Восстановление деталей сельскохозяйственных машин гальваническими покрытиями на основе цинка

Российский государственный аграрный заочный университет

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫ Х МАШ ИН ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ПОКРЫ ТИЯМИ НА ОСНОВЕ ЦИНКА

В статье представлены технологический процесс восстановления деталей гальваническим цинкованием с применением активатора и результаты экспериментов в виде графиков зависимости скорости нанесения покрытия от плотности тока и скорости движения активатора .

Материалы и методика исследований

Цинк – металл серебристо-белого цвета. Плотность цинка 7,1 г/см³, температура плавления 420 ^о С. Цинковые покрытия обычно бывают мягкими (500…600МПа), пластичными и хорошо выдерживают изгибы, развальцовку, но плохо – запрессовку. Поэтому цинкование чаще всего применяют для защиты от коррозии. В ремонтном производстве цинковые покрытия применяют для защиты от коррозии крепежных деталей и восстановления посадочных поверхностей малонагруженных деталей.

Восстановление деталей гальваническими покрытиями имеют следующие преимущества перед другими способами восстановления :

• -    отсутствие термического воздействия на детали, вызывающего в них нежелательные изменения структуры и механических свойств;

• -    получение с большой точностью заданной толщины покрытий, что позволяет снизить до минимума припуск на последующую механическую обработку и ее трудоемкость или вовсе исключить ее;

• -    осаждение покрытий с заданными непостоянными по толщине физико-механическими свойствами;

• -    одновременное восстановление большого числа деталей (в ванну загружают десятки деталей), что снижает трудоемкость и себестоимость единицы изделия;

• -    возможность автоматизации процесса.

Основным недостатком цинкования является малая скорость нанесения покрытия, порядка 6÷15мкм/ч.

В Российском государственном аграрном заочном университете    (РГАЗУ)    проведены предварительные исследования по устранению этого недостатка.

Решающее влияние на скорость нанесения покрытий оказывает катодная плотность тока:

C⋅D ⋅η

• V = ^{k k} , 1000 ⋅ γ

где V – скорость осаждения покрытий , мм / ч ;

С – электрохимический эквивалент , г / А∙ч ;

D_k – катодная плотность тока , А / дм ²;

• η _k – катодный выход метала по току , %;

• γ – плотность осаждаемого металла , г / см ³.

Поскольку С и γ – величины постоянные, и η, при использовании кислого электролита для цинкования, близок к 100%, то основной путь повышения скорости осаждения покрытий – увеличение катодной плотности тока.

Известно, что существенное увеличение катодной плотности тока возможно при перемешивании электролита. Однако при увеличении катодной плотности тока ухудшается качество наносимого покрытия:

• - происходит образование дендритов;

• - пористая поверхность нанесенного покрытия (питтинг).

Для устранения этих недостатков мы используем экспериментальную установку с активирующим устройством.

Активирующее устройство     (активатор)

перемешивает электролит и активирует восстанавливаемую поверхность , тем самым предотвращает обеднение прикатодного слоя электролита и уменьшает химическую поляризацию катода, которая является основной причиной ограничения катодной плотности тока при цинковании из сернокислых электролитов. Возникает реальная возможность увеличения катодной плотности тока, а следовательно, и скорости нанесения покрытия.

Щ етки активатора, активируя поверхность , предотвращают образование дендритов и явления питтинга на поверхности наносимого покрытия.

На рисунке 1 представлены результаты экспериментов в виде зависимости скорости нанесения покрытия от скорости движения активатора относительно восстанавливаемой поверхности. Нанесение покрытия проходило при технологическом процессе с постоянными параметрами, кроме скорости движения активатора.

скорость движения активатора относительно восстанавливаемой поверхности, м/с

Рисунок 1 – Зависимость скорости нанесения покрытия от скорости движения активатора

Технологический процесс:

• •    механическая обработка;

• •    обезжиривание;

• •    травление при плотности тока на аноде 50А/дм², продолжительность 30с;

• •    предварительная обработка катода на ассиметричном токе. плотность тока на катоде 23—25 А/дм², на аноде - 20 А/дм², продолжительность 60с;

• •    нанесение покрытия, при плотности тока на катоде 100 А/дм², продолжительность 12мин;

• •    температура электролита 15 – 40 ^о С (в результате исследований было выявлено, что при изменении температуры электролита от 15 ^о С до 40 ^о С, скорость нанесения покрытия практически не изменяется);

• •    плотность электролита 1,27г/см³;

• •    pH=4.

Состав электролита: 500г/л – сернокислого цинка, 20 – 30 г/л – сернокислого алюминия.

Результаты и их обсуждения

В результате были получены образцы с качественным покрытием, но, как видно из графика, большая скорость нанесения цинкового покрытия при скорости движения активатора 0,271м/с, поэтому последующие исследования проводились с этой скоростью.

Приняв скорость движения активатора 0,271м/с, нами проведены исследования о влиянии усилия прижатия щеток активатора к поверхности на скорость нанесения покрытия. В результате было выявлено, что при меньшем усилии прижатия щеток скорость нанесения покрытия увеличивается, но ухудшается качество наносимого покрытия. Поэтому для дальнейших исследований нами было выбрано наиболее рациональное значение усилия – 20Н/см.

При использовании в качестве щеток активатора влагостойкой шкурки, на качество и на скорость нанесения покрытия влияет размер зерен абразива. При меньшей зернистости шкурки качество и скорость нанесения покрытия выше.

В дальнейшем было исследовано влияние катодной плотности тока на скорость нанесения покрытий и их качество. Эксперименты проводили с 4-мя активаторами, при усилии прижатия активатора 20Н/см и его скорости 0,271м/с. Технологический процесс тот же, что и в предыдущих экспериментах. Результаты представлены в виде зависимости скорости нанесения покрытия от плотности тока на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость скорости нанесения покрытия от катодной плотности тока

Из графика видно, что с увеличением плотности тока с 60А/дм2 до 230А/дм2 увеличивается и скорость нанесения покрытия с 10,750мкм/мин до 30,917мкм/мин, при этом качество нанесенного покрытия остается на хорошем уровне. При увеличении плотности тока выше 230 А/дм2, уменьшается скорость нанесения и ухудшается качество покрытия.

Выводы

• 1.    Таким образом, применение активатора при цинковании позволяет в десятки раз увеличить скорость нанесения покрытий и расширяет диапазон применения цинковых покрытий при восстановлении деталей.

• 2.    В результате экспериментов была выявлена зависимость между усилием прижатия, скоростью движения активатора и скоростью нанесения цинкового покрытия, а также его качеством. В последующих экспериментах планируется определение наиболее рациональных условий нанесения цинковых покрытий с учетом выше изложенного.