Хромирование стальных деталей

Технологический процесс хромирования стальных деталей в сернокислом и саморегулирующемся электролитах состоит из трех этапов: подготовки, хромирования и обработки после хромирования.

Первый этап. Для того чтобы получить правильную геометрическую форму, изношенные поверхности детали шлифуют. В гальваническом цехе хромируемые поверхности деталей подвергают тонкому шлифованию абразивным полотном зернистостью 140—270.

Эта операция необходима для уменьшения шероховатости поверхности и удаления тонкого слоя окислов.

При шлифовании перед хромированием желательно снимать наименьший слой металла с детали. Если снимать значительный слой металла, то приходится выдерживать детали в ванне значительно дольше, чем это требуется по величине износа. При этом непроизводительно расходуется большое количество электроэнергии и дорогостоящего хромового ангидрида.

Чтобы снизить припуски на механическую обработку, необходимо применять более точные шлифовальные станки, а также желательно применять полирование деталей перед хромированием.

Величина снимаемого слоя металла перед хромированием стальных деталей зависит от состояния базовых поверхностей деталей, поступающих в ремонт. Поэтому восстановлению базовых поверхностей необходимо уделять особое внимание.

После тонкого шлифования (полирования) деталь промывают в бензине и изолируют нехромируемые поверхности, покрывая их в два-три слоя полихлорвиниловым или специальным лаком. Затем деталь просушивают в сушильном шкафу при температуре 30—40° С. Для приготовления специального лака листовой целлулоид растворяют в ацетоне.

После хромирования слой лака с поверхности детали легко удаляется.

Кроме лака, для изоляции нехромируемых поверхностей детали и подвесного приспособления применяют полихлорвиниловый пластикат. После изоляции нехромируемых поверхностей деталь устанавливают на подвесное приспособление.

Конструкция подвесного приспособления должна обеспечить быстрое и надежное крепление детали, так как требуется хороший контакт хромируемой детали с токоподводящей штангой.

При конструировании подвесного приспособления учитывают возможность свободного доступа силовых линий электрического поля к поверхности детали, а также беспрепятственный выход пузырьков водорода.

В результате неудовлетворительной рассеивающей способности хромового электролита наблюдается повышенная скорость отложения хрома на краях и острых кромках детали. При таком характере отложения осадка усложняется процесс последующей механической обработки деталей. Для того чтобы облегчить последующую механическую обработку, необходимо обеспечить равномерное отложение хрома по всей поверхности детали. Эта задача разрешается путем использования специальных экранов и концентричным расположением анода относительно детали. Кроме того, экспериментальным путем подбирают оптимальную длину анода.

По количеству закрепляемых деталей различают индивидуальные и групповые подвесные приспособления. По конструктивному выполнению они могут быть простые и комбинированные (анодно-катодные).

При хромировании деталей применяют комбинированный способ обезжиривания. Сначала деталь промывают в чистом бензине и просушивают на воздухе. Затем с помощью волосяной щетки деталь тщательно натирают кашицей кальциемагниевой (венской) извести. Обезжиренные детали промывают проточной холодной водой. В процессе промывки проверяют поверхность детали на смачиваемость. Если деталь обезжирена хорошо, то вода стекает равномерно, не образуя отдельные капли. Подготовленные к хромированию детали для предохранения их от окисления помещают в электролит хромовой ванны.

Второй этап. Хромирование начинают с анодной обработки (декапирования), при которой удаляется пленка окислов с поверхности детали, что обеспечивает лучшее сцепление хрома с металлом. Детали погружают в хромовую ванну, и после того, как они нагреваются до температуры электролита (5—10 мин.), включают ток и производят анодное травление в течение 45—55 сек. при плотности тока 15—30 а/дм2.

При хромировании деталей температуру электролита и плотность тока выбирают в зависимости от условий их работы.

Продолжительность процесса хромирования определяют по формуле

где h — толщина слоя хромового покрытия в мм; γ — удельный вес хрома (6,9—7,1 г/см3); С — электрохимический эквивалент (0,324 г/а·час); α — выход хрома по току (при хромировании в сернокислом электролите α = 12÷14%, в саморегулирующемся электролите α = 17÷18%).

При определении толщины покрытия учитывают величину припуска на шлифование. Для уменьшения себестоимости ремонта деталей с помощью хромирования необходимо уменьшать припуски на механическую обработку. Чтобы снизить припуски на механическую обработку после хромирования, следует тщательно полировать детали перед хромированием и добиваться равномерного отложения хрома на поверхности. Для получения качественных осадков хрома, повышения интенсивности покрытия и снижения себестоимости процесса необходимо строго соблюдать принятые режимы хромирования. Это достигается автоматическим регулированием. Для поддержания постоянства температуры электролита в пределах 2—3° и постоянства плотности тока применяют специальные регуляторы.

Третий этап. После хромирования деталь промывают в ванне — уловителе электролита, а затем последовательно в холодной и горячей проточной воде. Далее деталь просушивают, снимают с подвесного приспособления и очищают от изоляции.

Во время предварительного контроля выявляют наружные дефекты: наросты, отслаивание хрома и участки, не покрытые хромом.

Выделяющийся в процессе электролиза водород проникает в микроскопические поры хромового покрытия, повышая его хрупкость. Для удаления водорода детали нагревают в масляной ванне или сушильном шкафу до температуры 150—180° С и выдерживают в течение 2—3 час. Гладкое нокрытие применяют для большинства деталей дизеля, восстанавливаемых способом хромирования.

Пористое хромирование. На поверхности гладкого хрома плохо удерживается смазка, что вызывает интенсивный износ трущихся поверхностей. Для того чтобы улучшить смачиваемость смазкой, поверхность детали растравливают электрохимическим способом. В процессе электролиза на поверхности хромового покрытия образуются микроскопические трещины или поры.

Поверхности деталей, покрытые пористым хромом, лучше противостоят износу по сравнению с поверхностями, покрытыми гладким хромом, и выдерживают большие удельные давления и температуры. Испытаниями установлено, что износостойкость деталей, покрытых пористым хромом, повышается в 3 раза и значительно уменьшаются износы сопряженных деталей.

В зависимости от характера и формы углублений различают канальчатое (рис. 53, а) и точечное (рис. 53, б) пористые покрытия. Канальчатое пористое покрытие получают при анодном травлении молочно-блестящих и блестящих осадков (рис. 49), на поверхности которых образуется крупная и средняя первичная сетка трещин. После анодного травления на поверхности хромового покрытия выявляются узкие глубокие каналы.

Такой вид пористого покрытия применяют для рабочих поверхностей деталей, работающих на износ (шейки валов, рабочая поверхность толкателей и др.). Рис. 53. Виды пористого хромового покрытия: а — канальчатое; б — точечное.

Канальчатое пористое хромовое покрытие плохо прирабатывается, поэтому требуется специальная механическая обработка.

Поверхность точечного хромового покрытия характеризуется большим количеством углублений. Для того чтобы получить такую пористость, матово-блестящие осадки с густой сеткой первичных трещин подвергают анодному травлению. Точечное пористое покрытие хорошо прирабатывается и обладает большой маслоемкостью, вследствие чего его применяют для деталей, работающих в тяжелых условиях (например, поршневые кольца). Точечное хромовое покрытие также рекомендуется для деталей, требующих быстрой приработки.

При пористом хромировании особое внимание уделяется соблюдению установленного режима электролиза. Колебание температуры электролита не должно превышать + 1,5° С. При большем колебании температуры электролита изменяется характер (густота) первичной сетки трещин.

Не меньшее внимание уделяется продолжительности анодной обработки (травления) деталей. В процессе анодной обработки происходит изменение не только размеров пор (глубины и ширины каналов), но и толщины покрытия.

Для получения канальчатого пористого покрытия деталь хромируют при плотности тока 50 а/дм2 и температуре электролита 58— 60° С. Анодное травление продолжительностью 6-8 мин. производят при плотности тока 40 а/дм2. По данным канд. техн. наук Жих В. A., точечный пористый хром получают при следующем режиме: плотность тока хромирования 45 а/дм2; температура электролита 50—52° С; плотность тока анодного травления 40 а/дм2 и продолжительность анодного травления 10—12 мин.

За последние годы на ремонтных предприятиях освоили процесс наращивания изношенных поверхностей малых корпусных деталей из алюминиевых сплавов способом хромирования. Так, при ремонте быстроходных дизелей типа B2-300 и Д6 хромируют установочные поверхности подшипников шестерни привода подкачивающего насоса, шестерни наклонного вала, шестерни наклонного вала привода генератора и других. При соблюдении установленного технологического процесса и оптимальных режимов обработки слой электролитического хрома хорошо сцепляется с алюминиевым сплавом. Отслаивание слоя хрома не наблюдается даже при нагревании детали до 200-250° С.

При высокой температуре вследствие большой разницы коэффициентов линейного расширения алюминиевого сплава и электролитического хрома возможно образование мелких поверхностных трещин. Последние не оказывают существенного влияния на надежность работы детали.

Испытаниями установлено, что перечисленные корпусные детали, восстановленные хромированием, надежно работают в различных условиях эксплуатации дизелей. Хромирование деталей из алюминиевых сплавов имеет следующие особенности. На поверхности детали из алюминиевого сплава образуется окисная пленка, которая препятствует прочному сцеплению слоя хрома с металлом детали. Поэтому в процессе подготовки детали к хромированию принимают меры к удалению естественной окисной пленки. Детали подвергают осветлению (травлению в растворе плавиковой и азотной кислот) и обработке в растворе цинката натрия. В растворе цинката натрия растворяется естественная окисная пленка и обнаженная поверхность алюминиевого сплава вытесняет металлический цинк. Поверхность детали покрывается тонким слоем контактного цинка, который защищает металл от окисления при дальнейшей обработке.

Учитывая контактное вытеснение металлов алюминиевым сплавом, в момент погружения детали в хромовый электролит принимают меры, уменьшающие активность ионов осаждающихся металлов. Деталь подвешивают в ванну под током, величина которого составляет 20—30% расчетной. Вторая особенность заключается в том, что алюминиевый сплав подвержен воздействию кислых и щелочных растворов. Поэтому при подготовке и хромировании деталей из алюминиевых сплавов избегают применения агрессивных растворов; кроме того, требуется тщательная промывка деталей при выполнении подготовительных операций к хромированию.