1.4. Область применения восстановления хромированием

В рамках этой книги невозможно дать исчерпывающего описания различных областей применения твердого хромирования.

Большое преимущество восстановления деталей твердым хромированием заключается, прежде всего, в сочетании некоторых положительных свойств, которыми обладают гальванические хромовые покрытия. При применении хромирования часто берут за основу то или другое из этих свойств, однако в каждом случае одновременно другие свойства хрома также играют соответствующую роль.

Восстановление твердым хромированием применяют для получения поверхностей, обладающих:

• очень высокой твердостью, не чувствительных к давлению, удару, толчку и механическому истиранию (различного вида инструмент: калибры, пуансоны, штампы, детали машин и т.д.);

• низким коэффициентом трения: валы и подшипники, протяжный инструмент, трущиеся поверхности цилиндров, поршневые кольца;

• плохой смачиваемостью и ограниченной адгезией: пресс-формы и литейные формы для • металла, пластмассы, стекла, каучука, искусственного волокна; сушильные барабаны для различных веществ;

• большой жаростойкостью: формы для отливок, паровые машины, паровые турбины;

• высокой коррозионной стойкостью: сушильные устройства, сосуды для различных жидкостей и паст, применяемые в химической, пищевой промышленности, двигатели внутреннего сгорания.

Кроме того, твердое хромирование применяют для восстановления изношенных частей калибров, различного инструмента, машин, валов, подшипников, для покрытия изделий из алюминия, цинка и их сплавов в самых разнообразных целях, а также для увеличения износостойкости (но не устойчивости против ударов и сжатия).

Уже было упомянуто, что в тех случаях, когда поверхность испытывает значительные ударные нагрузки или сжатие, металл, выбранный для основания при твердом хромировании, не должен быть слишком мягким. Также и толстый слой твердого хрома на мягкой основе не позволяет полностью использовать ценные свойства хрома. С другой стороны, последующее хромирование допускает использование во многих случаях материалов значительно более дешевых, чем те, которые применялись бы при отсутствии хромирования.

Так, например, очень часто нормальные углеродистые стали, используют вместо дорогих специальных сталей. При этом достигается экономия не только в стоимости материала, но и в стоимости его обработки (иногда очень высокой), так как обработать специальные стали часто бывает значительно сложнее, чем нормальные.

Толщина слоя хрома при восстановлении деталей определяется в первую очередь назначением покрытия, а затем видом нагрузки. В тех случаях, когда восстанавливаются изделия, на износ поверхности которых установлены соответственно малые допуски, например калибры, измерительный инструмент или некоторые детали машин (валы и подшипники), бесполезно наносить хромовое покрытие значительно большей толщины, чем это требует допуск на деталь.

Большая поверхностная твердость и износостойкость особенно существенны для калибров всех видов. Так как калибры при эксплуатации часто подвергаются очень большим механическим нагрузкам, то для изготовления их должен применяться не слишком мягкий материал во избежание внедрения в него хрома при ударе или сильном давлении.

Коленчатые или кулачковые валы целесообразно восстанавливать лишь в опорных местах. Остальные поверхности изолируют перед хромированием во избежание экранирования мест, подлежащих хромированию. Каждое отдельное опорное место должно быть концентрически охвачено круговым анодом с инструментом.

По вопросу восстановления твердым хромированием инструмента для холодной протяжки проведено много исследований. [2, 54] Установлено, что при специальных условиях работы этого инструмента хромовые покрытия с твердостью по Виккерсу 700—750 кГ/мм² обладают наибольшей износостойкостью. Также исследовано влияние толщины слоя хрома при этом хромировании, причем наиболее благоприятными оказались покрытия толщиной 10—20 мкм. Степень улучшения качества инструмента путем восстановления хромированием может значительно колебаться в зависимости от условий осаждения хрома, однако в каждом случае твердое хромирование значительно, а иногда и во много раз увеличивает срок службы инструмента.

Режущий инструмент также существенно улучшается в результате восстановления твердым хромированием, так как, кроме твердости, на качество режущего инструмента благоприятное влияние оказывают более низкий коэффициент трения, гладкая поверхность, а также стружкоотталкивающее действие хрома. Несмотря на все перечисленное, восстановление твердым хромированием в этой области применяется ограниченно. На острых краях режущего инструмента отложения хрома часто бывают несколько хрупкими, вследствие чего они легче скалываются в процессе работы.

Хорошие результаты можно получить при восстановлении хромированием режущего инструмента, изготовленного из таких мягких материалов, как незакаленная сталь, чугун, алюминий, медь, бронза, латунь, цинк. При этом толщина покрытия колеблется в пределах 2—6 мкм, в то время как для закаленной стали она составляет лишь 1—2 мкм. Для инструмента, предназначенного для резания неметаллов, хромовые покрытия могут иметь толщину 4—10 мкм, потому что опасность откалывания хрома здесь меньшая. Примером режущего инструмента, подлежащего твердому хромированию, могут служить сверла, фрезы, развертки, токарные и строгальные резцы, напильники.

Стальные валки для прокатки латуни, меди, цинка, алюминия, железа восстанавливают хромированием на толщину 50—100 мкм, вследствие чего срок службы валков по сравнению со стандартными увеличивается вдвое.

При хромировании очень больших валков их нагревают перед подвешиванием до температуры, соответствующей температуре хромовой ванны, во избежание недопустимого охлаждения электролита.

Широко применяется твердое хромирование при восстановлении типографских плит, валов для глубокой печати, печатных валов для текстильной промышленности. Этому способствует как большая твердость, так и химическая стойкость хрома, а также его краскоотталкивающее действие. Так как для типографских плит и валов большое значение имеет точная передача рисунка, то вполне естественно, что в этих случаях большая толщина хромовых покрытий недопустима. Обычно наносят слой хрома толщиной 2—5 мкм. Кроме того, хромовое покрытие должно быть абсолютно гладким или блестящим, чтобы обеспечить печатание без всяких дефектов.

Плохая смачиваемость хрома, наряду с его особенно хорошими механическими и химическими свойствами, играет большую роль при хромировании различных пресс-форм и штампов, а также инструментов, предназначенных для обработки стекла, металла, твердой и мягкой резины, различного искусственного волокна. Пресс-формы, штампы, пуансоны и тому подобные изделия, которые должны воспринимать очень большое давление, требуется изготовлять из твердого металла. В данном случае также дешевой, хорошо закаленной углеродистой сталью можно заменить дорогостоящую специальную сталь, главным образом хромистую.

Хромирование поверхностей скольжения цилиндров двигателей внутреннего сгорания, сопрягаемых поверхностей деталей гидропневмоаппаратуры улучшает условия скольжения, с одной стороны, а с другой — уменьшает коррозию этих поверхностей, которая может достигать значительной величины при применении топлива, содержащего серу. При восстановлении цилиндров автомобильных двигателей обычно толщина слоя хрома составляет 50—90 мкм, а у цилиндров судовых дизелей большой мощности и деталей гидропневмоаппаратуры доходит до нескольких десятых долей миллиметра. Восстановление твердым хромированием увеличивает срок службы трущихся поверхностей во много раз.

Преимуществом твердого хромирования является то, что оно дает возможность восстанавливать правильный размер деталей, размеры которых были ошибочно уменьшены при изготовлении и которые считались уже совершенно непригодными. Таким же способом восстанавливают размер у изношенных деталей, которые также считались уже вышедшими из строя. Преимущество твердого хромирования заключается в том, что вследствие особых свойств хрома значительно, а иногда и во много раз повышается срок службы изделия и что имеется возможность путем хромирования восстанавливать размеры изношенных деталей, причем старый хром полностью удаляют растворением или шлифованием и изделие хромируют вновь до требуемого размера. Однако при многократном хромировании покрытие уже не имеет сцепления с основным металлом вследствие усталости его или местного наклепа, являющегося результатом длительного употребления. [54]. Толщина хромовых покрытий при восстановлении изношенных размеров деталей колеблется от 0,1 до 1 мм.

В имеющихся на сегодняшний день работах отсутствуют исследования о свойствах покрытий, полученных комбинированным методом гальвано механического осаждения с одновременным массовым переносом частиц инструмента в осаждаемое покрытие. Некоторые авторы [61, 62, 64, 82, 89, 110, 112, 118, 119] лишь высказывают предположения о возможности искусственного увеличения микротвердости хромового покрытия при внедрении в него посторонних частиц. Мнений по поводу влияния посторонних частиц в покрытии на его герметичность в литературе отсутствуют.

Учитывая вышеизложенное, наши разработки и исследования были направлены на теоретическое обоснование, разработку технологии и средств технологического оснащения, математических моделей, реализующих заданное качество обработки деталей и узлов, к которым предъявляются особые требования по герметичности поверхностного слоя и эксплуатирующихся в условиях повышенного износа.