Получение ремонтных электролитических покрытий железа увеличенных толщин на восстанавливаемых деталях | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 22 августа, печатный экземпляр отправим 9 сентября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №52 (290) декабрь 2019 г.

Дата публикации: 27.12.2019

Статья просмотрена: 6 раз

Библиографическое описание:

Погодаев, В. П. Получение ремонтных электролитических покрытий железа увеличенных толщин на восстанавливаемых деталях / В. П. Погодаев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 52 (290). — С. 58-61. — URL: https://moluch.ru/archive/290/65761/ (дата обращения: 12.08.2020).



Статья посвящена вопросам восстановления изношенных деталей машин: шеек валов, посадочных мест подшипников и т. п., при необходимости нанести значительное (более 1 мм) по толщине покрытие твердым железом в холодном (18–25 оС) электролите.

Ключевые слова: плотность тока, кислотность, электролит, адгезия, шероховатость.

В обычной практике железнения не удается получить на восстанавливаемых деталях гладкое покрытие толщиной более 0,5–0,7 мм. Возникающие дендриты приводят к тому, что деталь требуется шлифовать, снимая неровности. Для получения ремонтных покрытий железа толщиной более 1 мм с хорошей адгезией (более 200 МПа) предлагается следующая технология:

Травление в крепкой серной кислоте с плотностью 1,4 в две стадии [1, с.214] Да = 15…20 А/дм2 в течение 50…75 с, а затем Да= 40…60 А/дм2 в течение 10…20 с

Первая стадия обеспечивает растворение в кислоте дефектных слоев поверхности металла, а вторая приводит к пассивации поверхности, выделяющимся кислородом при анодной обработке. Надо отметить, что предлагаемый режим может быть изменен в зависимости от концентрации кислоты, поскольку в процессе травления постоянно меняется концентрация кислоты в рабочей ванне. Меняется температура и меняются марки используемых сталей для обработки, кроме того, поверхность деталей имеет разные виды износа и дефектов.

Протравленная поверхность должна иметь светло-серый цвет без металлического блеска и следов шлама. Исходя, из полученных данных можно сказать, что анодная обработка в растворе серной кислоты является универсальной и приемлема для обработки деталей из различных сталей и чугунов, особенно для сталей с незначительными количествами легирующих элементов.

Подготовка начального периода процесса

Начальный период электролиза готовится заранее. Аноды в ванне располагаются симметрично предполагаемому расположению детали, берется образец в качестве катода с покрываемой поверхностью и конфигурацией приблизительно равной площади покрытия на восстанавливаемой детали и устанавливается синусоидальный переменный ток плотностью 5–10 А/дм2. После этого блок питания отключают и опытный образец, использованный в качестве анода, удаляют.

Деталь после травления и контроля его качества без промывки, в случае удовлетворительной поверхности, переносят в ванну железнения и включают ток с последующей коррекцией по его плотности, поскольку между опытным образцом и покрываемой деталью всегда есть некоторое несоответствие по точности плотности начального тока. Также можно завешивать деталь при наличии напряжения на штангах ванны «под током» с последующей регулировкой плотности переменного тока. По нашим наблюдениям значительной разницы между этими процедурами по качеству покрытия нет, если деталь находится без токовой нагрузки в течение незначительного времени (до10–20 с)

Начальный период электролиза

Для уменьшения влияния воздействия кислорода атмосферы и воды детали после травления переносятся в ванну нанесения железа сразу после окончания процесса травления и контроля внешнего вида поверхности протравленной детали. Деталь загружается в ванну с заранее подготовленным режимом по току и включается ассиметричный переменный ток плотностью 5–10 А/дм2,который продолжается в течение 1–2 минут. Включение детали» под током», то есть сразу без периода вывода расчетных значений и выдержки без тока не выявляет, как показывает наша практика, недостатков по качеству покрытия и адгезии и может быть принята в качестве технологического регламента. Такой подход требует заранее установленного напряжения на ванне и установленных соотношений прямого и обратного токов.

После выдержки деталей под симметричным переменным током, начинается процесс снижения анодной составляющей тока. Анодная составляющая в первоначальный период равна катодному току. Затем анодная составляющая постепенно снижается. По нашим данным после выдержки в течение одной минуты необходимо начинать снижение анодной составляющей переменного тока. Выдержка необходима для разрушения пассивной пленки на покрываемой поверхности. Снижение должно проходить на первой стадии с обеспечения плотности тока по катодной составляющей не менее чем 2 А/дм2, с последующими стадиями снижения анодной составляющей через 1–1,5 мин на 1 А/дм2 до нуля при необходимой катодной плотности тока 5–10 А/дм2 и температуре электролита 18–25 0С. Начальная результирующая катодная плотность тока должна обеспечивать превалирование выделения атомов железа по сравнению с выделением водорода на поверхности детали. При пониженной катодной плотности начального тока (менее 2А/дм2) в процессе осаждения железа могут появиться не прокрытые участки, то есть участки, где железо не осаждается и не может осесть, поскольку поверхность приобретает пассивных характер и на ней при данных потенциалах может выделяться только водород.

Как мы видим процесс имеет достаточно узкий временной и токовый интервал способный обеспечить высокую адгезию и сплошность покрытия. При значительном токе сращивание покрытия с основным металлом может пройти без удаления пассивной пленки, полученной в результате анодной обработки, и мы можем иметь весьма незначительную адгезию получаемого покрытия. Другая крайность, заключающаяся в весьма незначительной плотности катодного тока, приводит к непрокрытым участкам. Электролитом является раствор хлористого железа (FeCl2 х 4Н2О), 400–450 г/л. При катодной плотности тока в 5 А/дм2 процесс осаждения имеет скорость 0,04–0,05 мм в час и не имеет выраженного эффекта дендритообразования. При длительном проведении процесса в таком режиме можно получить толщины железного покрытия, составляющие 2,5–3,0 мм. Ограничением толщины является постепенная пассивация поверхности, которая приводит к смещению процесса на водородное выделение вместо выделения железа, до полного прекращения выделения железа.

Кислотность электролита

Из нашей практики кислотность электролита должна находиться в пределах 0,8–1,6 рН.

По нашим данным даже при кислотности рН 0,1–0,2 покрытие обладает хорошей адгезией и не отслаивается при токарной обработке и ударном воздействии. Недостатком высокой кислотности электролитов является то, что при электролизе в условиях низких: (0,1–0,3) рН на катоде выделяется значительное количество водорода, что приводит к образованию на поверхности покрытия раковин и неровностей разного типа. Кроме того, при шлифовке покрытия эти раковины проявляются в глубине осажденного металла. Это не дает возможности получить качественную по шероховатости поверхность, требуемую при шлифовке. Исходя из экспериментальных данных кислотность ниже рН =0,5 не рекомендуется для получения качественной адгезии и сплошности покрытия, которое при шлифовке дает удовлетворительное качество шероховатости восстановленной поверхности. По мере уменьшения кислотности при рН более 0,9 по данным Спицына И. А. [2, c.219–220] происходит подщелачивание прикатодного пространства, в результате возможно образование гидроокисной пленки и включение ее в покрытие, при этом повышается катодный выход по току и ухудшается активирование поверхности чугуна водородом. Все это приводит к снижению прочности сцепления покрытия с основой.

Верхняя граница кислотности лежит в пределах 1,0–1,2 рН, что подтверждается несколькими авторами (1, с. 215) Юдин В. М. считает, что до рН 1,2–1,25 прочность сцепления вполне достаточная, и диапазон кислотности требуемый для проведения процесса лежит в пределах 0,9–1,2. Выше рН 1,2 идет процесс защелачивания на покрываемой поверхности и в покрытие попадают гидроксиды железа, что снижает адгезию. Однако эти процессы протекают при плотности тока в 10–40 А/дм2. Спицын приводит данные, которые указывают на то, что оптимальная кислотность лежит в пределах 0,6–0,9 рН [2. c.223]

Надо отметить, что разные данные по технологическому регламенту базируются на разных материалах для покрытия (чугуны, стали, легированные стали и стали, подверженные термической обработке, закалке токами высокой частоты и другой поверхностной обработке) Это влияет на выбор оптимального технологического процесса покрытия, которые могут иметь некоторые особенности для каждого вида деталей и материалов. Но общая закономерность по влиянию кислотности на прочность сцепления и внешний вид покрытия сохраняется. Надо отметить также зависимость кислотности электролита и плотности катодного тока. При снижении плотности тока снижается процесс защелачивания электролита вблизи поверхности осаждения железа и увеличивается относительное количество выделяющегося водорода и этот водород способствует образованию раковин на катодной поверхности. Поэтому оптимальная плотность тока и кислотность выбираются применимо для каждого конкретного случая. Но в целом, область приемлемых значений лежит в пределах 0,5–1,2 рН. При этом необходимо понимать, что при увеличении плотности тока необходимо снижать величину рН и наоборот уменьшать кислотность при снижении токовой нагрузки для получения более плотных и менее шероховатых покрытий

Интенсификация процесса

Работы многочисленных исследователей посвящены процессу интенсификации покрытий железом, что далеко не всегда оправдано. Создание условий протекания скоростных процессов по трудозатратам и приспособлениям оправдывает себя только в условиях достаточно больших серий восстанавливаемых деталей. Для единичного и мелкосерийного производства экономически более оправданным становится увеличение времени процесса при снижении плотности тока, нежели изготовление приспособлений для создания проточного электролита или специального подогрева ванны с автоматическим регулированием температуры. Холодный электролит, обладая слабой испаряемостью во внешнюю среду позволяет резко снизить затраты на вентиляцию и на создание защитных мер от попадания вредных испарений в рабочее помещение.

Кроме того, отпадает необходимость иметь источники питания большой мощности. Можно иметь блок питания до 100 Ампер и этим обеспечить большинство потребностей в восстановлении. Для покрытий большой толщины (более 0,5 мм) можно использовать ночное время. Незначительная плотность тока (3–5 А/ дм2) позволяет получать гладкие покрытия, в меньшей степени зависящие от шероховатости исходной поверхности. Это дает возможность в течение одной загрузки получить без промежуточной обработки покрытия толщиной до 2,0- 3,0 мм. Обычно по достижении толщины покрытия 0,5 -0,7 мм требуется дополнительная механическая обработка (шлифовка) покрываемой поверхности с последующим нанесением покрытия, требующим обезжиривания, анодной обработки и начального процесса разгона. Это все резко повышает трудоемкость получения толстых (более 0,5–0,7 мм) покрытий. Кроме того, повышается вероятность снижения адгезии в пространстве между слоями. Это показывает выигрышность снижения тока и получения за один прием достаточно толстых покрытий.

Снижением плотности тока можно добиться более высокой рассеивающей способности электролита. Это необходимо при покрытии труднодоступных участков детали, когда при больших (более 10 А/дм2) требуется анод, зеркально повторяющий форму катода, и даже в этом случае не всегда удается получить требуемую толщину в углублениях на детали и возникает необходимость повторных загрузок до получения нужного результата. Поэтому метод снижения плотности тока, приводящий к существенному увеличению времени проведения электролиза, в целом дает выигрыш по трудоемкости и качеству восстановления деталей.

Свойства получаемых осадков

Твердость осадков HRC 54–58, Шероховатость поверхность после шлифования обычно составляет: Ra 0,63–1,25, адгезия 200–300 МПа.

D:\ЖЕЛЕЗО\СТАТЬЯ ПОСЛЕДНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ФОТО ВАЛА\Фото подшипника\IMG_4434.JPG

Литература:

  1. Юдин В. М. Ресурсоберегающие технологии при ремонте машин. Дисс… доктора техн. наук. М.2001,375 с.
  2. Спицын И. А. Технологические методы повышения долговечности агрегатов трансмиссий сельскохозяйственной техники при ремонте и эксплуатации. Дисс… доктора техн. наук. М.2002,407 с.
Основные термины (генерируются автоматически): анодная обработка, покрываемая поверхность, покрытие, данные, деталь, катодный ток, переменный ток, снижение плотности тока, ток, начальный ток.


Похожие статьи

Современная технология нанесения антифрикционных покрытий

Рассмотрен способ получения антифрикционных покрытий и упрочнения деталей

Основные термины (генерируются автоматически) : ток плотностью, анодная поляризация, катодная

Катодная плотность тока , А·см-2. Увеличение катодной плотности тока оказывает резкое...

Физико-химическая обработка крупногабаритных деталей...

С увеличением плотности тока, рисунке 5, наблюдается уменьшение шероховатости поверхности. В диапазоне плотностей тока от 0,1 до 1,2А/см2, шероховатость при постоянном токе несколько ниже, чем при переменном.

К вопросу автоматизации технологического процесса нанесения...

Толщина электрохимических покрытий. Толщина покрытия является величиной связывающей три важных параметра процесса гальванопокрытия: длительность технологического процесса, температуру электролита и плотность тока.

Кинетика и механизм электрохимического восстановления йода из...

Для исключения емкостных токов и флуктуации сигнала в каждом случае подбирали условия

Величина предельного тока восстановления находится в прямо пропорциональной

Из таблицы 4 следует, что уменьшение рН смещает начальный потенциал восстановления в анодную...

Упрочнение поверхности титанового сплава ВТ6 в результате...

Влияние импульсного тока высокой плотности на... Рассмотрены вопросы пластической деформации проката титанового сплава ВТ6.

Увеличение плотности тока сопровождается обычно повышением содержания. Увеличение катодной плотности тока оказывает резкое...

Влияние параметров гальванического процесса на микротвёрдость...

Увеличение плотности тока сопровождается обычно повышением содержания электроотрицательного компонента сплава в катодном осадке. Но в то же время изменение условий электролиза и состава электролита могут изменить влияние катодной плотности тока...

Оборудование и технология электродиффузионной...

Современная технология нанесения антифрикционных покрытий. ток плотностью, анодная поляризация , катодная поляризация , период приработки, упрочненный образец, вспомогательный электрод , слой , солевой электролит, плотность тока, внутреннее сгорание.

Покрытия сложного комбинированного состава для электродов...

Предложен метод получения покрытия, состоящего из последовательно напыленных нанослоев чистого металла и карбидов переменного состава. Ключевые слова: вакуумно-дуговой разряд, плазменный поток, покрытие, карбидные фазы,интерметаллид, катодное пятно.

Автоматизированная установка для микродугового оксидирования

Также регистрируются зависимости мгновенных значений тока, и напряжения от времени в течение анодно-катодного цикла (динамическая ВАХ), зависимости анодного и катодного напряжения от времени МДО процесса (формовочные кривые).

Похожие статьи

Современная технология нанесения антифрикционных покрытий

Рассмотрен способ получения антифрикционных покрытий и упрочнения деталей

Основные термины (генерируются автоматически) : ток плотностью, анодная поляризация, катодная

Катодная плотность тока , А·см-2. Увеличение катодной плотности тока оказывает резкое...

Физико-химическая обработка крупногабаритных деталей...

С увеличением плотности тока, рисунке 5, наблюдается уменьшение шероховатости поверхности. В диапазоне плотностей тока от 0,1 до 1,2А/см2, шероховатость при постоянном токе несколько ниже, чем при переменном.

К вопросу автоматизации технологического процесса нанесения...

Толщина электрохимических покрытий. Толщина покрытия является величиной связывающей три важных параметра процесса гальванопокрытия: длительность технологического процесса, температуру электролита и плотность тока.

Кинетика и механизм электрохимического восстановления йода из...

Для исключения емкостных токов и флуктуации сигнала в каждом случае подбирали условия

Величина предельного тока восстановления находится в прямо пропорциональной

Из таблицы 4 следует, что уменьшение рН смещает начальный потенциал восстановления в анодную...

Упрочнение поверхности титанового сплава ВТ6 в результате...

Влияние импульсного тока высокой плотности на... Рассмотрены вопросы пластической деформации проката титанового сплава ВТ6.

Увеличение плотности тока сопровождается обычно повышением содержания. Увеличение катодной плотности тока оказывает резкое...

Влияние параметров гальванического процесса на микротвёрдость...

Увеличение плотности тока сопровождается обычно повышением содержания электроотрицательного компонента сплава в катодном осадке. Но в то же время изменение условий электролиза и состава электролита могут изменить влияние катодной плотности тока...

Оборудование и технология электродиффузионной...

Современная технология нанесения антифрикционных покрытий. ток плотностью, анодная поляризация , катодная поляризация , период приработки, упрочненный образец, вспомогательный электрод , слой , солевой электролит, плотность тока, внутреннее сгорание.

Покрытия сложного комбинированного состава для электродов...

Предложен метод получения покрытия, состоящего из последовательно напыленных нанослоев чистого металла и карбидов переменного состава. Ключевые слова: вакуумно-дуговой разряд, плазменный поток, покрытие, карбидные фазы,интерметаллид, катодное пятно.

Автоматизированная установка для микродугового оксидирования

Также регистрируются зависимости мгновенных значений тока, и напряжения от времени в течение анодно-катодного цикла (динамическая ВАХ), зависимости анодного и катодного напряжения от времени МДО процесса (формовочные кривые).

Задать вопрос