Особенность восстановления деталей прецизионных пар

При пористом хромировании деталей отношение Сг03 / H2SO4 рекомендуется поддерживать в пределах 105-110, что обеспечивает получение оптимальной сетки пористости.

Для повышения производительности процесса электролитического хромирования наряду со стандартными электролитами применяются такие технологические приемы как хромирование в проточном электролите, анодно-струйное хромирование, а также хромирование с применением реверсивного хрома.

Таким образом, электролитическое хромирование является самым результативным способом восстановления прецизионных пар, однако недостаточно высокая производительность и недостаточно высокая твердость покрытий на производительных режимах требует постоянного совершенствования процесса, изыскания новых технологических решений и комбинаций различных методов в единой технологической цепи.

Электролитический хром относится при формировании текстуры к типу, когда преимущественная ориентация кристаллов отсутствует. Кристаллографические свойства осажденного хрома статически изотропны. При осаждении хрома происходит значительное выделение водорода. Процесс характеризуется малым выходом по току, неориентированным расположением зерен.

При составе электролита, г/л: 150 СЮ3, 15 H2SO4, плотности тока 0,2-1,0, температуре 20-100°С ось текстуры соответствует следующим направлениям кристаллографических плоскостей [001], [111]. Покрытия, полученные при 50°С и выше имеют текстуру по оси [111]; при температуре 20°С покрытие имеет текстуру по оси [001]. Тип текстуры [001] обусловливает серый матовый тип хрома; второй тип -- связан с блестящими отложениями. Наибольшее совершенство текстуры наблюдается в покрытиях, полученных при 40 А/дм . Совершенство текстуры уменьшается по мере увеличения разницы между параметрами элементарной ячейки материала катода.

Особое место в ряду технологических процессов, который в настоящее время мало изучен и недостаточно апробирован в ремонтной практике, занимает способ осаждения износостойких покрытий из газовой фазы при термическом разложении металлоорганических соединений (МОС).

Газофазная металлизация позволяет получать покрытие с заданными свойствами при высоких скоростях осаждения на наружных и внутренних поверхностях деталей, порошковых материалах, искусственных и синтетических волокнах. Этот процесс экологически безопасен, легко поддается автоматизации.

Современная химия МОС обеспечивает синтез различных видов этих соединений практически всех металлов периодической системы Д.И. Менделеева.

Однако, осаждение МОС, в том числе и газофазного хрома на подложки из конструкционных легированных сталей не обеспечивает необходимой сцепляемости покрытия.

Согласно теории ориентационного и размерного соответствия проблема сцепляемости может быть решена в условиях нанесения газофазного на тонкий подслой гальванического, нанесенного предварительно на восстановленную деталь.

Задача адгезионной прочности решается путем соединения двух различных, по физической сущности технологий: гальванической и газофазной.

Ставится задача получения качественного диффузного подслоя из саморегулирующегося электролита хромирования, создания на его поверхности сетки трещин и нанесение на этот подслой необходимой для восстановления толщины газофазного хрома и изучение физико - химических свойств покрытий. Следует отметить также, использование традиционных методов исследования не позволяет полностью оценить качественных состав исследуемых покрытий. Поэтому использование современных аналитических методов широкого пространственного разрешения на уровне атомных слоев и высокой элементной и фазовой чувствительности позволяет по-новому провести оценку качества покрытий. Использование проводимых методов элементного и фазового состава с помощью рентгенофазного анализа (РФА), рентгеноструктурного микроанализа (РСМА), рентгеновской фотоэлектронной спектрометрии (РФЭС), масспектромет- рии вторичных ионов (МСВИ) позволяет проследить физико-химические характеристики на отдельных этапах разрабатываемого технологического процесса с целью корректировки в желаемом направлении.

На основании имеющихся сведений в отечественной и зарубежной литературе проделан анализ металлоорганических соединений, по результатам которого сделан их предварительный выбор для использования при восстановлении деталей в условиях ремонтных предприятий в АПК (Рис. 2.3).

Рисунок 2.3. - Металлоорганические соединения для восстановления деталей машин

Указанные МОС позволяют получать износостойкие покрытия с необходимыми физико-механическими, химическими и технологическими свойствами и по своим характеристикам могут использоваться как в виде индивидуальных соединений, так и в виде смесей при совместном разложении и осаждении.

Многообразие видов МОС, выпускаемых в промышленных масштабах, позволяет создавать технологические процессы с использованием различных технологических методов нанесения покрытий из газовой фазы. На промышленных и ремонтных предприятиях эксплуатируется несколько видов и моделей установок для нанесения покрытий из газовой фазы. Все они работают по схеме: подготовка исходных веществ к реакционному состоянию, транспортировка их в зону металлизации, термическое разложение и осаждение на поверхность подложки и сбор побочных продуктов химических реакций процесса. При разработке технологического оборудования широко применяется серийно выпускаемое промышленностью электровакуумное оборудование, узлы привода, контрольно- измерительные приборы и т.д.

Рисунок 1.7 - Экспериментальная технологическая схема экспериментальной установки для получения карбонильных покрытий в вакууме: 1 - подвижный электроконтакт; 2 - графитовый нагреватель; 3 - патрубок для подачи паров карбонилов; 4 - вакуумный реактор; 5 - термопара; 6 - сублиматор; 7 - ваккууметр; 8 - трансформатор; 9 - вакуумный насос; 10 - печь сжигания оксида углерода; 11 - печь доразложения паров карбонилов; 12 -- электронный потенциометр; 13 - ротаметр

Основным узлом любой из установок является реакционная камера (реактор) (рис. 2.4) для нанесения покрытий, проектирование и изготовление которой производится индивидуально, в зависимости от вида и программы выпускаемой продукции, технических требований по толщине наносимых покрытий, шероховатости поверхности, твердости и т.д. Решения этих вопросов достигают применением способов нагрева с использованием инфракрасных ламп, индукционного нагрева при приготовлении газовой смеси как вне реакционных камер, так и непосредственно в зоне разложения. Анализ разработанного для этих целей оборудования позволяет сделать выводы о целесообразности использования некоторых вариантов конструктивного исполнения в качестве базовых при разработке установок, приспособлений и оснастки для восстановления деталей машин.

Выбор конкретных металлоорганических соединений для восстановления возможен только после исследования термодинамики и кинетики химических реакций процессов разложения и осаждения покрытий. Исходные материалы для металлизации из газовой фазы представляют собой вещества, находящиеся в жидком или твердом состоянии.

В результате анализа развития теоретических и практических исследований метода газофазной металлизации при термическом разложении и осаждении МОС установлено, что в зависимости от вида исходных соединений, состава газовой смеси и технологических режимов процесса имеет место выделение металлов и их соединений, форма которых может изменяться от кристаллической до аморфной. При этом получаются однородные покрытия с высокой плотностью, пористые покрытия и порошковые материалы. Чистые металлы получаются в ходе основных химических реакций процесса. При сопутствующих химических реакциях образуются оксиды, карбиды, нитриды и другие соединения.

К числу преимуществ карбонильного метода следует отнести высокую скорость металлизации (5-10 мкм/мин), что в 20 раз выше скорости металлизации при гальваническом методе, значительно меньшую пористость покрытий, возможность металлизации неметаллов и экологическую безопасность. Карбонильный метод позволяет получать высококачественные металлические покрытия, тонкие металлические пленки, ферромагнитные пленки для элементов памяти электронно-счетных устройств, металлические слои для звукозаписи. С помощью этого метода решается задача металлизации волокон, тканей, бумаги, а также дисперсных частиц - порошков и зерен эльбора и алмаза.

Карбонилы металлов испаряются и разлагаются до металлов при сравнительно низких температурах. Наиболее характерным свойством карбонилов является их высокая летучесть. Летучесть карбонилов обусловлена атомной конфигурацией их молекул, расположением электрического поля в каждой молекуле. Кроме того, летучесть зависит от сил сцепления молекул между собой.

Таким образом, карбонилы металлов в силу природы своего строения являются исключительно удобными объектами их использования в качестве легколетучих исходных веществ для управляемых процессов низкотемпературной диссоциации с целью получения металлов различных модификаций с заранее заданными (регулируемыми) свойствами. Учитывая универсальные возможности карбонил-процесса и широкую номенклатуру восстанавливаемых деталей тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин, газофазная металлизация может успешно конкурировать с традиционными процессами восстановления изношенных деталей и соединений, в том числе и прецизионных золотниковых пар гидросистем.

Особое место в ряду карбонильных процессов занимает газофазное хромирование. Его отличает высокая скорость разложения, беспористость получаемых покрытий, высокая рассеивающая способность, невысокая температура ведения процесса. Преимуществом этого метода является также возможность автоматизации процесса в его замкнутом цикле, что позволяет отнести его к экологически безопасным технологическим процессам. Особо следует отметить получение текстурированных хромовых покрытий с ярко выраженной карбидной фазой, что особенно важно при повышении износостойкости прецизионных золотниковых пар.

Реакция разложения для карбонила хрома выглядит следующим образом:

Сг (СО)6 ----> Сг + 6 СО

Следует, однако, отметить, что основным недостатком, который не позволяет внедрить указанный способ в ремонтную практику для восстановления прецизионных деталей гидросистем, в частности ремонт золотников - низкая сцепляемость покрытия с основным металлом, т.е. различные высококачественные стали, применяемые при изготовлении прецизионных деталей, и являющиеся в случае восстановления подложками, не позволяют получать надежную адгезию с покрытием.

Добиться адгезионной прочности покрытия можно различными методами. Широко используются следующие методы предварительной подготовки перед нанесением покрытия: дробеструйная обработка, алмазное выглаживание, нанесение рваной резьбы, электроискровая обработка с одновременным легированием, травление поверхности в электролитах. Однако высокой эффективности все эти методы не достигают.

Опираясь на теорию ориентационного и размерного соответствия /29, 35/ задача повышения адгезионной прочности решается путем нанесения на восстанавливаемую деталь подслоя однородного или того же металла, полученного другим способом.

Поскольку в рассматриваемом случае и при гальваническом и газофазном методе мы получаем хром, то нанесение подслоя пористого гальванического хрома, являясь подготовительной операцией для нанесения газофазного хрома, позволяет решить задачу повышения прочностных характеристик деталей за счет повышения адгезии слоев, при высокой адгезионной прочности к поверхности детали пористого гальванического подслоя хрома. В этой связи, созданная технология восстановления деталей прецизионных пар гидроагрегатов при помощи двухслойного гальваногазофазного хромирования представляет значительный научный и практический интерес.

Размещено на Allbest.ru