Электролитическое нанесение металлов, сущность процесса. Способы нанесения покрытий

Соли, кислоты и щелочи при растворении в воде распадаются на отдель­ные частицы или группы частиц, несущие положительные и отрицательные 'за­ряды. Частицы называются ионами, а раствор - электролитом. Устройства, в которых за счет внешней электрической энергии соверша­ются химические превращения веществ, называются электролизерами или электролитическими (гальваническими) ваннами. Если в наполненную электролитом гальваническую ванну на некотором расстоянии друг от друга поместить два токопроводяших электрода и от внеш­него источника тока подать на эти электроды определенную разность потен­циалов, то в межэлектродном пространстве начнется перенос диссоциирован­ных частиц. Электрод, присоединенный к положительному полюсу источника тока, называется анодом, а к отрицательному - катодом. В результате воздействия электрического поля разноименно заряженные ионы перемещаются - часть к катоду (катионы), часть к аноду (анионы). Ка­тионами обычно являются ионы металлов и водорода, анионами - кислотные остатки. Приближаясь к катоду, ионы металла, например железа, при опреде­ленном потенциале присоединяют к себе электроны и превращаются в атомы железа, которые оседают на поверхности. Одновременно на катоде происходит разряд ионов водорода, образовавшиеся атомы частично поглощаются метал­лическим покрытием, а частично рекомбинируются в молекулы и удаляются с поверхности катода.

Применяя в качестве катода предварительно очищенные и подготовленные к покрытию изделия или изношенные детали машин, на их поверхность можно, таким образом, наносить ровные, износостойкие слои железа, хрома или других металлов.

Количественная связь между прошедшим через границу электрод - элек­тролит электричеством и количеством прореагировавшего (осевшего на элек­троде, растворившегося на аноде, выделившегося в газообразном виде) вещест­ва была установлена М. Фарадеем в 1833 - 1834 гг. и выражается законами, но­сящими его имя.

Согласно второму закону Фарадея, массы различных веществ, прореагиро­вавших на электроде (катоде или аноде) при прохождении через различные электролиты одного и того же количества электричества, пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ. Известно, что эквивалентная масса численно равна атомной массе, делен­ной на валентность. Эквивалентная масса, выраженная в граммах, называется

грамм-эквивалентом. В процессе электролитического выделения металла из раствора значение

рН, как правило, изменяется. Для поддержания постоянства этого показателя иногда в электролит вводят буферирующие вещества, которые способны вызы­вать образование новых ионов водорода или связывать вновь возникающие ио­ны. Это способствует получению осадков металла с одинаковыми по толщине

свойствами.

Гальванические покрытия имеют следующие области применения при вос­становлении деталей:

• наращивание и повышение износостойкости поверхностей (хром, желе­зо, никель, медь);

• придание защитно-декоративных (хром, никель, медь, цинк, кадмий, олово, свинец) и антифрикционных свойств (железо, медь, цинк, олово);

• защиту от цементации (медь);

• повышение теплостойкости (хром);

• придание поверхностному слою специальных свойств - электро- и теп­лопроводности и др. (медь и др.);

• улучшение прирабатываемое™ трущихся поверхностей (железо, хром, медь, цинк, свинец, олово).

Основная область применения гальванических покрытий в ремонтномпроизводстве - восстановление многочисленных деталей с небольшим износом,но с высокими требованиями к износостойкости, твердости и сплошности по­крытия и прочности его соединения с основой. Учитывают, что 65% деталей

ремонтного фонда имеют износ на сторону 0,14 мм. Гальванические покрытия наносят на восстанавливаемые поверхности клапанов, поршневых пальцев, ша­тунов, отверстий под подшипники в корпусных деталях и др.

Процесс нанесения гальванических покрытий обеспечивает:

• сохранение структуры материала детали за счет отсутствия нагрева;

• высокую износостойкость и твердость покрытий;

• равномерную их толщину;

• возможность получения покрытий с заданными, изменяющимися опре­деленным образом по их толщине физико-механическими свойствами;

• большое количество одновременно восстанавливаемых деталей и воз­можность автоматизации;

• использование недефицитных материалов.

Однако скорость нанесения покрытий низкая (гальванический процесс са­мый длительный по сравнению с другими процессами нанесения покрытий).Процесс многооперационный и сопровождается расходом воды и загрязнением сточных вод ионами тяжелых металлов. Способ требует совершенствования в направлениях повышения производительности и уменьшения затрат на материа­лы. Наряду с этим одновременная обработка большого количества деталей в од­ной ванне значительно снижает штучную себестоимость нанесения покрытий, что выгодно отличает этот процесс от других способов восстановления деталей.

В ремонтном производстве нашли применение следующие гальванические процессы: железнение, хромирование, цинкование, кадмирование, никелирование и др. Наибольшее распространение получили первые три процесса. В свою очередь первые два процесса обеспечивают получение износостойких покры­тий, а цинкование - как износостойких, так и защитных покрытий. Цинк гаран­тирует надежную катодную защиту стальных изделий.