ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

О.Н. Болдырева

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Утверждено редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2014

УДК 620.19

Болдырева О.Н. Физико-химические методы обработки материалов : учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (1,5 Мб) / О.Н. Болдырева. – Воронеж : ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) : цв. – Систем. требования : ПК 500 и выше ; 256 Мб ОЗУ ; Windows XP ; SVGA с разрешением 1024x768 ; MS Word 2007 или более поздняя версия ; CD-ROM дисковод ; мышь. – Загл. с экрана. – Диск и сопровод. материал помещены в контейнер 12х14 см.

В учебном пособии излагаются методы нанесения гальванических покрытий. пособие включает общие сведения о физико-химических методах обработки материалов, дает характеристики защитным покрытиям. Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 110800.62 «Агроинженерия» (профиль «Электроснабжение и электрооборудование сельскохозяйственных предприятий»), дисциплине «Химия».

Пособие может быть полезно специалистам, занимающимся электрохимическими процессами в машиностроении.

Табл. 19. Ил. 1. Библиогр.: 9 назв.

Рецензенты: Межвузовский центр трансфера технологий (руководитель сектора медико-биологических проблем, д-р мед. наук, проф. В.М. Усков);

канд. техн. наук, доц. Б.А. Спиридонов

© Болдырева О.Н., 2014

© Оформление. ФГБОУ ВПО

«Воронежский государственный технический университет», 2014

Введение

Применение защитных, защитно-декоративных и специальных покрытий позволяет решать многие задачи, среди кото­рых важное место занимает защита металлов от коррозии. Ежегодно вследствие коррозии выходит из употребления до 10—15 % годового выпуска металла в виде ценных деталей и конструкций, сложных приборов и машин. В отдельных случаях коррозия приводит к авариям.

Гальванические покрытия являются одним из эффектив­ных методов защиты от коррозии, они также широко применяются для придания поверхности деталей ряда ценных специаль­ных свойств: повышенной твердости и износостойкости, высо­кой отражательной способности, улучшенных антифрикционных свойств, поверхностной электропроводности, облегчения паяемости, наконец, просто для улучшения внешнего вида изделий.

Русские ученые являются создателями многих важнейших способов электрохимической обработки металлов. Так, создание гальванопластики — заслуга академика Б.С. Якоби. Важнейшие работы в области гальванотехники принадлежат учетным Э.X. Ленцу и И.М. Федоровскому.

Проделана большая работа по стандартизации и нормализации процессов нанесения покрытий. Резко увеличивающийся объем работы, механизация и автоматизация гальванических цехов потребовали четкого регламентирования процессов, электролитов для нанесения покрытия, выбора наиболее эффективных способов подготовки поверхно­сти сталей перед осаждением гальванических покрытий и заключительных операций, а также надежных методов контроля качества изделий. В машиностроении большое применение находит электрохимическая обработка металлов, позволяющая практически заменить почти все традиционные методы механической обработки.

Инженеру любой машиностроительной специальности необходимо знать, как протекают коррозионные процессы металлов, уметь правильно выбрать методы защиты от коррозии, технологию нанесения функциональных покрытий с заданными свойствами.

1. Общие сведения о гальванических покрытиях

1.1. Методы нанесения покрытий на металлические основы

Существуют различные методы нанесения покрытий: «горячий», диффузионный, металлизационный, механотермический, химический, гальванический и др.

«Горячий» метод заключается в погружении изделий в расплавленный металл и диффузии металла в основу с образова­нием промежуточного сплава, который и обеспечивает хорошую прочность сцепления с основой. Основным преимуществом это­го метода является его простота и большая производительность, а недостатком — трудность регулирования толщины покрытия. В промышленной практике наиболее широкое применение полу­чило «горячее» цинкование и оловянирование.

Диффузионный метод отличается от метода погружения в расплавленный металл тем, что покрываемые детали приводят в контакт с порошкообразным металлом при температуре ниже его температуры плавления. В этом случае также происходит диф­фузия металла покрытия в металл основы. Диффузионный метод нашел применение при алюминировании стальных деталей для защиты их от коррозии при высоких температурах.

Металлизация представляет собой распыление расплав­ленного металла и осуществляется с помощью сжатого воздуха или инертного газа из специальных аппаратов-пистолетов. Для улучшения сцепления поверхность основного металла делают шероховатой (например, с помощью гидропескоструйной обра­ботки поверхности). Основным преимуществом этого метода яв­ляется возможность его использования при покрытии крупнога­баритным конструкций: ферм железнодорожных мостов, опор электропередач, водонапорных баков, а недостатком — порис­тость получаемых покрытий.

Механотермический метод (плакирование) применяется для изготовления различных полуфабрикатов (листов, ленты), С этой целью лист из основного металла закладывают между двумя листами из металла покрытия и прокатывают между горячими вальцами под определенным давлением. В результате прокатки получается биметалл. Промышленность выпускает различные виды биметалла: сталь — латунь, алюминиевые сплавы — алю­миний, медные сплавы — золото и некоторые другие.

Весьма широко применяются контактный и химический методы нанесения покрытий. При контактном методе осаждение происходит за счет работы короткозамкнутого элемента, в к то­ром более электроотрицательный металл, например цинк и, алю­миний, растворяется, а на более электроположительном металле (деталь из меди или медных сплавов) осаждается покрытие. Этот способ применим при нанесении тонкого покрытия на мелкие и неответственные детали, требующие в основном временной за­щиты от коррозии.

Сущность химического способа заключается в восстанов­лении ионов металла из водных растворов с помощью сильного восстановителя. Широкое промышленное применение находит способ химического восстановления никеля, меди, серебра. В ка­честве восстановителей для восстановления никеля применяют гипофосфит, меди — формалин, серебра — пирогаллол. Пре­имущества химического метода заключаются в возможности на­несения гальванических покрытий не только на металлические основы, но и на неметаллические (пластмассы, стекло, керамика), а также в обеспечении высокой равномерности покрытия во всех точках детали.

Гальванический метод нанесения покрытия имеет ряд пре имуществ по сравнению с другими методами. Покрытия полу чаются блестящими в процессе электролиза. Гальванически: по­крытия характеризуются хорошими физико-химическими и ме­ханическими свойствами: повышенной твердостью и износо­стойкостью, малой пористостью, высоки коррозионной стой­костью. При гальваническом методе имеется возможность точно регулировать толщину покрытия. Это особенно важно в щелях экономии цветных, драгоценных и редких металлов. Наконец, при электролизе водных растворов можно нанести покрытие та­ких металлов и сплавов, которые другим способами получить не удается.