Хромирование изделий

Размещено на http://allbest.ru

Оглавление

Введение

1. Область применения восстановления деталей хромированием

2. Применяемое оборудование и технология (материалы, расходные материалы, режимы)

3. Охрана труда и техника безопасности при выполнении работ

4. Сравнение вашего выбранного способа с каким любо другим - достоинства и недостатки

Библиография



Введение

Хромирование является одним из наиболее распространенных видов гальванических покрытий.

Хромирование изделий применяется как для защиты от коррозии, износа, налипания на поверхность контактирующих материалов, так и для декоративной отделки поверхности изделий.

В зависимости от технологии и режимов нанесения, хромовые покрытия достигают микротвёрдости до 950 - 1100 HV.

Хромовые покрытия имеют высокий коэффициент отражения и уступают только серебру, поэтому декоративное хромирование пользуется большой популярностью практически во всех отраслях промышленности.

Несмотря на высокую химическую стойкость хромовых покрытий, они обладают высокой пористостью и без подслоя (дополнительного беспористого слоя из другого металла, как правило - никеля) не обеспечивают надежной зашиты металла основы от коррозии, так как в гальванопаре железо - хром железо является анодом.

Это часто наблюдается при коррозии декоративных деталей автомобилей и мотоциклов - покрытие как бы отслаивается изнутри, это происходит из-за разрушения металла под покрытием.

По этой причине в тех случаях, когда вместе с повышенной износостойкостью изделие должно иметь также и защиту от коррозии, хромовые покрытия осаждают на предварительно нанесенные слои меди толщиной 10-30 мкм и никеля 10-15 мкм.

Такое трёхслойное покрытие может прослужить несколько десятков лет и иногда используется шутливое название - "пирог".

Осажденный на поверхность блестящих медных и никелевых покрытий хром, несмотря на малую толщину слоя, значительно повышает их коррозионную стойкость и придает поверхности изделий красивый блестящий внешний вид.

Высокая твердость и износостойкость, низкий коэффициент трения, высокая жаростойкость и хорошая химическая устойчивость обеспечивают деталям, покрытым хромом, высокий ресурс в любых условиях эксплуатации.



1. Область применения восстановления деталей хромированием

Хромирование широко применяют для повышения твердости и износостойкости различного мерительного и режущего инструмента, трущихся деталей приборов и машин. Большой эффект дает хромирование пресс-форм при изготовлении изделий из пластмасс, резин, в порошковой металлургии. Хромирование применяется также в производстве отражателей; хотя коэффициент отражения света у хрома несколько ниже, чем у серебра, он сохраняет блеск в течение более длительного времени. В зависимости от назначения изделий толщина хромового покрытия находится в диапазоне от 5 до 350 и более мкм.

Полированные хромовые покрытия обладают хорошей отражательной способностью.

Коэффициент отражения света хромом достигает 70%.

Эта величина несколько меньше, чем для серебра, но зато хром не тускнеет на воздухе.

Поэтому хромирование используется в производстве различного типа фар и других малоответственных светоотражателей.

Наряду с этим, из хромового электролита возможно осаждение черного хрома, применяющегося для уменьшения коэффициента отражения света.

Износостойкие хромовые покрытия применяются для многих инструментов и деталей машин, работающих на трение.

К хромированию прибегают при покрытии новых деталей, а также при восстановлении изношенных, потерявших размеры во время работы на трение. хромирование покрытие электролит

Большое значение имеет исправление деталей, забракованных по размерам.

Номенклатура деталей, подвергаемых хромированию для повышения износостойкости, достигает больших размеров: детали мерительных инструментов, предельные калибры, режущий инструмент - метчики, сверла, развертки, фрезы, протяжки, долбяки и пр., инструмент для холодной обработки металлов давлением - волочильные глазки, пуансоны и матрицы для листовой штамповки, штампы для холодной штамповки и т.д.

Благодаря хромированию не только увеличивается срок службы деталей, но часто повышается качество выпускаемой продукции.

Это наблюдается при хромировании валиков бумагопрокатных станов, штампов и прессформ для обработки неметаллических материалов и резины.

Здесь важное значение имеют химическая стойкость и плохая смачиваемость хрома, что обеспечивает легкое отделение от формы и блеск отпрессованных деталей.

Применение износостойких хромовых покрытий для восстановления изношенных деталей станков и двигателей внутреннего сгорания позволяет во много раз увеличить срок их службы.

Примерами подобных деталей могут служить шпиндели станков, шейки коленчатых валов, распределительные валики, толкатели клапанов, поршневые пальцы, шейки валиков различных агрегатов и другие детали.

Важной областью использования износостойких хромовых покрытий является хромирование цилиндров или поршневых колец двигателей внутреннего сгорания.

Однако для этих деталей, работающих в условиях ограниченной смазки и высоких удельных нагрузок, положительного эффекта от хромирования можно ждать лишь при покрытии пористым хромом. Хромовые покрытия нашли применение также для защиты изделий от коррозии.

Хром, осажденный при определенных условиях электролиза, обеспечивающих получение беспористых осадков при толщине слоя 40 - 50 мк, защищает стальные изделия от атмосферной коррозии и коррозии в морской воде.



2. Применяемое оборудование и технология (материалы, расходные материалы, режимы)

Качество получаемых хромовых покрытий зависит от соотношения количества хромового ангидрида и серной кислоты. Величина его должна быть 100:1. Уменьшение отношения (50:1) приводит к ухудшению рассеивающей и кроющей способности. Для обеспечения хорошей прочности сцепления следует выдержать детали в ванне без тока для того, чтобы они приняли температуру электролита и в начальный момент хромирования дать так называемый «толчок тока» на 0,5-I мин, повысив плотность тока в 2-3 раза по сравнению с рабочей, а затем плавно снизить ее до нормального значения.

Увеличение трехвалентного хрома в электролите приводит к ухудшению качества покрытия, которые становятся темными и хрупкими. Примеси железа влияют примерно так же, как и трехвалентный хром. Очень вредной примесью является азотная кислота. При содержании ее в количестве 1 г/л необходимо значительно повышать плотность тока, а при увеличении - нормальное проведение процесса хромирования уже невозможно.

При хромировании применяют аноды из чистого свинца или сплава свинца с 4-6% сурьмы. В последнее время популярность приобретает использование анодов из платинированного титана. Аноды изготовляют из стержней диаметром 10-15 мм или листов. Растворимые аноды применять нецелесообразно, так как хром растворяется преимущественно в виде трехвалентных ионов.

Отношение между поверхностью анодов и катодов должно находиться в пределах от 1:2 до 2:3. Свинцовые аноды в процессе работы покрываются слоем хромовокислого свинца, затрудняющего работу. Поэтому ежедневно рекомендуется очищать их стальными щетками. В перерывах между работой аноды вынимают из ванны и погружают в воду. Аноды из платинированного титана в такой чистке не нуждаются.

Существует большое количество добавкой в электролиты хромирования, как стандартные, так и саморегулирующиеся, которые значительно повышают кроющую и рассеивающую способности электролита. В основе добавок лежат неорганические или органические компоненты, одни добавки повышают скорость осаждения, другие - повышают микротвёрдость или коррозионную стойкость хромовых покрытий. Универсальных добавок нет, поэтому приходится подбирать технологию исходя из требований к конечной продукции и её условиям эксплуатации.

Сверхтвёрдое хромирование (ТХИ-Хром) используются в целях повышения микротвердости и износостойкости режущего, деформирующего и формообразующего инструмента, а также узлов, агрегатов и деталей машин, подверженных сильному абразивному износу, трению, налипанию и нагару обрабатываемого материала, а также другим разрушающим механическим и термическим воздействиям.

Нанесение покрытий производится электрохимическим путем в гальванических ваннах. Технологическая цепочка нанесения покрытия может включать более 10 ванн, что приводит к получению высококачественных защитных покрытий.

Для получения твердых блестящих покрытий применяют следующий состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 150-250 г/л

Кислота серная - 1,5-2,5 г/л

Выход по току = 12-13

Температура = 45-60°С

Плотность тока = 15-50 А/дм2

Для приготовления стандартного электролита хромирования раздробленные куски хромового ангидрида загружают в ванну с водой, подогретой до 60-80°С.

Растворение хромового ангидрида ведут при тщательном перемешивании. Так как технический хромовый ангидрид всегда содержит некоторое количество серной кислоты, то перед введением в ванну серной кислоты необходимо произвести анализ на ее содержание. После проведения анализа добавляют недостающее количество серной кислоты и прорабатывают электролит под током.

Процесс хромирования протекает с сильным газовыделением при котором через бортовые отсосы улетучиваются мельчайшие капли электролита в виде тумана.

В качестве мер по борьбе с испарением электролита применяют поплавки из полиэтилена, полихлорвинила или другого химически стойкого вещества. Слой поплавков снижает потери электролита, так как пузырьки газа задерживаются и лопаются на поверхности поплавков. При этом слой поплавков уменьшает также расход энергии на подогрев электролита, предохраняя зеркало электролита от остывания.

В последнее время для этой же цели применяют специальную добавку «хромин», которая создаст тонкий слой пены на поверхности электролита, препятствуя его испарению.

Саморегулирующийся электролит хромирования: Стандартный электролит хромирования имеет некоторые недостатки. Он очень чувствителен к колебанию температуры, допуская незначительное отклонение (± 2°С) от рабочего режима процесса. Необходимо также поддерживать постоянную плотность тока и следить за соотношением между концентрациями хромового ангидрида и серной кислоты, что связано с частой корректировкой электролита.

Эти недостатки устраняют в саморегулирующемся электролите с автоматически регулируемой концентрацией сульфат ионов. Сульфат ионы вводят в электролит в виде труднорастворимого сульфата стронция, взятого в избытке, с тем, чтобы часть его находилась в виде осадка на дне ванны. По мере уменьшения концентрации ионов SO42- в растворе осадок растворяется, пополняя убыль этих ионов. Концентрация сульфат ионов является постоянной и составляет 2,5 г/л.

Состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 260-300 г/л

Стронций сернокислый - 5,5-6,5 г/

Калий кремнефтористоводородный - 18-20 г/л

Выход по току = 17-19

Температура = 55-65°С

Плотность тока = 40-80 А/дм2

Электролит мало чувствителен к колебанию температуры и плотности тока и позволяет получать хромовые покрытия c производительностью и 1,5 раза выше, чем в стандартном. Введение в электролит кремнефторида калия способствует стабильности электролита, однако наличие ионов фтора приводит к быстрому разрушению свинцовой футеровки хромовых ванн. Поэтому взамен свинца ванны футеруют керамикой, фторопластом н другими стойкими материалами толщиной 2-3 мм.

Из-за разрушающего действия саморегулирующегося электролита аноды изготовляют не из чистого свинца, а из свинцово-оловянного сплава с содержанием олова до 10%. Так как этот электролит оказывает растравливающее действие на поверхность стальных деталей, особенно па внутренние полости и отверстия, то сложнопрофилированные детали не рекомендуется покрывать в саморегулирующихся электролитах.

Тетрахроматный электролит хромирования: Из электролитов, не требующих нагревания, применяют тетрахроматный электролит хромирования. Этот электролит имеет повышенную рассеивающую и кроющую способности и обладает высоким выходом по току. Он наиболее подходит для нанесения гальванических покрытий на сложнопрофилированные детали без вспомогательных анодов. Состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 350-400 г/л

Кислота серная - 1,5-3,0 г/л

Едкий натр - 40-60 г/л

Выход по току = 25-30

Температура = 15-25°С

Плотность тока = 40-80 А/дм2

За счет связывания большей части хромовой кислоты едким натром агрессивность электролита резко снижается, и в нем можно непосредственно хромировать детали из стали, латуни, цинковых сплавов и др. Поскольку плотность тока в тетрахроматных электролитах высокая, необходимо интенсивное охлаждение его для обеспечения температуры электролита не выше 25°С.

Покрытие, полученное из тетрахроматного электролита, имеет низкие внутренние напряжения и пониженную пористость, вследствие чего оно может применяться для защиты основного металла без подслоя меди и никеля.

Недостатком тетрахроматного электролита является низкая твердость покрытия (3500-4000 МПа), что не позволяет использовать их для защиты трущихся деталей от механического износа. Кроме того, тетрахроматные электролиты нецелесообразно использовать для декоративной отделки, так как осадки хрома получаются серыми, матовыми и доведение их до высокого блеска с помощью полирования связано с большой трудоемкостью.

Для приготовления тетрахроматного электролита растворяют необходимое количество хромового ангидрида в воде и определяют содержание сульфатов в растворе. В отдельной емкости растворяют едкий натр и осторожно приливают его к раствору хромового ангидрида. После охлаждения раствора в него вводят недостающее количество серной кислоты. Электролит требует проработки под током.

Хромирование в проточном электролите: Для повышения скорости процесса применяют хромирование в проточном электролите и в ультразвуковом поле. Эти методы позволяют значительно увеличить рабочие плотности тока и получить осадки хорошего качества с более высоким выходом по току.

Хромирование в проточном электролите. Допустимый предел плотности тока при хромировании в проточном электролите зависит от скорости протекания электролита и расстояния между анодом и катодом. Чем больше скорость протекания электролита и расстояние между электродами, тем выше предел плотности тока. Состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 150 г/л

Кислота серная - 1,5 г/л

Расстояние между электродами = 2,5 мм

Скорость протекания электролита = 10-100 см/с

Плотность тока = 60-160 А/дм2

Хромирование в ультразвуковом поле. Наложение ультразвукового поля в процессе хромирования повышает плотность тока до 200 А/дм2, улучшает кроющую способность электролита. При хромировании в стандартном электролите при плотности тока 100-200 А/дм2 и температуре 50-60С с наложением ультразвукового поля интенсивностью 2-3 Вт/см2 получают осадки повышенной твердости и высоким выходом по току. При хромировании и тетрахроматном электролите с добавками солей кальция при плотности тока до 200 А/дм2 и интенсивности ультразвукового поля 1,0-1,5 Вт/см2 получаются осадки с микротвердостью 6000-11000 МПа; выход по току при этом составляет 40%, Применение ультразвука рекомендуется также при непосредственном хромировании алюминиевых сплавов без промежуточного подслоя.



3. Охрана труда и техника безопасности при выполнении работ

При приготовлении электролита и эксплуатации ванны хромирования необходимо соблюдение правил техники безопасности.

Хромовый электролит легко окисляет органические вещества, поражает кожу и слизистые оболочки дыхательных путей.

Рабочие, обслуживающие хромовые ванны, должны снабжаться резиновой спецодеждой: фартуками, перчатками и сапогами. Для предохранения глаз необходимо иметь защитные очки.

Ванна хромирования должна быть обеспечена безупречно действующей бортовой вентиляцией.

Перед работой носовую полость необходимо смазывать мазью, состоящей из двух частей вазелина и одной части ланолина. При попадании хромовой кислоты на кожу рук, образовавшееся темное пятно следует смыть раствором, состоящим из одной части спирта, одной части соляной кислоты и двух частей воды.

Хромировочный участок цеха должен быть снабжен песком и огнетушителями.

Бензин, керосин, ветошь, целлулоид и т.п. горючие и легковоспламеняющиеся материалы допускается иметь на участке в количествах, необходимых лишь для текущей работы.

Хранить их следует в металлических плотно закрывающихся ящиках.

Во время работы хромировочной ванны на электродах обильно выделяются пузырьки кислорода и водорода, увлекающие электролит и образующие над ванной туман из распыленного электролита. Хромовый ангидрид и его растворы относятся к вредным веществам, поражающим кожу и слизистые оболочки дыхательных путей.

Основными средствами борьбы с этой вредностью являются: усиленная вентиляция, нанесение на поверхность электролита в ванне барьерного слоя и снижение концентрации хромового ангидрида в электролите.

В основе усиленной вентиляции является местное удаление испарений электролита путем устройства по бортам ванны щелевого отсоса с таким объемом удаляемого воздуха, чтобы его скорость над серединой ванны превышала бы скорость подъема паров электролита. Расчет этой вентиляции должен производиться по специальному положению.

Создание барьерного слоя на поверхности электролита можно осуществить слоем поплавков из полихлорвиниловых или полиэтиленовых трубочек.

Более практичным является введение в электролит препарата «хромин», который во время хромирования образует на поверхности ванны барьерный слой из пены. Достаточно 3 г/л хромина для создания необходимого барьерного слоя, позволяющего уменьшить унос хромового ангидрида в вентиляцию ванны на 50 %.

При всех видах работ на участке хромирования должны выполняться указания, содержащиеся в «Правилах техники безопасности и производственной санитарии при производстве металлопокрытий».

4. Сравнение вашего выбранного способа с каким любо другим - достоинства и недостатки

Обзор способов хромирования и областей его применения свидетельствует о широком использовании хрома в промышленности. Однако не все возможности технологии хромирования исчерпаны. В настоящее время исследования в области хромирования производятся в различных направлениях.

Одно из таких направлений имеет в виду интенсификацию и стабилизацию процесса хромирования. Этот вопрос одновременно решается различными путями.

Первый путь состоит в повышении катодной плотности тока при хромировании до 200--300 А/дм2. Наряду с повышением катодной плотности тока для получения блестящих осадков хрома необходимо также увеличивать температуру электролита, т. е. придерживаться рабочего интервала хромовой ванны.

При этом скорость осаждения хрома возрастает не только за счет применения более высоких плотностей тока, но также и за счет увеличения выхода по току.

Изготовленные из сплава, содержащего 4% Ag, 8% Sn, 2,5% Со, остальное Рb, обладают достаточной коррозионной стойкостью. Добавка к свинцу 1--4% Аg сильно снижает потенциал анода и замедляет скорость образования РbCг и скорость окисления Сг +.

Хромовые покрытия имеют гладкую поверхность и мелкокристаллическую структуру. Пористость таких осадков хрома больше, чем осадков хрома, полученных из растворов шестивалентного хрома. Отражательная способность, наоборот, ниже в 1,5--2 раза.

Потенциал хрома, полученного из растворов Cr2(S04)з, на 0,2--0,3 в положительнее потенциала хрома, осажденного из растворов CrОз.

Приведенные сведения об осаждении хрома из растворов трехвалентных его соединений требуют тщательной экспериментальной проверки и дополнительных исследований, на основании которых может быть решен вопрос о рентабельности этого способа для промышленных целей.

Наряду с этими изысканиями важное значение придается стабильной работе электролитов промышленного состава.

Так, НИИХИММАШ предлагает саморегулирующийся электролит, имеющий состав хромового ангидрида -- 250 г/л, сернокислого стронция 5 г л, крем нефтористоводородного натрия -- 20 г/л, двухромовокислого калия -- 20 г/л. В таком электролите содержание сульфатпона автоматически регулируется введением труднорастворимой соли стронция.

Таким образом, накопившийся к настоящему времени опыт по практическому применению хромирования и новые исследования в этой области создают предпосылки для совершенствования технологии процесса электролиза и дальнейшего улучшения свойств хрома.

Железнением называют нанесение электролитического железа на детали.

При ремонте автомобилей железнение применяют для восстановления изношенных поверхностей деталей. По сравнению с хромированием у железнения КПД в 6 раз больше.

Процесс железнения может проходить в 15 раз быстрее и толщина покрытия может достигать 1,5 мм. А химические компоненты более доступны и дешевле. В то же время покрытия достаточной твердости и износостойкости, сравнимые с закаленной сталью марки 45.

Применяют растворимые аноды, которые изготовляются из малоуглеродистой стали. Из анода по мере растворения в ходе электролиза выпадает шлам. Чтобы электролит не загрязнился, анод помещают в мешок из шерстяной или стеклоткани.

Электролитом является водный раствор хлористого железа FeCl2- 4H2O и соляной кислоты, куда при надобности добавляются и другие компоненты. Так, например, хлористый марганец МnСl- 4Н2О улучшает сцепление покрытия с основным металлом, а хлористый никель NiCl- 4Н2О повышает износостойкость.

Изменяя концентрацию компонентов и температуру электролита, а также плотность тока, можно получить покрытия с разными свойствами. Например, при электролите с малой концентрацией и низкой температурой и при большой плотности тока получается тонкое, но достаточно твердое покрытие.

Из-за возникновения при железнении растягивающих напряжений усталостная прочность деталей уменьшается до 30 %. Ее можно повысить отпуском деталей при температуре 450 °С, но при этом снижается твердость поверхности детали.

Целесообразно восстанавливать железнением изношенные шейки валов и отверстия под подшипники.

Но при железнении крупных деталей в ваннах придется затрачивать много труда для изоляции больших поверхностей. Для упрощения работы успешно применяют вневанное проточное железнение .

В восстанавливаемом месте создается микрованна, в которой находится анод.

Проточный электролит позволяет повысить плотность тока, и процесс ускоряется в 10...15 раз. Применяется и беспроточное вневанное железнение.



Библиография

1. Батищев А.Н,, Голубев И.Г., Лялякин В.П. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники.- М.: Информагротех, 1995.- 295 с.

4. Дружков Г.Ф. Ремонт и восстановление деталей и сопряжений технологического оборудования лесного комплекса: Текст лекций.- М.: МГУЛ,1997.- 79 с.

5. Молодык Н.В., Зенкин А.С. Восстановление деталей машин.- М.: Машиностроение, 1989.- 478 с.

7. Ресурсообеспечение при технической эксплуатации сельскохозяйственной техники. Ч 1,2. В.И.Черноиванов и др.- М.:ГОСНИТИ,- ФГНУ Информагротех - 2002.- 780 с.

8. Справочник по технологическим и транспортным машинам лесопромышленных предприятий и техническому сервису. Под ред. В.В.Быкова, А.Ю. Тесовского.- М.: МГУЛ, 2000. -564 с).

9. Черноиванов В.И. Восстановление деталей машин.- М.:ГОСНИТИ, 1995.-278 с.

10. Синельников А.Ф. Основы технологии производства и ремонта автомобилей: учебное пособие. - М.: «Академия», 2011. - 320с.

11. Карагодин В.И. Ремонт автомобилей: учебное пособие. - М.: «Академия», 2012. - 496с.

12. Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. СПб: Изд-во Политехн. Ун-та, 2008. - 406с.

14. http://dizel.ucoz.com/forum/98-241-1

Размещено на Allbest.ru