Концентрация хромового ангтдрия | Содержание, г/л | Основное назначение | |
Сг03 | Сг03 | ||
Низкая | 1,5 | Повышение износостойкости деталей | |
Высокая | 300... 400 | 3,0... 4,0 | Декоративные цели |
Средняя | 200... 250 | 2,0... 2,5 | Повышение износостойкости и декоративные цели |
Оптимальная плотность тока для получения покрытий с тончайшими первичными трещинами 40... 60 А/дм2 при температуре электролита 50... 75 °С. С повышением температуры пористость уменьшается, а ширина каналов (пор) увеличивается (сетка пор становится редкой).
В зависимости от режимов обработки пористость может быть канапьчатой (с сечением каналов примерно 0,05 х 0,05 мм) ияи точечной. При плотности тока 40 А/дм2 и температуре электролита 45... 60 °С для получения канальчатого пористого покрытия анодную обработку ведут в течение 7... 8 мин, для получения точечного покрытия - 11... 12 мин. В первом случае травят молочные и молочно-блестящие осадки, во втором - матовые и матово-блестящие с последующей притиркой. Точечная пористость обладает большей маслоемкостью, поэтому ее применяют для упрочнения деталей, работающих в особо тяжелых условиях, например, для верхних компрессионных поршневых колец двигателей. Точечная пористость характеризуется быстрой прирабатываемостыо, но износостойкость покрытия с точечной пористостью несколько ниже износостойкости канальчатого покрытия. Канальчаше покрытие применяют для гияьз цилиндров. Износ пористохромированных гильз и поршневых колец меньше нехромированных в 4 - 7 раз, причем износ сопряженных стальных деталей уменьшается в 3 - 5 раз.
|
|
Наряду с пористыми покрытиями для повышения износостойкости деталей применяют плотные покрытия, наносимые по накатке. Срок службы их в 1,5 - 2 раза больше пористых покрытий, а расход хрома меньше (30 - 50 % от расхода при каналь- чатом хромировании).
После хромирования детали часто подвергают шлифованию и доводке. При снятии большого слоя хрома для сохранения пористости после механической обработки шлифование иногда выполняют в два этапа: предварительное после хромирования и окончательное после анодной обработки. Шлифование хромированных деталей рекомендуется выполнять шлифовальными кругами СМ1-С2 зернистостью 36... 46 или СМ1-С1 зернистостью 60... 80 при скорости вращения круга 20... 35 м/с, скорости вращения детали не менее 10 м/мин, глубине резания 0,005... 0,015 мм на 1 дв. ход, подаче 0,2... 0,5 (в долях круга) и расходе охлаждающей жидкости 15 л/мин. При обработке, особенно анодной, у выхода из каналов появляются бугорки высотой до 0,8 мкм, поэтому отделочное шлифование, хонингование или доводку рекомендуется выполнять после анодной обработки.
|
|
Качество хромового покрытия контролируют дважды: после хромирования и после шлифования. ГГри предварительном контроле наружным осмотром выявляют наросты, непокрытые места, отслаивание, чешуйчатость, раковины, следы шелушения и другие дефекты.
Упрочнение хромированием щироко применяют в машиностроении и приборостроении для повышения износостойкости цилиндров и двигателей, поршневых колец, плунжерных пар топливных насосов дизелей и других детавей, а также при изготовлении и ремонте режущего, измерительного инструменте и штампов.
При хромировании калибров, пробок, скоб, крепежных деталей, арматуры толщина слоя хрома 3... 10 мкм; деталей, работающих при даапении выше 2,5 МПа, с динамическими нагрузками и нагревом [пресс-форм для литья под давлением, пуансонов, матриц для алюминия, режущего инструмента (развертки, фрезы, прошивки, зенкеры)] — 15 мкм; деталей, у которых хромированная поверхность соприкасается с металлом, парами и газами под давлением и покрытие подвергается нагреву (пресс-форм для пластмассы, формовочных штампов, сопел) - 30... 50 мкм; деталей, работающих при средних давлениях (0,5... 2,5 МПа), например, шеек роторов, шпинделей, пальцев и валиков в шарнирах, соединительных пальцев, поверхностей шеек и кулис, 50... 60 мкм; деталей, работающих на изнашивание поверхности при давлении 0,5 МПа, например, измерительных инструментов (калибров, пробок, скоб, направляющих валиков и втулок) - до 80 мкм; деталей, работающих без динамических нагрузок и без перемещений хромированной поверхности (гнезд подшипников, деталей, требующих доводки) - до 100 мкм; трущихся деталей станков, машин и механизмов (шеек валов и зубчатых колес, соединительных пальцев, валиков, щек кулис, шпинделей, шеек осей, реек, червяков) — 10... 15 мкм, деталей, требующих восстановления размеров, прессовых и плотных соединений, гнезд шарикоподшипников — до 1000 мкм; цилиндров двигателей внутреннего сгорания - 20... 50 мкм; вытяжных и обрубных штампов - 3 Ю мкм; пресс-форм для пластмасс, резины и стекла - 40... 60 мкм; пресс-форм для литья металла под давлением - 10... 20 мкм.
Качество хромирования зависит от выбора подвесного устройства, расположения анодов по отношению к покрываемой поверхности и защиты мест, не подлежащих покрытию. Подвесные устройства нужно конструировать так, чтобы между анодом и катодом (покрываемой поверхностью) было одинаковое расстояние по всему объему ванны, а электролит был ограничен не проводящими ток поверхностями, предотвращающими отклонение силовых линий. Утечка устраняется полной изоляцией одного из электродов. Для выхода газов, образующихся между анодом и катодом, можно делать отверстия в аноде. Равномерности отложения хрома, особенно при размерном хромировании, способствует установка в ванне экранов. Нехромируемые места обычно изолируют листовым целлулоидом, целлулоидными лаками (цапонлак, эмапит), полихлорвиниловым пластикатом.
Для покрытия небольших участков крупных деталей (например, шеек длиной до 200 мм, трансмиссионных и других валов длиной 5... 10 м) целесообразно применять местное хромирование без погружения в ванну всей детави.
Большой интерес представляет хромирование деталей, работающих в условиях кавитационного разрушения. Стойкость молочного хромового осадка к кавитационному разрушению не зависит от основного материала детали. Кавитационное разрушение молочного хрома в 13 раз меньше износа стали 45; в этом отношении он не уступает высокохромистым сталям 9X13, Х9С2, а также сталям У8, ШХ15, ХВГ, обработанным на высокую твердость.
Для повышения износостойкости трущихся поверхностей деталей и восстановления их размеров часто применяют твердое никелирование. Никелевые покрытия имеют меньшую твердость, чем хромовые, и обладают следующими преимуществами: они сравнительно легко обрабатываются, имеют большую вязкость при толщине слоя до 2 мм; коэффициент линейного расширения никеля близок к коэффициенту линейного расширения стали, в то время как у хрома он в несколько раз выше.
|
|
При твердом никелировании требуется в 3-4 раза меньше мощность источников постоянного тока, чем при хромировании, а расход энергии примерно в 20 раз меньше,
, Электролиты твердого никелирования имеют различные составы. На приборостроительных заводах рекомендуется использовать электролит следующего состава: 140 г/л серно-кислого никеля и 300 г/л щавелево-кисло го аммония с кислотностью pH 7,5... 8 при плотности тока 10 А/дм2 и температуре электролита 75... 80 °С. Скорость осаждения никеля в таком электролите 50... 60 мкм/ч; получаемые осадки имеют микротвердость 5500... 6500 МПа.
Для повышения твердости и улучшения сцепляемости с основным металлом детали, покрытые твердым никелем, желательно в течение 1 ч подвергать термической обработке в муфельных печах при температуре 300.., 400 °С. Это на 2000... 2500 МПа увеличивает микротвердость покрытия и повышает коррозионную стойкость деталей.
Технологический процесс твердого никелирования обычно включает следующие операции; механическую обработку для придания точности форме; устранение дефектов с поверхности, подлежащей покрытию, и получение необходимой чистоты; изоляцию мест, не подлежащих покрытию, обезжиривание деталей венской известью; промывку в холодной воде; электролитическое травление в серно-фосфорном электролите; промывку в горячей воде; осаждение на рабочую поверхность сплава никель — фосфор; термическую обработку при температуре 400 °С в течение 1 ч (она увеличивает твердость слоя и прочность его сцепления с основанием на 20 — 30 %); механическую обработку и окончательный контроль.
Травление ведут в электролите, состоящем из одной части H2S04 и четырех частей Н3Р04 при плотности тока 20 А/дм2 в течение 2,0... 2,5 мин. При выборе твердого никелирования как способа восстановления размеров и повышения износостойкости деталей следует учитывать, что в зависимости от состава электролита и режимов обработки физико-механические свойства осажденного сплава никель - фосфор резко изменяются. Так, с увеличением содержания фосфора в покрытии его твердость возрастает: при отсутствии фосфора она составляет HRC3 32, а при содержании 1,5 % фосфора HRC, 57. Количество фосфора в сплаве регулируют путем изменения концентрации гипофосфита в электролите; увеличение концентрации от 0,08 до 10 г/л повышает содержание фосфора в покрытии.
|
|
Коррозионная стойкость фосфористо-никелевых покрытий в условиях окружающей среды и в водопроводной воде выше хромовых и обычных никелевых покрытий. Прочность сцепления с мало- и среднеуглеродистыми ствлями 120... 140 МПа, с легированными 70... 90 МПа. Коэффициент трения стали по чугуну на 30 % ниже коэффициента трения стали по хрому; коэффициент трения хрома по бронзе несколько выше. При трении без смазочного материала износостойкость покрытия в 2,5 - 3 раза выше, чем износостойкость закаленной стали 45, и на 10 - 20 % ниже, чем износостойкость хрома. Покрытия из фосфористого никеля меньше снижают усталостную прочность, чем хромовые и обычные никелевые. Изнашиваемость сопряженных деталей из различных металлов при работе по фосфор исто-никелевым покрытиям в 4 - 5 раз меньше, чем при работе по стали, и на 20 - 40 % меньше, чем при работе по хрому.
Упрочнять и восстанавливать твердым никелировал и ем можно детали типа коленчатых валов, шпинделей металлорежущих станков, поршневых пальцев, гильз цилиндров, поршней гидравлических машин, направляющих втулок. Твердое никелирование можно применять также при ремонте неподвижных посадок и деталей приборов. При восстановлении таких деталей, как шпиндели металлорежущих станков, шейки коленчатых валов, гильзы цилиндров, осаждают слой твердого никеля толщиной 0,75... 1,25 мм.
Электролитическое борирование заключается в том, что в результате электролиза расплавленной буры Na2B407 создается элементарный бор, который в момент выделения диффундирует в металл, образуя на его поверхности бориды железа, а при наличии углерода - карбиды бора. При электролитическом борировании плотность тока 0,20... 0,25 А/дм2. Температуру электролита регулируют с помощью реле и контактного терморегулятора. Питается установка постоянным током.
Основные технологические факторы, влияюшие на ф из и ко-механические и экс- плуатвционные свойства борированного слоя; температура электролита, время выдержки и химический состав материала обрабатываемых деталей.
Толщина борированного слоя на низколегированных сталях при температуре до 950 °С состааляет около 0,3 мм. При дальнейшем повышении температуры она увеличивается мало, но значительно возрастает хрупкость слоя. С увеличением времени выдержки t толщина слоя возрастает по параболическому закону:^
, (9.1)
где 2 Р- параметр, характеризующий скорость роста слоя.
Среднее значение параметра 2 Р можно определить как тангенс угла наклона параболических кривых, построенных в координатах у2 = t. При выдержке более 8 ч сильно увеличивается хрупкость слоя. Твердость борированного слоя HV 2000... 2500. Наибольшую твердость имеет борированная поверхность деталей из стали типа 55С2А и 30ХГСА, несколько меньшую — из стали 12ХН2А и 12ХНЗА, еще меньшую - из сталей 40Х и 35.
При любой температуре (прочие условия одинаковые) максимальная толщина борированного слоя получается на деталях из стали 30ХГСА и последовательно уменьшается на деталях, изготоаленных из сталей 50С2А, 12ХНЗА, 12ХН2А, 35 и 40Х, Рекомендуется детали из указанных сталей борировать при температуре 950 °С и выдержке 6 ч. При этих условиях получается слой наилучшего качества и достигается высокав износостойкость борированных деталей. Из сталей, подвергнутых сравнительным испытаниям, после борирования наиболее износостойкой оказалась сталь 12ХН2А, а затем стали 12ХНЗА и 40Х.
Слой бора не изменяет своих свойств при нагреве до температуры 950 °С и обладает повышенными кислотостойкостью и жаростойкостью при температуре до 800 °С. Прочность его сцепления с основным металлом такая же, как и прочность цементованного слоя. Высокая твердость слоя бора сообщает поверхности деталей хорошую износостойкость. Вот почему борированием упрочняют детали машин, работающие в тяжелых условиях (при наличии абразивной среды и ударных нагрузок); к таким деталям можно отнести втулки буровых насосов. Как показал опыт, борирование рабочей поверхности втулок позволяет увеличить их износостойкость почти в 4 раза по сравнению с износостойкостью втулок, закаленных ТВЧ.
Все метвляы на воздухе покрыты оксидной пленкой, которая защищает их от воздействия окружающей среды, но толщина пленки очень мала. Для получения оксидных пленок значительной толщины прибегают к специальной химической, термической или электрохимической обработке поверхности заготовки. Наиболее широкое применение получвли глубокое оксидирование и эматалирование.
Глубокое оксидирование - процесс получения оксидных пленок толщиной более 60 мкм с высокими микротвердостью (4000... 4500 МПа), износостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. Этот процесс применяют для повышения износостойкости зубчатых колес, деталей двигателей, текстильных машин и других деталей из алюминия и его сплавов с содержанием не более 4,5 % Си и не более 7 % Si.
Износостойкость перечисленных деталей после оксидирования при работе со смазочным материалом повышается в 5 - 10 раз. Для глубокого оксидирования используют электролит, содержащий 180... 200 г/л химически чистой или аккумуляторной серной кислоты, не более 30 г/л алюминия и 0,5 г/л меди. При упрочнении сплавов АМг, АМц, АЛ2 и АЛ4 аноднал плотность тока поддерживается равной 2,5... 5 А/дм2, а температура электролита 5 - 0 °С. Начальное напряжение обычно составляет 20... 24 В. При обработке вторичных сплавов температуру электролита рекомендуется снижать до -10 °С. Образование толстых оксидных пленок связано с выделением большого количества теплоты в зоне оксида, разогревающего электролит у анода (покрываtмой детали). Это приводит к разрыхлению пленки и травлению обрабатываемой поверхности. Для устранения местного разогрева поверхность детали непрерывно охлаждают или интенсивно перемешивают электролит. Применяют различные способы охлаждения. Можно охлаждать внутренние поверхности льдом или пропускать охлаждающие жидкости через отверстия или полости деталей с такой скоростью, чтобы разница температуры жидкости на входе и выходе не превышала 1 °С. Часто для охлаждения используют специальные приспособления.
Процесс глубокого оксидирования имеет некоторые технологические трудности, вызываемые нарушением режима охлаждения, отклонением состава электролита от нормы, недостаточной подготовкой поверхности, наличием на деталях острых углов и граней. Для повышения стойкости деталей против коррозии их после оксидирования и тшательной промывки в воде подвергают специальной обработке для уплотнения оксидной пленки, чтобы предотвратить влияние окружающей среды на металл через поры пленки. Это делают пропиткой деталей в распыленном парафине или воске, покрытием их олифой, лаками, осаждением в парах нерастворимых солей, наполнением пор хроматами.
Эматалирование захлючается в получении электролитическим путем непрозрачных эмалевидных пленок толщиной 10... 12 мкм с микротвердостью 6000... 7000 МПа, обладающих красивым декоративным видом, а при использовании щавелево-кислых электролитов - хорошими износостойкостью и диэлектрическими свойствами. Пленки могут быть блестящими, матовыми, окрашенными. По внешнему виду они напоминают фарфор, пластмассу, мрамор, эмаль. Эматалевый слой стоек в органических растворителях, минеральных и животных маслах, мылах, пищевых продуктах, органических кислотах не трескается при ударных и сжимающих нагрузках, выдерживает нагрев до 300 °С. Эти качества пленки используют для защиты от коррозии и отделки медицинских аппаратов, приборов, мебели, а также для повышения износостойкости деталей машин из алюминиевых сплавов, в которых содержание легирующих добавок не должно превышать 2 % Си, 1 % Fe, 1 % Ni, 8 % Zn, 8 % Mg и 1 % Mn. Для уплотнения эматапевой пленки детали после обработки кипятят в дистиллированной воде,
В результате фосфатирования на поверхности деталей из углеродистых и низколегированных сталей, чугуна и некоторых цветных металлов (алюминий, магний, цинк, кадмий) получают пленки нерастворимых солей марганца, железа и цинка толщиной '2... 15 мкм. Фосфатный слой устойчив в воздухе, керосине, толуоле, смазочных маслах и легко разрушается в щелочах и кислотах. Фосфатные пленки прочно удерживают масла, лаки, краски и обладают хорошей адгезионной способностью. Они имеют невысокую механическую прочность и плохо сопротивляются истиранию. Фосфатные пленки жаростойки при температуре 500... 600 °С.
Фосфатирование применяют главным образом для защиты деталей от коррозии. Защитная способность пленок значительно повышается после пропитки их смазочными материалами или маслами.