Совершенствование способов восстановления деталей методами гальванопокрытий

Осаждение гальванического покрытия на поверхность восстанавливаемой детали соответствует закону Фарадея:

, (3.77)

где т_т – теоретическое количество металла, выделившегося на катоде электро­литической ванны; с – электрохимический эквивалент металла покрытия (г×А/ч); I – сила тока (А); t – продолжительность процесса (ч) [10, 12].

Вследствие выделения на катоде части водорода при осуществлении электролитического процесса, часть электричества расходуется на выделение водорода. Отношение практически выделившегося на катоде количества металла m_п к величине m_т называют выходом по току h_I :

. (3.78)

Обозначив условную «среднюю» высоту осадка величиной h, получают выражение

, (3.79)

где D_к – катодная плотность тока (А/дм²), D_к=I/F_к (F_к – площадь катода в дм²); g – плотность осаждаемого металла (г/см³).

Необходимо иметь в виду, что величина h в выражении (3.79) характеризует некоторое среднее значение толщины покрытия без учета микропрофиля наружной поверхности покрытия и неравномерности толщины покрытия вследствие различной длины силовых линий, по которым происходит движение электрических зарядов в гальванической ванне. Поэтому после восстановления детали гальванопокрытиями требуется обязательная механическая обработка, при которой значительное количество металла – до 30 % – может быть удалено.

Другой важной задачей обеспечения прочности покрытия является обеспечение прочности его соединения с основным металла детали. Для этого глубина механической обработки на поверхности восстанавливаемой детали должна обеспечивать ликвидацию усталостных трещин, микротрещин и линий сдвига. Следует избегать форсированных режимов при механической обработке поверхностей детали под покрытия: силового и скоростного резания, шлифования с большими подачами, обработки поверхностей широкими шлифовальными кругами и т.п.

Нежелательными последствиями восстановления изношенных деталей методами некоторых гальванопокрытий, например, хромом, может явиться возникновение так называемого «бандажного эффекта» – при сушке покрытия вследствие удаления водорода из слоя хрома возникает «эффект сжатия» слоем хрома глубинных зон восстанавливаемой детали.

Вопросы совместимости кристаллических и молекулярных решеток основного металла детали и гальванопокрытия могут иметь решающее значение для усталостной прочности восстанавливаемой детали. Чем меньшие значения катодной плотности тока D_к характерны для процесса гальванопокрытия, тем выше качество осажденного металла вследствие сокращения количества ионов водорода на катоде, захватываемых конвекционным потоком ионов осаждаемого металла. Для восстановления изношенных поверхностей деталей, например, внутренних поверхностей нижних головок шатунов тяжелых дизельных двигателей, может успешно применяться процесс железнения (осталивания). Для восстановления стержней и фасок впускных клапанов или стержней выпускных клапанов может быть использован процесс пористого хромированя, как это показал опыт ярославского объединения «Автодизель», а также нижегородского объединения «Газавтотехобслуживание». Поляризация электродов оказывает наиболее сильное влияние на протекание процесса гальванического покрытия детали. Поляризацией называют разность между потенциалом катода и анода.

Образование электролитического покрытия на катоде происходит в результате электрокристаллизации. При электрокристаллизации одновременно происходят два процесса: образование центров кристаллизации – «кристаллических зародышей» – и их роста. Если скорость образования новых центров кристаллизации будет опережать скорость роста образования кристаллов – структура осадка мелкокристаллическая. При преобладающей скорости роста кристаллов гальваническое покрытие будет характеризоваться крупнокристаллической структурой. При изменении величины катодной поляризации вследствие изменения состава электролита, режимов работы ванн и добавок к электролиту поверхностно-активных веществ можно управлять качеством процесса и изменять структуру и свойства покрытия в широких пределах. По закону Гиббса, выражение для кристаллизации жидкой фазы соответствует зависимости

, (3.80)

где G_сэ – свободная энергия в среде; Е – внутренняя энергия жидкой фазы;
Т – абсолютная температура; Р – давление; V – объем; S – энтропия, являющаяся мерой неупорядоченности структуры фазы состояния вещества. Так как при гальванопокрытиях в открытых ваннах изменение произведения PV @ const, внутренняя энергия процесса работы гальванической ванны может быть записана в виде

,

т.е. расход энергии на осаждение металла в ванне непосредственно зависит от величин температуры ванны Т (К), силы тока I (А), времени воздействия t (ч), потенциала в гальванической ванне и других характеристик процессов (см. табл. 3.23).

Таблица 3.23