Восстановление посадочных поверхностей корпусных деталей машин проточным гальваническим цинкованием

Восстановление деталей машин является актуальной задачей в современных условиях хозяйствования, причем, особое внимание следует уделять восстановлению корпусных деталей машин, в частности посадочных отверстий под подшипники. Одним из наиболее перспективных, в этом плане, способов является гальваническое осаждение цинковых покрытий в проточном электролите. Цинковые гальванопокрытия обладают высокими антикоррозионными и виброгасящими свойствами, легко обрабатываются, но не получили широко распространения по ряду причин, а существующие методики их нанесения нуждаются в совершенствовании и оптимизации.

Ключевые слова: корпусная деталь, посадочное отверстие, восстановление, наплавка, осаждение, напыление, способ восстановления, гальванические покрытия.

Восстановление деталей машин в настоящее время актуально как никогда ранее. Стареющий парк машин, высокие цены на запасные части и обслуживание, низкая экономическая стабильность предприятий, низкое качество изготовление комплектующих частей и материалов — все это заставляет обращать пристальное внимание на технологии и оборудование для восстановления ресурса деталей машин.

Как известно, рентабельность восстановления будет достаточной в случае обеспечения ресурса восстановленной детали не менее 80 процентов от уровня ресурса новой детали [1–3]. Причем, особое внимание уделяется выбору рационального способы восстановления деталей и сопряжений. Потребитель заинтересован в получении восстановленной детали узла или механизма с минимальными финансовыми и трудовыми затратами при максимально возможном ресурсе.

Величина финансово-трудовых затрат зависит от вида восстанавливаемой поверхности, физико-механических и химических свойств материала детали, ее конфигурации, массы и размеров, а также от выбранного способа восстановления. Величина ресурса восстановленной детали будет зависеть в основном от способа восстановления изношенных поверхностей и меньшей мере от применяемых материалов и вида детали.

Практически в любом узле, механизме или агрегате существуют так называемые основные детали — это детали, от которых зависит срок службы изделия несколько больше, чем от других. К таким деталям чаще всего относят самые металлоемкие и соответственно дорогостоящие корпусные детали. Основными дефектами корпусных деталей машин является: сколы, выкрашивание поверхности, трещины, раковины, коробление привалочных плоскостей и износ посадочных отверстий под подшипники. При этом восстановление геометрии посадочных отверстий под подшипники в значительной мере влияет на уровень послеремонтного ресурса механизма, так как эти отверстия являются базовыми, от их формы и положения зависит взаимное расположение всех составляющих элементов механизма, а, следовательно, условия их работы и взаимодействия.

Таким образом, для увеличения ресурса ремонтируемых машин до уровня новых необходимо, в частности, повысить долговечность корпусных деталей, в первую очередь посадочных отверстий, на которых базируются остальные детали.

Среди основных способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей (механические, сварочно-наплавочные, напыление, полимеры, тепловой способ и т. д.) наиболее перспективным является нанесение гальванических покрытий, особенно, способы проточного нанесения гальванопокрытий, когда покрываемая поверхность превращается в замкнутую ячейку, через которую насосом прокачивается электролит [1–3]. Отпадает необходимость в изолировании не покрываемых участков детали, повышается равномерность осаждаемого слоя, скорость осаждения увеличивается в 2...2,5 раза, появляется возможность механизации процесса, а также создания мобильной установки [1–5].

Для восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проточным способом на ремонтных предприятиях применяют в основном железные покрытия [2,5]. Эти покрытия, несмотря на все достоинства (высокую твердость, износостойкость и т. д.) имеют такие недостатки, как низкая коррозионная стойкость, 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, то есть он обладает высокими антикоррозионными свойствами.

Более высокие виброгасящие свойства цинкового покрытия обусловлены их пластичностью и заключаются в гашении вибрационных колебаний, возникающих в результате функционирования агрегатов машин [4,6–8]. 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-то либо затруднений.

В ремонтном производстве применяются покрытия сплавами на основе цинка и чистым цинком, применяя разнообразные электролиты и режимы осаждения (№ 1-№ 6 таблица 1) [6–8].

Экспериментальные и эксплуатационные исследования на образцах показали, что износостойкость таких покрытий находится на уровне материала восстанавливаемых деталей с достаточной прочностью сцепления с основой. Покрытия хорошо обрабатываются резанием, обладают стойкостью против коррозии и незначительно снижают усталостную прочность восстановленных деталей.

При увеличении плотности тока микротвердость железоцинковых покрытий увеличивается до 1800 МПа, а цинконикелевых имеет минимум при 6 А/дм², равный 1450 Мпа [1]. С повышением температуры электролитов микротвердость железоцинковых покрытий снижается, а цинконикелевых увеличивается.

Для обеспечения надежного сцепления осажденного слоя железоцинкового покрытия с поверхностью необходимо подогреть её до температуры 323 К. Такой подогрев происходит при декапировании и осаждении.

Подобная проблема, связанная с поддержанием необходимой температуры электролита присуща и цинконикелевым сернокислым электролитам. В производственных условиях она не должна превышать 318 К, в противном случае происходит интенсивное разложение комплексной соли никеля с выделением аммиака и как следствие этого изменения условий осаждения, состава и качества покрытий.

Все вышеуказанное, а также сложный состав электролитов снижает стабильность электролитического процесса осаждения и, в конечном итоге, отрицательно сказывается на качестве получаемых покрытий на основе цинка. Этим обуславливается не достаточно широкое использование цинковых сплавов для восстановления корпусных деталей в ремонтном производстве.

Следующий шаг в совершенствовании процессов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей — применение в качестве наносимого покрытия чистого цинка.

Таблица 1

Составы электролитов и режимы цинкования

Это дает возможность производить электролитическое осаждение гальванопокрытия из более простых и недорогих электролитов цинкования, что, в свою очередь, позволит повысить стабильность процесса электролитического осаждения, его производительность и качество получаемого слоя.

Для нанесения цинковых гальванопокрытий разработано много электролитов. Наибольшее распространение в ремонтном производстве получили кислые, цинкатные и аммиакатные электролиты (№ 7, № 8, № 9 таблица 1) [4,6–8].

При необходимости твердость цинковых покрытий повышают путем легирования их другими металлами (железом, никелем, кобальтом, кадмием и др.) или проведением упрочняюще-калибрующей финишной обработки [1,4].

Для нанесения цинковых покрытий также используются нестационарные режимы с применением периодического тока [6–8]. При этом процесс осаждения интенсифицируется в 2…3 раза, а свойства покрытий улучшаются.

Хорошие результаты дает цинкование реверсивным током в сернокислых электролитах № 10 и № 11 (таблица 1).

Проточное электролитическое цинкование, является одним из наиболее эффективных способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей машин. Цинковые покрытия лишены недостатков железных и осаждаются в основном из сернокислых электролитов, что объясняется простотой технологии и стабильностью процесса осаждения, низкой стоимостью применяемых солей.

Однако электролитические осадки чистого цинка для восстановления изношенных поверхностей применяют в основном, когда толщина осаждаемого покрытия без последующей механической обработки не превышает 0,1 мм или для защиты от коррозии, где механическая прочность не имеет существенного значения.

Технологические процессы восстановления деталей цинкованием составляют не более 7 % от общего количества процессов, основанных на нанесении гальванопокрытий [1,4,6–8]. Это объясняется тем, что производительность процесса осаждения остается невысокой, перспективные способы нанесения цинковых гальванопокрытий изучены мало. Отсутствуют единые производственные рекомендации по составу электролитов, режиму анодной обработки и осаждения покрытия в проточном электролите, которые обеспечили бы высокую прочность сцепления покрытия с основой.

Прочность сцепления покрытия с основой, в свою очередь, во многом определяется подготовительными операциями и начальным периодом осаждения цинка, а также структурой технологического процесса.

Кроме того, качество осаждаемого слоя во многом зависит от исполнительных механизмов — устройств, которые реализуют способ проточного гальванического осаждения покрытий [9–12].

Эти конструкции имеют свои особенности, они могут быть усовершенствованы, а также могут служить основой для разработки принципиально новых решений.

Литература:

1.         Захаров, Ю. А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проточным электролитическим цинкованием: Дис. … канд. техн. наук [Текст] / Ю. А. Захаров. — Пенза, 2001. — 170 с.

2.         Голубев, И. Г. Мониторинг технологических процессов восстановления деталей [Текст] / И. Г. Голубев, В. В. Быков, А. Н. Батищев, В. В. Серебровский, И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Технический сервис в лесном комплексе / Сб. материалов. науч.-практ. конф. — Москва: МГУЛ, 2000.– С.31.

3.         Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей машин [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно // Молодой ученый. — 2014. — № 16. — С. 68–71.

4.         Спицын, И. А. Восстановление посадочных отверстий корпусных деталей проточным цинкованием [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. — Пенза: ПГСХА, 1999. — С. 33–35.

5.         Голубев, И. Г. Анализ технологических процессов восстановления деталей гальваническими покрытиями [Текст] / И. Г. Голубев, В. В. Быков, А. Н. Батищев, В. В. Серебровский, И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Состояние и перспектива восстановления, упрочнения и изготовления деталей / Сб. материалов. науч.-практ. конф. — Москва: МГУЛ, 1999 — С. 127–128.

6.         Спицын, И. А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей цинкованием [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Технический сервис в лесном комплексе / Сб. материалов. науч.-практ. конф. — Москва: МГУЛ, 2000. — С.75.

7.         Спицын, И. А. Устройство для электролитического нанесения покрытий проточно-контактным способом с активацией восстанавливаемой поверхности [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Совершенствование технологии и технических средств механизации сельского хозяйства / Сб. материалов. науч.-практ. конф — Пенза: ПГСХА, 2001. — С.58.

8.         Спицын, И. А. Электролитическое нанесение покрытий проточно-контактным способом [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2002 — № 5. — С.30–31.

9.         Спицын, И. А. Устройство для нанесения электрохимических покрытий и его исследование [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров, И. А. Гвоздев // Материалы 45-ой научно-технической конференции студентов инженерного факультета. — Пенза, 2001.-С.16–17.

10.     Захаров, Ю. А. Совершенствование устройств для нанесения гальванопокрытий [Текст] / Ю. А. Захаров // Образование, наука, медицина: эколого-экономический аспект: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти профессора А. Ф. Блинохватова. — Пенза: РИО ПГСХА, 2008. — С. 172–173

11.     Пат. 2155827 РФ, МПК: 7C 25D 5/06 A. Устройство для электролитического нанесения покрытий / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров (РФ). — № 99115796/02, Заявлено 16.07.1999; Опубл. 10.09.2000.

12.     Пат. на полезную модель 2503753 РФ, МПК: C25D19/00. Устройство для гальваномеханического осаждения покрытий / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын (РФ). — № 2012149639/02, Заявлено 21.11.2012; Опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1.