Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ХРОМИРОВАНИЕМ.



 

Цель работы:

- изучить теоретические основы хромирования» назначение основных операций технологического процесса хромирования, свойства электролитов и покрытий;

- изучить оборудование, приспособления и инструменты, применение при хромировании;

- освоить технологический процесс восстановления изношенных деталей хромированием.

Содержание работы:

- изучение теоретических основ процесса хромирования, свойств электролитов и осадков;

- онакомление с оборудованием» приспособлением и инструментом;

- наращивание поршневого кольца двигателя «ЗИЛ-130» электролити-ческим хромом;

- определение выхода хрома к току. Составление отчета.

Теоретические основы процесса электролитического хромирования: электролитическое хромирование и первые производственные установки для осуществления этого процесса применяют в СССР е начала 20-х годов. Широкое распространение хромирования в последующие го­ды во все отрасли техники объясняется высокими свойствами хрома, позволя-ющими сочетать в покрытии красивый внешний вид, корозионную стойкость с высокой твердостью и износостойкостью. Вначале, хромирование применяли для получения защитно-декоративных покрытий целей, затем его стали применять для увеличения износостойкости (упрочения) деталей и инструментов в машиностроении, позднее - в ремонтном производстве для восстановления изношенных деталей.

Свойства электролитического хрома: хром, полученный электролитическим путем - серебристый металл с синеватым оттенком. Хром химически устойчив по отношению к большинству кислот, щелочей и газов. На воздухе (и в окисленных средах хром легко пассивируется, благодаря чему приобретает свойства металлов, что обуславливает его применение как защитное активное покрытие. Хром имеет высокую отражательную способность, очень устойчив против потускнения на воздухе.

Твердость хрома превышает твердость закаленной стали (микротвердость 400-1000 кг/мм2). Коэффициент трения электролитического хрома при работе по чугуну, бронзе, баббиту и др. значительно (в 2…3, 5 раза) меньше, чем у всех остальных металлов, что облег­чает условия работы хромированных деталей.

Износостойкость хромированных деталей достигает значительных величин, в 2…10 раз превышающих износостойкость таких же нехромированных деталей, благодаря высокой химической стойкости. Особенно это сказывается на деталях, работающих в агрессивных средах, как это имеет место в двигателях внутреннего сгорания.

Следует отметить также другие свойства хрома - высокую теплопро­водность по сравнению с металлами, относительно низкий коэффициент линейного расширения, низкую смачиваемость жидкостями – маслами, водой и др.

В зависимости от назначения хромового покрытия при изготовлении и восстановлении деталей производят твердое хромирование, защитно-декоративное покрытие, пористое покрытие.

Электролиты хромирования. Электродные процессы при хромировании: хромирование производится из растворов хромовой кислоты в присутствии серной кислоты. Хромовая кислота (Н2Сr2О4) является главной составной частью хромовых электролитов. Она получается в результате растворения в воде хромового ангидрида (СrО3):

СrО3 + H2О = H2СrО4

 

Из чистых растворов хромовой кислоты выделения металла не происходит. Для того, чтобы на катоде началось выделение металла, в электролите необходимо присутствие незначительных количеств посторонних анионов, выполняющих роль катализаторов, чаще всего сульфатов (SО4). Источником анионов является серная кислота, обычно добавляемая в электролит в количестве около 1% от количества СrО3.

При хромировании в растворах хромовой кислоты применяют нерастворимые аноды, которые изготавливают из свинца или (лучше) из сплава свинца с 6% сурьмы, который отличается большей химической стойкостью.

Осаждение металлического хрома начинается лишь по достижении определенного минимума плотности тока. Ниже этой плотности тока идет процесс восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного. Вышеуказанной плотности тока наряду с реакцией Cr6+ идет выделение металлического хрома и газообразного водорода.

Согласно имеющимся представлениям, при хромировании на катоде протекает одновременно три процесса (рис.1).

Cr6+ ------------ Cr3+ - восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного.

H+ ------------ H - выделение газообразного водорода.

Cr6+ ------------ Cr – выделение металлического хрома.

 

 

Рис 1. Схема процесса хромирования.

На аноде идут следующие процессы:

OH- ------- O - выделение газообразного водорода

Cr3+ -------- Cr6+ - окисление трехвалентного хрома в шестивалентный.

В нормально работающем электролите должны быть ионы трехвалентного хрома Сч3+ в количестве, определяемом соотношение Сr2О3: СrО3 = 0, 03…0, 04. Для накопления ионов Сч3+ свежеприготовленный электролит прорабатывает­ся током при увеличительной площади катодов §к: §а = 2: 3 при катодной плотности тока Дк = 2…4 а/дм2 в течении 3-4 часов.

Для поддержания указанного соотношения Сr2О3 : СrО3 в электролите необходимо работать при §а: §к = 1, 5: 2. При излишнем накоплении трехвалентного хрома электролит следует проработать при увеличенной площади анодов §а: §к = 8: 10.

При хромирований электролиз производится с нерастворимыми анодами, поэтому убыль ионов металла в электролите необходимо восполнять периодической добавкой хромового ангидрида.

В количественном отношении электролиз подчиняется законам Фарадея, которые выражаются формулой

m = C × I × t,

где m - количество вещества, выделяющегося при электролизе на катоде;

С - электрохимический эквивалент выделяющегося на катоде металла, г/а-час, для хрома С = 0, 323 г/а-час,

t - длительность электролиза, час,

Так как на катоде с осаждением хрома выделяется водород, расходуется электроэнергия на восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного, могут иметь место неучтенные утечки тока и т. п., то действительный вес осажденного металла будет меньше рассчитанного по вышеприведенной формуле. Отношение весов практически полученного металла Дп к теоретически возможному называется выходом металле по току, или выходом по току.

Дп = Д2 – Д1,

 

где Д1 – вес детали до электролиза;

Д2 – вес детали после электролиза;

Тогда вес действительно полученного металла выразится по формуле:

 

д = C × I × t × h,

 

Выход по току h выражается в долях единицы как в процентах.

Толщину осадка металла h, получаемую при определенной длитель-ности электролиза t определяется по формуле:

где Дк – 1/§к – плотность тока, а/дм2;

§к – площадь катода, дм2;

g – плотность осажденного металла, г/см3, для хрома g = 6, 9 г/см3;

h – выход по току, %.

При хромировании применяют три группы электролитов:

электролиты низкой концентрации – 140…150 г/л СrО3;

электролиты средней концентрации – 200…250 г/л СrО3;

электролиты высокой концентрации – 350…450 г/л СrО3.

При твердом износостойком хромировании наиболее целесообразны низко концентрированные электролиты (первой группы). По сравнению с концентрированными эти электролиты имеют следующие преимущества:

повышенную твердость покрытия,

более высокий выход по току,

хорошо рассеивающую способность,

меньшие потери электролита на унос с деталями и испарениями,

меньшее разрушающее действие на изоляцию.

Недостатками электролита является потребность в более частом кор-ректировании состава и более высокое потребное напряжение источников тока.

Электролиты высокой концентрации (третья группа) по сравнению с электролитами низкой концентрации обеспечивают получение более блестящих покрытий, меньшую их твердость и хорошую кроющую способность. Эти свойства электролитов обусловили применение их для получения защитно-декоративных покрытий.

Электролиты средней концентрации по своим характеристикам являются промежуточным между электролитами первой и третьей группы, их применяют как при твердом, так и при защитно-декоративном хромировании. Благодаря своей универсальности эти электролиты получили название универсальных.

 

Влияние условий хромирования на свойства хромовых покрытий:

Внешний вид структуры и механические свойства хромовых покрытий в очень широких пределах в зависимости от условия хромирования – состава и температур электролиза, плотности тока. При неиз­менном составе электролита можно, изменяя температуру электроли­та и плотность тока, получить три различных вида осадков хрома – молочный, блестящий и матовый (серый). Диаграмма зависимости вида осадков хрома от С и Дк показана на рис. 2.

 

Рис. 2. Зависимость вида осадков хрома от С и Дк

Диаграмма расположения зон различных хромовых осадков а – для малоконцентрированного; б – для среднеконцентрированного (универсально-го) электролита.

Различные по виду осадки хрома имеют и различные механичес­кие свойства. Блестящий хром характеризуется высокой твердостью (600…900 кг/мм2), высокой износостойкостью, хрупкостью, высокими внутренними напряжениями. На поверхности блестящего хрома при рассмотрении под микроскопом можно увидеть мелкие пересекающиеся трещины, образующие характерную «сетку трещин».

Молочный хром имеет, по сравнению с блестящим, пониженную износостойкость, большую вязкость и пониженную твердость (400…600 кг/мм2) и " сетка" трещин на нем отсутствует.

Свойства матового хрома противоположно свойствам молочного хрома. Это очень твердый (900…1200 кг/мм2) и хрупкий металл, имеющий из-за хрупкости пониженную износостойкость, при рассмотрении под микроскопом на поверхности такого хрома обнаруживается бугорчатость.

Пористое хромирование:

Гладкое хромовое покрытие плохо смачивается маслами и плохо прирабатывается. Масляная пленка держится на хромированной поверхности непрочно, легко разрывается под воздействием нагрузок (особенно при высоких температурах), в результате чего на такой поверхности возникает сухое или полусухое трение и большие износы. Поэтому, неудачными были попытки применить гладкое хромирование для повыше­ния износостойкости цилиндров, поршневых колец» поршневых пальцев и аналогичных деталей, работающих в условиях граничной или недостаточной смазки,

Недостатки гладкого хромирования устраняют при пористом хромировании. В этом случае на хромированной поверхности искусственно создают поры, углубления или канавки» служащие запасными резервуарами смазки на поверхности деталей, работающих, в результате чего срок службы деталей значительно повышается.

Наиболее широкое применение получил электрический способ получения пористого хрома, который заключается в дополнительной анодной обработке хромированных деталей в электролите того же состава, в котором выполняли хромирование. При анодном травлении хромового покрытия, имеющего сетку трещин, растворение происходит неравномерно. Наиболее интенсивно хром растворяется по трещинам, которые, вследствие этого расширяются и углубляются. Поверхность хрома оказывается изрезанной сеткой каналов, ограничивающих площадки (" плато" ) гладкого хрома.

Состав электролита и режимы хромирования для получения пористого хрома, рекомендует следующее:

200…250 г/л СrО3;

отношение СrО3: Н2SO4 = 100…120 = 60 ± 1°С.

Дк = 40…60 а/дм2.

Анодное травление, в результате которого выделяется сеть каналов и пор в хромовом покрытии, выполняют обычно в том же электролите, какой применяют для наращивания хрома. При анодном травлении плотность тока задается в пределах 24…45 а/дм2, температура 50…55 °С. Процесс анодного травления контролирует по количеству электричества, протекающего через 1 дм2 поверхности, т. е., по произведению плотности тока на время (интенсивного травления). О = Да × t. В зависимости от толщины слоя хрома интенсивность травле­ния выбирают в пределах 30…400 а.мин/м2.

После механической обработки (шлифование, хонингование, протирка) удаляют остатки абразива из пор покрытия промыванием в бен­зине, содовом растворе или водных эмульсиях и продуванием сжатым воздухом или паром.

Пористое хромирование применяют для улучшения прирабатывае-мости и для упрочнения поверхностей детали машин, работающих при высоких нагрузках и недостаточной смазке.

Технологический процесс твердого хромирования:

технологический процесс твердого хромирования стальных деталей состоит из цикла операций, выполняемых в следующей последовательности:

- Механическая обработка – для устранения следов износа на детали и придания ей правильной геометрической формы и требуемой шероховатости. Деталь после механической обработки (чаще всего – шлифования) не должна иметь на поверхности раковин, неметаллических включений, ожогов и шлифовальных трещин (для деталей с небольшим или равномерным износом может не производиться).

- Промывка бензином – производится для удаления с поверхности деталей жировых пленок, препятствующих прочному сцеплению покрытий.

- Зачистка наждачной шкуркой – производится с целью «оживления поверхности» детали непосредственно перед хромированием. При этом возможные окислы, ржавчина, возникшие при хромирований деталей, удаляются.

- Изоляция мест, не требующих хромирования – применяют лак – эмалит, цапонлак, перхлорвиниловый плаксикат (пленка) и др. Лаки наносятся в несколько слоев на детали кисточкой и просушива­ются. Цилиндрические поверхности хорошо изолируются целлулоидными колпачками и пластикатом.

- Установка деталей на подвески – делают для создания плот­ного электрического контакта, рационального использования объема ванны, удобства завешивания деталей в ванну и соблюдения необходимого расстояния между деталями и анодами.

- Обезжиривание деталей – (электролитическое или венской известью). Электролитическое обезжиривание заключается в том, что обрабатываемое изделие подвешивают на катод в щелочном растворе и подвергают обработке электрическим током. На поверх­ности катода происходит выделение водорода, который оказывает эмульгирующее и механическое воздействие на жировую пленку.

Другой вид обезжиривания – венской известью, производится так. Известь разводят водой до кашицеобразного состояния и добавляют до 1…5% едкого натра или до 3% кальцинированной соды. Раствором извести при помощи волосяной щетки протирают поверхность детали, затем смывают известь водой. Операцию производят 3-4 раза. Иногда этот вид обезжиривания производится после электрохимического обезжиривания.

- Промывка в горячей и холодной проточной воде – производится с целью удаления извести или остатков щелочного раствора с поверхности.

- Анодное декапирование – производят для удаления с поверхности деталей тончайших окислов, обнажения кристаллической структуры основного металла и создания на ней микроскопической шероховатости для лучшего сцепления. Декапирование производится в основной хромовой ванне. Детали загружают на катодную штангу, где их выдер­живают 1…2 мин без тока для того, чтобы они приняли температуру электролита. После этого перекидным рубильником меняют полярность и деталь в течение 30…60 сек (для углеродных сталей) или 2…3 мин (для легированных сталей) является анодом при плотности тока 25…60 а/дм2. После этого начинают хромирование при прямой полярности тока.

При указанном способе декопирования в хромовую ванну подается некоторое количество железа, поэтому при большой производительной программе для декопирования лучше применять отдельную ванну с электролитом для хромирования низкой (130…180 г/л СrО3) концентрации. После декопирования в таком электролите детали без промывки быстро переносят в ванну для хромирования.

- Хромирование – установленная после включения ванны величина тока должна без колебаний и перерыва поддерживать на протяже­нии всего электролиза, иначе в осадке появятся дополнительные внутренние напряжения, что приведет к отслаиванию его от детали.

Атомы хрома осаждаются на чистую металлическую поверхность. Осаждение происходит слоями толщиной по 1000…2000 атомов. Между основными металлом и покрытием образуется прочная физическая связь (когда атомы основы и покрытия имеют общие внешние электрон­ные оболочки).

Типовые режимы по износостойкому хромированию установлены для следующих групп деталей:

1-я группа – детали, работающие при перемещении рабочих поверхностей взаимно сопряженных пар: обоймы шариковых и роликовых под­шипников, шейки валов под указанные подшипники, посадочные места под подшипники скольжения и качения и др. Для этой группы деталей с целью устранить люфт и создать натяг применяют блестящий хром при режиме Дк = 45…50 а/дм2, t = 50 °C.

2-я группа – детали, работающие на трение при различных удельных давлениях и скоростях скольжения (стержни впускных клапанов, различ­ные валики, оси и пр.). Для получения высокой износостойкости, применяют блестящие и блестяще-матовые осадки, получаемые при Дк = 35…50 а/дм2, t = 53…57 °C.

3-я группа – детали, работающие при больших удельных давлениях и подвергающиеся значительным знакопеременным нагрузкам, у которых рабочая поверхность должна иметь высокую износостойкость и максимальную вязкость. Режим: Дк = 55…60 а/дм2 (блестящие осадки) или Дк = 35 а/дм2 (молочные осадки) при t = 65 °C.

4-я группа – детали, эксплуатация которых происходит в агрессивных средах, и у которых осадок должен быть беспористым (стержни выпус­кных клапанов, цилиндры блока двигателей и др.) Режим: Дк = 30 а/дм2, t = 70 °C или Дк = 25 а/дм2, t = 65 °C.

Время электролиза t в мин. определяется по формуле:

где g – удельный вес хрома, равный 6, 9 г/см3;

h – потребная толщина покрытия, мм, определяется по формуле:

здесь h1 – припуск на предварительную механическую обработку (0, 10…0, 15 мм);

Дном – номинальный диаметр детали, мм;

Дизн – диаметр детали изношенной, мм;

h1 – припуск на окончательную (после хромирования) механическую обработку, мм (0, 10…0, 15 мм).

С – электрохимический эквивалент хрома, 0, 323 г/а.час;

Дизн – плотность тока, а/дм2;

h – выход металла по току, %, обычно 13…17 %.

Если в формулу времени подставить его постоянные величины, то для хромирования она упростится и будет иметь (при h = 13 %):

При свободной завеске деталей в электролите по краям покрываемой поверхности наблюдается местное увеличение плотности тока и толщины осадка (краевой эффект), причем оно тем больше, чем больше расстояние от катода до анода, и чем больше от краёв детали свободное пространство электролита. Поэто­му, для получения равномерного слоя хрома, необходимо соблюдать одина­ковое расстояние между катодом и анодом, а для свободного выхода газов и циркуляции электролита должны быть предусмотрены выходы (отвер­стия в аноде). Электролит, находящийся между катодом и анодом, должен быть ограничен не проводящими ток поверхностями, которые не позволя­ют силовому полю отклоняться в стороны.

Для цилиндрических деталей небольшой длины, хромируемых по наружной поверхности, нормальное отложение хрома достигается при погружении детали среди круглых анодов, расположенных по углам квадрата с таким расчетом, чтобы расстояние между анодом и катодом было в пределах 100…120 мм (деталь в центре квадрата).

В случае хромирования длинных деталей наблюдается значительная конусность покрытия, т. е., в нижней части оно толще, чем в верхней. Поэтому деталь в некоторых случаях завешивается в горизонтальном положении.

- Дехромирование (анодное травление) – производится только в случаях, если требуется получение пористого хрома (см, стр. 6).

- Промывка в дистиллированной воде в ванне уловителя. Эта операция производится для сбора дорогостоящего хромового ангидрида и последующего его использования при хромировании или для декапирования.

В случае промывки в проточной воде часть хромового ангидрида теряется безвозвратно.

- Промывка в холодной воде (проточной).

- Промывка в горячей воде.

- Нейтрализация производится в растворе соды (горячих щелоч­ных растворов при температуре 80…90 °С). Цель операции – нейтрализовать кислоту.

В отдельных случаях нейтрализация не производится, т. к. бывает достаточно промывок в воде.

- Промывка в горячей воде после нейтрализации. С поверхности детали смывается щелочной раствор и продукты нейтрализации.

- Демонтаж деталей с подвесных приспособлений, снятие изоляции, разборка и сушка подвесок и деталей. Сушка может производиться в сушильном шкафу или опилках.

- Контроль – производится работниками ОТК. Обращается внимание на толщину осадков, отсутствие отслаиваний, длинных дендридов и т. п. дефектов.

- Механическая обработка (окончательная). Производится с целью восстановить заданные размеры детали, макро- и микрогеометрию ее в соответствии с техническими условиями.

Оборудование, приспособления, инструмент:

- установка для хромирования ОГ-1349А с выпрямителем ВАКГ-12/6-630;

- ванны для обезжиривания;

- ванна для промывки в холодной воде;

- ванна для промывки в горячей воде;

- верстак слесарный;

- подвесное приспособление (подвеска) для хромирования;

- весы лабораторные;

- микрометр 25…50 мм;

- наждачная бумага;

- сушильный шкаф.

Установка для хромирования ОГ-1349А:

Установка ОГ-1349А предназначается для восстановления изношенных мест малогабаритных деталей электрохимическим хромировани­ем. Выпуска-ется Красноуфимским механическим заводом " Россельхозтехника".

Установка состоит из двух ванн емкостью по 100 литров. Каждая ванна состоит из корпуса ванны, изготовленного из листов стали, и внутренней ванны, изготовленной из листов нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т.

Пространство между корпусом и внутренней ванной заполняется минеральным маслом (типа АК-10, АКЗП-10, АК-15 и др.). В этой «масля­ной рубашке» смонтированы два трубчатых электродвигателя (ТЭНы) мощностью 2 кВт каждый и температурное реле. Для контроля работы и регулировки температурного реле в электролит наклонно погружен ртутный термометр.

Питание постоянным током хромированных ванн осуществляется от выпрямительного агрегата ВАКГ-12/6-630. Регулирование тока ванн при электролизе производится двумя магазинами сопротивлений, включа­тели которых выведены на левую и правую стороны стола корпуса.

В верхней части хромированной установки на столе расположен пульт управления.

В нижней части пульта управления находится реостат для плавного регулирования тока правой ванна в пределах от 2-х до 7 ампер.

На пульте управления расположены также два ампера со шкалой до 200 А и один контрольный вольтметр со шкалой до 30 В.

Для контроля величины тока правой ванны до 20 А производится переключение перемычки, расположенной сзади пульта управления и переклю­чателя, расположенного над ампером, в соответствующее положение.

Для обеспечения санитарно-гигиенических условий, образующиеся в процессе работы испарения удаляются с помощью 4-х сторонних бортовых отсосов, воздуховодов и вентилятора, смонтированных внутри корпу­са установки, а также внешних воздуховодов.

Порядок выполнения работы:

(восстановление поршневого пальца электрохимическим хромированием)

- ознакомиться с правилами техники безопасности;

- получить деталь у лаборанта;

- произвести зачистку пальца шкуркой;

- взвесить деталь вместе с экранирующими шайбами;

- смонтировать деталь на подвесное приспособление (подвеску);

- определить площадь поверхности детали в дм2 и необходимую силу тока на катоде. Принять плотность тока при хромировании 55…60 а/дм2;

- производится замер поршневого пальца в 6 поясах взаимнопер-пендикулярных плоскостях (всего 12 замеров). Заметить положение плоскостей;

- проверить температуру электролита термометром, при необходимо-сти подогреть ванну. Рабочая температура ванны должна быть 60…65 °С;

- произвести все операции по наращиванию поршневого пальца в соответствии с технологическим процессом (электролит универсальный).

Операцию дехромирования (при получении пористого осадка) производить при специальном задании.

- Повторить замер пальца в 2-х плоскостях и 6-ти поясах.

- Взвесить деталь вместе с экранирующими шайбами и подсчитать выход по току по формуле:

где М1 – вес до хромирования;

М2 – вес после хромирования;

С – электрохимический эквивалент хрома, равный 0, 323 г/а. час.

I – ток, А;

t – время электролиза.

- построить график равномерности покрытия в двух плоскостях, определить минимальную и среднюю толщину осадка. Подсчитать коэффициент неравномерности:

- оформить отчет по лабораторной работе;

- сдать рабочее место лаборанту;

- отчитаться о работе преподавателю.

Форма отчета приведена в приложении 8.

Указания по технике безопасности представлены в приложении 8.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Электролиты какой группы применяются для получения пористых, защитно-декоративных и износостойких покрытий?

2. Какие осадки хрома применяются для восстановления:

– цилиндров двигателей поршневых колец, поршневых пальцев

– стержней впускных клапанов, валиков, осей.

– обойм подшипников, шеек валов под подшипники и др.

3. Какой осадок хрома имеет повышенную износостойкость, большую

вязкость?

4. Укажите твердость хромовых осадков.

5. В каком количестве в электролит добавляется серная кислота в процентах от количества СrО3?

6. По какой формуле определяется:

– масса действительно полученного металла;

– выход металла по току;

– время электролиза;

– толщина осадков металла.

7. Во сколько раз увеличивается износостойкость хромированных деталей по сравнению с нехромированными?

8. Укажите плотность анодного травления при пористом хромировании.

9. Укажите расстояние между анодом и катодом при нормальном осаждении хрома.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Нужно уметь определять зоны осадков хрома на графиках и знать необходимую интенсивность травления.

ЛИТЕРАТУРА [38-40]

 


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 3599; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.105 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь