Химическая обработка поверхностей деталей

Химическое никелирование. Покрытие из сплава никель-фосфор может быть получено электрохимическим и химическим способами. Последний основан на выделении металлов из водных растворов их солей с помощью химических препаратов - восстановителей. По сравнению с электрохимическим способом он более производителен и требует меньших капитальных затрат. Так как восстановление никеля происходит на поверхности изделия, то толщина осадка на всех участках поверхности получается совершенно одинаковой независимо от конфигурации изделия.

Химическому никелированию поддаются сталь, чугун, бронза оловянная, бронза фосфористая, алюминий и его сплавы и др. Температура ванны зависит от ее состава и не превышает 95°С. Получаемое покрытие содержит до 95% никеля. Структура покрытия аморфная метастабильная, микротвердость 4500—6000 МПа. При нагреве покрытия до 300°С и выше структура его переходит в равновесное состояние. Коррозионная стойкость никелевого покрытия, осажденного химическим способом, более высокая, чем электролитического никелевого покрытия.

Прочность сцепления никель-фосфорных покрытий с основным металлом, их твердость, коррозионная стойкость и износостойкость могут быть улучшены или повышены термообработкой. Нагрев детали до 200°С при термообработке необходим для снижения остаточных напряжений, которые могут вызвать отслаивание покрытия от основного металла. Твердость покрытия возрастает с повышением температуры термообработки; при температуре 350—500°С и выдержке 15 - 20 мин твердость приобретает наибольшее значение. Увеличение времени термической обработки до 40—60 мин повышает прочность сцепления покрытия и его антикоррозионные свойства. При тем­пературе 600°С микротвердость покрытия составляет 650— 700 МПа, что выше твердости хромового покрытия (С. А. Вишенков).

Химическое никелирование одной из деталей в паре трения дуралюмин по дуралюмину увеличивает износостойкость пары; в несколько раз. Никель-фосфорное покрытие хорошо прирабатывается в паре с металлами.

Способность никель-фосфорного покрытия противостоять действию циклических нагрузок низкая.

Химическое никелирование на толщину примерно 0,1 мм можно рекомендовать как защитное в атмосферных условиях и всреде нефтепродуктов (плунжеры насосов-форсунок и др.); как термостойкое и защитное покрытие для деталей работающих в условиях высоких (до 600°С) температур в агрессивной среде и при трении (клапаны двигателей внутренне го сгорания, толкатели, поршневые кольца и т. п.).

Оксидирование - процесс искусственного образования оксидной пленки на поверхности металла. Оксидная пленка черных металлов состоит из мельчайших кристаллов магнитной окиси железа Fе₃О₄ и имеет небольшую толщину (до 3 мкм) низкую твердость, значительную пористость и хорошее сцепление с основанием. Благодаря структурным особенностям и свойствам пленка хорошо удерживает смазочные жидкости, предупреждает заедание в паре трения из черных металлов и, образуя при изнашивании, тончайший абразив, ускоряет приработку поверхностей трения.

Пленку на стали можно получить химической, электрохимической, термической или термохимической обработкой. Образующаяся пленка не является чисто оксидной, а содержит также некоторое количество фосфатов.

Электрохимическая обработка заключается в анодном оксидировании в горячих щелочных растворах окислителей. Термическое и термохимическое оксидирование производят путем нагрева изделий в расплавленной селитре или на воздухе. В последнее время широко применяют обработку паром, которой подвергают инструмент из быстрорежущих сталей, детали из чугуна (поршневые кольца, толкатели клапанов и др.), а также детали из конструкционной стали, подлежащие отпуску при температуре около 700°С. Толщина пленки достигает 6 мкм. По некоторым опытным данным противозадирные свойства чугуна при обработке его паром при 550—600°С значительно выше, чем при фосфатировании и низкотемпературном сульфидировании.

На алюминии оксидная пленка естественного происхождения или полученная химическим путем толщиной от 0,5 до 5 мкм прочно сцепляется с основным металлом, имеет значительную твердость и высокую износостойкость; пористость в среднем около 20% и жаростойкость до 1500°С. Оксидирование с последующим пропитыванием пленки смазочными маслами с коллоидным графитом служит основой для изготовления алюминиевых подшипников с высокими антифрикционными свойствами.

Электрохимической обработкой на алюминии и его сплавах получают пленки толщиной от 3 мкм до 0,3 мм; процесс получения оксидных пленок толщиной более 60 мкм называют глубоким анодированием. Такой обработке подвергают сплавы с содержанием не более 4,5% Си и 7% 51. Пленки имеют высокую твердость; у самой 'поверхности, где пленка слегка разрыхлена действием электролита, твердость ее снижается. Получающееся твердое анодное покрытие является износостойким. При анодной обработке оксидированный слой образуется как за счет углубления в толщу металла, так и за счет наращивания пленки на поверхности. Таким образом, при анодировании уве­личивается размер цилиндрической поверхности примерно на толщину слоя. Анодное покрытие можно притирать и полировать. Анодированный слой неудовлетворительно работает в паре с электролитическим хромовым покрытием.

Глубокое анодирование поршней из алюминиевых сплавов двигателей внутреннего сгорания повышает надежность их работы (уменьшается число заклиниваний поршней) и уменьшает скорость изнашивания кольцевых канавок. Имеется положительный опыт использования анодированных зубчатых передач из алюминиевых сплавов вместо бронзовых в часовых механизмах и опыт использования анодированных цилиндров из алюминиевых сплавов вместо стальных в гидросистемах.

Фосфатирование - процесс образования на поверхности металла пленки нерастворимых фосфорнокислых солей. Фосфатирование производится химическим способом (в ванне либо в струе раствора) или электрохимическим. Температура ванны для черных металлов не более 90°С.

Фосфатная пленка черных металлов имеет толщину от 2 до 50 мкм и структуру от мелко- до крупнокристаллической в зависимости от режима процесса; незначительно изменяет размеры изделия; весьма прочно сцепляется с основанием; не смачивается расплавленным металлом; жаростойка до 600°С; устойчива в атмосферных условиях, в смазочных маслах, нефтепродуктах и во всех газах, кроме сероводорода; имеет малую твердость, невысокие механическую прочность и эластичность; имеет высокоразвитую пористую поверхность и прочно удерживает смазочные масла, лаки и краски. Фосфатное покрытие, как и оксидное, представляет собой при изнашивании тончайший абразив; оно во много раз более коррозионностойко, чем оксидное, полученное в щелочных растворах, и с успехом может применяться как приработочное.

Схема действия покрытия при трении такова. Вначале сила трения фосфатированной поверхности по фосфатированной или по любой другой значительна. Затем кристаллы фосфата на выступах неровностей контактирующих поверхностей быстро срабатываются и начинают действовать как абразив. Коэффициент трения уже в начале движения резко убывает и продолжает снижаться по мере приработки. Кристаллы фосфата в начальной стадии работы пары предохраняют ее от заедания. Имеется положительный опыт фосфатирования поршневых колец двигателей внутреннего сгорания, цилиндровых гильз и втулок крупногабаритных двигателей, пальцев верхних головок шатунов, зубчатых колес и т. п. Тонкая фосфатная пленка с последующим пропитыванием ее смазочными маслами защищает от коррозии гайки, болты и другие крепежные детали. Фосфатирование позволяет также предупредить часто наблюдаемые задиры на опорных торцах гаек при их завертывании.

Основные преимущества фосфатного покрытия как приработанного слоя по сравнению с оксидным на черных металлах заключаются в большей толщине, большей пористости и меньшей твердости. В результате фосфатирования несколько возрастает хрупкость стали, что связано с наводороживанием металла.

Фосфатное покрытие как подслой для дисульфида молибдена увеличивает прочность сцепления и в десятки раз повышает стойкость поверхностей к задирам.

Сульфидирование — термохимический процесс обработки изделий, изготовленных из сплавов на железной основе, для обогащения их поверхностных слоев серой.

Наибольшая глубина слоя при среднетемпературном сульфидировании 0,04 мм.

Разновидностью сульфидирования является сульфоцианирование, при котором происходит насыщение поверхности ферросплава серой, азотом и углеродом.

Эффект сульфидирования сводится к следующему. Сульфидная пленка, имеющая меньшую прочность, чем основной металл, легко разрушается при трении и отделяется от основания без пластического его деформирования, предотвращая схватывание поверхностей трения. На участках непосредственного контакта поверхностей, где при трении развиваются высокие локальные температуры, на поверхности, не насыщенной серой, образуются сернистые соединения железа, частично переходящие в продукты изнашивания. Сульфидный слой и продукты его изнашивания обладают высокой адсорбционной способностью и активизируют действие смазочного масла. Эти обстоятельства, в совокупности с малыми размерами и способностью к царапанию продуктов изнашивания сульфидов, ускоряют приработку поверхностей и обеспечивают их малую шероховатость после приработки.

В процессе изнашивания сера диффундирует в глубь металла и с тем большей интенсивностью, чем выше давление. В связи с этим антифрикционные свойства, присущие сульфидному слою, сохраняются при величине износа, значительно пре­вышающей первоначальную толщину слоя. Однако как исходный сульфидный слой, так и возобновляющийся представляют собой зону с постепенно снижающейся к сердцевине концентрацией сернистых соединений.

В машинах с циркуляционной смазочной системой установка сульфидированных деталей в пары трения скажется в большей или меньшей мере на работе всех пар, в состав которых входят детали из черных металлов, так как сульфиды будут занесены маслом на все поверхности трения.

Чистое сульфидирование следует рассматривать только как способ ускорения приработки и как меру предотвращения задиров. Оно не может служить методом повышения износостойкости, за исключением низкоскоростных узлов, у которых сульфидный слой сохраняется длительное время.

Сульфидирование не может служить средством защиты от коррозии.

Сульфоцианирование является средством повышения износостойкости деталей из черных металлов, оно увеличивает твердость и сопротивление усталости и снижает пластичность. Коррозионная стойкость сульфоцианированной стали на воздухе и в воде не ниже цианированной.

Сульфидируют и сульфоцианируют цилиндровые втулки, поршни и кольца двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и паровых машин; стальные подшипники скольжения (устанавливаемые взамен бронзовых); кулачки сцепных муфт, гайки ходовых винтов, детали подвижных частей, смазывание которых затруднено из-за высокой температуры среды или недостаточной доступности. При замене бронзовых вкладышей тяжелонагруженных подшипников некоторых машин стальными сульфоцианированными долговечность подшипников увеличилась в несколько раз.

Обработка паром. Метод состоит в обработке стальных и чугунных деталей перегретым паром при температуре 500 - 600°С, давлении пара до 0,1 МПа и выдержке 1 - 2 ч. Метод прост, не требует сложного дорогостоящего оборудования и не вреден для обслуживающего персонала. Обработке подвергают поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, инструмент из быстрорежущей стали и другие изделия. Образующаяся в процессе обработки деталей окисная пленка способствует приработке, уменьшает вероятность возникновения задиров и увеличивает износостойкость деталей.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: