Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Технологические процессы и оснащение нетрадиционных методов обработки». Гунин В.И., Смоленцев В.П

По концентрации оксида хрома (VI) и серной кислоты различают 3 вида электролитов, характеристики которых приведены в табл. 2.1. Наиболее часто используют электролиты со средней концентрацией, они обладают следующими достоинствами:

1. Достаточно высокий выход по току - 13-15 %.

2. Большой выбор интервала плотности тока для получения хорошего покрытия.

Но эти достоинства тонут в целом ряде недостатков, которые были выявлены в процессе эксплуатации этих электролитов:

- низкий и непостоянный выход хрома по току;

- недостаточная износостойкость осадков;

- пористость осадков, вызывающая течь по хрому;

- ограниченная толщина осадка;

- низкая защитная способность покрытия от коррозии;

- низкая рассеивающая способность;

- сложность и длительность анализов и корректировок электролита.

В настоящее время ведутся работы по устранению данных недостатков за счет уменьшения концентрации оксида хрома (VI) до 75-150 г/л, применения больших плотностей тока до 200 А/дм² и выше, применения переменной полярности и др. А с другой стороны ведется поиск и создание новых электролитов хромирования.

Начиная с конца 50-х годов, в литературе появляются сообщения о разработках высокопроизводительных (выход по току - 20-22 %) саморегулирующихся электролитов (СЭ), способных автоматически поддерживать определенное соотношение между компонентами в растворе (2, 3, 4).

В настоящее время существует много различных СЭ, созданных при добавлении мелкодисперсных частиц, трудно-растворимых солей и комплексообразующих ионов, например: SiSO₄, K₂SiF₆, CaSiF₆, Ti₂(SiF₆)_3, CaF₆. Эти и другие добавки производят ускоряющее воздействие на процессы, происходящие при электроосаждении хрома, или поддерживают в определенном состоянии в процессе электролиза активированную поверхность катода.

Таблица 2.1

Виды хромовых электролитов

Несмотря на то, что производительность СЭ больше УСЭ в 1,4 раза, выход по току - 20-22 %, колебание температуры меньше отражается на качестве осадка и сам осадок с меньшей пористостью, тем не менее и в этих электролитах наблюдается ряд недостатков: отдельные участки, которые не покрываются хромом, растравливаются электролитом; кроме того, электролит сильно агрессивен и по отношению к свинцу, который используется в качестве анода. В табл. 2.2 приведены основные характеристики электролитов хромирования, применяемых помимо стандартного.

2.3. Выбор режимов обработки

Процесс гальвано-механического хромирования может быть использован как для получения беспористых покрытий, применяемых в пневмо- и гидросистемах, так и для получения хромовых покрытий с разветвленной сеткой пор и трещин, нанесение которых необходимо, например, в автомобильной промышленности при производстве деталей тепловых двигателей.

В зависимости от типа покрытия, которое необходимо получить, назначают различные режимы хромирования.

В табл. 2.3 приведены режимы хромирования для получения беспористых покрытий; в табл. 2.4 приведены режимы хромирования для получения пористого покрытия; в табл. 2.5 - режимы декапирования.

Необходимо отметить, что декапирование детали осуществляется непосредственно в ванне с электролитом на обратной полярности до нанесения хрома в течение 40-60 с, на режимах, представленных в табл. 2.5 независимо от типа покрытия, которое необходимо получить.

2.4. Порядок выполнения работы

1. Изучить технологическое оснащение для гальвано-механического нанесения покрытий. Измерить штангециркулем и микрометром размеры детали, выданной преподавателем для обработки и занести ее эскиз в тетрадь. На эскизе отметить участки детали, подлежащие обработке, согласно заданию преподавателя.

2. Измерить шероховатость поверхности, предназначенной для нанесения покрытия, на профилографе-профилометре мод. 252 или по эталонам. Занести полученные данные на эскиз детали.

3. Получить задание у преподавателя на тип наносимого покрытия.

4. Исходя из типа наносимого покрытия выбрать режимы обработки по табл. 2.3, 2.4, 2.5.

5. Исходя из типа наносимого покрытия выбрать рабочую среду, пользуясь разделом 2 и табл. 2.1 и 2.2.

6. Монтировать деталь на приспособление и изолировать поверхности неподлежащие хромированию полиэтиленом и изолентой.

7. Монтировать приспособление с деталью на шпиндель установки.

8. Смочить салфетку спиртом и обезжирить химически поверхности детали, подготовленные под нанесение покрытия.

9. Опустить установку в ванну хромирования так, чтобы зеркало электролита находилось на 50-80 мм выше верхней границы участка, предназначенного для нанесения покрытия. Дать детали прогреться в рабочей среде в течение 5-8 мин.

10. Рассчитать силу тока при обработке:

а) декапирование - используя табл. 2.5

,

где: i - плотность тока,

S - площадь детали, подвергаемая обработке.

б) хромирование - используя табл. 2.3, 2.4 в зависимости от типа наносимого покрытия

где: i - плотность тока,

S - площадь детали, подвергаемая обработке.

11. Нанести покрытие на деталь при помощи установки ГМХ для чего:

а) включить главное вращение шпинделя, обеспечивающего вращательное движение детали;

б) подать ток для декапирования детали на установку, согласно расчета по п.10а;

Таблица 2.2

Электролиты хромирования

Продолжение табл. 2.2

в) включить вспомогательное движение инструмента, обеспечивающего возвратно-поступательное движение обрабатывающих брусков и изменить силу тока на детали, согласно расчета по п.10б, предварительно поменяв полярность источника тока на прямую;

г) установить при помощи специального приспособления необходимое давление инструмента Р, выбранное предварительно из табл. 2.3, 2.4 исходя из типа наносимого покрытия;

д) продолжительность процесса по времени определяется преподавателем.

Занести данные обработки в табл. 2.6.

Таблица 2.3

Режимы хромирования

Таблица 2.4

Режимы хромирования

Таблица 2.5

Режимы хромирования

Таблица 2.6

Результаты измерений

где: t₁ - время начала процесса нанесения покрытая;

t₂ - время окончания нанесения покрытия;

d₁ - диаметр детали до нанесения покрытия;

d₂ - диаметр детали после нанесения покрытия;

I_д - расчетная сила тока при декапировании;

I_К - расчетная сила тока при хромировании.

12. По истечении времени, необходимого для нанесения покрытия, отключить питание установки и источник тока. Вынуть установку из ванны и демонтировать деталь.

13. Промыть деталь в холодной воде.

14. Замерить микрометром размеры детали в месте нанесения покрытия и занести данные в табл. 2.6.

15. Рассчитать скорость хромирования при восстановлении деталей по методу ГМХ по формуле:

,

где: V_х - скорость хромирования;

d₁ - диаметр детали до нанесения покрытия;

d₂ - диаметр детали после нанесения покрытия;

t₁ - время начала процесса нанесения покрытия;

t₂ - время окончания процесса нанесения покрытия.

16. Сравнить полученные значения скорости хромирования по методу ГМХ со скоростью при стандартном хромировании. Сделать выводы.

17. Оформить отчет в тетради.