Химическая обработка

Данный метод предназначен для создания защитных слоев за счет химических реакций. Большой интерес представляют никель-фосфорные покрытия, получаемые за счет выделения металлов из раствора их солей с помощью химических препаратов - восстановителей. Покрытие содержит 92¸95% Ni и 5¸8%Р. Прочность сцепления с основой повышается за счет термообработки покрытия. Термообработка также повышает твердость и антикоррозийность. Покрытия хорошо прирабатываются, причем в ходе приработки вследствие высокой пластичности материал покрытия с вершин выступов частично перетекает во впадины микрорельефа. Повышается фактическая площадь контакта и снижаются контактные напряжения. Однако покрытия имеют низкую стойкость к циклическому нагружению и способны отслаиваться.

Значительное место в технологии повышения износостойкости занимают оксидирование и фосфатирование. Оксидирование - это искусственное создание оксидной пленки. На стали формируется пористая пленка окиси железа Fe₃O₄ малой толщины (до 3 мкм), имеющая малую твердость и хорошее сцепление с основой. Она хорошо удерживает смазку, предотвращает заедание и, разрушаясь, образует тонкий абразив, способствующий приработке. Пленку получают разными путями: химическим, электрохимическим, термическим и термохимическим. Химическая обработка осуществляется в щелочных и кислотных средах при температуре раствора 138¸165°С. Образующаяся пленка помимо оксидов содержит некоторое количество фосфатов. Применяется также обработка паром. Термическое и химико-термическое оксидирование проводится путем нагрева деталей в расплавленной селитре либо на воздухе.

Важное значение имеет нанесение защитной оксидной пленки на поверхность деталей из алюминия и его сплавов. Оксидная пленка имеет высокую твердость и при химическом оксидировании обладает толщиной до 5 мкм. Пористая пленка пропитывается смазочными маслами, содержащими коллоидный графит, либо дисульфид молибдена, что придает подшипниковым вкладышам высокие антифрикционные свойства. Часто защитные пленки получают электрохимическим путем толщиной до 0,3 мм методом глубокого анодирования. Утолщение пленки происходит как за счет проникновения вглубь детали, так и наращивания на поверхности. Таким образом, увеличивается размер детали. Хороший результат дает глубокое анодирование поршней ДВС. Резко снижается износ, повышается надежность из-за уменьшения вероятности заклинивания.

Прогрессивным способом химической обработки поверхностей деталей является фосфатирование - формирование пленки из нерастворимых фосфорнокислых солей. Пленка формируется при температуре около 100 °С в среде раствора. Толщина пленки достигает 50 мкм. Размеры детали меняются слабо. Она прочно сцеплена с основой, жаростойка (до 600 °С), устойчива к воздействию кислот, содержащихся в смазке, имеет низкую твердость и высокую пористость. Она пропитывается маслом, содержащим твердосмазочные добавки, и хорошо защищает детали от задира. Успешно используется для защиты поверхностей цилиндровых гильз, поршневых колец, вкладышей подшипников, пальцев верхних головок шатунов, резьбовых соединений.

Одним из эффективных способов химической обработки поверхностей является сульфидирование, заключающееся в обогащении поверхностных слоев стальных деталей серой. Сульфидирование проводят в жидкой, твердой или газовой серосодержащих средах. Оно может быть низко-, средне- и высокотемпературным (150¸450, 540¸580, 850¸950 °С соответственно). В зависимости от состава сернистой среды, температуры и длительности процесса наряду с FeS, FeS₂ образуются и другие железо-серные соединения. Жидкое сульфидирование осуществляется в соляных ваннах. Глубина сульфидированного слоя достигает 50 мкм. Разновидностью сульфидирования является сульфоцианирование, при котором поверхность одновременно насыщается серой, азотом, углеродом при температуре 540¸580°С в жидкой среде. Применяется и сульфидирование в твердой среде порошка сернистого железа. Шероховатость у прошедших сульфидирование поверхностей значительно выше исходной, несколько увеличиваются размеры деталей. В процессе эксплуатации сульфидная пленка, менее прочная, чем основной металл, легко разрушается и отделяется, предотвращая схватывание. Сульфидный слой и мягкие слабоабразивные продукты износа обладают высокой адсорбционной способностью и активируют молекулы масла. Благодаря таким свойствам приработка ускоряется, и быстро устанавливается равновесная шероховатость с высоким качеством, приближающаяся к 9¸10 классам. Интересно то, что по мере износа под влиянием температуры и давления атомы серы диффундируют вглубь поверхности, повышая антифрикционные свойства. В результате насыщенный серой слой значительно превышает первоначальный по своим противоизносным свойствам. В ДВС благодаря циркуляции смазки наличие сульфидированных деталей приведет к улучшению условий работы всех трущихся пар, так как сульфиды, переносимые маслом, попадают на все поверхности трения. Сульфоцианирование, в дополнение к сульфидированию, не только ускоряет приработку, но и существенно повышает износостойкость за счет повышения твердости и усталостной прочности. Сульфидируют и сульфоцианируют цилиндровые гильзы и поршневые кольца ДВС, стальные подшипники скольжения, резьбовые соединения, детали шарниров подвески.

К современным методам создания защитных пленок на поверхностях ответственных деталей относится химическое воздействие газовой среды при определенных значениях температуры и давления (иногда с применением пучков ускоренных ионов). Примером такого метода является создание на поверхности прочно связанного с основой слоя дисульфида молибдена. Для этого на деталь наносится электролитическим путем слой молибдена. Затем поверхность при определенной температуре и давлении обдувают парами серы. Дисульфид молибдена, образующийся в ходе поверхностной реакции, прочно связывается с основой и образует надежное твердосмазочное покрытие. Если затем поверхность бомбардировать ускоренными ионами, то кристаллы дисульфида молибдена плоскостями наименьшего сопротивления сдвигу устанавливаются параллельно поверхности детали, и коэффициент трения по такой поверхности близок к нулю (аномально низкое трение). Другим примером такого способа создания покрытия является формирование на поверхности тонкой алмазной пленки, обладающей высочайшей износостойкостью. В этом случае специально подготовленная поверхность детали при соответствующих диаграмме фазового равновесия углерода значениях температуры и давления обдувается одним из углеводородов. На поверхности образуется тонкая (до 10 мкм) пленка углерода в виде алмаза. Здесь мы говорим уже о технологии XXI века.