучшается рассеивающая способность электролита, что дает возможность проводить размерное хромирование, а при нанесении больших толщин сни- жаются трудозатраты на механическую обработку. При плотности тока 80—90 а/дм2 и температуре 55° из сверхсульфатного электролита осаждается зеркальнобле- стящий хром с повышенной твердостью (1200— 1300 кг/мм2) и износостойкостью. Однако, учитывая низ- кую рассеивающую способность электролита в области плотностей тока до 100 а/дм2, этот режим применяют только при хромировании цилиндрических деталей.
Саморегулирующийся электролит. В со- став саморегулирующегося электролита входят хромовая кислота, сернокислый стронций и кремнефтористый калий (электролит № 3, табл. 18). Количества сернокислого стронция и кремнефтористого калия, вводимые в электро- лит, превосходят предел их растворимости. Поэтому для нормальной работы часть солей всегда должна находить- ся на дне ванны в нерастворимом виде. Эти соли перехо- дят в раствор по мере его истощения и пополняют его анионами. Выход хрома по току в саморегулирующемся электро- лите выше, чем в стандартном, и при оптимальной кон- центрации хромового ангидрида (250—300 г/л) достигает 18—20%. Причем он мало зависит от изменения темпера- туры электролита и плотности тока. Как и в сверхсуль- фатном электролите повышенный выход по току с исполь- зованием высоких плотностей тока (до 100 а/дм2) уско- ряет осаждение хрома. В таблице 20 даны скорости осаж- дения хрома в саморегулирующемся электролите для получения блестящих износостойких осадков. Таблица 20 Скорость осаждения хрома в саморегулирующемся электролите При износостойком хромировании скорость электро- осаждения хрома может быть подсчитана по формуле: С= (0,84-1,2) Дк мкм/ч, где С — скорость осаждения, мкм/ч; Дк — плотность тока, а/дм2. Коэффициенты принимают тем большими, чем выше плотность тока и ниже температура электролита.
Колебания температуры в саморегулирующемся электролите меньше отражаются на внешнем виде осад- ков хрома. Диапазон температур, обеспечивающих полу- чение блестящих осадков, более широкий, чем в стандарт- ном электролите. В производственных условиях саморегулирующийся электролит выгодно использовать при осаждении тол- стых слоев хрома и в случаях размерного хромирования. Недостаток этого электролита — агрессивность по отношению к стали, приводящая к растравливанию пло- хо изолированных поверхностей. Тетрахроматный электролит. Состав тетра- хроматного электролита приведен в таблице 18 (электро- лит № 4). Этот электролит обладает хорошей кроющей способ- ностью и высокой скоростью осаждения хрома. Однако низкая твердость получаемых осадков (примерно вдвое ниже, чем осадки из обычных электролитов) ограничива- ет сферу его применения. В связи с этим, тетрахроматный электролит используют для восстановления деталей хро- мированием, когда не требуется высокая твердость (по- садочные места для подшипников). Аноды. При хромировании аноды должны обеспечи- вать стабильную работу ванны в течение длительного времени и быть химически стойкими в хромовом электро- лите. Конструкция и форма анодов должны способство- вать получению покрытия, равномерного по толщине. Места соединения анода с контактным крючком, а по- следнего с анодной штангой должны иметь надежный электрический контакт. Для стабильной работы ванн хромирования необходи- мо соблюдать определенные соотношения между площа- дями анодов и катодов: в стандартном и саморегулирую- щемся электролитах 3:1, в сверхсульфатном 5:1. Практи- чески это трудно выполнимо, поэтому при накоплении избыточного количества трехвалентного хрома или, на- оборот, при снижении его концентрации вследствие окис- ления до недопустимо малых величин электролит прора- батывают или корректируют введением перекиси водоро- да или сахара. Наиболее подходящим материалом для анодов явля- ется свинец. Хотя он частично и растворяется во время 28
анодного процесса, но не переходит в электролит, а выпа- дает в виде нерастворимого осадка — хромовокислого свинца. В свинцовые аноды для повышения их твердости и химической стойкости добавляют б—8% сурьмы. Сплав свинца с сурьмой удобен для отливки и изго- товления анодов различной формы, так как имеет невы- сокую температуру плавления и хорошо заполняет фор- мы при отливке. Мягкость и пластичность 'свинца позво- ляют придавать анодам нужную форму. Кроме того, на свинце активно идет окисление трехвалентного хрома в шестивалентный при проработке ванны. При хромиро- вании сильно углубленных участков или тонких трубок изнутри, как исключение применяют железные аноды в виде тонких стержней или стальную освинцованную про- волоку. Для хромирования деталей в саморегулирующемся электролите используют аноды из сплава свинца с 10% олова или свинцовооловянистые припои ПОС-ЗО и ПОС-40. Аноды этого же состава применяют и при хромировании в сверхсульфатном электролите, однако лучшие результаты получают с анодами из тройного сплава (свинец 86—79%, сурьма 4—6%, олово 10—15%), с которыми хромирование ведется при более высоких плотностях тока. Образующаяся кристаллическая пленка незначительно препятствует протеканию тока, и устра- няется необходимость систематической зачистки анодов. Иногда аноды изготавливают из пластин и перемычек негодных аккумуляторных батарей. Для этого их рас- плавляют, рафинируют и добавляют нужное количество олова или отходов баббита Б-83, выплавляемого из ста- рых вкладышей двигателей внутреннего сгорания. Отхо- ды баббита рафинируют. Аноды во время работы покрываются темной пленкой перекиси свинца и оранжевого хромовокислого свинца, которая с увеличением толщины препятствует прохожде- нию тока (особенно при работе с высокими плотностями) и требует более высокого напряжения. Образование хро- мовокислого свинца активизируется во время перерывов в работе. Поэтому при длительных простоях ванны аноды извлекают из электролита, промывают и хранят в ванне с проточной водой. Аноды периодически очищают от плохо проводящей ток пленки путем крацевания сталь- ными щетками или специальными растворами.
Химический способ очистки анодов менее трудоемкий. Аноды обрабатывают 20—50 мин. в 7—10 %-ном водном растворе едкой щелочи и промывают теплой водой. В этом же растворе при комнатной температуре очи- щают аноды, подвешивая их в качестве катодов; катод- ная плотность тока при этом должна быть в пределах 15—20 а'/дм2, время обработки 8—10 мин. Хорошо очи- щает свинцовые аноды раствор состава (г/л): сода каус- тическая— 80—120, сегнетовая соль — 80—100. Выдерж- ка в растворе — 20—30 мин. с последующей промывкой в проточной воде. Если аноды необходимо быстро очистить, то раствор подогревают до 50—70°. Время обработки сокращается до 10 мин. Для химической очистки анодов изготавливают спе- циальные ванны с тремя отсеками, один из которых явля- ется емкостью для рабочего раствора, второй для проточ- ной воды, а третий приспособлен для очистки анодов. Ф о р м а а н о до в. Равномерность осадка хрома по всей поверхности детали зависит от формы анодов и пра- вильного их расположения. В зависимости от конструк- ции хромируемых деталей применяются плоские, рифле- ные и круглые аноды. При покрытии внутренней поверх- ности цилиндрических деталей анодам придают форму цилиндра. Форма анодов для хромирования наружной поверхности цилиндрических деталей должна быть коль- цевой, но на практике используют плоские аноды шири- ной 50—80 мм, толщиной 5—8 мм и длиной в зависимос- ти от размеров детали. При отливке и изготовлении анодов обеспечивают по- стоянный контакт анода с контактным крючком: крючок заливают в расплав. При хромировании в стандартном электролите меж- электродное расстояние поддерживают 30—50 мм, в не- которых случаях—100—150 мм. В сверхсульфатном элект- ролите оптимальное межэлектродное расстояние при хро- мировании цилиндрических деталей— 100—130 мм. При употреблении цилиндрических или плоских ано- дов нужно следить, чтобы нижний край анода в ванне был не ниже нижнего края хромируемой поверхности, а верхний край хромируемой поверхности погружен в эле- ктролит на 50—70 мм (рис. 2). Чтобы избежать повыше- ния плотности тока на остриях (если почему-либо неудоб- 30
но делать защитные катоды), детали завешивают острием вверх под самый уровень электролита (рис. 3). Схематиче- а Рис. 2. Влияние длины анодов на распределение хрома: а — короткий анод; б — нормальный анод Рис. 3. Влияние способа завески на распределение хрома на острие: а — неправильная завеска; б — правильная завеска ское расположение анода в ванне при хромировании различных деталей представлено на рисунке 4. Схема «а» — типичное расположение анода при хро- мировании внутренней поверхности цилиндра двигателей;
в этом случае целесообразнее использовать анод в форме усеченного конуса с основанием, обращенным к верху ванны (разность диаметров основания у усеченной Рис. 4. Схема расположения анодов в ванне при хромиро- вании: а — внутренней поверхности цилиндра; б — наружной поверхности цилиндра диаметром более 20 мм; в — наружной поверхности ци- линдра диаметром менее 20 мм; г — наружной поверхности горизон- тально подвешенного цилиндра вершины анода 6—12 мм). Анод должен быть строго центрирован в цилиндре. Схема «б» представляет собой так называемую анодную клетку для хромирования ци- линдрических деталей снаружи с диаметром выше 20 мм. При хромировании наружной поверхности цилиндриче- ских деталей длиной около 1 м иногда применяют ано- ды в виде усеченного конуса с просверленными отверс- тиями диаметром 5—8 мм и расстояниями между цент- рами отверстий 60—80 мм. Для штоков длиной до 400 мм употребляют цилиндрические аноды с постоянным рас- стоянием анода от катода 30 мм. Схема «в» — более простое расположение анодов для деталей небольшого диаметра. При таком расположении анодов детали завешивают на достаточном расстоянии одна от другой.
Схема «г» — расположение анодов при хромировании цилиндрических деталей (коленчатых валов), размещен- ных в ванне горизонтально. Подвесные приспособления. Чтобы подвести ток к по- крываемой детали и расположить эту деталь в ванне в определенном положении, применяются различные под- вески. Для процессов, проходящих при высоких плотнос- тях тока, т. е. при хромировании в сверхсульфатном и са- морегулирующемся электролитах, конструкция подвески играет большую роль и в ряде случаев определяет каче- ство осажденного хрома. К применяемым при восстановлении деталей подвес- ным приспособлениям предъявляются следующие требо- вания: 1. Приспособление должно иметь необходимое расчет- ное сечение, чтобы без нагрева (без потерь) обеспечить подвод тока к хромируемой детали. 2. Участки подвески, погружаемые в электролит за ис- ключением мест контактов, изолируют химически стойким материалом. 3. Изготовление и конструкция приспособления долж- ны быть простыми. В качестве материалов для подвесок применяют в пер- вую очередь медь и медные сплавы. Однако эти сплавы интенсивно растворяются в хромовом электролите и тре- буют тщательной изоляции. Необходимое сечение кон- тактного стержня медной подвески выбирается из расче- та 1 а/мм2. Железо на катоде не растворяется в электро- лите, но обладает меньшей электропроводностью, поэто- му для тех же условий хромирования площадь сечения железного контактного стержня увеличивают в два раза. Вспомогательные катоды и экраны изготавливают из же- леза, меди (листы, проволока) и из стойких пластических материалов. Для устранения наростов на границе изо- ляция-сталь в качестве экрана применяют проволоку или пластинки металла, принимающего на себя избыток сило- вых линий. При изготовлении подвесных приспособлений, при хромировании в скоростном саморегулирующемся элек- тролите и особенно в сверхсульфатном электролите, в ко- тором рабочая плотность тока может достигать 200 а/дм2 и выше, обеспечивают надежный контакт подвесного при- способления с покрываемой деталью и катодной штангой
и особенно между штангой и контактным крючком под- вески. Для изоляции приспособлений применяют гуммирова- ние, покрытие перхлорвиниловым лаком, полихлорвини- ловой лентой, напыление полимерными материалами (полиэтиленом), винипласт, плексиглас, тонкий листовой свинец, алюминиевую фольгу. Технологический процесс износостойкого хромирова- ния. Технологическая схема хромирования при восста- новлении деталей включает в себя следующие опе- рации. 1. Предварительное обезжиривание. 2. Промывка в горячей воде. 3. Дефектация. 4. Удаление старого покрытия. 5. Промывка в теплой проточной воде. 6. Промывка в холодной проточной воде. 7. Сушка. 8. Механическая подготовка. 9. Обезжиривание. 10. Монтаж деталей и изоляция поверхностей, не под- лежащих хромированию. 11. Обезжиривание. 12. Промывка в холодной проточной воде. 13. Декапирование. 14. Хромирование. 15. Промывка в непроточной воде. 16. Промывка в холодной проточной воде. 17. Промывка в теплой проточной воде. 18. Демонтаж. 19. Сушка. 20. Контроль качества покрытия. 21. Механическая обработка. 22. Термообработка. Особенности технологического процесса. Предварительное обезжиривание. Детали, поступившие на хромирование, тщательно очищают от смазки и других жировых загрязнений промывкой в ор- ганическом растворителе (бензине, керосине). Особое внимание обращают на кольцевые канавки, отверстия и выточки, в которых скапливаются различные загрязнения. Вместо органических растворителей допу- скается применение воднощелочного раствора,
Удаление покрытия. Хромовое покрытие удаля- ется анодным растворением в водном растворе едкого натра (50—70 г/л) при температуре до 60° и плотности тока 5—10 а/дм2. Катодом служат железные пластины или прутки. Для снятия хрома со стальных деталей используют водный раствор соляной кислоты (1:1) или ингибирован- ную соляную кислоту. Обезжиривание проводится как электрохимиче- ское, так и химическое в воднощелочном растворе, приме- няемом при предварительном обезжиривании. Режим электрохимического обезжиривания: темпера- тура 50—70°, плотность тока 3—10 а/дм2, продолжитель- ность обезжиривания 10 мин. Детали подвешивают в ван- ну в качестве катода, а в конце процесса на 30 сек. пере- ключают на анод. Режим химического обезжиривания: температура раствора 70—90°, продолжительность обезжиривания 10—15 мин. Крупные стальные детали сложной конфигурации обезжиривают протиркой салфетками, смоченными бен- зином или кашицей венской извести с последующей про- мывкой водой. Монтаж деталей и изоляция поверхнос- тей, не подлежащих хромированию. Детали монтируют на приспособления так, чтобы не загрязня- лись хромируемые поверхности. Одновременно с монта- жом подвески на деталь крепят экраны и дополнитель- ные катоды. ' При монтаже и загрузке деталей следят, чтобы аноды не подвергались деформации и свинец не намазывался на поверхность катода. Перед нанесением изоляции поверхность деталей очи- щают. Участки деталей, не подлежащие хромированию, изолируют пластикатом, целлулоидом, плексигласом, ви- нипластом, тонким листовым свинцом, алюминиевой фольгой, клеем ХВК-2А с 5% талька, хлорвиниловым ла- ком ХВЛ-21 в сочетании с липкой полиэтиле- новой лентой на полиизобутиленовом клее или синей лип- кой полихлорвиниловой изоляционной лентой и тщатель- но высушивают. Изоляционные материалы, случайно попавшие на по- верхности, подлежащие покрытию, удаляют.
. Декапирование. Детали из конструкционных и низколегированных сталей декапируют на аноде в ра- створе следующего состава (г/л): хромовый ангидрид — 125—250, серная кислота — 1,2—2,5. Декапирование проводят в ваннах хромирования. При этом учитывают возможность быстрого загрязнения электролита железом и медью. Подготовленные к хроми- рованию детали завешивают в ванну и выдерживают без тока 3—5 мин. для прогрева их до температуры электро- лита. Затем детали подвергают анодному декапированию при 50—65° в стандартном и сверхсульфатном электроли- тах при плотности тока 30—40 а/дм2 в течение 40—120 сек. и в саморегулирующемся электролите при плотности тока 50—65 а/дм2 20—30 сек. Детали из серого чугуна декапируют при Да = 20—25 а/дм2 в течение 25—30 сек. Более высокие плотности тока и большая выдержка ослабляют сцепление покрытия с основным металлом и увеличивают шероховатость по- крытия. Чугун с высоким содержанием кремния декапируют в 3—5%-ном растворе плавиковой кислоты в течение 2—4 мин. Затем деталь промывают водой и протирают венской известью для удаления пленки графита и снова промывают теплой водой. Хромирование. После загрузки в ванну хромиро- вания стальные и чугунные детали выдерживают без тока до прогрева. Хромирование начинают с повышенной плот- ности тока (80—90 а/дм2) в течение 1—2 мин. в стандарт- ном и саморегулирующемся электролитах. При хромиро- вании в сверхсульфатном электролите при повышенных плотностях тока (140 а/дм2 и выше) «толчок» тока давать не обязательно. Хромирование деталей из нержавеющих сталей внача- ле проводят при плотности тока 10—15 а/дм2, затем в течение 3—5 мин. плотность тока увеличивают до ра- бочей. Рабочий режим хромирования для каждого элек- тролита выбирается в соответствии с рекомендациями, данными в таблице 18. При проведении размерного хромирования равномер- ные осадки получают в саморегулирующемся электролите при температуре 45—60° и Дк = 50—80 а/дм2, в сверх- сульфатном—при температуре 60—70° и Дк=160—300 а/дм2. В процессе электролиза не должно быть колебаний 36
и перерывов тока. Температуру поддерживают в ванне с точностью ± 1,5°. Время хромирования деталей определяют заданной толщиной наносимого покрытия и скоростью осаждения хрома (табл. 19, 20). После окончания хромирования выключают ток и вы- нимают детали из ванны. Поднятую деталь держат неко- торое время над ванной для стекания электролита и переносят в промывочную ванну. Термообработка. При восстановлении деталей машин хромированием термическая обработка их после покрытия обязательна. Термообработку проводят в масляной ванне, нагретой до 200—230° 2—3 час. Масло выбирают с высокой температурой вспышки, чтобы уменьшить опасность загорания: масло цилиндро- вое 52 или цилиндровое 38. Детали, термообработанные в масле, охлаждают до 40—50° и промывают в веретенном масле при комнатной температуре. Приготовление электролитов. Стандартный электро- лит приготавливают в рабочей ванне. Расчетное количе- ство хромового ангидрида, исходя из рабочей емкости ванны, растворяют в водопроводной воде при комнатной температуре путем постепенного добавления хромового ангидрида из барабана при непрерывном перемешивании раствора деревянной мешалкой. После растворения ангидрида в ванну вводят необхо- димое количество серной кислоты из стеклянной мензур- ки. Электролит перемешивают. Если содержание серной кислоты в хромовом ангид- риде неизвестно, то анализом определяют ее содержание и вводят недостающую часть кислоты. Предположим, что при составлении ванны, содержащей 250 г/л ангидрида и 2,5 г/л серной кислоты, анализом выявлено содержание серной кислоты в исходном продук- те 0,4%. Следовательно, при растворении в ванну вводят ———= 1 г/л серной кислоты. Остается добавить еще 1,5 г/л серной кислоты. Серную кислоту отмеривают мен- зуркой, исходя из ее удельного веса. При удельном весе кислоты 1,84 одному грамму соответствует 0,53 см3 объема.
После добавления кислоты ванну доливают водой до нужного уровня и прорабатывают током для накопления трехвалентного хрома (2—6 г/л) в течение 6—8 час. при температуре 45—60° сначала при низкой плотности тока (4—6 а/дм2), а затем при номинальной. Соотношение ка- тодной и анодной площадей Sk : Sa — 3: 1. После проработки делают анализ электролита и проб- ное хромирование. Осадки хрома должны быть блестящи- ми и обладать прочным сцеплением с металлом. В свежеприготовленном электролите концентрацию хромового ангидрида проверяют по удельному весу. При температуре 15° электролит, содержащий 150 г/л СгОз, имеет удельный вес 1,10—1,11; при концентрации 250 г/л СгОз, удельный вес раствора— 1,17—1,18. Приготовление сверхсульфатного элек- тролита. Хромовый ангидрид растворяют в воде из расчета 270 г/л. После полного растворения хромового ангидрида для создания необходимой концентрации трехвалентного хрома в раствор вводят перекись водоро- да (30%) или сахар. Для получения в электролите 20 г/л трехвалентного хрома добавляют 80—100 мл/л пе- рекиси водорода или 7 г/л сахара. При этом происходит бурная реакция. При введении сразу большого количе- ства восстановителя возможно выбрасывание электроли- та. Во избежание этого пользуются специальным приспо- соблением, состоящим из склянки с тубусом, пипетки и соединяющей их резиновой трубки длиной 1—1,5 м. Склянку с перекисью закрепляют на специальной под- ставке, установленной возле ванны, пипетку вводят в объем электролита и с помощью краника устанавли- вают необходимую скорость поступления перекиси в электролит. После введения в электролит восстановителя ванну выдерживают 10—12 час. до полного прохождения реак- ции восстановления и вливают расчетное количество серной кислоты. Электролит проработки током не требует. Полный химический анализ состава ванны проводят два раза в месяц, и электролит соответственно корректируется. В случае значительного уменьшения концентрации трехвалентного хрома в электролит добавляют перекись водорода или сахар из расчета: для образования 1 г/л
трехвалентного хрома требуется 4,5 г/л перекиси или 0,25 г/л сахара. Методика анализа сверхсульфатного электролита имеет одну особенность: при окислении трехвалент- ного хрома в шестивалентный берется окислителя в 2 раза больше, чем при анализе стандартного электро- лита. Приготовление саморегулирующегося электролита. Вводопроводной или дистиллирован- ной воде растворяют хромовый ангидрид до концентрации 600—800 г/л. После его полного растворения берут пробу и определяют содержание хромового ангидрида и суль- фата. После этого в раствор хромового ангидрида вводят по 1,53 г углекислого стронция на каждый грамм суль- фат-иона для нейтрализации последнего. Углекислый стронций вносят в ванну малыми порциями, чтобы избе- жать разбрызгивания электролита. Раствор тщательно перемешивают и добавляют указанное в рецептуре коли- чество сернокислого стронция и кремнефтористого калия. Затем электролит нагревают до 50—60° и выдерживают при этой температуре 16—20 час. при периодическом взмучивании мешалкой осадка через каждые 40—50 мин. При отсутствии кремнефтористого калия и сернокислого стронция они могут быть приготовлены непосредственно в цеху из кремнефтористого натрия, двухромовокислого и углекислого калия, углекислого стронция, серной кис- лоты и кремнефтористой кислоты. Добавке 0,85 г кремне- фтористого натрия и 1,33 г двухромовокислого калия со- ответствует 1 г кремнефтористого калия; добавке 1 г сернокислого стронция — 0,8 г углекислого стронция и 0,53 г серной кислоты. Полный химический анализ проводят не реже двух раз в месяц. Приготовление тетрахроматного элек- тролита. В электролитической ванне, заполненной на 3/4 объема водой, растворяют рассчитанное количество хромового ангидрида. Затем к раствору хромового ангид- рида добавляют едкий натр, предварительно растворен- ный в воде в отдельной посуде. Во избежание выброса электролита раствор хромового ангидрида охлаждают по мере добавления едкого натра. В электролит вводят сер- ную кислоту с учетом содержания сульфатов в хромовом ангидриде, а также сахар или глюкозу для образования
необходимого количества трехвалентного хрома. Электро- лит проработки током не требует. Полный химический анализ проводят 2 раза в месяц и соответственно корректируют. Причины возникновения дефектов при хромиро- вании и способы устранения дефектов указаны в табли- це 21. Железнение Процесс электрического железнения для наращивания железа в толстых слоях (до 3—5 мм на диаметр) широ- ко применяется в ремонтной восстановительной прак- тике. Восстановлению железнением подвергают поршневые пальцы, шейки поворотного кулака, шкворни. Для повы- шения поверхностной твердости и износостойкости детали дополнительно цементируют с последующей закалкой и отпуском или хромируют. При электролитическом осаждении на катоде железо образует мелкокристаллические плотные осадки серебри- сто-белого цвета. Железнение проводят в сернокислых и хлористых го- рячих и холодных электролитах. Осадки, получаемые из холодных сернокислых элек- тролитов, отличаются твердостью и хрупкостью; железо наращивается медленно: за 1 час при плотности тока 0,1 а/дм2 осаждается слой толщиной 1 —1,5 мкм. Твердость и хрупкость железных осадков увеличивает- ся с понижением концентрации железа в электролите, кислотности (pH) и температуры электролита. Хлористые электролиты позволяют применять повы- шенные плотности тока до 60 а/дм2, а с повышением тем- пературы до 90—95° можно получать осадки железа с низкими внутренними напряжениями. Режим электролиза (плотность тока и температура) оказывает решающее влияние на качество осадков. Высокая температура способствует получению добро- качественных мелкокристаллических осадков. Осадки, полученные при пониженной температуре, в большей степени наводороживаются, растрескиваются и скалы- ваются. Если условия электролиза постоянны, а процесс
Дефекты при хромировании Вид дефекта Причина Способ устранения Дефект Отслаивание хромового покрытия не- посредствен- но в ванне хромирова- ния или при шлифовании покрытия Шероховато- сть хромово- го покрытия по всей по- верхности ы, характерные для вс Недостаточно обезжи- рены поверхности Недостаточно декапи- рованы или перетрав- лены при подготовке Для деталей из нержа- веющих сталей непод- ходящий способ трав- ления, слишком вы- сокая чистота обра- 69ТКИ поверхности нержавеющей стали, слишком высокая на- чальная плотность то- ка Недостаточно хорошая чистота обработки стали. Наличие глубо- ких рисок. Наличие в ванне шлама (из-за применения не- качественного свинца для анодов или не- стойких материалов для изоляции) Недостаточное коли- 2— чество SO4 в раст- воре Загрязнение электроли- та ионами посторон- него металла Слишком высокая плот- ность тока Мала концентрация хромового ангидрида ех электролитов Улучшить обезжирива- ние деталей Соблюдать рекомендо- ванный режим анод- ного декапирования стали Экспериментально по- добрать режим трав- ления, обеспечиваю- щий прочное сцепле- ние покрытия, сни- зить чистоту обработ- ки под хром до 7—8, снизить начальную плотность тока Улучшить чистоту об- работки поверхности. Дать электролиту от- стояться 2—3 суток и декантировать. Не взмучивать шлам со дна ванны. Использо- вать для анодов чис- тый свинец или сплав 90% свинца и 10% олова. Завешивать де- тали выше от дна Откорректировать электролит Разбавить электролит по данным анализа и добавить хромовый ангидрид Понизить плотность то- ка или повысить тем- пературу Откорректировать электролит
Вид дефекта Причина Способ устранения Шероховато- сть покры- тия по краям деталей Углубление в покрытии Малая скоро- сть осажде- ния хрома Слишком высокая плот- ность тока Пористость основного металла Неметаллические вклю- чения в основном ме- талле типа сульфидов, оксидов Загрязнение электроли- та коллоидными час- тицами Неправильное завеши- вание деталей в ванну Низкая плотность тока на деталях Слишком высокая тем- пература хромирова- ния Повышенное содержа- ние серной кислоты в электролите Снизить плотность то- ка. По возможности использовать допол- нительные катоды. Проверить наличие закруглений на краях деталей В некоторых случаях повторная механичес- кая обработка основ- ного металла позво- ляет избежать порис- тости хромового по- крытия То же Отфильтровать электро- лит после длительно- го отстаивания Завесить детали таким образом, чтобы водо- род имел возможность свободно удаляться с поверхности Изолировать поверхно- сть приспособления для хромирования. Зачистить поверхнос- ти контактирования Снизить температуру Откорректировать элек- тролит. Осаждение 2— SO4 в обычном элек- тролите производить углекислым барием По данным анализа ввести углекислый ба- рий при температуре 60—65° небольшими порциями. После ох- лаждения электролит декантировать. В са-
Вид дефекта Причина Способ устранения Серое неблес- тящее хро- мовое пок- рытие Слишком боль- шое напря- жение на ванне Дефе) из । Осадки мато- вые и шеро- ховатые, скорость осаждения снижается Осадки мато- вые с нарос- тами, на по- верхности осадка появ- ляются мел- кие черные точки Аноды покрыты плот- ной и толстой коркдй хромовокислого свин- ца Слишком низкая темпе- ратура электролита Слишком высокая плот- ность тока Слишком высокое со- держание трехвалент- ного хрома или же- леза и прочих загряз- нений Аноды покрыты плот- ным слоем плохо про- водящей пленки Слишком большое со- держание железа и трехвалентного хрома в электролите Плохие контакты у ано- дов кты, характерные при саморегулирующегося s Снижение содержания хромового ангидрида в электролите Снижение содержания сернокислого строн- ция в электролите морегулирующийся электролит ввести уг- углекислый стронций Очистить аноды Повысить температуру. Массивные детали предварительно про- греть в воде Снизить плотность тока Откорректировать элек- тролит по данным анализа, проработать электролит при анод- ной плотности тока 1—2 а/дм2 (с большой анодной поверхно- стью) Очистить аноды Проработать электро- лит при низкой анод- ной плотности тока и температуре 60—65° Проверить и зачистить контакты хромировании электролита Откорректировать электролит Откорректировать электролит
Вид дефекта Причина Способ устранения Нестабильная работа элек- тролита: пос- ле перемеши- вания ка- чество осад- ков улучша- ется, а затем снова ухуд- шается Осадки теряют блеск в зоне блестящих осадков и становятся матовыми при нормаль- ном содер- жании хро- мового ан- гидрида в электролите Выход хрома по току сни- жается Растравлива- ние участков деталей, не подлежащих хромирова- нию Загрязнение электроли- та различными при- месями, оседающими на дно и закрываю- щими осадок трудно- растворимых солей Снижение содержания сернокислого строн- ция и кремнефторис- того калия в электро- лите ниже допусти- мых пределов Избыточное содержание сульфат-ионов в элек- тролите Покрытие анодов твер- дой нерастворимой коркой Снижение содержания хромового ангидрида, сернокислого строн- ция и кремнефторис- того калия в электро- лите Нарушение изоляции в местах, не подлежа- щих хромированию Дать отстояться элек- тролиту в течение 2—3 суток, слить элек- тролит, промыть оса- док холодной водой, заправить ванну и от- корректировать элек- тролит Откорректировать электролит сернокис- лым стронцием и крем- нефтористым калием (30—50% от количест- ва, первоначально за- груженного) Нейтрализовать суль- фат углекислым стронцием Очистить аноды меха- ническим или хими- ческим способом Откорректировать электролит Тщательно изолировать нехромируемые участ- ки детали и
Вид дефекта Причина Способ устранения Дефеь и Осадки серого цвета Шероховатые осадки Снижение вы- хода метал- ла по току Дефе Образование подгаров на краях хроми- руемых де- талей Осадки темно- серого цвета [ты, характерные при з сверхсульфатного эл< Снижение температуры ниже 45° Повышение концентра- ции трехвалентного хрома свыше 30 г/л Повышение концентра- ции трехвалентного хрома свыше 25 г/л Увеличение концентра- ции серной кислоты свыше 12 г/л Концентрация трехва- лентного хрома ниже 10 г/л кты, характерные при из тетрахроматного эл Высокая концентрация сульфатов (свыше 1,5 г/л) Низкая концентрация хромового ангидрида или высокая едкого натра Высокая концентрация трехвалентного хрома Низкая концентрация сульфатов (меньше 1,5 г/л) Высокое содержание трехвалентного хрома хромировании ектролита Повысить температуру Окислить трехвалент- ный хром проработ- кой электролита с низкой анодной плот- ностью тока Окислить трехвалент- ный хром проработ- кой электролита Снизить концентрацию серной кислоты осаж- дением избытка угле- кислым барием Откорректировать электролит. Добавить перекись водорода или сахар хромировании ектролита Снизить концентрацию сульфатов осаждени- ем избытка углекис- лым барием Откорректировать электролит То же Повысить концентра- цию сульфатов до оп- тимальной Снизить концентрацию трехвалентного хрома до оптимальной про- работкой электролита
Вид дефекта Причина Способ устранения Хром твердый и плохо под- дается поли- рованию Отдельные участки по- верхности не покрываются хромом Высокая температура электролиза (30—40°) Высокая и низкая кон- центрация хромового ангидрида Низкая концентрация сульфатов и трехва- лентного хрома Низкая плотность тока Низкая концентрация хромового ангидрида Снизить температуру Откорректировать электролит То же Повысить плотность то- ка Увеличить концентра- цию хромового ангид- рида длительный, то интенсивное наводороживание происходит в начале электролиза. Таким образом, в слоях, прилегающих к металлу, во- дорода значительно больше, чем в последующих. Это обстоятельство вызывает повышенные напряжения и вле- чет за собой растрескивание и скалывание осадка. Коли- чество поглощенного водорода электролитическим желе- зом различно и зависит от режима электролиза: с увеличением температуры осадки меньше наводорожи- ваются. При нагревании восстановленных деталей до 300—350° водород из осадка удаляется, при этом твер- дость осадков повышается, а хрупкость исчезает. Плотность тока, так же как и температура, определяет качество осажденного железа. Увеличение плотности тока повышает механические свойства железных покрытий, осадки железа становятся мелкозернистыми и твердыми. Однако, если плотности тока для данных условий слиш- ком высокие, то осадок железа имеет шероховатую или шишковатую поверхность. При высокой концентрации хлористой соли железа в электролите получают более мягкие осадки железа.
Понижение кислотности улучшает механические свой- ства железа, выход по току резко увеличивается и дости- гает 98%. Однако при наличии незначительной кислот- ности в электролите разлагаются соли двухвалентного железа и возрастает содержание трехвалентного железа, что приводит к получению некачественных осадков. Составы широко применяемых электролитов для же- лезнения приведены в таблице 22. Таблица 22 Электролиты для железнения Компоненты электро- литов и режимы электролиза Номер электролита 1 2 3 4 5 6 Хлористое желе- зо, г/л Хлористый нат- рий, г/л Хлористый каль- ций, г/л Соляная кислота, г/л Сернокислое же- лезо, г/л Сернокислый маг- ний, г/л Сернокислый алю- миний, г/л Хлористый марга- нец, г/л Аскорбиновая кислота, г/л Кислотность, pH Температура электролита, °C Плотность тока, а/дм2 400 450 0,3—7,2 90—100 6—20 200—500 100 0,2—0,3 1,8—2,2 96—105 5—15 500 100 0,36— —7,2 100 6—20 300— —500 200— —280 2—2,4 90—95 8-16 400 — —500 100 2,2—3 20-40 5-10 500— —750 100- —150 15-30 0,5— —2,0 1,2— —2,5 20—40 20-40 Холодный электролит № 6 рекомендуется для получе- ния твердых (600—700 кг/мм2) износостойких покрытий с высокой производительностью — 200—230 мкм/час. Данные по продолжительности осаждения железа при выходе по току 95% приведены в таблице 23. Аноды для железнения. При железнении применяют железные аноды с наименьшим содержанием углерода
Продолжительность осаждения железа в зависимости от толщины слоя и плотности тока при выходе по току 95% Толщина слоя же- леза, мм Плотность тока, а/дм2 Время осаждения, мин. 1 2 3 4 1 5 10 20 0,01 47,5 23,75 15,8 11,8 9,6 4,8 2,4 0,02 95,0 47,50 31,6 23,6 19,2 9,6 4,8 0,03 142,0 71,00 47,5 35,4 28,8 14,4 7,2 0,04 190,0 95,0 63,3 47,2 38,4 19,2 9,6 0,05 237,5 118,25 79,1 59,0 48,0 24,0 12,0 0,06 285,0 142,50 94,9 70,8 57,6 28,8 14,4 0,07 332,0 166,25 110,8 82,6 67,2 33,6 16,8 0,08 380,0 190,00 126,6 94,4 76,8 38,4 19,2 0,09 427,0 213,15 142,0 106,2 86,4 43,2 21,6 0,10 475,0 237,50 158,0 118,0 96,0 48,0 24,0 0,20 950,0 475,00 316,0 236,0 192,0 96,0 48,0 0,30 1425,0 712,50 474,0 354,0 288,0 144,0 72,0 0,40 1900,0 950,00 632,0 472,0 384,0 192,0 96,0 0,50 2375 1187,5 790,0 590,0 480,0 240,0 120,0 0,60 2850 1425,0 948,0 708,0 576,0 288,0 144,0 0,70 3320 1660,0 1106,0 826,0 672,0 336,0 168,0 0,80 3800 1900,0 1264,0 944,0 768,0 384,0 192,0 0,90 4270 2135,0 1422,0 1062,0 804,0 432,0 216,0 1,00 4750 2375,0 1580,0 1180,0 960,0 480,0 240,0 без примесей других металлов, серы и фосфора, а также аноды из углеродистой стали марок ст. 2 и 3 или ст. 10 и 20. Из листа толщиной 10 мм нарезают полосы шириной 50 мм и длиной в зависимости от глубины погружения деталей. При железнении внутренних или глубокопрофилиро- ванных поверхностей для получения равномерных осад- ков устанавливают внутренние или фигурные аноды. В процессе электролиза аноды интенсивно раство- ряются и покрываются слоем шлама, напоминающим серую пасту. Шлам затрудняет прохождение тока и тре- бует повышенного напряжения на ванне. Кроме того, шлам, переходя с анодов в электролит, находится в нем в виде твердых частиц во взвешенном состоянии. Эти частицы переносятся к поверхности катода и являются центрами образования бугорков, шероховатости Поэтому
железные аноды заключают в чехлы из стеклянной ткани. Обнаженные аноды в процессе электролиза по одному вынимают из ванны и очищают от шлама ручной желез- ной щеткой. После очистки аноды промывают в проточ- ной холодной воде и вновь завешивают в ванну. Перед завешиванием новые аноды обезжиривают, промывают в воде и протравливают в соляной кислоте. После травления их снова промывают, крацуют до метал- лического блеска и завешивают в электролит вместе с де- талями. Соотношение между анодной и катодной плотностью тока 0,5:1. Технологический процесс железнения. Технологиче- ская схема железнения при восстановлении деталей включает в себя следующие операции: 1. Механическая подготовка. 2. Обезжиривание в органических растворителях. 3. Протирка или сушка. 4. Изоляция мест, не подлежащих железнению. 5. Сушка изоляционного материала. 6. Монтаж на приспособление. 7. Зачистка наждачным полотном участков, подлежа- щих железнению. 8. Обезжиривание. 9. Промывка в горячей проточной воде. 10. Промывка в холодной проточной воде. 11. Электрохимическое анодное травление. 12. Промывка в холодной проточной воде. 13. Загрузка деталей в ванну железнения. 14. Анодное декапирование. 15. Железнение. 16. Промывка в горячей воде. 17. Нейтрализация. 18. Промывка в горячей воде. 19. Сушка. 20. Демонтаж с подвесок или приспособлений. 21. Удаление изоляции. 22. Термообработка. Особенности технологического процесса. Механи- ческая подготовка. Детали, подлежащие железне- нию, подвергают специальной механической обработке — шлифованию задиров, рисок, конусности, полированию или пескоструйной обработке. Детали, ранее цементиро-
ванные или закаленные, перед механической обработкой отжигают. Детали после обезжиривания в бензине протирают чистой ветошью. Изоляция поверхности и сушка. Материа- лы для изоляции поверхностей, не подлежащих желез- нению, должны выдерживать пребывание в горячих электролитах 24—30 час. не разрушаясь. К таким мате- риалам относятся клей БФ-2 или бакелитовый лак при 2—3-слойном покрытии и сушке каждого слоя в течение 1—2 час. при температуре 100—150°, перхлорвиниловый лак, хлорвиниловый пластикат, фаолит и текстолит. При электролизе в холодных электролитах применяют цапон- лак, тонкую резину, кинопленку. Монтаж на приспособление. Подвесные при- способления для железнения должны обеспечить жест- кость крепления и одинаковое расстояние между поверх- ностью катода и анодами. Контакты на подвеске и анодах тщательно зачищают. После монтажа подвески покрываемую поверхность зачищают наждачным полотном. Обезжиривание. Детали, подвергающиеся же- лезнению, обезжиривают химическим или электрохими- ческим способом. Для электрохимического обезжирива- ния стальных деталей используют электролит и режим, указанные на странице 9, а для химического — в табли- це 4. При электрохимическом обезжиривании детали заве- шивают на анодную штангу, так как катодное обезжири- вание способствует насыщению поверхности детали водородом, что может отрицательно сказаться при после- дующем железнении. Детали больших размеров и детали из сплавов, легко растворяющихся в щелочных растворах, обезжиривают венской известью. Затем детали промывают в горячей и холодной проточной воде. Влажные детали переносят в ванну травления. Перед покрытием в ванне железнения деталь подвер- гают электрохимическому травлению: уда- ляют окисную пленку, обнажают структуру металла для лучшего сцепления его с покрытием. Травление проводят на аноде во избежание насыщения водородом детали Раствор и режим травления указаны на странице 11.
Промывка. После травления детали промывают в холодной проточной воде в течение 4 мин. и мокрыми загружают в ванну железнения. Анодное декапирование осуществляется в ван- не железнения путем переключения двухполюсного рубильника. Детали декапируют в течение 1 мин. на ано- де при плотности тока 8—10 а/дм2. Железнение начинают при малых плотностях тока. При восстановлении деталей, изготовленных из высокоуглеродистых, термически обработанных сталей, подвески завешивают в рабочую ванну без тока, который включают спустя 1—3 мин. Наиболее качественные осадки получаются при толщине до 1,5 мм. Более толстые покры- тия наращивают в несколько приемов с повторением полного цикла подготовительных операций. Режимы электролиза для различных электролитов указаны в таб- лице 21. Промывка после железнения проводится в горячей воде при температуре 80—90°. Нейтрализация деталей выполняется в горячем 10%-ном растворе каустической соды с выдержкой 10—30 мин. Затем детали промывают в горячей воде для удаления следов щелочи. После этого деталь сушат, сни- мают с подвески и удаляют лак. Термическая обработка проводится в масля- ной ванне или в воздушной среде при температуре 200—300° в течение 2—3 час. Приготовление электролитов. Сернокислые электроли- ты железнения получают непосредственным растворением сернокислого (закисного) железа в рабочей ванне. Для приготовления хлористых электролитов вначале получают закисную соль железа путем восстановления хлорного железа или растворения железной стружки в соляной кислоте. При восстановлении хлорного железа в раствор, со- держащий 400—500 г/л хлорного железа и 150—200 мл/л соляной кислоты (уд. вес 1,19), загружают избыточное количество стружки малоуглеродистой стали. Примечание. Стружку предварительно тщательно обезжи- ривают. Непромасленную стружку проваривают 1—2 час. в 10%-ном растворе NaOH и промывают в проточной горячей и холодной воде. Сильно загрязненную маслом стружку сначала промывают в бензи- не или керосине и после этого подвергают вышеуказанной обра- ботке,
Раствор подогревают до 40—50° и выдерживают до окончания газовыделения. Приготовленный раствор хло- ристого железа, концентрация которого составляет 600—800 г/л, профильтровывают через полотняные фильтры; делают анализ на содержание хлористого же- леза и заливают в рабочую ванну. Загруженную в фарфоровый или другой кислотоупор- ный бачок железную стружку растворяют в соляной кислоте, разбавленной 2: 1 водой, и получают хлористое железо. Для получения раствора хлористого железа с концент- рацией 300 г/л отвешивается металлическая стружка из расчета 80—100 г/л электролита и загружается в бачок, оборудованный хорошей вытяжной вентиляцией. В этот же сосуд вливают соляную кислоту из расчета 380 мл/л электролита, предварительно разбавленную водой. Сосуд с кислотой и стружкой подогревают до 30—40°, периоди- чески перемешивая. Реакция идет с бурным вспенивание^м от выделяющегося водорода. Признаком полного растворения стружки является прекращение выделения водорода (отсутствие вспенива- ния). Остывший и отстоявшийся раствор хлористого железа профильтровывают через льняную ткань в ванну желез- нения. Рассчитанное количество NaCl растворяют в отдель- ном сосуде, затем фильтруют и приливают в приготов- ленный раствор хлористого железа, после чего объем ванны доводят до рабочего уровня. Аналитически прове- ряют содержание FeC12-4H2O и НС1 в электролите и по результатам анализа проводят корректировку. В свежеприготовленных электролитах содержится большое количество трехвалентного железа, наличие которого отрицательно сказывается на качестве осадков. Для восстановления трехвалентного железа до двухва- лентного состояния, электролит прорабатывают брако- ванными деталями в течение 3—4 смен при температуре 98—100°. По удалении трехвалентного железа электролит становится интенсивно зеленого цвета. Не рекомендуется перемешивать электролит сжатым воздухом, так как двухвалентное железо окисляется в растворе в трехвалентное и электролит становится негод- ным. Рекомендуется механическое перемешивание — 52
Таблица 24 Дефекты, характерные для ванн железнения Вил. дефекта Причина Способ устранения Детали частично не покрывают- ся железом Детали не покры- ваются Растрескивание железных осад- ков Отслаивание по- крытия Отсутствие контак- та детали с прис- пособлением или с катодной штангой Мала плотность то- ка Нет контакта между анодами и анодны- ми штангами Аноды покрылись толстым слоем шлама, не прово- дящим ток Неправильно вклю- чена полярность на штангах Слишком низкая тем- пература Слишком высокая плотность тока Плохое обезжирива- ние деталей Слишком кислый раствор или отсут- ствие соляной кис- лоты в электроли- те Плохая подготовка поверхности дета- лей перед покры- тием Перерыв тока в про- цессе электролиза Обеспечить контакты Увеличить плотность тока Обеспечить контакты Вынуть по одному ано- ду и зачистить же- лезной щеткой, про- мыть и завесить Переменить полюсы на ванне Вынуть детали из ван- ны, подогреть раст- вор и завесить новую партию деталей. Раст- рескивающиеся осад- ки удалить с деталей; подготовить вновь к очередной завеске Понизить плотность то- ка Обеспечить в соответ- ствии с технологичес- ким процессом под- готовку деталей пе- ред железнением Проверить кислотность и привести в соответ- ствие с рецептурой Улучшить качество тра- вления и обезжирива- ния Устранить перерыв то- ка в процессе элек- тролиза
Вид дефекта Причина Способ устранения Темные осадки на отдельных участках Темные полосы на поверхности покрытия при наличии значи- тельной хруп- кости осадка Точечная порис- тость (питтинг) на покрытии Шероховатость покрытия. Поя- вление черных точек с инород- ными частицами Места, защищен- ные от желез- нения, обраста- ют дендритами Неравномерность железных осад- ков Грубошерохова- тый осадок Острошерохова- тый колючий осадок. Мутный, серова- тый цвет раст- вора Повышенная кислот- ность электролита Присутствие в элек- тролите солей ме- ди, хрома, трехва- лентного железа Попадание в элек- тролит примесей органического происхождения Задержка пузырьков водорода на по- верхности вслед- ствие неправиль- ного завешивания деталей Повышенная кислот- ность электролита Загрязнение элек- тролита механи- ческими примеся- ми Недостаточна тол- щина изоляцион- ной пленки Неправильное распо- ложение детали в ванне. Неудачная конструкция под- вески и экраниру- ющего приспособ- ления Высокая плотность тока Много трехвалент- ного железа в элек- тролите Подщелочить электро- лит Проработать электро- лит при плотности то- ка 0,8—1,5 а/дм2 до получения светлых осадков Проработать электро- лит при плотности то- ка 1,5—2,0 а/дм2 Изменить расположение деталей на приспо- соблении Снизить кислотность добавкой едкого нат- ра Отфильтровать электро- лит Увеличить количество слоев изоляционного материала на деталях Обеспечить равномер- ное расположение анодов вокруг детали. Переконструировать подвесное приспособ- ление Снизить плотность тока Восстановить FeCl3- ЬН2О в FeCl2AH2O (см. стр. 52)
оно способствует получению высококачественных осад- ков железа и дает возможность работать с применением высоких плотностей тока. Дефекты при железнении. При правильном соотноше- нии компонентов и соблюдении установленных режимов ванны электролитического железнения работают безот- казно, но нарушение условий электролиза отражается на качестве железных осадков. Дефекты в работе ванн при- ведены в таблице 24. Химическое никелирование Процесс химического никелирования заключается в покрытии металлических и неметаллических деталей сплавом никеля с фосфором из специальных растворов без применения электрического тока. Высокая твердость химических никелевых покрытий, получающаяся в результате термической обработки, позволяет использовать их в качестве износостойких при восстановлении деталей машин. Характерная особенность процесса химического нике- лирования— равномерное покрытие на деталях сложного профиля. Восстановление никеля проходит с одинаковой скоростью на любых участках изделия, если они сопри- касаются с раствором и поверхность подготовлена соот- ветствующим образом. При химическом никелировании получаются блестя- щие или матовые осадки в зависимости от режима осаж- дения и состава раствора. В состав осадка, кроме никеля, входит фосфор, количество которого зависит от кислот- ности раствора. Из кислых растворов осаждается покры- тие, содержащее 8—9% фосфора, а из щелочных раство- ров— 4—5% фосфора. Сцепление химических никелевых покрытий состав- ляет 41,5 кг/мм2 из кислых и 21,9 кг/мм2 из щелочных сред. Сцепление с малоуглеродистыми сталями, медью и ее сплавами значительно выше, чем с высокоуглеродис- той и нержавеющими сталями и алюминием. Циклическая контактная прочность никель-фосфорных покрытий ниже, чем хромовых покрытий. В связи с этим детали машин, испытывающие большие циклические кон- тактные нагрузки, никелировать не рекомендуется.
Недостаток химически осажденного никелевого по- крытия— хрупкость, вследствие которой при механиче- ском воздействии (изгибе или ударе) выкрашивается металл, это явление проявляется при толщине слоя около 10 мкм. Специальными режимами термообработки доби- ваются получения эластичных покрытий, однако твер- дость покрытия уменьшается. Минимальным износОхМ обладают никель-фосфорные покрытия, термообработанные при 350—450°. Термическая обработка химических никелевых покры- тий не только повышает их твердость, но и увеличивает прочность сцепления осадка с основным металлом. Влияние температуры на эту важную характеристику покрытия сказывается уже при 200°. В связи с этим тер- мическая обработка при 200° хотя и не увеличивает твердость покрытия, однако рекомендуется для алюми- ниевых сплавов и некоторых сплавов на основе меди. Пористость химических никелевых покрытий зависит от толщины слоя. При толщине слоя никеля более 20 мкм покрытие из кислых растворов становится беспористым. Исходя из этого и учитывая, что никелевое покрытие является ка- тодным покрытием, для защиты от коррозии осаждают слой никеля толщиной не менее 20 мкм. Кроме того, по- ристость покрытий, полученных из кислых растворов, меньше, чем покрытий, полученных из щелочных раство- ров. В связи с этим для стальных деталей рекомендуется покрытие из кислых растворов. На деталях из цветных металлов (алюминиевые и медные сплавы) никель-фос- форное покрытие получают из щелочных растворов. На некоторые сплавы (Д-20, АЛ-9, ВАЛ-1) осаждают покры- тие и из кислых растворов. Характеристика и выбор растворов. Покрытия метал- лов химическим способом проводят в кислых (pH 4—6) или щелочных (pH 8—10) водных растворах при повы- шенной температуре. Растворы содержат следующие компоненты: 1. Соли металла, из которого образуется покрытие. 2. Восстановители: гипофосфиты, гидразин, боргид- рид натрия, формальдегид. 3. Буферирующие и комплексообразующие добавки: уксусная, муравьиная, лимонная, яблочная, малоновая, винная, а-аминоуксусная кислоты и их соли.
4. Вещества, ускоряющие процесс: фториды щелоч- ных металлов, адипиновая и янтарная кислоты и их соли, селенаты, тетрабораты. 5. Стабилизаторы процесса: тиомочевина, сульфид олова, сульфид свинца, этилксантат натрия, малеиновый ангидрид, фенатролин, «аллилчеп». 6. Блескообразователи и смачивающие вещества. Для этой цели применяются те же вещества, что и для гальва- нических покрытий. Процесс химического никелирования протекает при повышенных температурах и ниже 70° прекращается полностью. Скорость покрытия резко зависит от темпе- ратуры. Так, при увеличении температуры с 90 до 100° скорость покрытия в кислых растворах возрастает при- мерно в 2 раза. С повышением температуры стабильность раствора уменьшается, и в раствор вводят специальные добавки — стабилизаторы, благодаря которым раствор работоспособен длительное время и позволяет вести про- цесс при кипении (100—101°). Кроме того, скорость про- цесса зависит от соотношения соли никеля и гипофосфи- та. Оптимальное соотношение в молях соли никеля и гипофосфита — 0,4—0,6. На скорость химического никелирования влияют различные органические добавки солей уксусной, лимонной, муравьиной, яблочной, янтар- ной, а-аминоуксусной (гликоколла), малоновой. Скорость осаждения покрытия зависит от стабилизи- рующих добавок. Присутствие стабилизатора сульфида свинца увеличивает скорость осаждения в растворе с гликоколлом и уксуснокислым натрием в 1,5 раза. До- бавление сульфида свинца увеличивает блескообразую- щие свойства покрытия в кислых растворах. В щелочных растворах скорость никелирования на- много меньше, чем в кислых, кроме того растворы неста- бильны вследствие улетучивания аммиака при повы- шенной температуре процесса (80—90°). Однако щелочные ванны имеют и значительные преимущества. Наличие в растворе таких сильных комплексообразова- телей, как аммиак и соли лимонной кислоты, дают воз- можность длительного ведения процесса даже в отсутст- вие стабилизатора. Кроме того, растворимость фосфидов в щелочных растворах значительно выше, чем в кислых. Щелочные ванны эффективны для нанесения никеля на нержавеющую сталь, алюминий, титан. Никелевые
покрытия из щелочных растворов содержат меньшие ко- личества фосфора (5—7%). Кислотность в щелочных растворах поддерживается путем добавления 25%-ного раствора аммиака до перехода зеленой окраски раствора в устойчивую синюю. По интенсивности выделения газо- образного водорода при проведении процесса судят о концентрации гипофосфита: слабое выделение водорода указывает на недостаточную концентрацию гипофосфита, бурное —на высокую. Стабилизатор «аллилчеп» (жидкий спиртовой экст- ракт лука) в щелочных растворах оказывает такое же действие, как и в кислых. Общим недостатком процесса, присущим как кислым, так и щелочным растворам, является низкая скорость восстановления (18—20 мкм/час) и неустойчивость ра- створа в процессе длительной работы. Это связано со снижением концентрации исходных компонентов и накоп- лением труднорастворимых продуктов реакции. В резуль- тате реакций изменяется pH раствора, а малораствори- мые продукты реакций способствуют саморазложению раствора. Поэтому в растворы для химического никели- рования при длительном использовании добавляют комплексообразующие и буферные добавки, концентра- ции которых так же, как и концентрация основных солей (соль никеля и гипофосфита) должны быть оптималь- ными. Для предупреждения образования фосфитов и выпа- дения их на дно и стенки сосуда в растворы для химиче- ского никелирования вводят стабилизаторы (сульфид свинца) — каталитические яды, которые адсорбируются на поверхности фосфитов с большой плотностью, и пре- дупреждают осаждение их на дне и стенках ванны. Стабилизаторы и буферные добавки повышают эф- фективность растворов и длительность их использования. Химическое никелирование (учитывая преимущества процесса и ценные его свойства) целесообразно приме- нять для восстановления деталей, имеющих небольшой износ (до 50 мкм) и сложную конфигурацию. К таким деталям относятся золотники, плунжеры, втулки, шту- цера. В таблице 25 приведены наиболее эффективные со- ставы рекомендуемых растворов и режимы восстановле- ния покрытия.
Составы растворов и режимы нанесения покрытий Состав раствора и концентрация компонентов, г/л Режим процесса Скорость вос- становления, мкм/час без корректи- • н * X s ° 3 л. = o'© о. И г- И и О Ш в 4> * V О Материал, Ш ¥ ф х ж о 5 © я » — Q.U °C pH 1-й час 2-й час Время, в тече! рого раствор » использован п тировке с обе скорости ВОСС 25 мкм/час из которо- го изго- товлены детали 1 2 3 4 5 6 7 1. Никель хлорис- тый или серно- кислый 22-,25 2. Уксуснокислый натрий —10—12 3. Гипофосфит на- трия или калия -30-45 4. Гликоколл— 20—22 5. Сульфид свин- ца 0,05—0,5 Плотность загруз- ки 1 дм2/л 95— —100 5,0 —6,0 28— —43 20— —24 70 час. сталь 1. Сернокислый никель—25—30 2. Гипофосфит на- трия—20—25 3. Уксусная кис- лота (98 %-на я)— 15 мл/л 4. Сульфид свин- ца—0,05—0,5 Плотность загруз- ки—1 дм2/л 94— —98 4-5 25 13 2 часа сталь 1. Никель серно- кислый—20—22 2. Натрий уксус- нокислый— 10—12 3. Уксусная кис- лота(98%-ная)— 10—8 мл/л 4. Гипофосфит натрия— 25 г/л 5. Тиомочевина (0,1 %р-р—3 мл/л) 88— —94 4,1— -4,3 18 10 2 часа алюми- ниевые сплавы
1 2 3 4 5 6 7 Плотность нагруз- ки 1—1,5 дм2/л 1. Никель хлорис- тый—20—25 2. Гипофосфит натрия—20—25 3. Лимоннокис- лый натрий- 45—50 4. Хлористый ам- моний 30—35 5. Сульфид свин- ца—0,05—0,5 Плотность нагруз- ки 1—1.5 дм2/л 88— -98 8,5— -9,0 16 11 50 час. алюми- ниевые и медные сплавы Технологический процесс химического никелирования Последовательность выполнения технологических опе- раций: 1. Контроль состояния поверхности деталей. 2. Обезжиривание бензином и продувка воздухом. 3. Изоляция мест, не подлежащих покрытию. 4. Обезжиривание. 5. Декапирование и травление. 6. Промывка в холодной воде. 7. Химическое никелирование. 8. Промывка в холодной и горячей воде и сушка. 9. Удаление изоляции. 10. Контроль качества никелевого покрытия. 11. Термическая обработка. 12. Механическая обработка. 13. Гидрофобизирование (обработка в кремнеоргани- ческой жидкости). 14. Контроль качества никелевого покрытия после тер- мообработки. Особенности технологического процесса. Контроль состояния поверхности деталей. Состояние 60
поверхности деталей контролируют внешним осмотром. На участках деталей, подлежащих никелированию, не должно быть коррозионных раковин, рисок, забоин. Их зачищают шлифовальной шкуркой, чтобы в сочетании с последующей химической обработкой обеспечить проч- ное сцепление покрытия с основой. Цинковое и кадмиевое покрытия, имеющиеся на некоторых деталях, удаляют химическим способом в соответствующих растворах. Цинкуют и кадмируют детали после химического нике- лирования. Хромирование деталей проводят как до, так и после химического никелирования. Обезжиривание бензином и продувка воздухом. Все детали промывают бензином Б-70 с целью удаления остатков масла и жировых загрязнений. Особое внимание обращают на узкие кольцевые канавки, отверстия и выточки на деталях. Окончательное и «тонкое» обезжиривание проводит- ся в горячих щелочных растворах химическим или элек- трохимическим способами. После обезжиривания детали обдувают сжатым воз- духом до полного испарения бензина. Изоляция мест, не подлежащих покры- тию. В качестве изоляционного материала используют эмали ХВЭ-17, ХВЭ-21, ХВЭ-22, перхлорвиниловый лак, аэроклей АК-20, полихлорвиниловый пластикат, а также резиновые и деревянные пробки. Жидкие изоляционные покрытия наносят с помощью набора волосяных кисточек или заточенных деревянных палочек. Для обеспечения прочной изоляции деталь по- крывают 2—3-мя слоями изоляционных материалов, последовательно после затвердения предыдущего. Осо- бенно тщательно изолируют бронзовые детали, имеющие контакт со сталью, а также стальные детали, внутренние или наружные поверхности которых обработаны по высо- кому классу чистоты. После высыхания изоляции внима- тельно осматривают детали, подрезают и удаляют изоля- цию с поверхностей, на которые осаждаются покрытия. Детали в ванну никелирования завешивают на тонкой стальной или латунной проволоке, или на пленке из по- лихлорвинилового пластиката. Штангами служат дере- вянные или стальные стержни. Обезжиривание венской известью. По- верхности деталей, подлежащие покрытию, протирают
2—3 раза кашицей венской извести с одновременной про- мывкой холодной водой до полного смачивания. Все последующие операции технологического процесса прово- дят сразу же после обезжиривания. При подготовке большого количества деталей первые партии обезжирен- ных деталей держат в ванне с холодной водой, так как обезжиренные и промытые стальные детали покрываются окисной пленкой, что снижает прочность сцепления ни- келя с основой. Не рекомендуется промывать детали в горячей воде после обезжиривания венской известью. Декапирование и травление. Детали, изго- товленные из сталей 2X13, ЗОХГСНА, 15ХА, ШХ15 и 12ХНЗА, декапируют раствором соляной (уд. в. 1,19) — 100—150 г/л и фтористоводородной кислот (уд. в. 1,13) — 5—10 г/л 3—4 мин. при температуре 60—65°. Детали из других сталей декапируют в соляной кислоте уд. в. 1,19 2—3 мин. при комнатной температуре. Если в течение установленного времени декапирова- ния на всей поверхности деталей не наблюдается бурного выделения пузырьков водорода, проводят замену ра- створов. Медь и ее сплавы травят серной, азотной, соляной кислотами в две стадии: черновое травление и осветле- ние. Детали из медных сплавов, полученные методом го- рячей штамповки, литые под давлением или подвергшие- ся отжигу, имеют на поверхности плотный черный слой окалины. Этот слой удаляют предварительным травле- нием в 10%-ной серной кислоте, подогретой до 50—60°. Окончательное травление с осветлением выполняют в растворе из смеси кислот с добавкой голландской сажи. Состав раствора: азотная кислота (уд. в. 1,4) — 1000 мл; серная кислота (уд. в. 1,84) — 1000 мл; соляная кислота (уд. в. 1,19) — 10 мл; сажа голландская— 10 г. Сажу предварительно смешивают с азотной кислотой и добавляют в травильный раствор. Осветление или глянцевое травление продолжают 15—20 сек. до появле- ния легкого блеска. Для получения матовой поверхности на меди и ее сплавах рекомендуется раствор следующего состава:
азотная кислота (уд. в. 1,95) —300 г; серная кислота (уд. в. 1,84) —200 г; натрий хлористый — 2 г; цинк сернокислый— 1,5 г. Особенности подготовки деталей из алюминиевых сплавов. Детали из алюминиевых сплавов после обезжиривания обрабатывают в следую- щих растворах (с тщательной промежуточной промывкой в холодной проточной воде после каждой операции) при нанесении контактного слоя цинка: а) травят в 10%-ном растворе едкого натра в течение 2—3 мин. при комнатной температуре или 15—20 сек. при температуре 65—70° до темно-серого цвета; б) осветляют детали в растворе, состоящем из 210 мл/л азотной кислоты (уд. в. 1,4) и 240 мл/л серной кислоты (уд. в. 1,84), 10—15 сек. при комнатной темпе- ратуре; в) проводят осаждение контактного цинкового покры- тия. Для этого детали погружают в раствор, состоящий из едкого натра 500—550 г/л и окиси цинка 75—100 г/л, выдерживают в нем 20—30 сек. при комнатной темпера- туре до образования на поверхности деталей слоя цинка серого цвета. О нормальной работе раствора для кон- тактного цинкования судят по потемнению поверхности детали при нанесении на нее капли раствора сернокислой меди. Если на детали имеется цинковое покрытие, то за счет контактного вытеснения на поверхности выделяется медь; г) травят детали в растворе, состоящем из азотной кислоты (уд. в. 1,4)—650 мл/л и фтористоводородной кислоты (уд. в. 1,13) —350 мл/л, 4—5 сек. при комнатной температуре. Раствор для травления хранят в винипла- стовом, эбонитовом или фарфоровом сосуде; д) выполняют повторное контактное цинкование в растворе и при режимах, указанных в пункте «в»; — при нанесении контактного слоя никеля (для дета- лей из алюминиевых сплавов Д-20, АЛ-9, А-11, ВАЛ-1): а) осветляют детали после травления в щелочи в ра- створе следующего состава: азотная кислота (уд. в. 1,4)—3 объема; фтористово- дородная кислота (уд. в. 1,13) — 1 объем при температуре 18—20° 5—8 сек.
Детали, изготовленные из дюралюминия, осветляют в азотной кислоте (уд. в. 1,2) в течение 3—5 сек. с после- дующей промывкой в холодной проточной воде; б) наносят подслой никеля в растворе состава: орто- фосфорную кислоту (уд. в. 1,6—1,7) кислоты 50% объ- ема — растворяют в таком же объеме воды и добавляют никель хлористый — 35—45 г/л. Температура 35—45°, время 10—15 сек. Примечания: 1. Докускается нанесение подслоя при ком- натной температуре, но не ниже 4-25° С. 2. Отсчет времени начинают с момента газовыделения по всей поверхности, т. е. через 5—10 сек. после загрузки. Промывка в холодной воде. Детали после декапирования и травления тщательно промывают в хо- лодной проточной воде. После промывки детали или сразу никелируют или оставляют до никелирования в ванне с холодной водой. Химическое никелирование. Промытые дета- ли погружают в ванну для химического никелирования. В зависимости от материала, из которого изготовлены детали, химическое никелирование проводят в растворах и при режимах, приведенных в таблице 25. Промывка в холодной и горячей воде и сушка. Детали после никелирования промывают в холодной и горячей воде до удаления раствора с поверх- ности и обдувают сжатым воздухом или высушивают на воздухе. Удаление изоляции. С участков поверхности, не подвергавшихся никелированию, снимают изоляцию. Для облегчения удаления изоляционных материалов — эмалей и лаков — детали выдерживают предварительно в горячей (85—90°) воде 10—15 мин. Контроль качества никелевого покры- тия. Никельфосфорное покрытие из кислых ванн —бле- стящее, из щелочных ванн — блестящее или матовое. На покрытии толщиной 0,1 мм и более допускаются питтин- говые точки. Отслаивание никеля на поверхности деталей осматривают с помощью лупы. Детали, на которых обна- ружено отслаивание покрытия, бракуют и после удаления некачественного покрытия повторно никелируют. Некаче- ственный слой со стальных деталей снимают шлифова- нием или полированием. Тонкие слои никеля зачищают
шлифовальной шкуркой № 320 или в растворе следую- щего состава. Электро- химическим путем Серная кислота (уд. в. 1,66) — 1 л Глицерин — 20—25 г Плотность тока на ано- де—10 а/дм2; Температура — 18—25°. Катоды свинцовые Слой 15 мкм при указан- ном режиме снимается за 7—10 мкм Химическим путем Серная кислота (уд. в. 1,84) — 100 мл Азотная кислота (уд. в. 1,33) —200 мл Железо сернокислое [Fe2 (SO4)3]— Ю г/л Температура — 18—25°. Снятие покрытия про- изводить до исчезнове- ния почернения Недоброкачественные никелевые осадки с бронзовых деталей снимают электролитически в 30%-ном растворе серной кислоты при анодной плотности тока 3—5 а/дм2 и комнатной температуре. Время обработки — 5—7 мин. Катодами служат свинцовые пластинки. Кратность пере- делок зависит от вида материала и состояния его поверх- ности, но не должна превышать четырех раз. Никелевые покрытия с алюминиевых деталей удаляют путем их обработки в растворе азотной кислоты удельно- го веса 1,2 г/см3 при комнатной температуре. Если при проверке слоя покрытия оказалось, что толщина меньше предусмотренной ТУ чертежа, а качество покрытия отве- чает всем требованиям, предъявляемым к осадкам хими- ческого никеля, такие детали подвергают дополнительно- му никелированию без снятия покрытия, с предваритель- ным обязательным активированием поверхности в креп- кой соляной кислоте (уд. в. 1,17—1,19) в течение 1 мин. При этом необходимо, чтобы поверхности, не имеющие покрытия, были тщательно изолированы. Термическая обработка. Для повышения твер- дости химических никелевых покрытий и их сцепления с основой проводится термическая обработка в сушиль- ном шкафу или электропечи, в которых детали разме- щаются на противнях из алюминия. Стальные и бронзовые детали обрабатывают при тем- пературе 350—400° в течение 1 час; детали из алюминие-
вых сплавов при температуре 140—220° в зависимости от марки материала — 2—3 час. Детали охлаждают после термической обработки на воздухе. Механическая обработка. Механическую об- работку никелированных деталей (шлифование, притир- ка) проводят после термической обработки. Химическое никелевое покрытие можно осадить «в размер» на боль- шую толщину. Поэтому практически химические никеле- вые покрытия подвергают притирке, которую выполняют чугунными притирами с пастой ГОИ (средней и тонкой), а также с микропорошками № М7 — М20, смешанными с минеральным маслом. При больших припусках на при- тирку ее осуществляют в два приема, предварительная притирка шлифовальным порошком № 320 или микропо- рошком № 20 и окончательная притирка порошком № 10 — М7 или пастой ГОИ. Детали с никельфосфорным слоем шлифуют на шли- фовальных кругах из электрокорунда (Э и ЭБ) на кера- мической связке зернистостью 46, 60 и 80 и твердостью CMj — СМ2. Гидрофобизирование. Гидрофобизируют дета- ли в 5—10 %-ном растворе жидкости ГКЖ в бен- зине (этилгидрополисилоксан) 3—5 мин. при комнатной температуре с последующей сушкой в термошкафу в те- чение 1 час. при ПО—130°С. Обработка никелированных деталей в растворе ГЖК-94 в 2—3 раза улучшает корро- зионную стойкость покрытия. Контроль качества никелевого покры- тия после термообработки. После термической обработки никелевое покрытие приобретает желтоватый или синий цвет с наличием цветов побежалости. Никели- рованные детали осматривают как после термической, так и после механической обработки. Детали бракуют, если на их поверхности имеет место отслаивание или шелуше- ние никелевого покрытия. Толщину слоя никеля опреде- ляют замером одного и того же участка детали до и после никелирования или по привесу образца, завешиваемого в ванну одновременно с деталями. Материал образца должен соответствовать материалу покрываемой де- тали. Приготовление растворов. Исходя из задан- ного объема ванны, на технических весах взвешивают необходимое количество компонентов, растворяют в не-
Дефекты, встречающиеся при химическом никелировании Вид дефекта Причина Способ устранения На детали нет по- крытия На покрытии на- блюдается об- разование тем- ных полос Резкое снижение скорости осаж- дения Плохое сцепление никеля с осно- вой. Никелевое покры- тие в отдель- ных участках отслоилось Осадок никеля в одних местах блестящий, в других—мато- вый. Особенно часто это на- блюдается в местах, где име- ются узкие ка- навки Высокая кислотность ванны химическо- го никелирования Попадание сульфи- да свинца на де- таль и отравление каталитической по- верхности детали Высокая кислотность ванны химическо- го никелирования или низкая темпе- ратура, при кото- торой детали по- гружены в ванну Выработка основных компонентов раст- вора или низкая температура нике- лирования Плохая подготовка поверхности перед никелированием Некачественная за- чистка канавок и отверстий перед никелированием. В процессе никели- рования с этих мест выделяются загрязнения Откорректировать ве- личину pH аммиаком Сульфид свинца необ- ходимо вводить в раствор до загрузки деталей Откорректировать вели- чину pH добавлением аммиака. Погружать детали в ванну при температуре не ниже 60—65° Откорректировать раствор основными компонентами и бу- ферными добавками. Вести наблюдение за температурой, под- держивая ее в задан- ных пределах Тщательно обезжирить детали, особенно око- ло отверстий и кана- вок. Обратить внимание на качество обезжирива- ния внутренних не ни- келируемых поверх- ностей При подготовке поверх- ности следить, чтобы все участки детали были хорошо механи- чески подготовлены и обезжирены
больших объемах дистиллированной воды и вводят в ванну. Затем раствор фильтруют через фильтро- вальную бумагу или хлориновую ткань. Стаби- лизатор (сульфид свинца) добавляют в ванну в сухом виде. В процессе восстановления покрытия он находится на дне ванны. При длительном использовании раствора за счет корректирования сульфид свинца целесообразно втирать в пористое стекло на дне ванны. При фильтра- ции и корректировании раствора стекло вынимают из ванны, а затем снова погружают в нее. Раствор № 1 корректируют через 2—3 час. работы введением следующего количества компонентов (г/л): хлористый никель — 20—22; гипофосфит натрия — 22—24; аммиак — до pH 5,0; 6,0. Через 6 час. работы в ванну, кроме указанных компо- нентов, добавляют 12 г/л уксуснокислого натрия и 10 г/л гликоколла. Корректирование раствора проводят после охлаждения его до комнатной температуры. Раствор № 4 корректируют через каждый час введе- нием в ванну концентрированного раствора следующего состава: никель хлористый — 450—500 г/л; гипофосфит натрия — 400—500 г/л; аммиак (25%-ный раствор) до pH 8—9,5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ НАПЛАВКОЙ Способы наплавки Наплавка приме- няется для восстановления значительно изношенных деталей, которые не могут быть исправлены другими способами. В процессе наплавки восстанавливаемые детали на- гревают до высоких температур, вследствие чего многие физико-механические свойства их поверхностных слоев претерпевают изменения. Химический состав наплавлен- ного металла обычно отличается от химического состава основного металла, поэтому при наплавке ограничивают глубину проплавления, чтобы меньше перемешивать
основной и наплавленный металлы. Для этой же Цели применяют многослойную наплавку. Наплавку используют так же для улучшения механи- ческих свойств и служебных характеристик деталей (износостойкости, стойкости против коррозии, эрозии и пр.). В настоящее время существуют несколько способов наплавки: ручная газовая, ручная электродуговая непла- вящимся (угольным) и плавящимся (покрытым) электро- дом; ручная наплавка в защитных газах неплавящимся (вольфрамовым) электродом; полуавтоматическая и ав- томатическая наплавка под флюсом и в защитных газах; электрошлаковая наплавка электродной проволо- кой и пластиной; вибродуговая наплавка под слоем флюса в защитных газах или в охлаждающей жидкости и др. При выборе способа наплавки учитывают сваривае- мость металла, конфигурацию и размеры наплавляемой детали, экономичность и производительность процесса, требования, предъявляемые к наплавленному металлу, характер производства (индивидуальное, серийное). Ручная наплавка наиболее универсальна, но наименее производительна. Она не требует специального оборудования, кроме оборудования сварочного поста и простых приспособлений для закрепления и поворота наплавляемой детали. Применяется для восстановления плоских поверхностей, тел вращения, независимо от вели- чины износа. Удобна в индивидуальном производстве. Автоматическая наплавка под флюсом произ- водительна при восстановлении крупногабаритных тол- стостенных деталей, требует довольно сложного оборудо- вания как для наплавки, так и для перемещения восста- навливаемой детали. При наплавке тел вращения малого диаметра (меньше 50 мм) требуются специальные приспо- собления для удержания флюса. Целесообразна при крупносерийном или массовом производстве. Полуавтоматическая и автоматическая наплавка в защитных газах, обладая довольно высо- кой производительностью, имеет преимущества перед на- плавкой под флюсом при восстановлении внешней поверх- ности тел вращения небольшого диаметра (валы, оси) и внутренних цилиндрических поверхностей (втулки и др.). Применяют при серийном производстве.
Электрошлаковая наплавка необходима при наплавке слоя металла толщиной свыше 15—20 мм. Вибродуговая наплавка используется при вос- становлении неответственных деталей небольшого разме- ра, когда требуется нанести равномерный тонкий слой металла при минимальной деформации детали. При этом способе наплавки в наплавленном слое часто возникают трещины, а наплавленный металл сильно насыщается кислородом, азотом и водородом. Материалы для наплавки Применяя различные присадочные материалы, можно в широких пределах регулировать химический состав и механические свойства поверхностных слоев, а тем са- мым придавать требуемые свойства ремонтируемым де- талям. При восстановлении размеров изношенных деталей материалы для наплавки берут близкие пэ химическому составу основному металлу, чтобы не изменить условия работы детали в эксплуатации. Например, для деталей, работающих в паре (ось и втулка), нельзя повышать износостойкость одной из деталей, так как большая твер- дость ее контактирующей поверхности вызовет повышен- ный износ другой детали, работающей в контакте с первой. В таблице 27 приведен примерный состав наплавленного металла, обеспечивающий нормальную ра- боту восстановленных деталей. Наплавленный металл требуемого состава может быть получен следующими способами: 1. Использованием легированного электродного стерж- ня и нелегирующего покрытия (флюса) или защитного газа; 2. Применением нелегированного электродного стерж- ня и легирующего покрытия или керамического флюса; 3. Использованием порошковой проволоки и защит- ного газа; 4. Нанесением легирующих примесей в виде порош- ков, паст и брикетов на поверхность, подлежащую наплавке. Иногда комбинируют несколько способов. Наиболее постоянный химический состав наплавлен- ного металла получают при первом способе.
Состав наплавленного металла в зависимости от условий работы деталей Условия работы деталей Типовые детали Рекомендуемый состав наплавленного металла Трение металла о металл при дей- ствии вибраци- онных нагрузок Трение металла о металл с абра- зивным износом Абразивный из- нос с ударной нагрузкой Абразивный из- нос со смазкой при действии знакоперемен- ных нагрузок Абразивный из- нос в горячем состоянии Кабины тракторов, автомобилей и сельскохозяйствен- ных машин Детали ходовой час- ти гусеничных тракторов, опор- ные катки, звенья гусениц, оси плу- гов Лемехи плугов для каменистых почв, молотки зернодро- билок Коленчатые валы двигателей, шли- цевые валы Клапаны головок блока цилиндров двигателей трак- торов и автомоби- лей Низкоуглеродистая и низколегированная сталь типа 08. 08ГС, О8Г2С Среднеуглеродистая и низколегированные стали типа 15Х2С, 16ГЭС, 25X3, 18ХГСА При незначительных ударах—высокохро- мистые стали типа Х12, Х12ВФ, Х12М. При значительных ударных нагрузках— высокомарганцевис- тые аустенитные ста- ли типа Г13 Средне- и высоколегиро- ванные стали типа ЗОХГСА, ЗХ2Б8, У25Х17Т, 10ХВ14, У15Х12МТ Сплавы типа У30Х28Н 4С4, 4Х5М, ЗХ2В8Т, Р18, Р9 Покрытые электроды. Для наплавки применяют как обычные электроды, предназначенные для сварки (ГОСТ 9467—60 и ГОСТ 10052—62), так и специальные электроды, которые поставляются по ГОСТ 10051—62. По этому ГОСТу типы электродов установлены в зависи- мости от химического состава и твердости наплавленного металла в рабочем состоянии. В обозначении типа элект- рода первые буквы ЭН указывают, что электрод служит для наплавки, а первая цифра — на содержание углеро- да в сотых долях процента. Если впереди цифры стоит
буква «У», то содержание углерода выражено в десятых долях процента. Последующие цифры показывают содер- жание главных легирующих элементов и твердость на- плавленного металла по Роквеллу (шкала С). Например, тип электрода ЭН-70Х11-25 означает, что электрод напла- вочный обеспечивает в наплавленном металле примерно 0,70% углерода и 11 % хрома и твердость не ниже 25 еди- ниц. Электрод типа ЭН-У20Х30Н6Г2-40 обеспечивает в наплавленном металле примерно 2% углерода, 30%' хрома, 6% никеля и 2% марганца и твердость не ниже 40 единиц. Каждому типу электрода может соответство- вать несколько марок электродов, отличающихся хими- ческим составом покрытий. Выбор типа и марки электро- дов зависит от химического состава основного металла, последующей термообработки, условий работы восста- навливаемой детали, величины износа, вида последующей механической обработки. Примерное назначение электро- дов приведено в таблице 28. Таблица 28 Примерное назначение электродов Тип электрода Марка электрода Назначение электродов ЭН-70Х11-25 ЭН-70Х11НЗ-25 ЭН-15ГЗ-25 ЭН-18Г4-35 ЭН-80Х4СГ-55 ЭН-У30Х28С4Н4- 50 омг омг-н ОЗН-ЗОО O3H-350 13КН/ЛИИВТ ЦС-1 Наплавка деталей из высокомарганцевой стали Г13 и Г13Л Наплавка осей, валов, автотракторных де- талей То же Наплавка рабочих по- верхностей лемехов и плугов Наплавка клапанов Рассмотрим характеристику некоторых марок электро- дов. Электроды марки ОЗН-250, ОЗН-ЗОО, O3H-350 и ОЗН-400 предназначаются для наплавки деталей, под- верженных быстрому износу (автотракторные детали), а также других деталей, изготовленных из сталей марок 35, 40, 45, ЗОХ, 35Х и 40Х. Они обеспечивают получение
плотного наплавленного металла с малой склонностью к образованию трещин. Химический состав и твердость металла, наплавлен- ного электродами ОЗН, приведена в таблице 29. Таблица 29 Химический состав и твердость металла, наплавленного электродами ОЗН Марка электрода Химический состав, % Твердость, НВ углерод марганец крем- ний сера, не более фос- фор,' не более ОЗН-250 0,13—0,16 2,3-2,6 следы 0,030 0,040 220—280 ОЗН-ЗОО 0,13—0,17 3,0—3,5 0,030 0,040 270—330 O3H-350 0,16—0,20 3,5—4,0 0,030 0,040 320—380 ОЗН-400 0,18—0,22 4,0—4,6 9 0,0-30 0,040 370—430 Наплавка электродами марки ОЗН проводится корот- кой дугой постоянным током обратной полярности. Электроды марки ЦН-250 и ЦН-350 применяют для наплавки деталей машин и механизмов из углеродистых и низколегированных сталей. Химический состав и твер- дость металла, наплавленного электродами ЦН, приве- дены в таблице 30. Таблица 30 Химический состав и твердость металла, наплавленного электродами ЦН Марка электрода Химический состав, % Твердость, НВ угле- род марга- нец крем- ний сера фосфор ЦН-250 ЦН-350 0,19 0,26 1,95 3,90 0,77 1,01 0,032 0,049 0,021 0,021 225—270 240-380 Наплавка выполняется короткой дугой постоянным током обратной полярности или переменным током. На- плавленный металл хорошо обрабатывается обычным режущим инструментом.
Электроды 12АН/ЛИИВТ предназначены для наплав- ки деталей из углеродистых и легированных сталей, подверженных ударной нагрузке с трением (катки, гусе- ницы, звездочки тракторов). Наплавленный металл имеет аустенитную структуру и содержит 1,0—1,1% углерода; 4,3—4,9% марганца; 0,8—1,0% кремния и 5,5—6,1% хрома. Твердость металла НВ 180—210. Электроды 13КН/ЛИИВТ употребляют для наплавки лемехов плугов и других деталей, работающих в таких же тяжелых условиях. Наплавленный металл имеет мартен- ситную структуру и содержит 0,7—0,8% углерода, 0,6—0,8% марганца и 4,0—4,2% хрома. Твердость ме- талла HRC 55—60. Электроды ЦС-1 изготовляются из сормайта № 1, а электроды ЦС-2— из сормайта № 2. Химический состав и твердость металла, наплавленного этими электродами, приведены в таблице 31. Таблица 31 Химический состав металла, наплавленного электродами ЦС Марка элект- рода Химический состав, % Твердость HRC (без термооб- работки) углерод марта* нец кремний никель хром ЦС 1 ЦС-2 2,5—3,3 1,5—2,0 1,5 1,0 2,8—4,2 1,5-2,2 3,0—5,0 1,5—2,5 25,0—31,0 13,5—17,5 48—54 39—45 Проволока. Для наплавки применяются почти все марки сварочной проволоки, поставляемой по ГОСТу 2246—70, а также проволока марки Нп-ЗОХГСА (ГОСТ 10543—63), пружинная проволока (ГОСТ 9389—60) и проволока из качественной стали марок 45, 60, 40Г 60Г (ГОСТ 1050—60). Кроме проволоки сплошного сечения используется порошковая проволока, представляющая собой металли- ческую оболочку, внутри которой запрессована смесь порошкообразных легирующих элементов. Иногда в со- став смеси вводят газообразующие и шлакообразующие составляющие. Такую проволоку применяют при наплав-
ке без дополнительной защиты сварочной ванны газом или флюсом (открытой дугой). Примерное назначение некоторых марок порошковой проволоки приведено в таблице 32. Таблица 32 Назначение порошковой проволоки Марка проволоки Способ наплавки Примерное назначение ПП-У50Х23Г6Т ПП-Р18Т ПП-Х12ВФТ ПП-У15Х12М-0 ПП-У25Х17Т-0 ПП-Г13-0 В углекис- лом газе То же • * Открытой дугой То же * * Наплавка деталей, работающих на абразивный износ без ударов Наплавка режущего инструмента Наплавка деталей, работающих на абразивный износ при нормаль- ных температурах Для наплавки деталей, подвергаю- щихся интенсивному абразивному износу Наплавка деталей, работающих на абразивный износ при сильных ударах Твердые сплавы. Твердые сплавы бывают литые и по- рошкообразные (зернистые). К литым сплавам относятся сплавы на кобальто-хромовой основе с вольфрамом типа стеллит и более экономичные, но и более хрупкие сплавы на железной основе типа сормайт. Выпускаются они в виде стержней длиной 200—400 мм и диаметром 4—7 мм. Химический состав сплавов и твердость наплавленного металла приведены в таблице 33. К порошкообразнььм сплавам, представляющим собой механические смеси ме- таллов и ферросплавов с углеродом, относятся: сталинит, вокар, ВИСХОМ-9, химический состав которых приведен в таблице 34. Литые сплавы наплавляют кислородно-ацетиленовым пламенем или сварочной дугой вольфрамовым электро- дом в среде аргона. Порошкообразные сплавы наплав- ляют сварочной дугой угольным электродом. Твердые сплавы применяют для наплавки различных деталей землеобрабатывающих машин (лемехов плугов, дисков борон, зубьев).
о Таблица 33 Химический состав сплавов и твердость наплавленного металла Наименование сплава Вольфрам Хром Кобальт Никель Железо Кремний Марганец Углерод Твердость, HRC Стеллиты: В2К 13—17 27—33 47—53 ДО 2 ДО 2 1—2 1,0 1,8—2,5 46—48 ВЗК 4—5 28—32 58—62 ДО 2 ДО 2 2,5 — 1—1,5 42—43 Сормайты: № 1 25—31 3—5 основа 2,8—4,2 1,5 2,5—3,0 49—54 № 2 — 13—17,5 — 1,3—2,2 основа 1,5—2,2 1,0 1,5—2,0 40—45 Таблица 34 Химический состав порошкообразных сплавов, % Марка Углерод Кремний Марганец Хром Вольфрам Железо Сталинит 8—10 ДО 3,0 13—17 16—20 — остальное Вокар 9,5—10,5 ДО 0,5 — — 86 до 2,5 ВИСХОМ-9 5,8—6,2 — 9,5—10,5 3,5—3,8 — остальное
Оборудование для наплавки При ручной газовой и электродуговой наплавке не требуется никакого специального оборудования, кроме оборудования сварочного поста1 и несложных приспособ- лений для поворота наплавляемой детали (типа враща- телей и позиционеров). Рис. 5. Общий вид установки для наплавки: 1—токарный станок; 2 — подающий механизм; 3 — держатель; 4 — при- способление для крепления и перемещения держателя; 5 — пульт управле- ния; 6 — сварочный преобразователь При полуавтоматической и автоматической наплавке в углекислом газе выбор оборудования зависит от того, какие детали требуется восстанавливать. Если наплавляют плоские поверхности, то используют оборудование для полуавтоматической сварки и специаль- ные приспособления для закрепления деталей и поворота их в удобное для сварки положение. Если наплавляют тела вращения (валы, оси), то кроме оборудования для полуавтоматической сварки необходи- мы приспособления, позволяющие непрерывно поворачи- вать наплавляемую деталь вокруг горизонтальной оси, и устройства, перемещающие сварочную головку на шаг наплавки. Обычно используют токарные или токарно-вин- торезные станки, на суппорт которых устанавливают сварочную головку. 1 Описание оборудования сварочных постов приведено в бро- шюре этой серии «Сварочные работы»,
Такая установка фактически является установкой для автоматической наплавки тел вращения, так как про- цессы подачи сварочной проволоки и перемещения сва- рочной головки механизированы. На такой установке Рис. 6. Крепление подающего механизма и держателя: 1 — приспособление для крепления держателя; 2 —держателе 3 — пусковой выключатель; 4 — подающий механизм, 5 — при- способление для крепления подающего механизма получают слой наплавленного металла равномерной тол- щины при минимальном короблении наплавляемой де- тали. На рисунке 5 представлена установка для автомати- ческой наплавки в углекислом газе тел вращения. При изготовлении установки использованы токарный станок типа ДИП-300 с удлиненной на 500 мм станиной и шланговый полуавтомат ПДПГ-500 с источником пита- ния ПСГ-500. Число оборотов шпинделя станка умень- 78
шено в 10 раз (минимальное число оборотов— 1 об/мин). На каретку суппорта станка установлен механизм подачи (2) полуавтомата ПДПГ-500, что позволило укоротить Рис. 7. Приспособление к токарному станку для пово- рота детали: 1 — натяжной болт; 2 —труба; 3 — стол для крепления детали; 4 — вертикальная ось с конической шестерней; 5 — корпус ре- дуктора; 6—вал с конической шестерней; 7 — люнет; 8 — пат- рон станка длину шлангов и тем самым добиться равномерной пода- чи проволоки даже малого диаметра (1,0—1,2 мм). Держатель (3) полуавтомата укреплен в специальном приспособлении (4), позволяющем перемещать его во всех направлениях. Пульт управления полуавтомата (5) рас- положен над генератором ПСГ-500 рядом с токарным станком. Пусковой включатель- с держателя перенесен на приспособление и установлен в вертикальное положение для удобства оператора (рис. 6). На такой установке осуществляют наплавку по винто- вой линии (ось вращения горизонтальная) изношенных валов диаметром от 30 мм до 100 мм при длине от 400 до 1200 мм, шеек коленчатых валов автомобильных и тракторных двигателей, шлицевых валов. При наплавке
шеек коленчатых валов установку снабжают центро- сместителем. Для наплавки при вертикальном положении оси вращения (наплавка тракторных катков) в патрон станка вставляют приспособление, состоящее из пары конических шестерен, и приспособление для закрепления детали (рис. 7). Техника наплавки Наплавка тел вращения. Наплавка вручную покры- тыми электродами или газовой горелкой проводится либо отдельными валиками вдоль образующей, либо круговы- ми валиками при вертикальном положении оси де- тали. При наплавке отдельными валиками детали деформи- руются вследствие несимметричного нагрева. Для умень- шения коробления валики накладывают на диаметрально противоположные стороны детали. Наплавку выполняют уширенными валиками, которые получаются при поперечном колебательном перемещении конца электрода. Нормальная ширина валика равна 3.—4 диаметрам электрода. После наложения двух валиков, расположенных на диаметрально противоположных сторонах, детали, с их поверхности удаляют шлак и накладывают следующие два валика так, чтобы каждый последующий валик пере- крывал предыдущий на 7з—V2 ширины. Высота слоя наплавленного металла устанавливается из расчета, что припуск на механическую обработку составляет 2—3 мм. При меньшем припуске на обработанной поверхности получаются впадины между валиками, а при большом припуске увеличивается количество наплавленного метал- ла и время обработки, а также повышаются внутренние напряжения и деформации. Наплавку выполняют воз- можно короткой дугой. Наплавка круговыми валиками при вертикальном положении оси детали проводится при небольшой высоте наплавляемого слоя. При большой высоте наплавки происходит стекание жидкого металла и образуются непровары. В остальном техника наплавки ничем не от- личается от описанной выше.
Наплавка автоматическими способами проводится по винтовой линии при одновременном вращении детали вокруг горизонтальной оси вращения и поступательном перемещении сварочной головки. Скорость перемещения головки( подача суппорта, если используется токарный станок) подбирается таким образом, чтобы каждый по- следующий валик перекрывал предыдущий не менее чем на */з его ширины. Для предупреждения стекания расплавленного ме- талла электродная проволока смещается с зенита детали в сторону, противоположную ее вращению. Величина смещения устанавливается практически. Например, при наплавке валов диаметром 40—90 мм величина смещения равна 6—15 мм. Режим наплавки определяют по таблицам ориентиро- вочных режимов для сварки в углекислом газе и затем корректируют экспериментально. Наплавка конических поверхностей, если образующая конуса наклонена по отношению к оси вращения детали под углом не более 30°, выполняется так же, как и цилинд- рических. Наплавку ведут снизу вверх. При больших углах наклона образующей наплавку проводят на спе- циальных приспособлениях, позволяющих наклонять де- таль. Техника наплавки внутренних цилиндрических поверхностей принципиально не отличается от наплавки наружных поверхностей. Первый и последний валики наплавляются по кольцевой линии (при выключенном механизме перемещения сварочной головки), а остальные валики наплавляются по винтовой линии. Наплавка плоских поверхностей. Наплавка вручную покрытыми электродами или газовой горелкой, а также полуавтоматами проводится отдельными валиками. При наплавке желательно получать наибольшую ширину ва- ликов при наименьшем проваре основного металла. Для этого концом электродной проволоки совершают колебательные движения поперек шва. При наплавке кромок для предупреждения стекания расплавленного металла используют медные или графи- товые пластины и увеличивают скорость наплавки с целью получения узкого валика. Для уменьшения коробления деталей наплавку выпол- няют обратноступенчатым способом. В остальном наплав- ка аналогична наплавке тел вращения.
Технология наплавки Подготовка деталей. Качество наплавки в значитель- ной степени зависит от состояния наплавляемой поверх- ности. Перед наплавкой поверхность детали тщательно очищают от ржавчины, цинкового покрытия, грязи, краски, нагара. Затем наплавляемую поверхность обез- жиривают бензином Б-70 или ацетоном или обжигают газовой горелкой, паяльной лампой, удаляя копоть и ока- лину металлической щеткой. После очистки поверхности определяют величину, и характер износа деталей, наличие трещин и других дефектов, повреждения резьбы, шлицов. При неравномер- ном износе детали подвергают механической обработке для устранения эксцентричности. Мелкие поверхностные трещины удаляют или в процессе механической обработ- ки, или заваривают перед наплавкой. Усиление швов зачищают шлифовальным кругом. Нельзя проводить на- плавку, если остались трещины, так как в процессе эксплуатации они могут послужить причиной выхода из строя отремонтированной детали. Если детали уже были восстановлены наплавкой электродами с меловым покры- тием, то весь наплавленный металл удаляют. Если этого не сделать, то при наплавке таких мест электродами с защитными покрытиями или специальными наплавоч- ными электродами в наплавленном металле наблюдается пористость. Изношенную или поврежденную резьбу перед наплав* кой удаляют механической обработкой. Отверстия, пазы и канавки, которые нужно сохранить, перед наплавкой заделывают медными, графитовыми или угольными вставками. Наплавка углеродистых и низколегированных сталей. Детали из этих сплавов наплавляют для восстановления размеров, поэтому химический состав и твердость наплав- ленного металла должны значительно отличаться от хи- мического состава и твердости основного металла. Технология наплавки газовой горелкой или покрытым электродом существенно не отличается от технологии сварки. Наплавка газовой горелкой проводится нормаль- ным пламенем. Номер наконечника выбираю? в зависи- мости от толщины наплавляемой детали. Массивные
детали с повышенным содержанием углерода (свыше 0,30%) подогревают до 150—300°. Наплавку покрытым электродом выполняют на по- стоянном токе обратной полярности (плюс на электроде) по возможности короткой дугой. При наплавке длинной дугой наблюдается пористость наплавленного металла. В зависимости от толщины слоя наплавляемого ме- талла выбирают диаметр электрода, число слоев наплав- ки и силу тока. Толщина наплавляемого слоя, мм Диаметр электрода, мм Число слоев наплавки Сила сварочного тока, а до 1,5 до 5 свыше 5 3 4—5 5—6 1 1—2 2 и больше 80—100 130—180 180—240 Наплавка в углекислом газе осуществляется постоян- ным током обратной полярности. Применяется проволока Св-08ГС, Св-12ГС или Св-08Г2С диаметром 1,2—2,0 мм. Ориентировочные режимы наплавки цилиндрических изделий малых диаметров приведены в таблице 35. Таблица 35 Ориентировочные режимы наплавки цилиндрических изделий Диаметр аала, мм Толщина наплавляемо- го слоя, мм Диаметр электродной проволоки, мм OJ Ьй о ч S U ч Напряжение дуги, в Смещение проволоки с зенита, мм Скорость наплавки, м/час Вылет элек- трода, мм Шаг наплав- 1 ки, мм 10 0,8 0,8 75 17 2,0 20-25 8 2,5 15 0,8 0,8 80 17 3,2 20—25 8 3,0 20 0,8—1,0 0,8 85 17—18 3—5 20-25 8 3,0 25 0,8—1,0 0,8 90 18 3-5 20-25 8 3,0 30 1,0 1,0 95 18 5—8 20-25 10 3,5 40 1,0—1,2 1,0 100 18—19 8—10 25-30 10 3,5 Режим наплавки в углекислом газе некоторых автомо- бильных и тракторных деталей приведен в таблице 36. Наплавка твердыми сплавами. Наплавка порошко- образных сплавов проводится угольным электродом на постоянном токе прямой полярности. Сила сварочного тока устанавливается в зависимости от толщины детали, диаметра угольного электрода и типа твердого сплава (табл. 37).
Режимы наплавки Детали и место наплавки Марка стали Диаметр наплав- ленного участка, мм Электродная проволока Число оборотов детали в мин. Сила тока, а Расход угле- кислого газа, л/мин марка диаметр, мм Автомобиль ЗИЛ-150 Вилка включе- ния (опорные шейки) 45 25 Нп- ЗОХГСА 0,8 8 50-60 12—15 Вал коленча- тый компрес- сора (шейка) 45 28 Св-2Х13 1,0 6 90-100 15 Вал промежу- точный короб- ки передач (резьба) 18 ХГТ 33,0 Нп- ЗОХГСА 1,0 7 90—100 12—15 Вал рулевой сошки (резьба и шлицы) 40Х 27 Нп- ЗОХГСА 1,2 6 120-130 12—15 Детали тракторов Опорный каток трактора ДТ-54 45Л 42 Св-12ГС 1,0 3 100—120 12—15 Опорный каток трактора С-80 50Л 120 Св-12ГС 2,0 4 150—200 12—15 Нажимное ко- лесо тракто- ров С-80 и С-100 40 Л К 110-120 Св-12ГС 2,0 2 200—250 15 За один проход наплавляют слой не более 2,0 мм. Общая толщина слоя при наплавке сталинитом и ВИСХОМ-9 должна быть не более 3 мм при ударных нагрузках и не более 5 мм при безударных нагрузках. При наплавке слоя большей толщины, металл получается весьма хрупким. Толщину слоя шихты принимают из расчета, что слой металла, наплавленного сталинитом и ВИСХОМ-9, умень- 84
Таблица 37 Режим наплавки порошкообразных сплавов Наименование сплава Толщина детали, мм Диаметр элек- трода, мм Длина дуги, мм Сила тока, а Вокар До 10 8—10 3—5 140-160 Более 10 12—18 3-5 160—200 Сталинит и 3-5 8-10 4-8 80—100 ВИСХОМ-9 6-15 10—12 4—8 120—140 Более 15 16—20 4-8 160—180 шается на 60—65°/0, а вокаром — на 35—50%. Например, для того чтобы при наплавке сталинитом получить слой металла высотой 2—2,5 мм, необходимо уложить слой шихты высотой после утрамбовки не менее 5—6 мм. В ка- честве флюса при наплавке используют прокаленную буру. Флюс или наносят на поверхность детали пол ших- ту, или шихту заблаговременно смешивают с флюсом. Количество флюса должно быть равно 2—5% от веса шихты. При наплавке дугу возбуждают сбоку слоя шихты и затем переносят на шихту. Литые сплавы наплавляют газовым пламенем или электрической дугой угольным или вольфрамовым элек- тродом. Газовая наплавка проводится пламенем с небольшим избытком ацетилена. В качестве флюса применяют плав- леную буру. Наплавка угольным электродом осуществляется по- стоянным током прямой полярности. Диаметр электрода 8—16 мм, сила сварочного тока 200—400 а. Диаметр при- садочного прутка 6—8 мм. Флюс — бура. Наплавка вольфрамовым электродом в среде аргона проводится постоянным током прямой полярности.
СОДЕРЖАНИЕ Подготовка поверхности металлов ................... 3 Механическая подготовка поверхности .... 3 Химическая и электрохимическая подготовка . 7 Оборудование .................................... 12 Ванны для обезжиривания, травления и декапиро- вания . . . ............................... 12 Электрооборудование..................... . 17 Вспомогательное оборудование.................. 20 Методы электролитического восстановления деталей . 22 Хромирование ................................. 22 Железнение ................................... 40 Химическое никелирование...................... 55 Восстановление деталей наплавкой.................. 68 Способы наплавки . . . ....................... 68 Материалы для наплавки....................... 70 Оборудование для наплавки ............... . 77 Техника наплавки.............................. 80 Технология наплавки . ........................ 82
Антонида Александровна Михайлова Ростислав Александрович Игнатьев Раиса Николаевна Ерохина Александр Валерьевич Горохов ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ Редактор Л. Л. Самолюк Художественный редактор Б. М. Р я б ы ш е в Технический редактор Н. Н. Гришутина Корректор Н. Ю. Боченкова Л76261. Сдано в производство 11/ХП—1972 г. Подписано к печати 13/Ш—1973 г. Объем 2,75 усл. печ. л., 4,62 уч.-изд. л. Бум. № 3. Формат 84Х1081/з2- Тираж 35 000 экз. Изд. № 432. Заказ № 929. Цена 15 коп. Объявлено в т. п. 1973 г. № 77. Россельхозиздат, г. Москва, И-139, Орликов пер., За. Книжная фабрика № 1 Росглавполиграфпрома Государственного комитета Совета Министров РСФСР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, г. Электросталь Московской области, ул. им. Тевосяна, 25.
15 коп. МОСКВА РОССЕЛЬХОЗИЗДАТ 1973