Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований 10
1.1.Воостановление еысоконагруженных хеталей йидропневмоаг регатов сельхозмашин гальваническим хромированием 10
1.2. Методы устранения яегерметичности ип олою хрома при ие монтно-восстановительных мероприятиях 17
Выводы. Цели и задачи иследований 28
2. Методика исследований и пути решения задач 31
2.1.Способ бальваноконтактного оанесения яромовых хокрытий на внутренние цилиндрические поверхности и рабочая гипотеза 31
.22.Технологическое еснащение еля яеализациииетода аКО 36
2.3.Методика ароведения экспериментальных хиследований 42
2.4. Математическая ябработка акспериментальных ханных 45
Выводы 48
3. Моделирование процесса получения композитных покрытий методом ГКО на внутренних цилиндрических поверхностях 49
3.1.Анализ характеристики многослойных хомпозитов ври илоском напряженном состоянии 49
3.2. Экспериментальная проверка модели формирования гальва нического композита 63
Выводы 65
4. Экспериментальные исследования процесса гальваноконтактного хромирования и его влияния на свойства покрытий 66
4.1.Исследование елияния ясновных хоказателей йКО на микротвердость покрытия
4.2.Исследование елияния ясновных хоказателей йКО на остаточные напряжения в покрытии
4.3.Исследование елияния ясновных хоказателей ГМХ нн шероховатость поверхности после покрытия
4.4.Исследование езносостойкости иомпозитных хокрытий йн аснове хрома 80
4.5.Исследования яористости икмпозитных хокрытий йнаснове хрома 84
4.6.Исследование едгезиииокрытия я кснове 87
Выводы 89
5. Технология гальваноконтактного восстановления внутренних цилиндрических поверхностей 91
5.1. Общие положения технологии 91
5.2.Технологический процесс хромирования 96
5.3. Оборудование для осуществления метода нанесения композитных хромовых покрытий на внутренние цилиндрические поверхности 97
Выводы 106
Основные результаты работы и выводы -. 108
Литература
- Методы устранения яегерметичности ип олою хрома при ие монтно-восстановительных мероприятиях
- Математическая ябработка акспериментальных ханных
- Экспериментальная проверка модели формирования гальва нического композита
- Оборудование для осуществления метода нанесения композитных хромовых покрытий на внутренние цилиндрические поверхности
Введение к работе
Актуальность темы. Цена сельскохозяйственной техники, а также стоимость поддержания ее в рабочем состоянии в период эксплуатации в условиях современных рыночных отношений, в значительной мере определяет ее конкурентоспособность.
На современном этапе развития науки и техники неоднократно отмечалось, что одним из важнейших направлений научно-технического прогресса является широкое освоение и внедрение передовых технологий восстановления изношенных деталей. Это позволяет поддерживать в рабочем состоянии стареющую технику, а также вернуть в эксплуатацию уже отслужившие свой срок изделия.
Гидравлические цилиндры очень широко используются в современной сельскохозяйственной технике. Однако, за период жизненного цикла машины, они подлежат не однократной замене. Расходы на это составляют до 40% от стоимости техники. Отказы гидравлики неизбежно приводят к простоям техники, и как следствие, к удорожанию производимой ими продукции, что неизбежно снижает ее конкурентоспособность.
Вся гидравлическая арматура, применяемая в сельскохозяйственном оборудовании, в целях обеспечения ее коррозионной стойкости подлежит обязательному хромированию. Нанесение хрома на современном этапе возможно несколькими способами: по традиционной технологии, с использованием реверсивного тока, струйное хромирование, анодно-струйное хромирование, хромирование при нестационарном токе, использование различных электролитов и т.д. Однако, применение всех известных на сегодняшний день технологических приемов нанесения хромового покрытия не обеспечивает гарантированного получения беспористого покрытия, что является основной причиной отказа гидравлических цилиндров сельскохозяйственной техники. Причина этого - недостаток, присущий всем хромовым покрытиям, осаждаемым по существующим технологиям: негерметичность их при высоких давлениях в системе, которая проявляется вследствие наличия в осажденном покрытии развитой сетки пор и трещин, являющейся результатом высоких растягивающих остаточных напряжений в нем, которые превышают предел прочности хрома, и он растрескивается. Ко всему вышесказанному необходимо добавить, что при хромировании деталей на поверхность металла наносится покрытие с уже существующими микроканалами и трещинами, а значит, существует угроза потери коррозионной устойчивости покрытий и возникновения негерметичности по слою хрома. Решение этой проблемы на современном этапе направлено на устранение уже имеющихся пор и трещин в осажденном покрытии, что значительно увеличивает себестоимость деталей. Известные технологические приемы дают возможность повысить герметичность хромовых покрытий. Однако они не позволяют решить проблему герметичности износостойких хромовых покрытий при восстановлении изношенных гидроцилиндров. Связано это с тем, что известными методами не устраняется основная причина появления трещин в покрытии - высокие растягивающие остаточные напряжения, возникающие в процессе электролиза, т.е. микроканалы, трещины в покрытии уже существуют, а значит, существует и возможность проявления негерметичности по слою хрома в любой момент времени эксплуатации изделия. Следует отметить, что механическая обработка покрытий отличается высокой трудоемкостью и значительным процентом брака, доходящим при обработке толстослойных покрытий на внутренних цилиндрических поверхностях до 87%. Механическая обработка деталей, кроме трудоемкости, несет еще одну негативную характеристику, а именно после нее в поверхностном слое детали образуются микротрещины, которые в дальнейшем реализуются в наносимом покрытии, способствуя трещинообразованию и пористости в нем, что делает проблематичным обеспечение коррозионной устойчивости покрытия и его герметичности.
Комплексное решение проблемы негерметичности при восстановлении изношенных деталей хромированием возможно лишь при получении в процессе электролиза сжимающих остаточных напряжений в хромовом покрытии, что исключит возможность растрескивания его при эксплуатационных нагрузках, и устранение из цикла технологического процесса предварительной и последующей механической обработки восстанавливаемой поверхности.
Эти качества покрытий, возможно, получить одним из нестационарных методов электролиза – нанесением покрытия с одновременной его механической обработкой в гальванической ванне в процессе осаждения. Покрытия, осажденные по этой технологии, лишены вышеуказанных недостатков. Они имеют сжимающие остаточные напряжения, повышенную адгезию к основе, хорошую равномерность.
Перспективным направлением восстановления деталей хромовым покрытием является разработка технологии нанесения композитных покрытий. Ведение в осаждаемый слой мелкодиперсных частиц позволит армировать материал покрытия и, учитывая специфику его нанесения, получать герметичные хромовые покрытия толщиной до 500 мкм на строну с повышенной адгезией к основе и точностью по 7-му квалитету. Это позволит создать основу для разработки высокоэффективных технологических процессов восстановления, обеспечивающих дальнейшее повышение долговечности узлов гидроарматуры и снижение затрат на ремонт сельскохозяйственной техники.
Настоящая работа посвящена повышению эффективности восстановления гидроарматуры сельскохозяйственной техники композитным покрытием на основе хрома, обеспечивающим увеличение долговечности и снижение себестоимости восстановленных деталей и узлов.
В диссертации проведены исследования композитного покрытия на основе хрома, разработана технология восстановления, которая внедрена в ООО «Гидротехника М» г. Воронеж.
Работа выполнялась в соответствии с комплексной целевой программой РАН 2.25.1.1 «Новые процессы получения и обработки металлических материалов», ГБ работы кафедры «Автоматизированное оборудование машиностроительного производства» ФГБОУ ВПО Воронежский государственный технический университет «Теория и практика машиностроительного производства» 2009.39.
Цель работы. Повышение эффективности восстановления гидравлических цилиндров сельскохозяйственной техники и разработка практических рекомендаций по получению герметичных износостойких композитных покрытий на основе хрома на их рабочих поверхностях.
Объект исследований. Композитные гальванические покрытия на основе хрома, нанесенные методом гальваноконтактного осаждения (ГКО).
Предмет исследования. Физико-механические и эксплуатационные характеристики композитных гальванических покрытий, полученных методом ГКО.
Методика исследования. Исследования проводились с использованием методов системного анализа, теоретических основ электрохимического формообразования и обеспечения требуемого качества поверхностного слоя. Применялись численные методы. Экспериментальные исследования и обработка полученных данных проводились с использованием современных методик, а постановка и обработка результатов эксперимента с применением методов математической статистики. Результаты исследований обрабатывались с использованием методов дисперсионного и регрессионного анализа.
На защиту выносятся:
теоретические предпосылки повышения физико-механических свойств гальванических покрытий при введении в них дисперсных наполнителей;
результаты экспериментальных исследований шероховатости поверхности, микротвердости и остаточных напряжений, полученных в покрытиях, нанесенных методом ГКО;
технология восстановления внутренних цилиндрических поверхностей гидроцилиндров гальваническим композитных покрытием на основе хрома без применения предварительной и последующей механической обработки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Предложена математическая модель формирования композитных покрытий со сжимающими остаточными напряжениями посредством контролируемого внедрения дисперсного наполнителя в гальваническую матрицу.
2. Получены математические модели, связывающие условия обработки с шероховатостью, микротвердостью и остаточными напряжениями получаемых покрытий при восстановлении деталей методом ГКО.
3. Разработан способ получения композитных гальванических покрытий на внутренних цилиндрических поверхностях, отличающийся тем, что процесс ведется при переменном давлении инструмента на обрабатываемую поверхность в зависимости от ее износа (способ проходит патентование).
4. Разработан инструмент для получения качественных гальванических композитных покрытий на внутренних цилиндрических поверхностях (патент № 100520), отличающийся тем, что прижимная поверхность выполнена в виде сегментов, имеющих возможность свободного перемещения относительно базовой оси.
Практическая ценность работы Разработан способ хромирования, позволяющий получать герметичные беспористые композитные покрытия на основе хрома с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами на внутренних цилиндрических поверхностях (способ проходит патентование). Разработаны электроды-инструменты (патент № 100520) для осуществления способа, позволяющие получать восстановлением по методу ГКО высококачественные композитные покрытия с заданными параметрами поверхностного слоя.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:
– научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов и аспирантов Воронежского государственного технического университета в 2007...2011 гг.;
– Региональной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса», ВГТУ (г. Воронеж), 2007 г.;
– Региональной научно-технической конференции «48 научно-техническая конференция ВГТУ», ВГТУ (г. Воронеж), 2008 г.;
– Региональной научно-практической конференции «Инновации в авиационных комплексах и системах военного назначения», ВАИУ (г. Воронеж), 2009 г.;
– Региональной научно-технической конференции «49 научно-техническая конференция ВГТУ», ВГТУ (г. Воронеж), 2009 г.;
– Международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК», МичГАУ (г. Мичуринск), 2010 г.;
– Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инновационных систем информатизации и безопасности», ИПЦ «Научная книга» (г. Воронеж), 2010 г.;
– Региональной научно-технической конференции «50 научно-техническая конференция ВГТУ», ВГТУ (г. Воронеж), 2010 г.;
– Международной научно-технической конференции «Технологические методы повышения качества продукции в машиностроении – ТМ 2010» ВГТУ, Воронеж, 2010 г.
– XVI Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции – новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства» ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, (г. Тамбов), 2011 г.
Публикации. По результатам выполненной работы опубликована 31 печатная работа, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на полезную модель № 100520 РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 5 таблиц, 9 приложений и библиографию из 91 наименования.
Методы устранения яегерметичности ип олою хрома при ие монтно-восстановительных мероприятиях
Исходя из производственного опыта известно, что при восстановлении деталей хромированием с толщиной покрытия более 40 мкм значительно снижается сопротивление усталости основного металла (особенно высокопрочных сталей), что обусловлено в основном низкой прочностью и пластичностью хрома, а также наводороживанием стали [74, 77, 78]. Хромовые покрытия отрицательно влияют на предел вынрсливости стали ст_і [74]. Литературные данные [74, 86, 90] свидетельствуют, что хромирование снижает о стали вследствие влияния внутренних напряжений в покрытии Овн, которые вызывают напряженное состояние поверхности основного металла. При эксплуатации детали в таком покрытии образуются трещины, являющиеся концентраторами напряжений, значительно снижающими срок эксплуатации детали. Это не позволяет традиционными ремонтными мероприятиями добиться восстановления исходных эксплуатационных характеристик изделий.
Сопротивление усталости в результате хромирования может снижаться на 20-30 %, а иногда и значительно больше [61,.74].
В литературе имеются противоречивые данные о влиянии толщины хромового покрытия на усталостные характеристики высокопрочных сталей. Так в [74] доказывается, что степень снижения сопротивления усталости зависит от свойств стали, характера нагружения деталей и особенно от толщины хромового покрытия.
Как показано в [74] с увеличением толщины слоя хрома предел выносливости a_i значительно снижается с 55 МПа до 28-37 МПа при толщине хромового покрытия 150 мкм. Напротив, в работе [87], где исследовалось влияние толщины хромового покрытия и температуры электролита на выносливость сталей с уровнем прочности 1000-1800 Мн/м , результаты свидетельствуют о том, что и в области многоцикловой усталости, основным фактором, влияющим на усталость, является температура электролита, а не толщина покрытия.
При проведении испытаний малоцикловая усталость при повторных статических нагружениях образцов из стали после хромирования снижается в 4-5 раз по сравнению с выносливостью нехромированных образцов [74]. Это объясняется тем, что трещины в хромовом покрытии, возникающие в результате приложения циклических нагрузок, действуют как концентраторы напряжений и определяют снижение сопротивления усталости хромированной стали [60, 74].
В работе [58] показано, что увеличение толщины хромового покрытия ведет к снижению внутренних напряжений и при толщине хрома 30 мкм они составляют 75,5 МПа. В дальнейшем при увеличении толщины хромового покрытия внутренние напряжения в нем уменьшаются [63]. В [80] снижение внутренних напряжений по мере увеличения толщины хромового покрытия объясняется его растрескиванием. В тоже время в [84] утверждается, что с увеличением толщины хромового покрытия внутренние напряжения растут.
Наличие данных о качественных ремонтных хромовых покрытиях в литературе либо отсутствует, либо крайне противоречиво. Болъшинство авторов проводили исследования в покрытиях с толщиной до 60 мкм [12, 21, 45, 54, 70, 79, 88]. Авторы [75, 83] пытались исследовать толстые хромовые покрытия на наличие внутренних напряжений, но им не удалось получить качественные хромовые покрытия с толщиной хрома 0,1 мм и выше. Авторы [52, 64] также не смогли получить качественные покрытия при восстановлении деталей с толщиной хрома выше 0,15 мм. По мнению многих исследова телей [8, 10, 12, 20, 21, 53, 55, 78] толщина 0,15 мм является предельной для износостойких хромовых покрытий с удовлетворительной адгезией к основе. В то же время авторы [80] получали хромовые покрытия с толщиной 0,3 мм, а в работе [84] были получены хромовые покрытия с толщиной 1,2 мм. Но во всех этих работах отсутствуют данные о проверке покрытий на герметичность и адгезию к основе.
В процессе восстановления деталей хромированием, в хромовом покрытии возникают растягивающие напряжения, величина которых достигает 750 - 800 МПа. Из-за низкой пластичности хрома, растягивающие напряжения реализуются в виде растрескивания [67,71].
Поэтому в процессе эксплуатации деталей, прошедших ремонтно-восстановительное хромирование бывают случаи отказов агрегатов из-за потери герметичности вследствие течи жидкости или газов по самому хромовому покрытию из-за его пористости [9, 10,15, 20, 21, 44, 53].
Как отмечается в литературе, одним из главных факторов, влияющих на герметичность хромового покрытия, является его толщина, причем с увеличением толщины покрытия значительно повышается трудоемкость по обеспечению его герметичности [53, 58, 64], а, начиная с толщины 110 мкм получить беспориетые хромовые покрытия практически невозможно.
Потеря работоспособности в гидропневмоагрегатах сельскохозяйственной техники происходит по нескольким причинам: во-первых, из-за сильного износа резиновых уплотнительных колец, что вызывает утечку рабочих сред. В этом случае течь легко устранить заменой уплотнительных колец. Во-вторых, часто жидкость или газ просачиваются через хромовое покрытие под уплотнением. Причиной такой неисправности является наличие в поверхностном слое хромового покрытия сетки трещин с широкими каналами, по которым жидкость или газ просачивается непосредственно около уплотнений рис. 1.1 [58, 69, 71]. в - третьих, течь жидкости и газов происходит на некотором расстоянии от резиновых уплотнительных колец из-за длинных пор в слое хромового покрытия на некоторой глубине от поверхности [69, 71] рис. 1.2.
Течь по хромовому покрытию из-за наличия различной сетки трещин может быть как результатом неправильных условий электролиза при восстановлении размеров детали до номинальной хромированием, так и следствием механической обработки детали до восстановления и покрытия после его нанесения [52, 60, 61, 64, 73].
Математическая ябработка акспериментальных ханных
Если подвести постоянный ток к детали и электроду, то при заполненной полости электролитической ячейки электролитом происходит процесс осаждения металла на поверхность детали или его снятие в зависимости от полярности подведенного тока к детали и электроду.
По высоте электрода уменьшение расстояния между отверстиями кверху дает возможность компенсировать различную скорость истечения струй электролита из нижних отверстий (большая скорость) и верхних отверстий (меньшая скорость) большим количеством отверстий и соответственно большим количеством электролита, подаваемого на единицу объема межэлектродного пространства. Тем самым добиваются равномерного обновления электролита и получения равномерных осадков металла по высоте детали. Экспериментально установлено, что для деталей высотой до 50 мм оптимальной величиной снижения расстояний между отверстиями является 1,0 мм, а для деталей высотой 600 мм - 2,0 мм.
Это позволяет получить в сравнении с известными технологическими приемами нанесения композитных гальванических покрытий целый ряд преимуществ: во-первых, метод обеспечивает разную скорость осаждения покрытия на различные участки восстанавливаемой поверхности в зависимости от их износа, что позволяет устранять геометрические погрешности деталей, вызванные износом не прибегая к традиционной механической обработке деталей до восстановления и/или покрытия после нанесения покрытия, во-вторых, регулируемое внедрение инструментального материала в виде мелкодисперсных частиц в покрытие, позволяет повысить его микротвердость и износоустойчивость по сравнению с покрытиями, полученными по стандартной технологии, в-третьих, применение вращающегося инструмента обеспчит более быстрое удаление водорода из зоны обработки, что снизит наводо-роживание материла подложки и в-четвертых, конструкция электрода-инструмента обеспечивает равномерное обновление электролита в прикатод-ных слоях, что положительно влияет на равномерность наносимого покрытия.
В связи с вышеизложенным, в работе требуется разработать на основе предложенного способа технологию ГКО, позволяющую получать качественные размерные композитные покрытия на основе хрома на внутренних цилиндрических поверхностях. Также необходимо выявить механизм влияния параметров процесса ГКО для получения покрытий с заданными критериями качества.
Для определения режимных параметров обработки методом ГКО исследования проводились на экспериментальных гильзах (рисунок 2.4), изготовленных из стали 30 ХГСА ТУ 14-1-950-74. Внутренний диаметр гильзы составлял 35 мм, длина хромируемой части 46 мм.
Исследовался технологический процесс восстановления изношенных поверхностей деталей методом ГКО с получением на них износостойких герметичных композитных покрытий на основе хрома с получением в них сжимающих остаточных напряжений с повышенной адгезией к основе. Покрытия осаждались в стандартном электролите хромирования, содержащем 200-250 г/л СгОз и 2,0-2,5 г/л Н2804, нашедшем широкое применение на восстановительных предприятиях. Рисунок 2.4 - Экспериментальная гильза
Для проведения экспериментальных исследований электролит приготавливался из реактивов «ХЧ» и «ЧДА» на дистиллированной воде по методике, описанной в [50]. Плотность электролита измерялась ареометром, кислотность рН - метромилливольтметром модели рН
Температура электролита поддерживалась с точностью 1К при помощи термометра ТПП - 11 ГОСТ 13717 - 74 и контролировалась термометром ТН 5 ГОСТ 400 - 80 с ценой деления шкалы 0,2К. Корректировка электролита, его анализ проводились по методике, изложенной в [13].
В связи с тем, что площадь поверхностей деталей, восстанавливаемых хромированием составляет от 1,5 до 20 дм , а на имеющемся в гальванических цехах отрасли оборудовании затруднительно получение на подобных деталях плотности тока свыше 300 А/дм , максимальная плотность тока для исследований была выбрана 400 А/дм или 40 кА/м . Ограничение цо величине плотности тока вызвано также тем, что прохождение больших токов приводит к значительному нагреву деталей, затрудняет создание надежных токоподводов к ним и в конечном итоге, не позволяет поддерживать в процессе обработки стабильные технологические режимы.
Исследования проводились на экспериментальной установке для хромирования внутренних цилиндрических поверхностей, спроектированной и разработанной в [24]. На установке возможно широкое изменение рабочего давления инструмента, межэлектродного расстояния, температуры электролита, плотности тока, скорости главного и вспомогательного движения. Общий вид установки показан на рисунке 2.5.
Экспериментальная проверка модели формирования гальва нического композита
Как следует из состояния вопроса, для деталей, прошедших восстановление хромированием, одной из основных характеристик получаемых покрытий является их микротвердость. Ее величина определяется в основном, условиями электролиза, а также от толщины осадка, причем увеличение толщины осаждаемого хрома ухудшает показатели микротвердости покрытия.
В нашем случае исследовались образцы, прошедшие восстановление хромированием методом ГКО с толщиной покрытия 40 - 400 мкм.
Для изучения влияния электролиза на микротвердость получаемых покрытий применялось математическое планирование эксперимента [16]. Был реализован полный факторный эксперимент 23\ Характеристики плана эксперимента выбирались из условия получения беспористых хромовых покрытий со сжимающими остаточными напряжениями и минимальным наводоражи-ванием стальной основы. В результате области варьирования независимых переменных были выбраны следующие; плотность тока, 1кА/м Ю-20 температура электролита, I С 45 - 59 давление инструмента, Р МПа 2,5-3,5 В качестве зависимой переменной была взята микротвердость покрытий (Hv, МПа). Исследования проводились методом регрессионного анализа результаты которого представлены в приложении А, для чего на основании экспериментальных данных была построена матрица планирования, содержащая зависимую и независимые переменные. Одним из условий этого метода являть ется предположение о функциональной независимости варьируемых переменных. Для оценки этого положения проводился корреляционный анализ.
На основании анализа матрицы коэффициентов парной корреляции, можно сделать вывод о необходимости включения в модель таких факторов исследуемого процесса, как плотность тока, температура рабочей среды, давление инструмента на поверхность. Остальные факторы процесса оказались не значимы.
Следующим этапом работы является подбор математической модели, наиболее точно описывающей исследуемый процесс.
Анализируя представленные выше вычисления видно, что наилучшим образом описывает исследуемый процесс линейная модель со свободным членом, т.к. для нее коэффициент детерминированности имеет наибольшее значение. Проверка адекватности выбранной модели производилась по критерию Фишера [16]. Модель считалась адекватной, если Fp F%A (см. главу 2). Для полученной модели расчетный критерий Фишера (Fp = 173,726) оказался больше F = 6,591. Следовательно, уравнение регрессии адекватно описы вает влияние основных факторов процесса ГКО на микротвердость получае мых покрытий. ,
Дальнейшим этапом явилось проведение регрессионного анализа. В результате расчета пошаговой множественной регрессии с применением пакета научных подпрограмм «Statistika» получено уравнение, описывающее зависимость микротвердости от исследуемых факторов HY= 11161,64 +132,15 ./-54,46-7 + 607,5 -р Анализ позволил выявить, что зависимость микротвердости от исследуемых факторов линейная, а связь между ними сильная - множественный коэффициент корреляции достигает значения 0,996. Анализируя корреляционную матрицу, видим, что наибольшее значение на микротвердость оказывает плотность тока (коэффициент корреляции -0,802). Менее значительно влияют на микротвердость температура электролита и давление инструмента (коэффициенты корреляции соответственно -0,463 и 0,368).
После проверки значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента [16], выяснилось, что все коэффициенты регрессии, кроме эффектов взаимодействия, оказались значимыми, т.к. вычисленные значения критерия Стьюдента оказались больше критического 1 крит- 2,776 [16].
Из анализа влияния исследуемых факторов на микротвердость покрытий следует, что с увеличением температуры электролита микротвердость покрытий уменьшается, что хорошо согласуется с характером влияния температуры электролита на микротвердость как при обычном хромировании [20], так и при гальваноконтактном методе осаждения покрытий [24] и объясняется, видимо, увеличением пластичности хрома с повышением температуры электролита.
Как показала практика, наиболее рациональной плотностью тока для получения качественных композитов на основе хромовой матрицы, является значение 18 кА/м , так как позволяет осаждать покрытия с наивысшей скоростью без ухудшения качества последних. В связи с этим были построены технологические номограммы, показанные на рисунках 4.1 и 4.2, позволяющие в производственных условиях не прибегая к сложным вычислениям выбрать рациональные режимы осаждения с целью получения композитных покрытий в наибольшей степени отвечающим технологическим требованиям.
Увеличение плотности тока приводит к незначительному увеличению микротвердости получаемых покрытий и объясняется, видимо, экстремальным характером зависимости микротвердости от плотности тока, когда максимальная микротвердость наблюдается при определенной плотности тока.
Оборудование для осуществления метода нанесения композитных хромовых покрытий на внутренние цилиндрические поверхности
По результатам проведенных исследований разработана технология размерного восстановления гильз силовых гидроагрегатов сельскохозяйственной техники композитным покрытием на основе хрома (приложение Д).
Технологический процесс восстановления деталей способом гальваноконтактного осаждения (ГКО) распадается на два основных этапа: подготовка к хромированию, и непосредственное хромирование.
Большое значение имеет проведение правильной подготовки деталей к хромированию, так как в этом случае будет обеспечено высокое сцепление покрытия с основным металлом и будет предупрежден брак деталей. Практикой уже выработана определенная последовательность операций, проводимых при подготовке. Обычно эти операции проводятся в следующем порядке: а -изоляция мест, не подлежащих хромированию; 6 - монтаж деталей на подвески; в - обезжиривание деталей и промывка их; Г-декапирование деталей; д-хромирование. Изоляция мест, не подлежащих хромированию Изоляция мест, не подлежащих хромированию, производится путем нанесения на поверхность изоляционного лака (цапонлак, эмалит, нитролак), не разрушающегося при нагревании электролита. Для изоляции раствор лака наносится кистью в 2 - 3 слоя, причем каждый раз отдельный слой сушат в течение 1—2 часов.
В нехромируемые отверстия деталей вставляют свинцовые пробки. После изоляции необходимых участков детали монтируются на приспособлении, при помощи которых они будут находиться на шпинделе установки хромирования. Для каждой номенклатуры приходится изготавливать специальные подвесные приспособления, регулируемые в пределах определенного типоразмера, которые должны обеспечить правильное положение хромируемых мест относительно анодов и инструмента и хороший контакт в местах соединения со штангами.
Чтобы торцевые плоскости хромируемой цилиндрической детали не имели на краях дендритообразных наростов хрома, лучше завешивать в этих местах экраны, оттягивающие на себя часть силового потока; в данном случае экраны могут быть сделаны в форме круга, соответственно диаметру детали, и располагаются вверху и внизу детали.
При хромировании различных отверстий обязательным условием является расположение свинцового анода-инструмента строго по центру, что обеспечивается конструктивными параметрами оборудования ГКО, и тогда толщина осадка будет более равномерной по всей поверхности.
После монтажа деталей на шпинделе установки приступают к обезжириванию деталей и к последующей их промывке. Обезжиривание Применяются различные виды обезжиривания деталей перед хромированием: механическое, химическое и электролитическое. К механическому обезжириванию относится довольно распространенный способ удаления с поверхности деталей жировых пленок, способ протирания, детали раствором (кашицеобразного состояния) мелкой венской извести. Протирание этим раствором производится вручную кистью, ершиком или тряпкой, смоченной раствором извести; протирание нужно производить тщательно й течение 2 - 3 минут. После этого деталь промывается проточной водой.
Химическое обезжиривание деталей производится в растворе щелочей натрия и калия, путем выдержки деталей в этом растворе, обычно подогреваемом до 50 - 60С, в течение 1 - 2 часов.
В таком случае нужно изготовить ванну обезжиривания с подогревом и установить над нею соответствующую вентиляционную камеру. в качестве раствора применяется 10% раствор едкой щелочи или смеси, состоящей из углекислой соды в количестве 50 г/л, едкого натра 10-20 г/л и жидкого стекла или мыла в количестве 3 - 5 г/л.
Электролитическое обезжиривание стальных изделий может производиться в этом же растворе, как и для химического обезжиривания. Но процесс разрушения жировых пленок и омыления их частей в этом случае будет происходить под действием электрического тока, пропускаемого через раствор ванны, и сам процесс будет осуществляться гораздо быстрее. Электролитическое обезжиривание лучше производить, завешивая детали на аноде, а не на катодной штанге, что на практике осуществляется применением реверсивного источника питания, так как в этом случае мы избегаем наводорожи-вания. На катоде выделяется значительное количество водорода, и часть его диффундирует в деталь, вызывая поверхностную хрупкость. На аноде процесс обезжиривания хотя и происходит несколько медленнее, так как молекулы кислорода, выделяющиеся на аноде, являются менее активными в этом смысле, но зато не происходит наводораживания.
Для электролитического обезжиривания рекомендуется температура раствора 50 - 60, плотность тока 3 - 10 А/дм . Ориентировочное время обезжиривания составляет 3-5 минут.
После обезжиривания обязательна промывка деталей в проточной воде, чтобы не заносить остатки щелочей в последующие ванны.
В щелочных ваннах, особенно при длительной выдержке щелочной раствор может разрушить пленку изоляционных лаков, нанесенных ранее на места, не подлежащие хромированию. В таком случае следует изоляцию не хромируемых мест производить после обезжиривания, а не до него.
Последней подготовительной операцией перед хромированием остается декапирование деталей. Декапирование производится с целью удаления е поверхности хромируемых деталей окисной пленки. Имеющиеся окислы, если их оставить на поверхности, будут мешать хорошему сцеплению хромово го осадка с основным металлом. Поэтому следует тщательно производить декапирование, чтобы обеспечить хорошее сцепление хрома на деталях.
Декапирование представляет собою процесс легкого травления поверхности деталей и производится оно непосредственно перед хромированием.
В практике хромирования внутренних цилиндрических поверхностей обычно не производят травления деталей в рабтворах кислот, а удовлетворяются одним процессом декапирования. Этот процесс осуществляется гораздо быстрее, чем травление. Обычно декапирование деталей осуществляется в хромовой ванне, как процесс анодного травления.
Детали завешиваются на анодную штангу и при рабочей температуре хромового электролита, при плотности тока 30-50 А/дм , производят декапирование в течение 30 - 50 сек. Декапирование производят в рабочей ванне, где перед началом хромирования при помощи реверсивного источника тока включают ток обратного направления. Через 0,5 - 1 мин., то есть после декапирования, включают ток с обычным направлением, чтобы завешенные детали являлись катодом, а не анодом, как при декапировании. При этом экономится одна ванна.
При наличии отдельной декапировочной ванны, после декапирования изделия нужно тщательно промыть в горячей воде и погружать тут же в ванну, находящуюся под током. Декапирование является последней операцией перед хромированием. Хромирование Хромирование деталей для восстановления внутренних цилиндрических поверхностей в ремонтной практике при использовании метода ГКО проводится в электролите следующего состава:
