4.4. Свинцевание

Свинцовые покрытия применяются для защиты деталей из черных и цветных металлов от действия серной и сернистой кислот и их соединений. В гальванотехнике свинцовые покрытия служат защитой подвесочных приспособлений от растворения при анодных процессах, происходящих при электрополировании в растворах серной, хромовой и фосфорной кислот. Свинцевание применяется для покрытия дополнительных анодов, используемых при хромировании. Толщина свинцовых покрытий зависит от назначения покрытия и может изменяться от 50 до 2000 мкм.

Наиболее широкое применение имеют фторборатные и кремнефторидные электролиты свинцевания. В этих электролитах свинец находится в виде двухвалентного катиона РЬ²⁺. Состав фторборатного электролита (г/л) и режим работы следующие:

Фторборат свинца.. .180 - 200

Борфтористоводородная кислот .................40 - 45

Столярный клей............................................0,5 - 1,0

Температура электролита, С......................15 - 25

Плотность тока, А/дм2.....................................2

Фторборатный электролит обладает относительно низкой рассеивающей способностью и склонностью к дендритообразованию. В качестве анодов используется чистый свинец. Катодный и анодный выходы по току близки к 100 %.

К основным неполадкам при свинцевании относится образование крупнокристаллического осадка, что может произойти при пониженном содержании свободной кислоты и клея в электролите. Плохое сцепление свинца с металлом основы может иметь место при плохой подготовке перед покрытием или из-за наводороживания поверхности деталей перед покрытием. Высокая плотность тока и избыток свободной кислоты вызывают наросты на краях и значительное газовыделение водорода на катодах при электролизе.

Новым электролитом свинцевания с высокой рассеивающей способностью, разработанным в ЛТИ им. Ленсовета, является электролит на основе нитрилтриуксусной кислоты. Данный электролит стабилен и позволяет получать мелкокристаллические, светлые беспористые уже при малых толщинах свинцовые покрытия. Оптимальный состав (г/л) и режим электролиза следующие:

Свинец (в пересчете на металл)...................80 - 100

Нитрилтриуксусная кислота (трилон А)...150—170

Препарат ОС-20..................................................1

Полиокс-100... ......4,5 - 5,5

Желатина ............1

рН ............6

Катодная плотность тока при переме-

шивании, А/дм2.....................................................1 - 2

Контрольные вопросы

1. С какой целью наносят гальванический цинк на стальные детали?

2. Какой электролит цинкования обладает самой высокой рассеивающей способностью?

2. Какой электролит по рассеивающей способности не уступает цианистому электролиту?

2. Для чего вводятся поверхностно-активные вещества в цинкатный электролит цинкования?

3. В каких случаях применяется кадмиевое покрытие?

4. Как повысить химическую стойкость цинковых и кадмиевых покрытий?

5. Гальванические покрытия,

применяемые для увеличения

прочности деталей

5.1. Износостойкое и пористое хромирование

Износостойкое хромирование применяют для повышения износостойкости новых деталей машин и инструментов, подвергающихся механическому износу в процессе работы; для восстановления изношенных деталей и для исправления деталей, размеры которых оказались заниженными при механической обработке. Чаще всего износостойкому хромированию подвер­гаются стальные и чугунные детали машин.

По сравнению с защитно-декоративными хромовыми покрытиями процесс износостойкого хромирования обладает некоторыми особенностями: 1) применяемая плотность тока при износостойком хромировании в несколько раз больше, чем при защитно-декоративном; 2) толщина слоя хрома значительно больше, что приводит к необходимости увеличивать продолжительность процесса, которая достигает в ряде случаев десятков часов; 3) режим электролиза и состав электролита должны обеспечивать наилучшую рассеивающую способность с целью повышения равномерности распределения хрома по поверхности; по этой же причине особое внимание уделяется расположению деталей в ванне; 4) хромирование производится непо­средственно по основному металлу без подслоя меди и никеля.

Для износостойкого хромирования, как правило, применяют разбавленный сульфатный электролит (150 г/л СгО₃ и 1,5 г/л H₂SO₄) или стандартный (250 г/л СгО₃ и 2,5 г/л H₂SO₄). Применяются также сульфатнокремнефторидные саморегулирующиеся и хромокадмиевые электролиты.

Рассмотрим несколько примеров применения износостойкого хромирования.

Хромирование титановых и алюминиевых сплавов. Наличие на этих сплавах прочной окисной пленки препятствует хорошему сцеплению их с хромом. При хромировании титановых сплавов рекомендуется предварительно протравить титан в концентрированной соляной кислоте в течение 1 ч при температуре 50 °С. Такая обработка приводит к образованию на поверхности титана пленки гидрида титана, на которую можно наносить хром из обычных электролитов. Особенно хорошие результаты получаются при нанесении хрома на титан в ультразвуковом поле.

Хромирование алюминиевого сплава (силумина) можно осуществить по следующей технологии: обезжиривание в 10 %-ном растворе едкого натра, осветление в разбавленной смеси азотной и плавиковой кислот, анодирование в фосфорной кислоте, меднение в сернокислом электролите и хромирование в проточном электролите (проток 10—20 см3/с) при плотности тока 30 А/дм2 и температуре 80 °С.

Хромирование по заданным размерам. Покрытие деталей равномерным слоем хрома до заданного размера получило название размерного хромирования. При размерном хромировании необходимо точно сохранить первоначальную форму деталей. Например, при хромировании цилиндрических деталей конусность или овальность не должны выходить за пределы допуска. Для осуществления размерного хромирования необходимо применение фигурных анодов, изолирующих экранов и специальных подвесочных приспособлений, позволяющих жестко монтировать детали и аноды. Монтаж должен выполняться таким образом, чтобы расстояние между электродами было одинаково для всех участков площади поверхности детали.

Если предъявляются очень высокие требования к шероховатости поверхности покрываемой детали и величине допуска на изготовление, то размерное хромирование пригодно только при нанесении сравнительно малых толщин хрома. Примером могут служить гладкие калибры, хромируемые на толщину слоя 10— 20 мкм.

Более толстые хромовые покрытия обычно наносят с припуском на шлифование. Перед хромированием производится обычно анодное активирование в течение 30 с. Хромирование осуществляется в любых электролитах, дающих износостойкое блестящее покрытие. Калибры одного размера хромируются одновременно по несколько штук в специальном приспособлении, показанном на рис. 12. Приводится два варианта приспособлений, обеспечивающих достижение равномерности покрытия: стальные защитные катоды и экраны из изоляционного материала.

Хромирование металлорежущего инструмента. Хромирова­ние режущей части инструментов позволяет уменьшить силу трения при резании, значительно снизить температуру резания и в силу этого повысить износостойкость инструмента. Наиболее эффективным является хромирование режущего инструмента с небольшими нагрузками на режущую кромку (развертки, метчики, фрезы).

Хромирование металлорежущего инструмента, используемого для обработки стали, повышает их износостойкость в 3—4 раза, а при обработке цветных металлов стойкость режущих инструментов уве­личивается в 5—8 раз. Толщина слоя хрома при покрытии обычно составля­ет 3—4 мкм для метчиков, 5—10 мкм — для сверл и разверток и 20—30 мкм — для долбяков. Условия электролиза для хромирования режущего инструмента аналогичны условиям для хромирования мерительного. После нанесения покрытий проводится терми­ческая обработка при 200°С в течение 1,5—2 ч для удаления водорода.

Хромирование пресс-форм, штам­пов, матриц и пуансонов. При хромировании инструментов, имеющих сложную форму рабочей поверхности, требуется применение соответствующих фигурных анодов или местных дополнительных анодов сравнительно простой формы с индивидуальным регулированием тока. Хромирование пресс-форм рекомендуется осуществлять в разбавленном сульфатном электролите или саморегулирующемся электролите в режиме осаждения блестящего хрома.

Штампы для деталей, изготавливаемых методом холодной вытяжки, рекомендуется хромировать при режимах, указанных для пресс-форм. Толщина слоя хрома должна составлять 15— 30 мкм, а поверхность должна быть гладкой и блестящей.

Хромирование внутренних поверхностей деталей и металло­обрабатывающего инструмента. Хромирование осуществляется при максимально точном центрировании анода относительно покрываемой поверхности, что должно обеспечить равномерность отложения слоя хрома и требуемую точность размера.

Хромирование цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Хромирование деталей цилиндра поршневой группы имеет широкое распространение. Для повышения износостойкости хромом покрывают цилиндры, поршневые кольца и другие детали, подвергающиеся механическому износу. Толщина слоя хрома достигает 0,3—0,5 мм. Практикой установлено, что поверхность цилиндра двигателя, покрытая гладким хромом, после 3—5 ч работы оказывается полностью разрушенной вследствие недо­статка смазки. Это происходит из-за сильного местного разогревания покрытия и выкрашивания частиц хрома.

Увеличение срока службы цилиндра достигается двумя способами. Первый способ заключается в пористом хромировании внутренней поверхности цилиндра, работающего в паре с чугунными поршневыми кольцами. В этом случае многократное увеличение общего срока службы цилиндра происходит за счет проведения повторного хромирования цилиндра. Второй путь заключается в попористом хромировании поршневых колец, которые работают в паре с нехромированным цилиндром. Износостойкость деталей, покрытых пористым хромом, возрастает в 3—5 раз.

Пористое хромирование является разновидностью износостойкого хромирования и заключается в дополнительной анодной обработке хромированной поверхности детали с целью создания на ней большого числа пор и каналов, что обеспечивает хорошую смазку маслом в процессе эксплуатации трущейся пары. Способ получения пористого хрома заключается в химическом или электрохимическом травлении блестящего хромового покрытия, имеющего микроскопическую сетку трещин.

Растворение хрома происходит прежде всего по границах этих трещин, вследствие чего размеры трещин увеличиваются. Такие трещины принято называть каналами. В эти каналы благодаря капиллярным свойствам легко затекает масло, что и обеспечивает смачивание всей поверхности хрома, а это, в свою очередь, уменьшает не только истирание детали, покрытой пористым хромом, но и поверхности детали, сопряжено работающей.

Чтобы хорошо удерживать смазку, каналы пористого хрома должны обладать определенной глубиной и шириной, что соответствует оптимальной степени пористости (под степенью пористости понимается отношение площади, занятой каналами, ко всей площади покрытия). Степень пористости (густота сетки, ширина и глубина каналов) зависит от условий хромирования: отношения СгО₃: H₂SO₄ в электролите, катодной плотности тока, температуры электролита, но главным образом от количества электричества, израсходованного на процесс анодного травления.

При пористом хромировании детали отношение СгО₃: : H₂SO₄ рекомендуется держать 105—110. Уменьшение катодной плотности тока вызывает образование более густой сетки каналов. Оптимальная величина катодной плотности тока ле­жит в пределах 40—60 А/дм². С увеличением температуры электролита ширина каналов пористого хрома возрастает, но степень пористости уменьшается. Изменяя температуру электролита от 50 до 60 °С, можно "получать хромовые покрытия с различной степенью пористости. Процесс анодного травления ведут при плотности тока 40—60 А/дм² с выдержкой 5—12 мин. Анодное травление производится в хромовом электролите того же состава, что и для хромирования, или в 20 %-ном растворе гидроксида натрия.

Хромирование поршневых колец. Пористое хромирование поршневых колец осуществляется с целью увеличения срока службы двигателя. Толщина слоя хрома на поршневых кольцах обычно равняется 0,1—0,3 мм. Хромируются поршневые кольца партиями от 10 до 100 шт., в зависимости от их диаметра и вы­соты. Кольца при хромировании должны находиться в сжатом состоянии, что обеспечивается при помощи специального кондуктора.

Хромирование колец рекомендуется проводить в стандартном электролите при отношении CrO₃ : H SO = 100 для получения пористости канальчатого типа.