книги / Ремонт подъемных кранов

3.5.6 Технологический процесс металлизации

При всех способах ремонта деталей металлизацией техно­ логический процесс состоит из подготовки детали к металли­ зации, нанесения покрытия и обработки детали после метал­ лизации.

Подготовка детали к металлизации включает операции очистки, обезжиривания и механической обработки детали для придания напыляемой поверхности правильной геомет­ рической формы и создания на поверхности детали шерохо­ ватой поверхности с целью улучшения сцепления покрытия с основным металлом. Наиболее распространено образование шероховатой поверхности путём дробеструйной обработки детали чугунной дробью при давлении воздуха 0,4-0,6 МПа в течение 3-5 мин. Детали с твёрдостью свыше 350 НВ под­ вергают электроискровой или анодно-механической обработ­ ке, получая необходимую шероховатость.

Нанесение металла. При металлизации тел вращения деталь закрепляют в центрах токарного станка, а металлизатор устанавливают на суппорте. При металлизации плос­ ких поверхностей напыление осуществляют при помощи металлизатора вручную. Качество покрытия зависит от ряда факторов: давления воздуха в процессе напыления, расстоя­ ния от сопла пистолета до детали, скорости подачи проволо­ ки и скорости движения детали относительно потока распы­ ляемого металла, принятого режима металлизации, обеспе­ чивающего минимальную окисляемость напыляемых частиц. При дуговой металлизации применяют проволоку диамет­ ром 1-1,5 мМ; силу тОка 90-150 А; Скорость подачи прово­ локи 0,6-1,5 м/мин. При меньшей скорости дуга горит с перебоями й покрытие получ&ется неравномерным. Превы­ шение скорости не обеспечивает полного расплавления про­ волоки. Скорость металлизации принимают 5-15 м/мин., про­ дольную подачу металлизатора 1,5-5 мм/об.

Механическая обработка напыленных покрытий имеет ряд особенностей, связанных с их повышенной хрупкостью

и твёрдостью. В зависимости от припуска на обработку, твёр­ дости и требований качества поверхности напыленного слоя выполняют токарную обработку или шлифование. При точе­ нии напылённых покрытий применяют резцы из сплава Т15К6 с пониженными режимами резания: глубина резания 0,1-0,3 мм, подача 0,1-0,15 мм/об. Шлифование износос­ тойких покрытий, имеющих высокую твёрдость, следует выполнять алмазными кругами на вулканитовой основе.

3.5.7 Эксплуатационные свойства металлизационных покрытий

Прочность сцепления покрытия с основным металлом не­ достаточна. Так, например, прочность сцепления при элект­ рометаллизации составляет 10-25 МПа, при газовой метал­ лизации — 12-28 МПа, при плазменной — до 40 МПа. Проч­ ность сцепления возрастает с ростом силы тока, расхода газа, от применения предварительного подогрева детали до темпе­ ратуры 200-300 °С, подслоев из легкоплавких сплавов или молибдена, а также оплавления поверхности после её напы­ ления.

Износостойкость металлизационных покрытий достаточно высокая, что предопределяется значительной их пористос­ тью (до 10-20 % объёма), которая способствует удержива­ нию в напылённом слое смазочного масла. При плазменном напылении порошковой проволокой получают покрытие с пористостью в пределах 2-5 % .

Значительное повышение износостойкости можно получить при плазменной наплавке путём применения тугоплавких ма­ териалов.

Усталостная прочность деталей весьма низкая, что объяс­ няется слабой прочностью сцепления металлизационного покрытия с металлом детали и необходимостью создания весь­ ма шероховатой поверхности при подготовке детали к метал­ лизации. Поэтому металлизированные детали, особенно по­ лученные способами дуговой и газопламенной металлизации,

не рекомендуется использовать в условиях работы со знако­ переменными и повторными нагрузками.

3.5.8 Определение технологических параметров процесса металлизации

При разработке технологического процесса восстановле­ ния детали металлизацией определяют толщину покрытия, частоту вращения детали, величину тока, время на металли­ зацию. Эти параметры могут быть рассчитаны или подобра­ ны по литературным источникам.

Толщина покрытия цилиндрических поверхностей

где D — номинальный размер детали, мм; d — наружный диаметр подготовленной поверхности, мм; 5' — припуск на механическую обработку; 8 "— дополнительная толщина по­ крытия, перекрывающая углубления, которые возникают при подготовке поверхности детали («рваная» резьба и др.); 8 ” = 1/2 глубины «рваной» резьбы.

Толщина слоя, наносимого за один проход металлизатора,

мм

• 10^ QK,

(3.35)

6 VJSy’

где Q — производительность металлизатора, г/ч; Км — коэф­ фициент использования металла; VH — окружная скорость детали, см/мин.; S — подача металлизатора, см/об.; у — плот­ ность напыленного металла, г/см3.

Величина силы тока

где dn — диаметр проволоки, мм; Vn — скорость подачи про­ волоки, см/мин. (принимают из паспорта металлизатора);

h.C — опытные коэффициенты, для стали: h = 3,5; С = 0,1; для латуни h = 1,5; С = 0,48.

Время на металлизацию, ч

0,006nDlhy

(3.37)

QKM

где D — номинальный диаметр детали, мм; I — длина вос­ станавливаемой поверхности, см.

3.6 Электролитические и химические покрытия

При ремонте строительных и дорожных машин процесс электролитического осаждения применяют для восстановле­ ния деталей, имеющих сравнительно малые износы, для за­ щиты деталей от коррозии, а также для декоративного по­ крытия. В ремонтном производстве наиболее распростране­ ны хромирование и осталивание, в меньшей степени медне­ ние, никелирование, цинкование. При гальванических про­ цессах не изменяются структура и свойства основного мате­ риала детали, так как нагрев детали не превышает 70-90 °С. Твёрдость может быть получена от 50-70 НВ — для цинко­ вых, до 1200 НВ для хромовых покрытий.

жительно заряженные частицы — катионы, которые пере­ мещаются к отрицательному электроду 3 (катоду), где осаж­ даются, превращаясь в нейтральные атомы, и отрицательно заряженные частицы — анионы, перемещающиеся к поло­ жительному электроду 2 (аноду), где также теряют свой за­ ряд и превращаются в нейтральные атомы. При многих про­ цессах катодом служит обрабатываемая деталь, анодом — либо металл, соль которого находится в растворе, либо ме­ талл, который нерастворим в электролите.

Качество покрытий зависит от рассеивающей способности электролита. Под этим понимают свойство электролита обес­ печивать равномерные по толщине покрытия на катодах слож­ ной формы, элементарные поверхности которых размещены па разных расстояниях от анода. Рассеивающая способность электролита Р (в %) определяется по формуле

где К — отношение расстояний катодов от анодов; Кх — ко­ эффициент распределения масс металла, т.е. отношение мас­ сы металла, отложившегося на ближнем катоде, к массе ме­ талла, отложившегося на дальнем катоде.

При гальванических покрытиях деталей, имеющих вы­ ступы или острые кромки, невозможно получить равно­ мерные по толщине покрытия вследствие неодинаковой плотности тока: на выступающих частях плотность тока будет выше, чем в углублениях, т.е. рассеивающая способ­ ность электролита на различных участках детали будет раз­ личной. Для снижения рассеивающей способности элект­ ролита используют ряд приёмов. В частности, сФрёмятся расположить катоды на одинаковых расстояниях от анода (рис. 3.31, а) или применяют дополнительные (защитные) катоды, называемые экранами, которые принимают на себя часть тока и тем самым устраняют образование на высту­ пающей части детали повышенной толщины слоя покры­ тия (рис. 3.31, б).

4)изоляция мест, не подлежащих хромированию, покры­ тием этих мест цапон-лаком в смеси с нитроэмалью в соотношении 1:2, либо нанесением плёнки из перхлорвинилового пластика толщиной 0,3-0,5 мм, либо при­ менением клея БФ и др.;

5)окончательное обезжиривание детали (эта операция дол­ жна выполняться весьма тщательно, так как тончайшая жировая плёнка изолирует поверхность детали от элект­ ролита. Наилучшие результаты обеспечивает электрохи­ мическое обезжиривание с подвеской детали на катоде. В качестве электролита используют щелочной раствор следующего состава (в г/л): едкий натр — 10, кальцини­ рованная сода — 2,5, тринатрийфосфат — 2,5, эмульга­ тор ОП-7 — 2-5. Обезжиривание протекает при темпера­

туре раствора 70-80 °С, плотности тока 5-10 А/дм2, дли­ тельности процесса 1-2 мин.);

6)анодная обработка (декапирование), выполняемая с це­ лью удаления с поверхности детали тончайших плёнок окислов (эта операция осуществляется путём погруже­ ния детали вместе с подвеской в ванну для хромирова­ ния, но при включении обратного тока, т.е. анодом слу­ жит деталь. Процесс сводится к электролитическому растворению металла и одновременно к механическому отрыву окислов выделяющимся кислородом. После за­ вешивания детали в ванну её предварительно прогрева­ ют без тока 1-2 мин., а затем ведут анодную обработку

втечение 30-45 с при плотности тока 30-35 А/дм2). После анодной обработки деталь, не вынимая из ванны,

переключают на катод и наносят покрытие.

Хромирование. При хромировании в качестве электроли­ та используют водный раствор хромового ангидрида (Сг03). Процесс хромирования удовлетворительно протекает в при­ сутствии ионов S04 с применением нерастворимых (свинцо­ во-сурьмянистых) анодов (95 % свинца и 5 % сурьмы). Сер­ ная кислота в электролите играет роль катализатора, способ­ ствуя осаждению хрома. Соотношение между концентраци­

ей хромового ангидрида и серной кислотой (Cr03/H 2S04) дол­ жно находиться в пределах от 90 до 120. В этом случае обес­ печивается наибольший выход по току хрома.

В зависимости от назначения покрытия применяют элект­ ролиты различных составов, приведённые в таблице 3.18.

Таблица 3.18 Состав электролитов для хромирования

Электролит № 1, называемый разведенным, обеспечивает наиболее высокую износостойкость покрытия, отличается относительно высоким выходом хрома по току (16-18 % ) и лучшей рассеивающей способностью. Электролит N° 3, назы­ ваемый концентрированным, используют для защитно-деко­ ративных целей. При хромировании на этом электролите выход по току относительно мал (10-12 %). Этот электролит отличается низкой рассеивающей способностью. Электролит N° 2, называемый универсальным, по своим показателям за­ нимает промежуточное положение и применяется для полу­ чения износостойких покрытий с хорошими защитно-деко­ ративными свойствами.

В зависимости от плотности тока и температуры электро­ лита при неизменном его составе можно получить покрытия трёх видов: серые (матовые), блестящие и молочные. На ри­ сунке 3.32 показана схема расположения зон хромовых осад­ ков для ванны с содержанием хромового ангидрида Сг03 250 г/дм3. Серые осадки отличаются высокой твёрдостью, по­ вышенной хрупкостью и пониженной износостойкостью. Се­ рые осадки при восстановлении деталей не применяют. Бле­ стящие осадки обладают большой твёрдостью, но меньшей

крытия, либо механически проникать в катодный осадок с образованием пустот, значительным искажением кристалли­ ческой решётки, что в свою очередь приводит к повышению внутренних напряжений в осадке (водородная хрупкость). Внутренние напряжения имеют отрицательные значения (ра­ стягивающие напряжения). Если эти напряжения превыша­ ют предел прочности покрытия на растяжение, то в хромо­ вом покрытии возникают трещины. Для ориентировочного подсчета времени хромирования можно принять, что при ис­ пользовании электролита № 2 скорость осаждения хрома со­ ставляет в среднем 20 мкм/ч.

Заключительные операции после хромирования следую­ щие. Промывка детали вместе с подвеской в ванне с дистил­ лированной водой с целью сбора дорогостоящего хромового ангидрида. Промывка в холодной проточной воде и затем погружение на 0,5-1 мин. в ванну с 3-5%-ным раствором кальцинированной соды для нейтрализации остатков элект­ ролита и в заключение — промывка в тёплой проточной воде. Демонтаж деталей с приспособления, удаление изоляции и сушка в сушильном шкафу при температуре 120-130 °С. С целью снятия в хромированном слое внутренних напряже­ ний, возникающих в результате растворения в хромовом по­

крытии водорода, в отдельных случаях проводят тепловую обработку деталей путём их нагрева в масляной ванне до тем­ пературы 150-120 °С с выдержкой в течение 1,5-2 ч. Завер­ шающей операцией является шлифование хромированных поверхностей электрокорундовыми кругами с зернистостью 60-120 и твёрдостью M l-М 3. Припуск на шлифование ос­ тавляют 0,08-0,1 мм. Хромовые покрытия, нанесённые с де­ коративной целью, подвергаются полированию с применени­ ем паст ГОИ.

Ванны для хромирования. Хромирование осуществляют в ваннах, имеющих мощный бортовой отсос, так как при хро­ мировании выделяются вредные пары. Внутреннюю сторону ванны облицовывают кислотоупорным материалом (винип­ ластом, эпоксидной смолой и др.). В ванну встраивают подо­ греватель. Для поддержания определённой температуры элек­ тролита используют терморегулятор. Наружный кожух ван­ ны изготовляют с теплоизоляцией. Источником тока служат низковольтные (6-12 В) генераторы, рассчитанные на ток от 250 до 1500 А, либо выпрямители.

Пористое хромирование. Рассмотренный выше процесс хромирования обеспечивает получение так называемого глад­ кого хрома, который характеризуется слабой смачивающей способностью по отношению к маслу и плохой прирабатываемостью. С целью устранения этих недостатков применяют пористое хромирование, т.е. образование на поверхности по­ крытия пор. Наиболее просто получить пористость электро­ литическим способом путём анодного травления покрытия в электролите. Анодное травление деталей проводят в той же хромовой ванне, в которой их хромировали, путём переклю­ чения полярности тока (деталь становится анодом). Продол­ жительность травления 5-10 мин. В это время происходят растворение хрома, протекающее более активно по границам первичных микротрещин, и образование пор канальчатого или точечного типа. На рисунке 3.33 показана схема форми­ рования канальчатого (а) и точечного (б) пористого хрома. Канальчатый хром получают при анодном травлении модоч-