• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ЗАГАЛЬНI ПОЛОЖЕННЯ ТА ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

7.1 Загальні положення.Електролітичне осадження заліза і хрому є одним з найбільш поширених процесів, які застосовуються при відновленні зношених поверхонь деталей.

Застосування гальванічних покриттів не пов'язане з термічними або
механічними діями на відновлювані деталі, а процесом нанесення покриттів легко керувати. Це визначає переваги в порівнянні з такими традиційними способами компенсації зносу деталей як наплавлення, металізація, пластична деформація. За допомогою гальванічних покриттів при виготовленні і ремонті машин можуть бути вирішені наступні завдання:

- захисно-декоративні покриття (хромування) деталей тракторів і автомобілів;

- підвищення зносостійкості і терміну служби пресформ і штампів для виготовлення виробів з гуми і пластмас;

- підвищення зносостійкості поверхонь пар тертя деталей машин, (циліндрів двигунів, поршневих кілець, штоків гідроциліндрів, плунжерів і втулок паливних насосів);

- зміцнення робочих поверхонь деталей з маловуглецевої сталі;

- нарощування зношених поверхонь деталей при їх відновленні в процесі ремонту машин.

7.2 Характеристика електролітичних процесів.В основі електролітичного осадження металів лежить явище електролізу. Електролізом називаються хімічні процеси, що проходять на електродах при проходженні електричного струму через електроліт. Схема процесу електролізу приведена на рис. 1.

Електролітами називають розчини солей, кислот і лугів, які проводять електричний струм. При розчиненні речовини у воді ii молекули дисоціюють на позитивно і негативно заряджені іони, що знаходяться в хаотичному русі. При зануренні в електроліт електродів, підключених до джерела постійного струму, в електроліті виникає направлений рух іонів і в електричному ланцюзі починає йти струм. При цьому позитивно заряджені іони переміщаються до негативного електроду – катоду, а негативно заряджені іони рухаються до позитивного електроду – аноду.

Досягнувши поверхні електродів, іони втрачають свій заряд (розряджаються), перетворюючись на нейтральні атоми. На катоді осідають метали і водень; анод як правило частково розчиняється, при цьому іони металу переходять в розчин, а на аноді виділяється кисень. Кількісно процес електролізу підкоряється законам Фарадея:

- маса речовини, що виділилася на катоді прямо пропорційна струму і часу його проходження, тобто прямо пропорційна кількості електрики, яка пройшла через електроліт;

- при проходженні однієї і тієї ж кількості електрики через різні електроліти маса речовин, що виділилися або розчинилися, пропорційна їх хімічним еквівалентам.

Рисунок 1 - Схема простого електричного ланцюга при електролізі

Обидва закони Фарадея в загальному вигляді виражають формулою:

М_т=С∙I∙t, (1)

де М_т – маса речовини, що виділилася на катоді (що розчинилася на аноді), г;

С – електрохімічний еквівалент речовини, г/А∙год.;

I – сила струму, що проходить через електроліт, А;

t – тривалість електролізу, год.

Електрохімічний еквівалент показує, яка кількість речовини виділиться на катоді при пропусканні через електроліт однієї ампер-години електрики. Наприклад, для заліза С_з=1,042г/А∙год. для хрому С_х=0.324г/А∙год..

При електролізі одночасно з осадженням металу на катоді виділяється водень, а також протікають і інші побічні процеси, на що витрачається частина електричного струму. Тому дійсна маса нарощеного металу буде менше теоретичної, розрахованої за законом Фарадея. Відношення практично нарощеної на катоді кількості металу М_пдо розрахункового М_т називається виходом металу по струму η_к, який виражають у відсотках:

η_к=(М_п/М_т)∙100%=(М_п/ С∙I∙t)∙100% (2)

Структура і властивості покриттів залежать від режиму електролізу, основними параметрами якого є:

- склад і концентрація електроліту, г/л;

- кислотність електроліту, виражена в г/л або в одиницях рН;

- температура електроліту, ^оС;

- катодна щільність струму, що дорiвнює відношенню сили струму, що проходить через електроліт до площі Sк поверхні, яка нарощується:

D_к=I/S_к, А/дм² (3)

Відповідно до вибраного режиму електролізу і необхідної товщини покриття можна визначити тривалість процесу електролізу

t=1000∙γ∙h/D_к∙С∙η_к,(4)

де t – час, необхідний для отримання покриття заданої товщини, год.;

γ – щільність нанесеного металу (для заліза γ=7,8 г/см³);

h - товщина покриття, мм.

Хромування. Суть цього процесу полягає в тому, що при пропусканні через водний розчин хромового ангідриду (СrO_з) постійного струму, на катоді осідає шар електролітичного хрому. Процесу електролітичного хромування властиві деякі особливості, а саме:

- застосування нерозчинних анодів;

- висока робоча щільність струму і порівняно висока напруга на клемах ванни ( 5-12В ); низький вихід по струму ( 8-30% );

- погана розсіююча здатність.

Електролітичний хром має колір від матово-молочого до сріблясто-блискучого. Щільність його – 6,9 г/см³, температура плавлення – 1800^оС, коефіцієнт лінійного розширення 6,6∙10^-6град^-1. Мікротвердість хромових покриттів, залежно від умов електролізу, може знаходитися в межах від 400 до 1200 МПа. Такі покриття мають низький коефіцієнт тертя, хімічну стійкістю проти дії багатьох кислот і лугів, хоча в соляній і гарячій сірчаній кислоті хром легко розчиняється.

Електроліти для хромування. Головною складовою частиною хромових електролітів є хромова кислота, яка утворюється в результаті розчинення хромового ангідриду у воді:

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄. (5)

Процес осадження хрому на катоді (деталі) протікає тільки у присутності сірчаної кислоти, при недоліку якої виходить неякісний осад, що складається з оксидів хрому. Універсальний електроліт для хромування містить 250 г/л хромового ангідриду (CrO₃) і 2,5 г/л сірчаної кислоти (H₂SO₄). При такому співвідношенні компонентів електроліту (100:1) забезпечується більший вихід хрому по струму, а також хороша рівномірність і висока якість покриття.

Залежно від наявності різних добавок до основних компонентів електроліту розрізняють, наприклад, тетрахроматний і саморегульований електроліти, а з урахуванням температурного режиму електроліти підрозділяються на холодні (при стабілізації температури біля +20^о C) і гарячі (при нагрiваннi електроліту до температури +50^о C і вище).

Аноди для хромування. При хромуванні аноди повинні забезпечувати стабільну роботу ванни протягом тривалого часу і бути хімічно стійкими в хромовому електроліті.

Конструкція і форма анодів повинні сприяти рівномірному нанесенню покриття на поверхні деталей. Для стабільної роботи ванни хромування і отримання осаду високої якості необхідно дотримувати певні вимоги до співвідношення площ анодів і катодів, яке повинне бути не менше 3:1.

Найбільш відповідним матеріалом для анодів є свинець, який слабо розчиняється в процесі електролізу і випадає у вигляді нерозчинного осаду – хромовокислого свинцю не забруднюючи електроліт. Для підвищення твердості і хімічної стійкості застосовують аноди не з чистого свинцю, а з добавкою 6 – 8% сурми.

Під час роботи на поверхні анодів утворюється тонка плівка перекису свинцю і хромовокислого свинцю, який сприяє підвищенню опору в електричному ланцюзі, що може порушити стабільність процесу електролізу. Для нормального перебігу процесу електролізу аноди необхідно періодично очищати від вказаної плівки шляхом обробки їх в 10%-ном розчині їдкого натрію протягом 20 – 50 хв. з подальшою промивкою холодною водою.

Залізнення. Суть процесу залізнення полягає в тому, що при пропусканні через водний розчин хлористого заліза (FeCl₂) постійного струму на катоді осідає шар електролітичного заліза.

Залізнення характеризується добрими техніко-економічними показниками:

- витратні матеріали є дешевими і недефіцитними;

- є можливість управління властивостями покриттів в широких межах (мікротвердість – в діапазоні 1600 – 7800 МПа);

- товщина твердого покриття досягає 0,8 – 2,0 мм;

- зносостійкість твердих покриттів близька до зносостійкістi загартованої сталі ;

- гарне зчеплення з основним металом нарощуваних деталей;

- покриття добре хромуються, що дозволяє, при необхідності, підвищувати зносостійкість деталей комбінованим покриттям «залiзо+хром».

Процес залізнення в порівнянні з хромуванням має ряд переваг:

- швидкість електролітичного нарощування заліза вище, ніж хрому, оскільки електрохімічний еквівалент заліза (1,042г/А∙год) приблизно в три рази більший, ніж у хрому ( 0, 324г/А∙год);

- вихід заліза по струму ( 80 – 95% ) в три рази більший, ніж у хрому;

- отримання покриттів до 2 мм з гарними металевими властивостями.

Електроліти для залізнення. По складу електроліти розподілені на три групи, що розрізняються видом солей заліза: хлористі, сірчанокислі і змішані (сульфатно-хлористі).

Сірчанокислі електроліти в порівнянні з хлористими мають меншу хімічну активність і здатність до окислення, проте поступаються хлористим електролітам по продуктивності і якості покриттів.

За температурним режимом електроліти розділяють на гарячі і холодні. Гарячі характеризуються високою температурою (60-90^оС), що дозволяє проводити залізнення при великій щільності струму і високій продуктивності процесу. Холодні електроліти (електроліз ведеться без нагрівання) в більшості своїй допускають застосування малої щільності струму, а тому процес електролізу з їх застосуванням менш продуктивний. Використання асиметричного струму дає можливість одержувати з достатньою швидкістю міцно зчеплені з основним металом залізні покриття з холодного (20–25^оС) хлористого електроліту.

Універсальний електроліт для залізнення містить 200 г/л хлористого заліза (Fe Cl₂) і 0,8–1,0 г/л соляної кислоти (HCl).

Аноди для залізнення. При електролітичному залізненні застосовують розчинні сталеві аноди з мінімальним змістом вуглецю. Процес супроводжується інтенсивним розчиненням анодів, появою на їх поверхні шламу, який, знаходячись в зваженому стані в електроліті, переноситься до поверхні катода. Тверді частинки шламу осідають на катоді і стають центрами кристалізації, внаслідок чого значно знижується якість осаду. Тому аноди з маловуглецевої сталі поміщають в чохли з склотканини, які затримують шлам і тим самим запобігають забрудненню електроліту.

Перед завішуванням нових анодів у ванну їх знежирюють, промивають у воді і протравлюють в соляній кислоті. Після протравлювання їх знову промивають, зачищають до металевого блиску і занурюють в електроліт. Співвідношення між площами анодів і катодів повинне бути 2:1.

7.3 Сучасні тенденції розвитку процесів електролізу.Останніми роками набули поширення різні технологічні прийоми, що дозволяють значно підвищити якість осадів і продуктивність процесу електролізу. Для ремонтного виробництва представляє інтерес процес осадження металів із застосуванням періодичних струмів (реверсивного, асиметричного, імпульсного). Суть способу полягає в тому, що струм, змінюючись по певному закону, періодично міняє свій напрям (рис. 2). Деталь поперемінно стає то катодом, то анодом, і на ній періодично відбувається то осадження металу, то його короткочасне розчинення. При розчиненні руйнується пасивна плівка на поверхні осаду, а електроліт біля деталі збагачується катіонами металу, внаслідок чого поліпшуються властивості осаду і з'являється можливість підвищити продуктивність процесу за рахунок застосування високої катодної щільності струму. Схема установки для нанесення гальванічних покриттів на асиметричному струмі представлена на рис. 3.

7.4 Методика виконання роботи.Технологічний процес відновлення деталей з допомогою електролітичний покриттів складається з трьох частин: підготовки деталей, нанесення покриття і остаточної обробки.

До підготовчих операцій відносяться: механічна обробка (для надання деталі правильної геометричної форми), знежирення деталей, ізоляцію поверхонь, якi не підлягають покриттю, монтаж підвіски, протравлювання та активацію (декапіювання).

Остаточна обробка складається з миття деталей в холодній і гарячій воді, сушки при температурі 50–100ºС протягом 5–10 хв., обезводнення - при потребі (проварювання деталей в маслі протягом 40–60 хв.) і механічної обробки (шліфування під нормальний або ремонтний розмір).

Лабораторна робота виконується на промисловій установці залізнення 013 – 040 «Ремдеталь». Схема панелі управління установкою показана на рис. 4. Перед початком роботи включають подачу проточної води для охолоджування електронних блоків. Напруга до установки подається після включення пускачів (у правому нижньому кутку схеми) і перемикача «ВЦУ», розташованого в середній частині панелі управління.

Нагрів електроліту у ваннах установки починається після включення тумблерів «АТВ1» і «АТВ2». Температуру нагріву контролюють термометрами «t ^оС₁^» і «t ^оС₂».

Тривалість процесу залізнення задається набором на реле часу значень годин та хвилин ведення процесу, причому для ванн №1 і №2 установка часу проводиться окремо на двох реле – «время желез.1» і «время желез.2».

Перед початком залізнення потенціометри «PIп» і «РIo» регулювання прямої і зворотної складової струму обох ванн встановлюють в ліве крайнє положення. Кнопками «исп. защ.1» і «исп. защ.2» перевіряють роботу захисного відключення нагрівачів у разі пробою напруги на корпус.

Після виконання перерахованих операцій підвісне пристосування з підготовленими до нарощування деталями поміщають у ванну. Відкривають повітряний кран для витіснення електроліту у верхню частину ванни до необхідного рівня.

Струм для процесу електролізу подається включенням кнопки «I», розташованої зліва від перемикача «ВЦУ». Потенціометрами «1РIп» і «2РIп» встановлюють величину прямої (катодної) складової струму, а потенціометрами «1РIо» і «2РIо» – зворотну складову струму.

Рисунок 4 – Схема панелі управління установкою залізнення

Тривалість процесу контролює реле часу, яке відключає подачу струму на ванни пiсля закінчення встановленого часу.

7.5 Сучасні тенденції розвитку гальванічних процесів.В даний час технологія нанесення електролітичних покриттів розвивається в напрямку створення блочно-модульних конструкцій гальванічних ліній. Такі лінії пристосовані до оснащення обладнанням, яке автоматично підтримує на заданому рівні значення параметрів технологічних середовищ, температури, величину постійного та імпульсного струму, а також обладнанням, що забезпечує повернення промивальних вод для повторного використання.

Модульний принцип побудови гальванічної лінії дозволяє легко адаптувати її для одержання різноманітних видів покриттів. Принцип дії такої лінії полягає в періодичному переміщенні касети з деталями із ванни у ванну з послідовним виконанням технологічних операцій: хімічне знежирення, гаряча промивка, декапіювання, гальванічне осадження металу, уловлювання електроліту, струменева промивка, сушка.

Прогресивним заходом, щодо підвищення якості гальванічних покриттів, є застосування фільтрувальних установок, які призначені для фільтрації корозійно-агресивних розчинів при температурі до 90^оС. Також слід відзначити застосування гальванотехнічних стрічок, що само приклеюються, для ізолювання підвісок, а також поверхонь деталей, які не підлягають осадженню покриття.

Читайте також:

1. I. Аналіз контрольної роботи.
2. I. ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
3. I. Загальні положення
4. II. Вимоги безпеки перед початком роботи
5. II. Вимоги безпеки праці перед початком роботи
6. II. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ.
7. II. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
8. II.ТЕОРЕТИЧНІ ПИТАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ
9. III. Виконання бюджету
10. III. Вимоги безпеки під час виконання роботи
11. III. Вимоги безпеки під час виконання роботи
12. III. Вимоги безпеки під час виконання роботи

Переглядів: 2159