СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОДСЛОЯ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ
PROCEDURE FOR FABRICATION OF METAL UNDER-LAYER ON INTERNAL SURFACE OF ITEM

Изобретение относится к способам нанесения металлических покрытий или слоев на поверхность различных изделий и может быть использовано в тех отраслях промышленности, где требуется нанесение металлического подслоя на внутреннюю поверхность изделий. С наибольшей эффективностью изобретение может быть использовано при нанесении металлического подслоя на поверхность крупногабаритных изделий.
Одной из самых распространенных причин выхода из строя многослойных изделий является низкая прочность сцепления слоев, поэтому для обеспечения высокой прочности сцепления между слоями различных металлов наносят металлический подслой [1], способный создать более прочное соединение с каждым из слоев. Для обеспечения высокой прочности сцепления слоев металлический подслой должен покрывать соединяемые поверхности сплошной однородной пленкой.
В частности, широко применяемыми многослойными изделиями являются подшипники скольжения. Работоспособность подшипников скольжения определяет работоспособность всего нагруженного оборудования в энергетике, горнодобывающей, целлюлозно-бумажной, химической и других отраслях промышленности. Выход подшипника скольжения из строя является причиной остановки высокопроизводительного дорогостоящего оборудования. Например, в 35% случаев выхода паровой турбины из строя причиной является разрушение подшипника скольжения, происходящее в результате отрыва антифрикционного вкладыша от корпуса. Для увеличения ресурса подшипника скольжения паровых турбин при соединении антифрикционного вкладыша из баббита и чугунного корпуса используют металлический подслой из олова. Корпус подшипника скольжения в общем виде представляет собой толстостенную чугунную трубу, разрезанную вдоль по длине на две равные половины, т.е. имеет незамкнутую внутреннюю поверхность.
2
2
Известен способ [2], при котором металлический подслой из олова наносится на внутреннюю незамкнутую поверхность подшипника скольжения, нагретого до температуры 200-250°С, методом натирания щеткой. Учитывая описанную выше конфигурацию корпуса подшипника скольжения, этот способ является практически единственно возможным для нанесения подслоя олова на внутреннюю незамкнутую поверхность. Подслой, нанесенный таким способом, является пористым и неоднородным по толщине. При заливке на такой подслой материала вкладыша, в данном случае баббита, в результате химической реакции и диффузии образуется промежуточный слой из FeSn, соединяющий слои. Наличие пор, в которых отсутствует олово, приводит к тому, что там указанное соединение не образуется и необходимая общая прочность сцепления слоев не обеспечивается. Неоднородность слоя олова по толщине приводит к тому, что в местах, где толщина слоя повышена, диффузия с образованием соединения FeSn проходит не полностью, что также снижает прочность сцепления. Кроме того, указанный способ требует значительных энергозатрат и трудозатрат, приводит к большому расходу порошка олова.
Более качественное покрытие образуется при получении металлического подслоя методом электроосаждения [3], при погружении изделия в гальваническую ванну. Однако при данном способе необходима защита внешних поверхностей изделия, не требующих нанесения металлического подслоя. В ряде случаев внешние поверхности изделий могут иметь труднодоступные и глубокие выемки, что усложняет защиту и очистку. Кроме того, при очистке повреждается целостность металлического подслоя на границе между участками, где необходимо нанесение покрытия и где такой необходимости нет. Наличие надрывов покрытия, неровных краев приводит к снижению прочности сцепления слоев. Операции защиты и очистки являются достаточно сложными и трудоемкими, особенно для крупногабаритного изделия. Также для нанесения подслоя на внутреннюю поверхность крупногабаритного изделия требуется большая гальваническая ванна и значительное количество электролита. Если изделие имеет вид «чаши», то при необходимости нанесения подслоя на его внутреннюю поверхность изделие можно использовать как гальваническую ванну, наливая внутрь электролит. Однако для таких изделий, как подшипники скольжения данный способ тоже неприменим. Кроме того, при использовании «чаши» имеются трудности при удалении остатков электролита и промывке поверхности.
Задачей изобретения является повышение качества металлического подслоя при упрощении процесса нанесения, снижение трудоемкости, энергозатрат и затрат материалов при нанесении подслоя на внутреннюю незамкнутую поверхность изделия.
Поставленная задача решается при использовании способа получения металлического подслоя на внутренней поверхности корпуса подшипника скольжения паровой турбины электроосаждением, отличающегося тем, что электроосаждение подслоя проводят в составной гальванической ванне с электролитом, которая включает соединенные между собой половину корпуса подшипника, являющуюся катодом, и пластины из диэлектрического материала, при этом швы между составными частями ванны герметизируют с возможностью их последующей разгерметизации.
Задача также решается при использовании способа, отличающегося тем, что для удаления остатков электролита разбирают составную гальваническую ванну и незамкнутую внутреннюю поверхность изделия промывают проточной водой.
Сущность изобретения состоит в том, чтобы внутреннюю часть незамкнутой поверхности изделия использовать как часть внутренней поверхности составной гальванической ванны.
Для гальванической ванны в качестве составных частей используют диэлектрические пластины, т.к. на пластины из токопроводящего материала возможно электроосаждение металлического подслоя. В последнем случае на составных частях гальванической ванны образуется сплошной металлический слой, который при отсоединении пластин разрывается, что приводит к образованию надрывов в граничных областях между составными частями ванны и снижению прочности сцепления металлического подслоя с внутренней поверхностью изделия. Если на корпусе изделия есть технологические отверстия подходящего диаметра, диэлектрические пластины закрепляют с помощью винтов, если отверстий нет, но их дальнейшее присутствие не повлияет на конструкционные и эксплуатационные свойства изделия, то отверстия можно сделать. В противном случае диэлектрические пластины закрепляют с помощью бандажа.
Швы между составными частями гальванической ванны герметизируют. Герметик применяют легкоудаляемый, чтобы по окончании работ иметь возможность легко очистить изделие от ненужных загрязнений. Если на изделии есть технологические отверстия с резьбой, то швы можно герметизировать резиновыми прокладками.
Раствор электролита удаляют из составной гальванической ванны при помощи насоса или помпы. Для удаления остатков электролита и промывки составную гальваническую ванну разбирают, удаляют герметик и промывают незамкнутую внутреннюю поверхность изделия проточной водой.
Пример: На внутреннюю поверхность корпуса подшипника скольжения паровой турбины под вал диаметром 300 мм (общий диаметр подшипника 800 мм, длина - 1000 мм) предлагаемым способом наносили подслой олова.
Использовали составную гальваническую ванну, внутренняя поверхность которой включала половину корпуса подшипника, уложенную выпуклой стороной на бетонный пол. Открытые торцевые части заделывали пластинами из оргстекла, которые закрепляли винтами, используя имеющиеся технологические отверстия. Указанные технологические отверстия в подшипниках скольжения паровых турбин служат для крепления пластин, закрывающих маслопроводные каналы. Швы между составными частями уплотняли резиновыми прокладками и замазкой. Провод от отрицательного полюса источника тока прикрепляли к корпусу подшипника. В качестве анода использовали оловянный пруток диаметром 40 мм и длиной 600 мм.
2
2
В образовавшуюся гальваническую ванну заливали галогенидный электролит следующего состава, г/л: хлорид олова (SnCl) - 40-50; соляная кислота (HCl) - 0,5-1,0; фторид натрия (NaF) - 50-60; хлорид натрия (NaCl) - 5-7; желатина - 1,0 [4]. Процесс проводили при температуре 20-35°С, катодная плотность тока составляла 0,5-1,0 А/дм.
После получения подслоя олова половину корпуса подшипника отключали от источника питания, раствор электролита переливали в бутыль с помощью помпы. Аккуратно отсоединяли пластины из оргстекла, удаляли резиновые прокладки и замазку. Внутреннюю незамкнутую поверхность промывали проточной водой из шланга.
Качество металлического подслоя определяли при испытаниях на отрыв и сдвиг образцов с оловянным подслоем, полученным методами натирания и электроосаждения. Результаты испытаний представлены в таблице.
Таблица
Напряжения сдвига и отрыва
Способ нанесения подслоя олова
Нагрузка сдвига, Н
Нагрузка отрыва, Н
Напряжение сдвига, Н/м<sup>2 </sup>(МПа)
Напряжениеотрыва, Н/м<sup>2 </sup>(МПа)
Натирание
1205
1765
34,2
68,6
Электроосаждение
1347
1785
36,3
70,6
Экспериментальные исследования показали, что наибольшие значения напряжений сдвига и отрыва имеет соединение, в котором олово нанесено электроосаждением.
2
Снижение трудоемкости, энергозатрат и затрат материалов при нанесении подслоя на внутреннюю незамкнутую поверхность изделия достигалось тем, что электроосаждение позволяло получить равномерный подслой олова на сильно изношенной и загрязненной поверхности любой геометрии (что недостижимо при натирании). Кроме того, для нанесения равномерного подслоя олова электроосаждением на 1 дм поверхности необходимо 12-15 мл раствора, содержащего 2-5 г хлорида олова на 1 л воды, в то время как при натирании такой же площади требуется 7-15 г металлического олова.
Источники информации
1. Гаркунов Д.Н. Триботехника /пособие для конструктора/. М.: Машиностроение, - 1999, - 336 с.
2. Машиностроение. Энциклопедия. / ред.совет: К.В.Фролов и др. М.: Машиностроение. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. Т IV-1, 864 с.
3. Грилихес С.Я. Электролитические и химические покрытия. / С.Я.Грилихес, К.И.Тихонов. - Л.: Химия, - 1990, - 288 с.
4. Электроосаждение металлических покрытий. Спр. изд. Беленький М.А., Иванов А.Ф. М.: Металлургия, 1985, 288 с.