| Электролиты для осаждения железа. | | Печать | |
|
Существующие электролиты делятся на хлористые, сернокислые и смешанные. Кроме того, для специального назначения могут применяться борфтористоводородные, сульфаматные и прочие электролиты с введением в них добавок для повышения блеска, твердости и получения других свойств. Наибольшее применение получили хлористые электролиты, отличающиеся высокой концентрацией солей, большой скоростью наращивания железа и возможностью получения покрытий с большой толщиной. Именно эти электролиты получили применение на авторемонтных и других заводах страны для восстановления размеров деталей, получивших большой износ. В отличие от других видов покрытий при гальваническом осаждении железа решающее значение для прочности сцепления имеет способ подготовки поверхности к покрытию. При этом участки деталей, подлежащие восстановлению, предварительно шлифуют, а места, не подлежащие покрытию, изолируют полиэтиленовыми или фторопластовыми чехлами. Подготовленные детали подвергают анодному травлению в электролите, для которого приняты следующий состав (г/л) и режим обработки: Серная кислота H2SO4.................................................................... 350—370 Железный купорос FeSO4 7H2O....................................................... 10—30 Рабочая температура, °С................................................................. 15—25 Плотность тока Da, А/дм2................................................................ 40—70
Катоды изготовляют из свинца или нержавеющей стали. Выдержка при анодном травлении составляет 2 - 3 мин. Величины анодной плотности тона и выдержки зависят от марки стали покрываемых деталей. Чем более легирована сталь, тем выше должна быть плотность тока. Протравленная поверхность должна бить серебристо-матовой с желтоватым оттенком, без блестящих участком и темных пятен. После травления следует промывка в холодном проточной воде, в горячей воде и завешивание в ванну без тока для осаждения железа. Выдержка деталей в электролите без тока производится в течение 1—3 мин, в результате чего происходит растворение пассивной пленки, полученной при анодной обработке, а также прогревание деталей до температуры электролита. Состав (г/л) и режим осаждения железа для одного из общепринятых электролитов приведены ниже: Хлористое железо FeCl2 4H2O................................................. 200—300 Хлористый марганец МnС12 4Н2О............................................. 20—30 Соляная кислота НС1.............................................................. 0,5—1,0 Рабочая температура, °С......................................................... 60—80 Плотность тока Dk, А/дм2........................................................ .30—50 Выход по току ήк, %................................................................ 90—95 Стальные аноды из стали 10 или 20 завешивают в соотношении 2 : 1 к площади покрываемых деталей. Начальная плотность тока не должна превышать 5 А/дм2. Затем через каждые 2—3 мин плотность тока повышают так, чтобы через 10—15 мин установить режим рабочей плотности тока, после чего до конца процесса плотность тока, рабочая температура и уровень электролита должны оставаться постоянными. Твердость полученного слоя железа определяется принятой рабочей температурой электролита. Так, при температуре 60° С и плотности тока 35—50 А/дм2 твердость, измеренная при нагрузке 5 кгс по Виккерсу, колеблется в пределах 470—540, а при 80° С и той же плотности тока твердость осажденного металла снижается до 300— 400. При регулировании твердости покрытия за счет температуры процесса следует учитывать, что чрезмерное понижение температуры приводит к растрескиванию и скалыванию нарощенного слоя. Ванну для осаждения железа следует изготавливать из листовой стали с пароводяной рубашкой аналогично ваннам хромирования, но футеровку внутренней поверхности производить антегмитовыми плитками, а оснастку ванны дополнить автоматическими регуляторами температуры и уровня электролита. Электролит должен быть прозрачным, иметь зеленый цвет и его следует фильтровать не реже одного раза в 10—15 сут при работе в две смены. Скорость осаждения железа определяют по табл. Таблица Скорость осаждения железа при различных величинах плотности тока и выхода по току
Введение в хлористые электролиты 20—30 г/л гидразина, который, являясь сильным восстановителем, препятствует образованию ионов трехвалентного железа, стабилизирует устойчивость электролита. Для повышения микротвердости слоя в хлористый электролит вводят 0,5 г/л аскорбиновой кислоты и до 30 г/л аморфного бора с размерами частиц в 1—3 мкм. Процесс осаждения ведут при 20° С, величине рН 2—3 и плотности тока 20 А/дм2. Необходимо перемешивание электролита. Полученный слой железа содержит от 2 до 5% бора от массы. После термообработки в вакууме или в безокислительной среде при 1100—1150° С в течение 1 ч покрытие имеет однородную структуту и микротвердость от 1200 до 1600 кгс/мм2. Износостойкость его повышается в 10—12 раз по сравнению с покрытием чистым железом. Для осаждения железа на детали из алюминия и его сплавов предложен способ, по которому детали сначала вхлористом электролите железнения при Da = 20÷30 А/дм2 в течение 1—2 мин, мосле чего переносят в 30%-ный раствор серной кислоты и травят при 15 - 25° С и Da=40÷60 А/дм2 в течение нескольких секунд. Таблица. Неполадки при эксплуатации хлористого электролита железнения.
После травления детали промывают в поде при 50—55° С в течение 1 мин и переносят в хлористым электролит железнения, где и производят наращивание слоя железа по общепринятому режиму. Сернокислые электролиты характеризуются более низкими температурами и плотностями тока. Для них также необходима анодная обработка деталей перед покрытием, как это указано при осаждении железа из хлористых электролитов. Сернокислые электролиты получили применение главным образом для повышения износостойкости стереотипов, где толщина слоя покрытия не превышает сотых долей миллиметра. Из «скоростных» электролитов для этой цели можно упомянуть об электролите (предложенном И. Р. Клячко), для которого принят следующий состав (г/л) и режим работы: Сернокислое железо FeS04 7H2O................................................ 200—450 Борная кислота Н3ВОз................................................................ 10—20 Борфтористоводородный калий.................................................. 20—35 Рабочая температура, °С............................................................ 18—25 Величина рН.............................................................................. 1,9—2,4 Плотность тока Dк, А/дм2 ........................................................... До 7 Выход по току ήк, %................................................................... 70—95 Из электролитов, не требующих подогрева, следует указать на электролит, предложенный И. С. Вороницыным и В. К. Ткаченко, со следующим составом (г/л) и режимом работы: Сернокислое железо FeSO4 7H2O................................................. 400 Сернокислый калий K2SO4............................................................ 150 Фтористый натрий NaF.................................................................. 10 Аскорбиновая кислота.................................................................. 2—4 Рабочая температура, °С............................................................... 20—30 Величина рН................................................................................. 2,5—3,0 Плотность тока Dк, А/дм2 .............................................................. До 7 Твердость покрытий, кгс/мм2 ........................................................ 700-800 Положительное значение добавок аскорбиновой кислоты отмечается и в работе Ф. М. Перегудова по осаждению пористого железа. Анодное травление перед покрытием рекомендуется производить в смеси кислот, содержащей 50% серной кислоты плотностью 1,82 г/см3 и 50% ортофосфорной кислоты плотностью 1,42 г/см3 при плотности тока 10—40 А/дм2 в течение 2—4 мин без подогрева. Для травления принят электролит следующего состава (г/л) и режима работы: Хлористое железо FeCl2 4H2O...................................................... 600 Хлористый калий (или натрий) КС1.............................................. 100 марганец МnС12 4Н2О................................................................ 15-20 Аскорбиновая кислота................................................................ 1 - 5 Рабочая температура, °С............................................................ 18—20 Величина рН............................................................................. 2-3 Плотность тока Dк, А/дм2........................................................... 20—30 После осаждения детали шлифуют до заданного размера и анодно травят в 25%-ном растворе серной кислоты в течение 15—20 мин при Da = 15ч-20 А/дм2 без подогрева. Полученную сетку трещин заполняют смазочными маслами при 100° С в течение 1,5—2 ч. Для получения зеркально-блестящих и твердых покрытий Т. Г. Смирновой предложен электролит следующего состава (г/л) и режима работы: Сернокислое железо FeSO4 7H2O........................................... 200—300 Гликоколь....................................................................................... 10 Щавелевая кислота........................................................................ 0,5 Рабочая температура, °С........................................................... 20—25 Величина рН............................................................................. 2,0—2,2 Плотность тока Dк, А/дм2........................................................... До 9 Выход по току ήк, %................................................................... 82—87 Микротвердость слоя, кгс/мм2 ................................................ 600 При введении в состав электролита гипофосфита натрия твердость покрытий еще более возрастает. Для получения твердых и износостойких покрытий предлагается электролит следующего состава (г/л) и режима работы: Сернокислое железо FeSO4 7H2О.............................................. 180—200 Лимонная кислота..................................................................... 25—30 Хлористый натрий NaCl............................................................... 25—30 Гипофосфит натрия.................................................................. 20—25 Рабочая температура, °С........................................................... 70—80 Плотность тока Dк, А/дм2............................................................ 7—9 Анодное травление перед покрытием следует производить, как это указано для хлористых электролитов. Прогревание полученных покрытий в течение 1 ч при 400° С повышает микротвердость слоя до 1400 кгс/мм2. Кроме хлористых и сернокислых электролитов осаждение железа можно вести из фенолсульфоновых, сульфамино-вых, борфтористоводородных и других электролитов. Так, для борфтористоводородного электролита рекомендуется следующий состав (г/л) и режима работы: Борфтористоводородное железо................................................... 300 Борная кислота Н3ВО3................................................................... 18 Борфтористоводородная кислота HBF4.......................................... 1—2 Рабочая температура, °С.............................................................. 20—60 Величина рН................................................................................. 3,5 Плотность тока Dк, А/дм2............................................................. 2—12 С повышением температуры и плотности тока цвет покрытий изменяется от темно-серого до серебристо-белого, а выход по току возрастает от 60 до 95%. Микротвердость покрытий имеет величину 500—600 кгс/мм2. По методике нанесения покрытий следует упомянуть также об осаждении железа в проточных электролитах, что позволяет ускорять процесс осаждения в 2—3 раза по сравнению с осаждением из стационарных ванн и повышает микротвердость покрытий до 800—850 кгс/мм2. При осаждении железа способом электронатирания плотность тока доходит до 150—200 А/дм2. Весьма способствует ускорению процесса осаждения и наложение ультразвукового поля. В этом случае плотности тока могут быть доведены до 80—120 А/дм2 при осаждении из хлористого электролита без подогрева. Для интенсификации процесса и получения мелкозернистой структуры железа можно применять также реверсирование тока с различной катодной и анодной плотностью тока. Струйная подача электролита в межэлектродное пространство со скоростью около 0,5 м/с позволяет производить местное наращивание железа на отдельных участках крупных деталей, для которых погружение в ванну невозможно. Эти способы интенсификации процесса еще более расширяют возможности его применения.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||