К вопросу о совершенствовании гальванических способов восстановления деталей мобильных машин

РАЗДЕЛ 2 МОДЕЛИ, СИСТЕМЫ, МЕХАНИЗМЫ

В ТЕХНИКЕ

УДК 621.357.54

К ВОПРОСУ О СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МОБИЛЬНЫХ МАШИН

Ю. А. Захаров, И. А. Спицын, Е. В. Ремзин, Г. А. Мусатов

TO THE QUESTION OF IMPROVEMENT OF GALVANIC WAYS OF RESTORATION OF DETAILS OF MOBILE CARS

Yu. A. Zakharov, I. A. Spitsyn, E. V. Remzin, G. A. Musatov

Аннотация. Актуальность и цели. Гальванические способы восстановления деталей машин являются наиболее перспективными среди существующих способов, поэтому их совершенствование путем повышения их производительности и надежности является актуальной задачей. Цель работы - выявление основных направлений совершенствования гальванических способов восстановления деталей машин. Материалы и методы. Поставленная цель работы достигалась обобщением и анализом информации литературных источников, априорных и исследовательских данных. Рассмотрены преимущества гальванических методов восстановления, выявлены недостатки существующих технологий, сформулированы направления совершенствования процессов гальванического осаждения покрытий. Результаты. Определены два основных направления совершенствования гальванического осаждения покрытий, которые могут быть использованы при оптимизации технологии восстановления деталей гальваническими покрытиями. Выводы. Таким образом, совершенствование электролитического осаждения покрытий заключается в повышении его производительности путем применения передовых технологических приемов, позволяющих повысить катодную плотность тока, и в сокращении количества подготовительно-заключительных операций в технологическом процессе.

Ключевые слова: гальваническое осаждение, покрытие, восстановление, детали, прочность сцепления.

Abstract. Background. Galvanic ways of restoration of details of cars are the most perspective among the existing ways therefore their improvement by increase of their productivity and reliability is an actual task. The work purpose - identification of the main directions of improvement of galvanic ways of restoration of details of cars. Materials and methods. The goal of work was achieved by generalization and the analysis of information of references, aprioristic and research data. Advantages of galvanic methods of restoration are considered, shortcomings of the existing technologies are revealed, the directions of improvement of processes of galvanic sedimentation of coverings are formulated. Results. Two main directions of improvement of galvanic sedimentation of coverings which can be used by optimization of technology of restoration of details by electroplated coatings are

defined. Conclusions. Thus, improvement of an electrolytic precipitation of coverings consists in increase of its productivity, by application of the advanced processing methods allowing to increase the cathodic density of current and reduction of number of preparatory and final operations in technological process.

Key words: galvanic sedimentation, covering, restoration, details, coupling durability.

Одним из перспективных способов восстановления изношенных поверхностей деталей является нанесение гальванических покрытий [1]. Преимущества гальванопокрытий заключаются в возможности получать путем электроосаждения осадки любой толщины в пределах от нескольких микрометров до 1-2 мм [1-3]. При этом отсутствует сильный нагрев обрабатываемой поверхности и детали в целом. После нанесения покрытия прочность детали не снижается. Структура основного металла не претерпевает изменений, коробление отсутствует. Существует возможность повторного многократного восстановления поверхностей, осаждения практически любого металла или комбинации металлов с заданными характеристиками. Покрытия обладают достаточно высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Основными способами нанесения гальванических покрытий на поверхности являются: осаждение в стационарных ваннах, электролитическое натирание (контактный способ), осаждение с использованием местных ванн в не-циркулирующем электролите, осаждение в проточном электролите [1].

В последнее время внимание ученых и производственников привлекает технологический процесс восстановления гальванопокрытиями в проточном электролите. К достоинствам этого способа следует отнести:

- отсутствие необходимости изолировать непокрываемые участки деталей, так как они не соприкасаются с электролитом;

- постоянное очищение электролита от продуктов химических реакций и механических примесей путем фильтрации при циркуляции;

- постоянное обновление электролита в ячейке способствует поддержанию уровня заданной температуры, кислотности и концентрации;

- движение электролита способствует увеличению скорости доставки катионов металла к катоду, что позволяет повысить плотность тока, а следовательно, и производительность;

- при выполнении технологического процесса отпадает необходимость перемещения детали по ваннам, так как через ячейку поочередно прокачиваются рабочие растворы и электролиты;

- существует возможность создания переносной установки для нанесения покрытий и работы с небольшим объемом электролита.

При изучении технологии проточного нанесения покрытий (на примере железнения) было установлено, что обмен электролита в приэлектродном пространстве способствует получению качественных покрытий толщиной 0,8-1,0 мм при скорости осаждения 0,3 мм/ч.

Дальнейшим развитием метода можно считать осаждение покрытия в протоке электролита с одновременным вращением анода, т.е. проточно-контактным способом. Однако, несмотря на большие возможности рассматриваемого метода, следует отметить, что наращивание поверхностей осуществляется с различных установок деталей, соприкосновение ненаращивае-

мых поверхностей с электролитом и его разбрызгивание создают определенные неудобства.

К рассмотренным методам также можно отнести осаждение покрытия в протоке электролита с механической активацией поверхности (гальваномеханический метод), при которой съем дендритов и уплотнение структуры осадков осуществляется приспособлениями (активаторами), закрепленными на вращающемся аноде [3-5]. Этот метод позволяет работать с еще большими плотностями тока, но недостаточно изучен и отработан, а анод сложен в изготовлении.

Для восстановления проточным способом на ремонтных предприятиях применяют в основном железные покрытия. Эти покрытия, несмотря на все достоинства (высокую твердость, износостойкость и т.д.), имеют такие недостатки, как низкая коррозионная стойкость и виброгасящие способности, затрудненность последующей механической обработки.

Цинковые гальванопокрытия не имеют перечисленных недостатков, кроме того, цинк в паре с железом является анодом, поэтому в результате коррозионных процессов растворяется цинк, а не основной металл, т.е. он обладает высокими антикоррозионными свойствами. Более высокие виброга-сящие свойства цинкового покрытия обусловлены его пластичностью и заключаются в гашении вибрационных колебаний, возникающих в результате функционирования агрегатов машин. Это свойство выгодно отличает цинковые покрытия от железных, так как вибрационные воздействия порождают знакопеременные напряжения и приводят к накоплению повреждений в материале, что вызывает появление усталостных трещин и разрушение. К тому же последующая механическая обработка цинковых покрытий не вызывает каких-либо затруднений.

Для нанесения цинковых гальванопокрытий разработано много электролитов. Наибольшее распространение в ремонтном производстве получили кислые, цинкатные и аммиакатные электролиты.

Несмотря на все преимущества, гальванические способы восстановления имеют и существенные недостатки, которые ограничивают их применение в ремонтном производстве. К их основным несовершенствам относят [1-3, 6]:

1) невысокую надежность технологического процесса и его сложность, что приводит к снижению производительности труда и нестабильным результатам в плане сцепляемости покрытия с основой;

2) сравнительно низкую производительность осаждения, которая обусловлена невысокой скоростью осаждения и наличием большого количества операций в процессе;

3) качество покрытий, которое не всегда отвечает предъявляемым требованиям;

4) потребление значительного количества чистой питьевой воды на этапах промывки и образование соответствующего количества загрязненных сточных вод, что приводит к необходимости строительства очистных сооружений, что существенно повышает себестоимость восстановления.

Существуют два основных направления совершенствования процессов осаждения.

Первое направление - увеличение производительности процесса. Это можно достичь за счет повышения скорости осаждения покрытия, путем уве-

личения выхода по току или (и) катодной плотности тока [1-3]. Например, выход цинка по току близок к 100 %, и поэтому для повышения производительности процессов необходимо повышать катодную плотность тока.

Основным, наиболее перспективным способом повышения катодной плотности тока при осаждении по праву считается применение новых технологических приемов. К ним относят создание протока электролита в электролитической ячейке; образование турбулентного движения электролита в при-катодном слое путем введения в межэлектродное пространство вращающейся перфорированной перегородки; использование периодических токов; активацию катодной поверхности абразивными элементами и др. [1, 4, 5].

Проток электролита позволяет повысить приповерхностную концентрацию активных ионов, уменьшить перенапряжение и тем самым положительно сказывается на выходе по току цинка.

Введение в межэлектродное пространство вращающейся перфорированной перегородки способствует созданию турбулентного движения электролита около катодной поверхности, что позволяет устранить концентрационную поляризацию и значительно повысить плотность тока. Вращение перегородки также препятствует образованию на катодной поверхности денд-ритов, образующихся при высоких плотностях тока. Этот прием можно использовать как с протоком электролита, так и без него.

При использовании периодических токов (реверсивного, асимметричного, импульсного и др.) вместо постоянного в несколько раз повышается производительность процесса и улучшаются свойства покрытий [3]. Сущность способа заключается в том, что ток, изменяясь по определенному закону, периодически меняет свое направление. Деталь попеременно становится то катодом, то анодом, а катодное осаждение металла на детали периодически прекращается и заменяется его кратковременным частичным растворением. При этом растворении разрушается образовавшаяся пассивная пленка, а прикатодный слой электролита обогащается катионами металла. Повторение таких циклов при правильном выборе соотношения количеств электричества катодного и анодного периодов снижает катодную поляризацию.

Последний прием применяется при гальваномеханическом способе нанесения покрытий и позволяет резко повысить плотность тока [1-3]. Сущность этого приема заключается в том, что на протяжении всего процесса электролиза абразивные элементы перемещаются по катодной поверхности, активируя ее. Происходит незначительный съем осаждаемого покрытия и удаление пассивной пленки, препятствующей осаждению покрытия. Также происходит дополнительное обновление прикатодного слоя электролита и исключение дендритообразования. При этом катодную плотность тока можно повысить в несколько раз. Механическое активирование позволяет получать покрытия с одинаковой микротвердостью при различных плотностях тока. Отмечается также некоторое увеличение микротвердости покрытия за счет таких явлений, как наклеп и выглаживание.

Второе направление - сокращение числа подготовительных и заключительных операций. Это позволит существенно упростить технологический процесс, повысить его надежность и снизить трудоемкость, а также значительно уменьшится потребление чистой воды и образование загрязненных стоков. Например, разработка технологии анодного травления восстанавли-

ваемой детали непосредственно в рабочем электролите осаждения позволит отказаться от операций травления в других растворах (например в растворе серной кислоты) и промывки до и после травления. Это позволит сократить время обработки, а также повысит стабильность процесса подготовки детали к осаждению [1-3].

Таким образом, совершенствование электролитического осаждения покрытий заключается в повышении его производительности путем применения передовых технологических приемов, позволяющих повысить катодную плотность тока, и в сокращении количества подготовительно-заключительных операций в технологическом процессе. Одним из наиболее перспективных технологических приемов является механическое активирование катода.

В авторемонтном производстве гальванопокрытия рекомендуется применять при восстановлении изношенных поверхностей крупногабаритных (корпусных) деталей, сложнопрофильных поверхностей, прецизионных пар, деталей, которые затруднительно подвергать механической обработке по различным причинам [3, 6-8]. Кроме того, гальванопокрытия очень актуальны при восстановлении деталей с небольшой величиной износа. Кроме всего прочего, гальванопокрытия рекомендуется применять с целью повышения коррозионной стойкости поверхностей и придания лучших декоративных свойств.

Список литературы

1. Захаров, Ю. А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проточным электролитическим цинкованием : дис. ... канд. техн. наук / Захаров Ю. А. - Пенза, 2001. - 170 с.

2. Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей машин / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно // Молодой ученый. - 2014. - № 16. - С. 68-71.

3. Захаров, Ю. А. Восстановление посадочных поверхностей корпусных деталей машин проточным гальваническим цинкованием / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Молодой ученый. - 2014. - № 17. - С. 58-62.

4. Пат. 2155827 РФ, МПК: 7С 25Б 5/06 А. Устройство для электролитического нанесения покрытий / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (РФ). - № 99115796/02, Заявл. 16.07.1999 ; Опубл. 10.09.2000, Бюл. № 25. - 8 с.

5. Пат. 2503753 Российская Федерация, МПК: С25Б19/00. Устройство для гальваномеханического осаждения покрытий / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (ЯИ). - № 2012149639/02, заявл. 21.11.2012 ; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1. - 9 с.

6. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидропривода транспортно-технологических машин в условиях низких температур / Е. Г. Рылякин, Ю. А. Захаров // Мир транспорта и технологических машин. - 2014. - № 1 (44). - Январь-март. - С. 69-72.

7. Исследование изнашивания прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры / А. В. Новичков, Е. В. Новиков, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно, П. И. Анош-кин // Международный научный журнал. - 2014. - № 3. - С. 108-111.

8. Морфологический анализ методов поиска неисправностей транспортных средств / В. В. Лянденбурский, Ю. В. Родионов, С. А. Кривобок, П. А. Мнекин // Науковедение. - 2012. - № 4 (13). - С. 84.

Захаров Юрий Альбертович

кандидат технических наук,доцент, кафедра эксплуатации автомобильного транспорта, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: albertych1974@mail.ru

Спицын Иван Алексеевич

доктор технических наук, профессор,

кафедра основ конструирования

механизмов и машин,

Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства

E-mail: spicn@mail.ru

Ремзин Евгений Викторович

студент,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: avto@pguas.ru

Мусатов Григорий Анатольевич

студент,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: avto@pguas.ru

Zakharov Yurij Albertovich candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of maintenance of motor transport, Penza State University of Architecture and Construction

Spitsyn Ivan Alekseevich

doctor of technical sciences, professor,

sub-department of foundations

of design of mechanisms and machines,

Penza State University

of Architecture and Construction

Remsin Evgeny Viktorovich student,

Penza State University of Architecture and Construction

Musatov Grigory Anatoljevich student,

Penza State University of Architecture and Construction

УДК 621.357.54 Захаров, Ю. А.

К вопросу о совершенствовании гальванических способов восстановления деталей мобильных машин / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын, Е. В. Ремзин, Г. А. Мусатов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. -№ 4 (12). - С. 99-104.