Разработка триботехнологии электролитического осаждения хрома

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011

РАЗРАБОТКА ТРИБОТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ХРОМА

© 2011 С.А. Секретарёва ОАО «Авиаагрегат» г. Самара

Поступила в редакцию 10.11.2011

Электролитическое хромирование является одним их важнейших гальванических процессов и широко применяется в различных отраслях промышленности. Объясняется это уникальными свойствами хромовых покрытий. На поверхности хрома и хромовых покрытий всегда имеется тончайшая прозрачная, оксидная, защитная пленка. Вследствие такой, сильно выраженной способности к пассивированию и наличию на поверхности оксидной пленки хром по своему коррозионному поведению близок к благородным металлам. Поэтому хромовые покрытия химически стойки как в различных атмосферных условиях, так и в средах многих химикатов. Благодаря высоким отражательной способности, твердости, сопротивлению механическому износу и низкому коэффициенту трения электролитического хрома процесс хромирования эффективно применяют в самых разнообразных целях (защита трущихся деталей машин и механизмов износа, придание поверхности деталей высоких антифрикционных свойств, защита от коррозии как в атмосферных условиях, так и в условиях воздействия высоких температур и агрессивных газов, восстановление изношенных деталей машин, изготовление не тускнеющих на воздухе металлических зеркал отражателей, защитно-декоративная отделка металлических и неметаллических изделий и т.д.). Настоящее время большой интерес уделяется хромированию титана и его сплавов. Легкий, высокопрочный титан и его сплавы отличаются высокой коррозионной устойчивостью, нанесение на их поверхность других металлов осуществляют главным образом в функциональных целях. Хром осаждают из титана или его сплавов в основном в тех случаях, когда необходимо повысить их износостойкость, термостойкость или улучшить антифрикционные свойства. Электроосаждение хрома(также, как и других металлов) на титан и его сплавы сопряжено со значительными трудностями, что объясняется наличием на поверхности титана прочно сцепленной с основой оксидной пленкой. Эта пленка и препятствует получению необходимого сцепления покрытия с титаном. Кроме того, вследствие высокой электроотрицательности титана и его сплавов, после их погружения в электролит (даже после удаления оксидной пленки) происходит контактное выделении содержащихся в нем электроположительных металлов. Контактно осажденные покрытия обладают необходимым сцеплением с основой и обычно являются рыхлыми. Поэтому при обработке титана и его сплавов особое внимание уделяют удалению тонкой оксидной пленки, предотвращению ее реге-

нерации, ограничению контактного обмена и, следовательно, предотвращению выделения плохого сцепления с основой рыхлого слоя металла.[1,2,3,4].

В ряде случаев отказываются от электролитических методов нанесения и применяют, например, технологию химического никелирования, но существует несколько путей решения этих проблем: совершенствование состава электролита; использование нестационарных токовых режимов осаждения, обеспечивающих повышение герметичности и снижению наводораживания покрытия; введение в электролит органических добавок (ПАВ), позволяющих улучшить экологию процесса.

Для интенсификации процесса хромирования и получения хромовых покрытий с улучшенной структурой и физико-механическими свойствами используют вместо постоянного тока токи различных форм. Наибольшее распространение получило применение реверсирования тока и импульсного тока различной частоты.

При реверсировании тока хромирование ведется током периодически меняющим полярность с катодной на анодную. При катодной поляризации металл осаждается, а при анодной- происходит растворение хрома. При оптимальных показателях реверсивного тока(соотношение катодной и анодной плотностей тока и времени поляризации) удается получать мелкозернистые, гладкие покрытия с пониженными внутренними напряжениями.

При реверсировании тока можно интенсифицировать процесс, т.к. появляется возможность вести осаждение при очень высоких плотностях тока. Параметры реверсивного тока должны выбирать в зависимости от требований, предъявляемых к покрытию.

Несомненные преимущества процесса хромирования с использованием нестационарных режимов электролиза требуют использования прецизионных источников с автоматическими преобразователями тока. Это является весьма важным, поскольку структура и свойства хрома очень чувствительны к форме поляризующего тока [1].

В качестве источник питания, в опытной установке намечено использование однофазного трансформатора переменного тока, имеющий электронный блок для создания ассиметричной нагрузки на рабочую зону, показанного на рис. 1.

Наиболее перспективным направлением для решения проблемы нанесения электролитического хрома на поверхность деталей изготовленных из титановых сплавов, является разработка технологии

1230

Механика и машиностроение

нанесения электролитических покрытий на базе активации материала поверхностей.

VT8 Вш1

Рис.1.- Схема электрическая установки для хромирования: Т1-трансформатор силовой; АТ1-автотрансформатор (200В,

80А); АS1-выключатель-автомат (380В,

25А); F1-предохранитель 0,5А;

S1 -87-переключатель; УБ1-УБ8-тиристор Т161; Rrn1-Rm2- Шунт 200А; 0,75В.

В ходе выполнения работы были выяснены основные факторы активации поверхности при хромировании деталей из титановых сплавов, такие как использование струйной подачи электролита в рабочую зону, использования процесса натирания и ассиметричного периодического тока вместо постоянного тока.

В полученных результатах исследования в НТЦ «Надёжность» СамГТУ установлено, что при активации защищаемых поверхностей в процессе нанесения покрытий с помощью натирания и использования струйной подачи электролита в рабочую зону и как следствие повышается активность центров кристаллизации, равномерность и прочность осаждения покрытий на защищаемых поверхностях.

В данной разработке повышение качества сцепления покрытия с подложкой обеспечивается за счет того, что ванна снабжена дополнительным анодом, несущим натирающий тампон, помещенный в ванну с электролитом и погруженный вместе с катодом в электролит. Натирающий тампон прижимают к покрываемой поверхности с помощью рычажного механизма и создают его перемещение. Тампон изготавливается из термореактивного стеклопластика.

Натирание поверхности происходит все время цикла нахождения детали в ванне хромирования. Продолжительность процесса хромирования зависит от заданной толщины хромового покрытия, но не превышает 50 минут. Схема устройства для повышения качества сцепления покрытия с подложкой представлена на рис. 2.

Рис.2. Схема устройства для активации поверхности материала

Устройство работает следующим образом. Деталь - катод 4 устанавливается и закрепляется в катододержателе 5 в рабочую позицию над основным полным анодом 1, тампоном 3 и нагружающим механизмом 10,11. Включается механизм вращения детали- катода 4 и насоснофильтровальная установка ( на чертеже не показан), которая по магистрали 9 подает электролит из ванны 7 в основной полый катод 1. Включается блок электропитания гальванической установки и начинается осаждение металла на детали- катод как с помощью основного полого анода 1, так и дополнительного анода 6, что увеличивает равномерность структуры гальванического покрытия и производительность процесса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Солодкова Л.Н. Электролитическое хромирование/Л.Н. Солодкова, В.Н. Кудрявцев.-М.:Глобус, 2007-191с.

2. Шлугер М.А. Ускорение и усовершенствование хромиро-

вания деталей машин /М.А. Шлугер. -М.: Машгиз, 1961. -140с.

3. Шлугер М.А. Гальванические покрытия в машиносроении.

Справочник в 2т. Т2. / М.А. Шлугер, Л.Д. Тока. -М.: Машиностроение, 1985. -248с.

4. Шлугер МА.Твердые износостойкие гальванические по-

крытия./М.А.Шлугер, Л.Д. Ток. -М: МДНТП.1976.-С.51

DEVELOPMENT OF TRIBOTEKHNOLOGII OF CAUSING OF ELECTROLYTIC CHROME

© 2011 S.A. Secretareva Aviaagregat JSC, Samara

1231