Упрочнение деталей машин электроосаждением железа

Ш. 3. Закиров

Душанбе, 1978 г.

 

Важным условием получения качественных железных покрытий является правильный выбор электролита. В промышленных условиях к электролитам должны быть предъявлены следующие требования [1]

электролит должен обеспечивать возможность получения на деталях толстых покрытий с высокими химическими свойствами;

свойства получаемых покрытий должны находиться в строгом соответствии с заданными режимами электролиза и регулироваться этими режимами в широких пределах;

процесс получения покрытий должен быть максимально производительным;

электролит должен быть простым по составу и надежным в эксплуатации;

применяемые для приготовления электролита материалы должны 'быть дешевыми и недефицитными;

способы контроля и корректировки электролита должны быть просты и доступны.

В настоящее время изучено большое количество электролитов, различающихся между собой как по составу, так и по температуре, при которой осуществляется процесс осаждения железа, для восстановления и упрочнения деталей машин.

В практике электроосаждения железа применяются два вида электролитов, различающихся по температуре процесса: холодные и горячие. Оба вида включают в себя три группы электролитов, различных по виду аниона соли железа: хлористые, сернокислые и смешанные. Помимо названных, имеется значительное количество рекомендации по холодным электролитам других типов [1; б]: борфтористоводородный, фенолсульфоновый, сульфосалициловый, глицератный, метилсульфатный и ряд других (табл. 1).

Однако производительность холодных электролитов низкая; большинство из них сложного состава и поэтому is эксплуатации менее экономично.

Наиболее изученными из горячих электролитов являются хлористые и сернокислые. Из них сернокислые электролиты значительно уступают хлористым по различным показателям.

Всем приведенным выше требованиям удовлетворяют горячие хлористые электролиты простейшего состава (без добавок) [1; 7; 8].

ХЛОРИСТЫЕ  ЭЛЕКТРОЛИТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ

Благодаря высокой производительности и другим лучшим показателям, в промышленной практике электроосаждения железа на детали машин применяются почти исключительно горячие хлористые электролиты простого состава. Электролиты других составов еще недостаточно изучены и в промышленности не находят применения.

Использование горячих хлористых электролитов простого состава вызывается их преимуществами по сравнению с холодными. Из горячих хлористых электролитов железо осаждается с меньшим перенапряжением (т. е. при меньшем отрицательном потенциале), чем из других, что обуславливает большую производительность процесса осаждения железа в этих электролитах. Электролит допускает применение высоких плотностей тока до 50— 100 А/дм2. Процесс осаждения железа в них протекает с высоким выходом по току (до 90—95%) и со скоростью осаждения железа до 0,4—0,5 мм/ч. Выход железа по току колеблется в пределах нескольких процентов при плотностях тока от 20 до 100 А/дм2. Электролиты обеспечивают получение плотных мелкозернистых осадков толщиной до 1,0—1,5 мм (твердые осадки) и до 3,0—5,0 мм (мягкие осадки) с высокими механическими свойств.)-ми, которые могут изменяться в очень широких пределах, в зависимости от условий электролиза. Процесс осаждения железа при этом отличается высокой стабильностью, т. е. при тщательном соблюдении режима электролиза, заданные свойства покрытий выдерживаются с большой точностью. Нарушение режима электролиза (например, колебание кислотности) в горячих хлористых электролитах не так резко отражается на качестве осадков, как в сернокислых электролитах.

Выбор хлористого электролита обосновывают также и тем, что его электропроводность значительно выше, чем у сернокислого электролита.

С повышением же электропроводности понижается требуемое для процесса напряжение источника тока и расход электроэнергии.

В работе М. П. Мелжова Ч] указывается, что в авторемонтной практике до настоящего времени получили распространение четыре типа хлористых электролитов, различных по концентрации хлористого железа, в г/л:

I              —  высококонцентрированные — 600—680;

II               — среднеконцентрнрованные — 400—450;

III             — малоконцентрнрованные — 200—250;

IV—среднеконцентрированные оптимальной концентрации—300—350.

Для восстановления и упрочнения изношенных деталей машин в настоящее время применяется хлористый электролит IV типа, в котором во время работы концентрация железа почти не изменяется. Этот электролит наиболее полно удовлетворяет вышеприведенным требованиям.

ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Ускоренный процесс осаждения железа из хлористых и других электролитов с требуемыми служебными свойствами находится в прямой зависимости от режимов электролиза. К ним относятся температура нагрева электролита t и катодная плотность тока Д. С понижением температуры электролита, при постоянном значении ДК) увеличиваются твердость и хрупкость покрытий; сцепляемость с катодной основой ухудшается; увеличение катодной плотности тока при постоянных значениях температуры электролита, ускоряет процесс осаждения железа. При этом твердость и хрупкость покрытий также увеличиваются. Одновременное уменьшение температуры электролита и повышение катодной плотности тока (при прочих равных условиях) более ускоренно увеличивают твердость и хрупкость покрытий, ухудшая другие служебные свойства.

Получение качественных покрытий связано с постоянством заданных значении режимов электролиза. Падение температуры электролита на пять и более градусов от установленного для конкретного процесса железнения может вызвать растрескивание осадка и, следовательно, брак изделия.

На механические свойства покрытий при одинаковых режимах электролиза существенное влияние оказывает форма катода (изделия). В работе [9] отмечается существенное различие по свойствам покрытий, полученных на внутренних и наружных поверхностях деталей цилиндрической формы при одинаковых условиях электролиза. Более упрочненные свойства приобретают покрытия, нанесенные на внутренние поверхности детален различных форм. Это объясняется дополнительным упрочняющим действием внутренних напряжений растяжения, которые возникают при электроосаждении железа.

Величина остаточных напряжений в покрытиях желе-па, осажденных на недеформируемые катоды (изделия) равна по величине первоначальным электрокристаллизационным напряжениям. Действия остаточных напряжений (послеэлектрокристаллизационных) направлены на сжатие осадка. Ввиду такого действия электрокристаллизационных внутренних напряжении в покрытиях железа, осажденных на внутренние поверхности деталей, режимы электролиза должны быть более мягкими по сравнению с покрытиями, осаждаемыми на наружные поверхности. Это различие для железных покрытий, полученных из хлористых электролитов простого состава (300—350 г/л FeCl2-4H2O), выражается по температуре электролита больше на 10—15Х и плотности тока меньше на 5—10 А/дм2 для внутренних покрытий.