Электролитическое железнение - Гальванические покрытия

При железнении, как и при других электролитических процессах, состав и свойства осажденного металла зависят от состава электролита и режимов наращивания.

Электролитическое железо, полученное из хлористых электролитов, имеет следующий химический состав, %: железа до 99,99; углерода 0,0001; серы 0,0001; фосфора до 0,0002. Добавление в хлористый электролит глицерина и сахара может увеличить содержание углерода и повысить твердость осадков.

Процесс покрытия электролитическим железом осуществляют с использованием растворимых (стальных) и нерастворимых (угольных) электродов. При наращивании слоя покрытия с помощью нерастворимых электродов необходимо систематическое корректирование состава электролита по мере истощения раствора.

Осадок электролитического железа, полученный в концентрированной хлористой ванне при температуре, близкой к температуре кипения, и высокой плотности тока (10--12 А/дм2), характеризуется пластичностью и мелкозернистой структурой. При осаждении в сернокислых растворах при этих же режимах создаются более хрупкие и крупнокристаллические осадки.

В сернокислых ваннах получают пластичные осадки железа при нормальной температуре и низких плотностях тока (0,1--0,2 А/дм2). Хрупкость электролитического железа объясняется его способностью поглощать водород. В электролитическом железе, полученном из хлористых электролитов при температуре 100 °С, содержится лишь 0,002--0,003 % водорода. Электролитическое железо,, осажденное из сернокислых растворов при 18 °С, содержит 0,085 % водорода.

Твердость электролитического железа зависит от состава электролита и режима электролиза. В случае применения хлористых электролитов осажденный металл имеет твердость 100--400 НВ, а при использовании сернокислых электролитов -- твердость 200--300 НВ. В хлористых электролитах твердость осажденного железа воз--растает с уменьшением концентрации хлористого железа и соляной кислоты, а также при увеличении катодной плотности тока и понижении температуры электролита. Температура электролита оказывает наиболее существенное влияние на твердость осажденного покрытия. Так,, в хлористом электролите (400 г/л FеСl2, 10 г/л НаСl и 1 г/л НСl) при понижении его температуры всего на 10 °С твердость осадка повышается на 40--60 единиц. При дальнейшем снижении температуры до 75 °С твердость повышается до 300 НВ. Однако снижение температуры раствора приводит одновременно - к увеличению хрупкости электролитического железа и большему содержанию водорода. Нагрев уменьшает хрупкость деталей и количество содержащегося в слое водорода. Повышение температуры до 500--600 °С снижает твердость электролитического осадка железа на 40--45 %.

Для катодного осадка электролитического железа характерны значительные внутренние напряжения. При, железнении в хлористых электролитах при температуре 95 °С и плотности тока 5 А/дм2 остаточные напряжения в осажденном железе составляют примерно 150 МПа. При увеличении плотности тока до 20 А/дм2 напряжения возрастают до 370 МПа. В осадках, полученных из того же, электролита., то при температуре 102 °С и плоткостн тока 10 А/дм2 остаточные напряжения равны 120 МПа, В эт, их же осадках, полученных при температуре 75 °С, остаточные напряжения составляют 450 МПа. При дальнейшем понижении температуры остаточные напряжения повышаются настолько, что появляется опасность отслаивания покрытия. Отпуск деталей, покрытых электролитическим железом, при температуре 500--600 °С уменьшает остаточные напряжения на 15--20 %.

Предел прочности электролитического железа, осажденного из хлористого электролита, составляет 350--450 МПа, а относительное удлинение 5--10 %, т. е. от условий электролиза зависят как прочность, так и относительное Удлинение осажденного железа.

Технологический процесс железнения

Таблица 3

Операция

Последовательность операций в вариантах

Первом

Втором

Очистка деталей от грязи и наела

1

1

Механическая обработка

Промывка органическим - растворителем

Сушка
    (2) (3) (4)
    (2) (3) (4)

Зачистка покрываемых поверхностей

(5)

(5)

Изоляция поверхностей, не подлежащих

Покрытию, и монтаж деталей в подвесные приспособления

6

6

Обезжиривание деталей

7

7

Промывка горячей водой (70 -- 80 °С)

8

8

Промывка холодной; водой

9

9

Анодное травление в электролите

Железнения

-

10

Промывка холодной водой

-

11

Анодная обработка в 30 %-ном растворе серной кислоты

10

12

Промывка холодной водой

11

13

Промывка теплой водой (50 -- 60 °С) Железнение
    12 13
    14 15

Промывка горячей водой (70--80 °С) Нейтрализация
    14 15
    16 17

Промывка горячей водой (70 -- 80 °С) Демонтаж деталей с подвесок и снятие

Изоляции

16

17
    18 19

Контроль качества покрытий Механическая обработка

Консервация деталей
    18 19

(20)

20

21

(22)

Примечание. Цифры в скобках означают, что операции могут не выполняться при определенных конкретных условиях.

Составы электролитов и режимы железнения

Таблица 4

Компоненты электролита:

Содержание компонентов, г/л

Режимы процесса

1

2

3

4

5

6

Хлористое железо

200--250

300--500

600--680

--

400--600

150--200

Сернокислое железо

--

--

--

300

--

200

Хлористый натрий

100

--

--

150

--

--

Аскорбиновая кислота

--

--

--

--

0,5-2,0

--

Соляная кислота

--

--

--

0,4-0,7

--

--

Кислотность рН

Температура электролита, °С

Плотность тока, А/дмА

Выход по току, %
    0,8--1,2 70-80 20--40 85--92
    0,8--1,2 70-- 80 20--50 85--95
    0,8--1,5 70--80 20--60 85--95
    -- 95--98 10--15 90
    0,5--1,3 20-50 10--30 85--92
    0,6--1,1 30--50 20--25 85--92

Типовой технологический процесс электролитического железнения представлен в табл. 3.

Продолжительность (ч) осаждения электролитического железа.

Где д - толщина наращиваемого слоя железа, мм; р -- плотность железа, г/см3; С - электрохимический эквивалент, г/(А-ч); DК - плотноcгь тока, А/дм2; з - выход по току, %.

Электролиты для железнения по их химическому составу подразделяют на сульфатные, хлористые, смешанные и другие, по способу применения -- на холодные и горячие (табл. 4).

В холодных электролитах процесс железнения проводят при малой плотности тока. Скорость осаждения металла в этих электролитах не превышает 100-130 мкм/ч. В электролитах, нагретых до 50-105°С, электролиз; протекает при высоких плотностях тока (10-20 А/дм2);| скорость отложения металла значительно повышается.

Для получения толстого слоя осадка при восстановлении размеров детали чаще всего применяют хлористые электролиты, содержащие, г/л: хлористого железа 200-250, хлористого марганца 50-70, соляной кислоты 0,8-1,0.

Режим осаждения: нагрев до 55-65 °С, плотность тока 25-35 А/дм2. Электролит каждую неделю необходимо фильтровать.

Применяют электролит и другого состава, содержащий, г/л: хлористого железа 200, хлористого калия 270, муравьиной кислоты 5-20. Режим осаждения: водородный показатель электролита рН 3,5, температура электролита 55-60 °С, плотность тока при отсутствии перемешивания и фильтрации 10 А/дм2. В этом электролите получают осадки твердостью до 800 НВ и надежной связью с поверхностью наращиваемой детали. Соотношение анодных и катодных поверхностей 1:1. При этом обязательно перенасыщение электролита хлористым калием. В этом же электролите при движении катодных штанг и фильтрации электролита плотность тока можно повысить до 12-15 А/дм2. Применяется также электролит с содержанием, г/л: хлористого железа 500-700, соляной кислоты 1-3. Режим осаждения: температура электролита 90 °С, плотность тока 10--20 А/дм2, выход по току 95 %.

Находят применение электролиты, приведенные ниже:

    1) 400 г/л хлористого железа, 2 г/л соляной кислоты и 150 г/л хлористого натрия; режим осаждения: нагрев до 90 °С; плотность тока 4--6 А/дм2; твердость получаемого покрытия 650--700 НВ; перед железнением в течение 5 мин проводят анодное травление в смеси концентриро-ванных ортофосфорной и серной кислот, взятых в отношении 4 : 1 (объемные доли), при анодной плотности тока 10-25 А/дм2; 2) 300 г/л борфтористоводородного железа, 18 г/л борной кислоты и 1-2 г/л свободной бррфтористоводород-ной кислоты. Режим осаждения: нагрев до 20-60 °С; плотность тока 2--12 А/дм2; рН 3,5; электролит устойчив против окисления и характеризуется хорошей рассеивающей способностью; при перемешивании электролита допускается увеличение плотности тока в 1,2-1,5 раза.

При восстановлении изношенных деталей железнением иногда возникает необходимость снятия неполноценного слоя электролитического железа.

Для этой цели применяют раствор, содержащий, %: хлористого железа 3, соляной кислоты 3, воды 94 (температура раствора 60-90 °С), или раствор, содержащий, г/л: щавелевой кислоты 25, перекиси водорода 13, серной кислоты 0,1 (плотность 1,84 г/см3), вода -- остальное (температура раствора 18-25 °С). Затем деталь подвергают анодной обработке в 30 %-ном растворе серной кислоты.

Электролит для железнения необходимо выбирать с учетом возможности подбора соответствующих материалов для изготовления ванн. Сернокислые и хлористые электролиты при повышенной температуре агрессивны к металлам. Процесс наращивания элемента детали железом упрощается при применении борфтористоводородных электролитов. Из сернокислых электролитов, применяемых на практике, наибольшее распространение получили растворы, в которых процесс производится без нагрева электролита или при несколько повышенной температуре.

Сернокислый электролит, железнение в котором можно проводить без нагрева, содержит, г/л: закисного сернокислого железа 180-200, сернокислого магния 40-50, двууглекислого натрия 25--30. Режим осаждения: температура раствора 18-20 °С, плотность тока 0,1- 0,15А/дм2.

Сернокислый нагреваемый электролит имеет следующий состав, г/л: сернокислого железа 150, сернокислого натрия 100, серной кислоты 1. Режим осаждения: температура раствора 60-70 °С, плотность тока 5-10 А/дм2, кислотность раствора рН 2,4-2,5.

Резкие колебания температуры при железнении в горячих электролитах могут вызвать колебания напряжений по толщине слоя осадков. Поэтому возможно растрескивание и отслаивание покрытия. При наращивании деталей нельзя допускать колебаний температуры более ±2°С. Колебания плотности тока в меньшей степени влияют на изменение свойств покрытия, чем температура. Однако желательно, чтобы не было и значительных колебаний плотности тока.

При осаждении электролитического железа необходимо избегать выключения тока. При длительной работе с перерывами тока следует перед каждым продолжением осаждения проводить анодную обработку детали в том же электролите в течение 1-2 мин при плотности тока 30-40 А/дм2. После анодного травления изменяют полярность тока, продолжая осаждение металла. Вначале применяют осаждение при плотности тока, в 2 раза меньшей по сравнению с заданной, а затем через 1--2 мин переходят к нормальному режиму.

Перед помещением в ванну деталей, подвергающихся железнению в горячих электролитах, необходимо производить кратковременный их прогрев (до температуры электролиза) в течение 3-5 мин до включения тока.

Похожие статьи




Электролитическое железнение - Гальванические покрытия

Предыдущая | Следующая