Гальванические покрытия имеют достаточно большие перспективы при восстановлении изношенных поверхностей деталей мобильных машин, особенно интересен способ гальваномеханического осаждения с активацией катодной поверхности непосредственно во время осаждения. Гальваномеханическое осаждение позволяет использовать более высокие плотности электрического тока по сравнению с остальными гальваническими способами, что обеспечивает существенный рост производительности без потери качества получаемых осадков и прочности их сцепления с основой.
Ключевые слова: восстановление, ремонт, гальванические покрытия, плотность тока, электролиз, электролитическая ячейка, пассивирующая пленка.
В настоящее время перед многими хозяйствующими субъектами встает вопрос обеспечения и поддержания работоспособности своих технических средств обслуживания и производства. Морально и физически устаревающий парк машин требует постоянного внимания, а также определенных денежных, ресурсных и трудовых затрат. Обновление состава машинного парка зачастую происходит очень медленно или не происходит совсем ввиду сложного экономического положения хозяйств и высокой стоимости новых единиц техники. Пополнение ремонтной базы новыми запасными частями, узлами и агрегатами также весьма затруднительно без серьезных финансовых вливаний. Поэтому, пополнение ремонтной базы чаще всего осуществляется путем ремонта и восстановления деталей, узлов и агрегатов машин, что требует значительно меньше затрат. Однако для повышения рентабельности ремонтно-восстановительных мероприятий необходимо выбирать наиболее рациональные, производительные и совершенные способы восстановления и ремонта.
В большинстве случаев, рентабельность восстановления и ремонта возможна при обеспечении уровня восстановленной детали, узла или агрегата не менее 80 % от уровня ресурса нового изделия [1–5]. На выбор способа восстановления и ремонта деталей мобильных машин влияет несколько факторов, но превалирующими среди них являются — обеспечение необходимого уровня ресурса, невысокий уровень затрат на реализацию, доступность технологии для имеющегося оборудования и квалификации специалистов хозяйства, технологичность и производительность способа.
Восстановление изношенных поверхностей деталей мобильных машин осуществляют различными способами, в том числе и нанесением покрытий с помощью гальванических процессов [1–10]. Гальваническое осаждение покрытий на восстанавливаемую поверхность осуществляется путем восстановления металла, находящегося в растворе электролита, на поверхности детали под воздействием электрохимических процессов. Эти процессы могут протекать с различной интенсивностью в зависимости от температуры электролита, насыщенности электролита солями осаждаемого металла, скорости протока электролита (если происходит проточное осаждение), от выхода металла по току и так далее [1, 3–4].
Существует несколько способов осуществления гальванического осаждения покрытий на поверхность детали и все они имеют свои достоинства и недостатки.
Основными путями повышения эффективности гальванического осаждения покрытий является повышение производительности процесса осаждения, прочности сцепления покрытия с основой и стабильности получаемых результатов по качеству покрытия.
Для повышения производительности процесса гальванического осаждения металлов прибегают к увеличению плотность тока при электролизе, температуры электролита, скорости его протока, концентрации соли осаждаемого металла в электролите и так далее. Но всегда присутствуют определенные ограничения препятствующие дальнейшему росту производительности электролиза.
Повышение температуры электролита выше определенных значений вызывает повышенное испарение электролита из электролитической ячейки. Увеличение скорости протока свыше определенных значений перестает оказывать положительное действие на электролиз [1–5].
Повышение плотности тока, выше некоторого предельного значения (для различных условий электролиза различный порог), приводит к резкому локальному росту кристаллов металла на подложке, образуя наросты называемые дендритами и мешающие осаждению [1–5].
Кроме того, на качество получаемого покрытия, прочность его сцепления и производительность процесса осаждения в значительной мере влияет так называемая пассивирующая пленка, образующаяся на поверхности восстанавливаемой детали при осаждении.
Как уже отмечалось выше, различают несколько способов осаждения гальванопокрытий [1]:
- Ванное (стационарное) осаждение — кода деталь целиком погружается в ванну с электролитом. Недостатком такого способа является необходимость в изоляции не покрываемых участков детали, применение больших объемов электролита. Достоинством является простота реализации.
- Местное осаждение — когда осуществляется осаждение покрытия на определенном участке детали, при этом организуется местная мини ванна, называемая электролитической ячейкой. Достоинством является применение гораздо меньших объемов электролита. Недостатком можно считать необходимость создания электролитической ячейки.
- Проточное осаждение — когда обеспечивается проток электролита в прикатодном пространстве. Реализуют такой метод также посредством организации электролитической ячейки с протоком электролита в ней. Достоинства — малый объем электролита и обновление электролита в прикатодном пространстве за счет его протока. Недостаток — необходимость применения насосных установок для организации протока электролита.
- Контактное осаждение (электронатирание) — когда во время осаждения осуществляется контакт анода с катодом, разделенные прослойкой фильтровального элемента. Достоинство происходит частичное удаление пассивирующей пленки. Недостаток — возможность осаждения только тонких слоев.
- Проточно-контактное осаждение — это комбинация проточного и контактного способа. Преимуществом такой комбинации является постоянное обновление электролита в прикатодном пространстве, а недостатком считают невозможность осаждения сравнительно толстых слоев.
- Гальваномеханическое осаждение — это проточно-контактное осаждение гальванопокрытий с механическим активированием катодной поверхности. Преимущества — активация катодной поверхности, позволяющая повышать предельную катодную плотность тока осаждения, а, следовательно, производительность процесса. Недостатком можно считать некоторую сложность устройств для реализации данного способа и необходимость в применении насосных установок для перекачивания электролита.
Гальваномеханический способ осаждения металлов и их комбинаций на восстанавливаемые поверхности деталей машин является одним из наиболее перспективных способов восстановления. Применение гальваномеханического способа восстановления изношенных поверхностей деталей машин позволяет получать осадки высокого качества при высокой производительности процесса осаждения и прочности сцепления покрытия с подложкой. По сравнению с другими гальваническими способами восстановления деталей мобильных машин гальваномеханическое осаждение обладает рядом существенных преимуществ:
1. Более высокая производительность процесса осаждения покрытий на поверхности деталей без потери качества и прочности сцепления с подложкой.
2. Возможность создания устройств с герметичной электролитической ячейкой, которая позволит повысить скорость циркуляции электролита без его разбрызгивания и повышенного испарения в атмосферу.
3. Механическая активация восстанавливаемой поверхности не только устраняет пассивную пленку и предотвращает образование дендритов, но и способствует выравниванию поверхности осаждаемого покрытия, выглаживая ее и устраняя дефекты сплошности слоя.
4. Возможность создания мобильной установки, использующий малый объем электролита с одновременным восстановлением нескольких участков детали или деталей.
Рост производительности процесса осаждения обусловлен возможностью повышения предельной плотности катодного тока ввиду механического снятия пассивирующей пленки с поверхности осаждения и предотвращения образования ускоренного локального роста дендритов.
Пассивирующая пленка представляет собой плохо растворимую пленку, препятствующую проникновению к поверхности катода ионов осаждаемого металла. Причина пассивирования — адсорбция активными участками поверхности катода посторонних молекул, органических и неорганических веществ, гидроокиси металлов (в виде золя), водорода, образование продуктов взаимодействия металла с электролитом, кислородом воздуха и т. п. Блокирование поверхности катода чужеродными веществами приводит к увеличению истинной плотности тока, а, следовательно, и потенциала катода, достигающего таких значений, при которых возможно образование новых кристаллических зародышей. При этом разряд ионов возобновляется только после удаления пассивирующей пленки.
Пассивирующая пленка не только мешает росту производительности процесса осаждения, но и отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытия с подложкой, а также снижает качество получаемого покрытия.
Существуют различные способы снижения отрицательного воздействия пассивирующей пленки, например применение реверсивного тока при осаждении, предварительное травление в растворах кислот и так далее, но наиболее действенным является механическое устранение пассивирующей пленки с катодной поверхности.
Механическая активация катодной поверхности осуществляется путем механического воздействия активирующих элементов (чаще всего абразива), срезающих определенный слой наносимого металла вместе с пассивирующей пленкой. Очень важно правильно рассчитать усилие прижатия активирующих элементов и скорость их скольжения по обрабатываемой поверхности. Необходимо обеспечить такой режим активации, при котором количество срезаемого металла осаждённого слоя будет минимальным при максимально полном устранении пассивирующей пленки с поверхности.
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. 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.
3. Захаров Ю. А. Восстановление посадочных поверхностей корпусных деталей машин проточным гальваническим цинкованием [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С. 58–62.
4. Захаров, Ю. А. Восстановление корпусных деталей гальваническим цинкованием [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Актуальные вопросы современной науки. Научный журнал. — № 4 (4). — 2014. — С. 11–16.
5. Семов, И. Н. Ремонт корпусных деталей машин [Текст] / И. Н. Семов, Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин // Новый университет. Серия «Технические науки». — № 10(32). — 2014. — С.53–55.
6. Рылякин, Е. Г. Влияние эксплуатационных факторов на изменение надежности гидроагрегатов мобильных машин [Текст] / Е. Г. Рылякин, А. В. Курылев // Молодой ученый. — 2014. — № 4. — С. 247–249.
7. Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления корпусных деталей транспортно-технологических машин и комплексов [Текст] / Захаров, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Молодой ученый. — 2014. — № 19. — С. 202–204.
8. Пат. 2155827 Российская Федерация, МПК: 7C 25D 5/06 A. Устройство для электролитического нанесения покрытий [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (RU). — № 99115796/02, заявл. 16.07.1999; опубл. 10.09.2000, Бюл. № 25. — 8 с.
9. Захаров, Ю. А. Основные дефекты корпусных деталей автомобилей и способы их устранения, применяемые в авторемонтном производстве [Электронный ресурс] / Ю. А. Захаров, Е. В. Ремзин, Г. А. Мусатов // Инженерный вестник Дона: электронный научный журнал. № 4, 2014. URL: www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_48_Zaharov.pdf_b512b82f57.pdf
10. Рылякин, Е. Г. Сравнительные испытания гидроагрегатов мобильных машин [Текст] / Е. Г. Рылякин, Ю. А. Захаров, А. В. Лахно // Новый университет. Серия «Технические науки». — № 10(32). — 2014. — С.49–52.
