УДК 621 Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
В работе проведен анализ технологического процесса электро-гальвано-механического нанесения покрытий в сравнении аналогичным процессом без механического воздействия на формируемое покрытие.
ЭЛЕКТРО-ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ЭЛЕКТРО-ГАЛЬВАНОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ПОКРЫТИЕ, ТВЕРДОСТЬ, ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
|
DOI:
|
|
|
УДК 621.793.74
|
|
|
05.02.07 – технология и оборудование механической и физико-технической обработки
|
|
|
ОСОБЕННОСТИ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ЖЕЛЕЗА ЭЛЕКТРО-ГАЛЬВАНОМЕХАНИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
|
Features of iron coating electro-galvanic method |
|
ст. преподаватель кафедры самолетостроения Воронежского государственного технического университета (РФ) e-mail: winter.07@mail.ru
|
art. lecturer, Department of Aircraft Engineering, Voronezh State Technical University (RF) e-mail: winter.07@mail.ru
|
|
Аннотация. В работе проведен анализ технологического процесса электро-гальваномеханического нанесения покрытий в сравнении аналогичным процессом без механического воздействия на формируемое покрытие.
|
Annotation. The paper analyzes the technological process of electro-electroplating-mechanical coating in comparison with a similar process without mechanical impact on the formed coating.
|
|
Ключевые слова: электрогальванический процесс, электро-гальваноме-ханический процесс, покрытие, твердость, износостойкость
|
Keywords: ELECTROPLATING PROCESS, ELECTRO-ELECTROPLATING-MECHANICAL PROCESS, COATING, HARDNESS, WEAR RESISTANCE |
|
1Автор для ведения переписки |
|
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
В настоящее время актуальной задачей машиностроения является разработка различных покрытий для ремонта изношенных деталей ДВС, например валов, цилиндров и т. д., в том числе и крупногабаритных. На данный момент детали восстанавливают различными способами: наплавкой, напылением, плакированием и т. д., как правило, с интенсивным тепловым воздействием на поверхность. Это приводит к негативному изменению свойств поверхностного слоя, короблению деталей, снижению сопротивления усталости и др. Разработка способа нанесения эффективных и недорогих толстослойных покрытий, которые наносились бы при невысоких температурах, практически не влияющих на основные свойства поверхности и объема детали и имеющих заданные эксплуатационные свойства, могла бы устранить вышеуказанные недостатки.
Таким, достаточно перспективным, способом является сравнительно новый способ электрогальванического нанесения покрытий (ЭГ) с одновременным механическим воздействием инструмента на формирующееся покрытие. Покрытия, полученные данным способом, обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными электрогальваническими покрытиями. При механическом активировании катодной поверхности, как правило, используется инструмент в виде бруска из минералокерамики с полированной поверхностью. Этот процесс получил название «гальваномеханическое осаждение металла» [1-6] (в нашем случае электро-гальваномеханическое железнение (ЭГМЖ).
2 Материал и методы
Сущность его состоит в одновременном сочетании электрохимического осаждения покрытий и механического формообразования рабочей поверхности деталей. В этом случае создаются условия для получения покрытий с высокой прочностью сцепления между различными металлами и осадков большой толщины (порядка
В качестве анода используются электроды из стали 30. В качестве инструментов для механического воздействия на восстанавливаемый слой применяются пластины из минералокерамики. В ячейку подается проточный электролит. Деталь вращается, при подключении тока начинается процесс осаждения железа на поверхность детали и параллельно с этим поверхность детали выглаживается инструментом из минералокерамики. При этом усилие прижатия инструмента к поверхности покрытия нормированное, инструмент совершает возвратно-поступательные движения.
Очень важным моментом является подготовка поверхности детали к осаждению, а именно – электрохимическое декапирование. Как правило, декапирование проводят в отдельной ванне, и при переносе подготовленной детали из ванны декапирования в ванну осаждения на ее поверхности появляется тонкий слой окислов, что значительно уменьшает прочность сцепления покрытия с основным металлом [1].
Устройство для нанесения электро-гальваномеханического покрытия (рис. 1) содер-
1, 2 – две половины разъемного контейнера; 3, 4 – анод из двух частей;
5 – уплотнение; 6 – инструмент для выглаживания; 7, 9 – рычаги;
8, 10 – электропривод; 11 – штуцер для подачи электролита; 12 – штуцер для слива электролита; 13 – штуцер для удаления образующегося водорода
Рисунок 1 – Устройство для нанесения электро-гальваномеханического покрытия
содержит электрогальваническую ячейку в виде разъемного контейнера, анод из двух частей, и инструмент для выглаживания формируемого слоя покрытия.
В нашем случае декапирование производится в ванне железнения, без доступа кислорода, чтобы исключить образование слоя окислов и увеличить прочность сцепления покрытия с основным металлом. После подготовки поверхности электролит декапирования (30 %-ный раствор серной кислоты) из ячейки откачивается, ванна промывается и далее в объем ячейки подается электролит железнения в проточном режиме (расход 10 л/мин), который осуществляется уже до полного окончания процесса элекро-гальваномеханического железнения.
3 Результаты исследований
Декапирование в ванне железнения подготовленной к осаждению поверхности позволяет повысить значения прочности сцепления σсц до 201,2-247,4 МПа (для ЭГМ покрытия), то есть приблизительно в 5 раз относительно обычного декапирования в сернокислой ванне. Так как деталь не переносят в другую ванну и предотвращается контакт детали с воздухом, то на поверхность ее не попадают посторонние вещества и не образуются окисные пленки, что обеспечивает наилучшую прочность сцепления покрытия с основой. Прочность сцепления (по методу Олларда-Мелкова) покрытия с основой σсц при подготовке поверхности только стандартным декапированием достигает значений 38,5-57,7 МПа (для электрогальванического покрытия, полученного стандартным способом).
Максимально достигнутая толщина ЭГМ покрытия за период времени осаждения 6 часов составляет 1,8 мм без замедления прироста толщины слоя. То есть электро-гальваномеханическое железнение позволяет получать слой достаточно больших толщин без замедления со временем производительности процесса. Формируемая структура ЭГМ покрытия становится более плотной и однородной, пористость ЭГМ покрытия снижается в 2-3 раза в сравнении со случаем электрогальванического нанесения покрытия без механического воздействия. Это обеспечивает покрытию высокие физико-механические и триботехнические свойства – микротвердость возрастает с 400-520 HV при ЭГ нанесении покрытия до уровня значений 600-780 HV при ЭГМ, а интенсивность изнашивания, определяемая как отношение удаляемой массы покрытия с единицы номинальной площади за единицу пути трения, снижается с 35 × 10–6 кг/м3 при ЭГ нанесении покрытий до значений 25,5 × 10–6 кг/м3 при ЭГМ [7].
Обсуждение и заключение
Таким образом, значительную роль в улучшении свойств получаемых электро-гальваномеханических покрытий железа играет подготовка поверхности детали и технология нанесения, а также состав электролита.
Из полученных данных следует, что ЭГМ покрытия являются достаточно перспективными и могут применяться при ремонте изношенных крупногабаритных деталей, а дальнейшая разработка новых эффективных технологий восстановления изношенных деталей поможет решению глобальной проблемы ресурсосбережения [8].
Список литературы
1 Olga V. Gorozhankina, Yuri R. Kopylov1, Alexandr A. Zhirkov. Peculiarities of heavy electro-mechanical plating on medium carbon steel 30 and 38 CHN3MA // «MATEC Wed of Conferences», 129, 02004 (2017). – Р. 1-5.
2 Жачкин, С. Ю. Разработка и исследование способа восстановления деталей гальваномеханическим хромированием : дис. канд. техн. наук : 05.03.01 : защищена 24.12.1992 / Сергей Юрьевич Жачкин. – Воронеж, 1992. – 157 с.
3 Батищев, А. Н. Пособие гальваника-ремонтника : пособие / А. Н. Батищев. – Москва : Изд-во «Колос», 1980. – 240 с.
4 Батищев, А. Н. Восстановление деталей гальваническими покрытиями : учеб. пособие и произв. рекомендации / А. Н. Батищев ; Всесоюз. с.-х. ин-т заоч. образования. – М. : Изд-во «ВСХИЗО», 1991. – 72 с.
5 Петров, Ю. Н. Прогрессивные способы восстановления деталей машин и повышения их прочности / Ю. Н. Петров, В. Н. Малянов, Н. И. Корнейчук // Сельскохозяйственная радиобиология : межвузовский сборник научных трудов. – Кишинев : Изд-во «Кишиневский сельскохозяйственный институт им. М. В. Фрунзе», 1979. – С. 48-51.
6 Спицин, И. А. Новые технологические процессы восстановления деталей машин гальваническими покрытиями / И. А. Спицин, И. Г. Голубев. – Москва : ФГНУ «Росинформагротех», 2001. – 48 с.
7 Копылов, Ю. Р. Износостойкость восстановленного слоя, нанесенного гальваномеханическим осталиванием [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. В. Толчеев // Проблемы качества машин и их конкурентоспособности: материалы 6-й Международной научно-технической конференции, 22-23 мая 2008 г. Брянск : Изд-во БГТУ, 2008. – С. 517-518.
8 Копылов, Ю. Р. Исследование морфологии поверхности электрогальваномеханического покрытия железа повышенной толщины, полученного из хлористого электролита / Ю. Р. Копылов, О. В. Горожанкина, Ю. А. Щетинин // Комплексные проблемы техносферной безопасности : материалы Междунар. науч.-практ. конф. Воронеж : ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. Ч. III. – С. 159-162.
References
1 Olga V. Gorozhankina, Yuri R. Kopylov1, Alexandr A. Zhirkov. Peculiarities of heavy electro-mechanical plating on medium carbon steel 30 and 38 CHN3MA // «MATEC Wed of Con-ferences», 129, 02004 (2017). – R. 1-5.
2 Zhachkin, S. YU. Razrabotka i issledovaniye sposoba vosstanovleniya detaley gal'va-nomekhanicheskim khromirovaniyem : dis. kand. tekhn. Nauk : 05.03.01 : zashchishchena 24.12.1992 / Sergey Yur'yevich Zhachkin. – Voronezh, 1992. – 157 s.
3 Batishchev, A. N. Posobiye gal'vanika-remontnika : posobiye / A. N. Batishchev. – Moskva : Izd-vo «Kolos», 1980. – 240 s.
4 Batishchev, A. N. Vosstanovleniye detaley gal'vanicheskimi pokrytiyami : ucheb. posobiye i proizv. rekomendatsii / A. N. Batishchev; Vsesoyuz. s.-kh. in-t zaoch. obrazova-niya. – M. : Izd-vo «VSKHIZO», 1991. – 72 s.
5 Petrov YU. N. Progressivnyye sposoby vosstanovleniya detaley mashin i povyshe-niya ikh prochnosti / YU. N. Petrov, V. N.Malyanov, N. I. Korneychuk // Sel'skokhozyay-stvennaya radiobiologiya: mezhvuzovskiy sbornik nauchnykh trudov. – Kishinev: Izd-vo «Ki-shinevskiy sel'skokhozyaystvennyy institut im. M. V. Frunze», 1979. – 69 s. – S. 48-51.
6 Spitsin, I. A. Novyye tekhnologicheskiye protsessy vosstanovleniya detaley mashin gal'vanicheskimi pokrytiyami / I. A. Spitsin, I. G. Golubev. – Moskva : FGNU «Ro-sinformagrotekh», 2001. – 48 s.
7 Kopylov, YU. R. Iznosostoykost' vosstanovlennogo sloya, nanesennogo gal'vanome-khanicheskim ostalivaniyem / YU. R. Kopylov, A. V. Tolcheyev // Problemy kachestva mashin i ikh konkurentosposobnosti : materialy 6-y Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii, 22-23 maya 2008 g. Bryansk : Izd-vo BGTU, 2008. – S. 517-518.
8 Kopylov, YU. R. Issledovaniye morfologii poverkhnosti elektrogal'vanomekhaniche-skogo pokrytiya zheleza povyshennoy tolshchiny, poluchennogo iz khloristogo elektrolita / YU. R. Kopylov, O. V. Gorozhankina, YU. A. Shchetinin // Kompleksnyye problemy tekhnosfernoy bezopasnosti: materialy Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Voronezh : FGBOU VO «Voronezhskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet», 2016. CH. III. – S. 159-162.
© Горожанкина О. В., 2021
1. Olga V. Gorozhankina, Yuri R. Kopylov1, Alexandr A. Zhirkov. Peculiarities of heavy electro-mechanical plating on medium carbon steel 30 and 38 CHN3MA // «MATEC Wed of Conferences», 129, 02004 (2017). – Р. 1-5.
2. Жачкин, С. Ю. Разработка и исследование способа восстановления деталей гальваномеханическим хромированием : дис. канд. техн. наук : 05.03.01 : защищена 24.12.1992 / Сергей Юрьевич Жачкин. – Воронеж, 1992. – 157 с.
3. Батищев, А. Н. Пособие гальваника-ремонтника : пособие / А. Н. Батищев. – Москва : Изд-во «Колос», 1980. – 240 с.
4. Батищев, А. Н. Восстановление деталей гальваническими покрытиями : учеб. пособие и произв. рекомендации / А. Н. Батищев ; Всесоюз. с.-х. ин-т заоч. образования. – М. : Изд-во «ВСХИЗО», 1991. – 72 с.
5. Петров, Ю. Н. Прогрессивные способы восстановления деталей машин и повышения их прочности / Ю. Н. Петров, В. Н. Малянов, Н. И. Корнейчук // Сельскохозяйственная радиобиология : межвузовский сборник научных трудов. – Кишинев : Изд-во «Кишиневский сельскохозяйственный институт им. М. В. Фрунзе», 1979. – С. 48-51.
6. Спицин, И. А. Новые технологические процессы восстановления деталей машин гальваническими покрытиями / И. А. Спицин, И. Г. Голубев. – Москва : ФГНУ «Росинформагротех», 2001. – 48 с.
7. Копылов, Ю. Р. Износостойкость восстановленного слоя, нанесенного гальваномеханическим осталиванием [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. В. Толчеев // Проблемы качества машин и их конкурентоспособности: материалы 6-й Международной научно-технической конференции, 22-23 мая 2008 г. Брянск : Изд-во БГТУ, 2008. – С. 517-518.
8. Копылов, Ю. Р. Исследование морфологии поверхности электрогальвано-механического покрытия железа повышенной толщины, полученного из хлористого электролита / Ю. Р. Копылов, О. В. Горожанкина, Ю. А. Щетинин // Комплексные проблемы техносферной безопасности : материалы Междунар. науч.-практ. конф. Воронеж : ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. Ч. III. – С. 159-162.
