В зависимости от требований, предъявляемых к эксплуатационным характеристикам деталей, различают три типа покрытий:

• защитные, применяемые для защиты от коррозии деталей в различных агрессивных средах;
• защитно-декоративные, применяемые для декоративной отделки деталей с одновременной защитой их от коррозии;
• специальные, применяемые для придания поверхности деталей специальных свойств (износостойкости, паяемости, твердости, электроизоляционных магнитных свойств идр.), восстановления изношенных деталей или обеспечивающие защиту основного металла от особых сред.

По способу защитного действия гальванические покрытия делятся на катодные и анодные. Катодные покрытия имеют более положительный, а анодные более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены. Например Cu, Ni, Ag, Au, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, а Zn и Cd по отношению к стали — анодными.

Защитные действия покрытий зависят не только от природы металла, но и от состава коррозионной среды. Олово по отношения к железу в растворах неорганических кислот и солей является катодным покрытием, а в ряде органических кислот — анодным. Катодные покрытия защищают металл детали механически, изолируя его от окружающей среды. Основное требование к катодным покрытиям — беспористость. Анодные покрытия защищают металл детали главным образом электрохимически. Поэтому степень пористости анодных покрытий в отличие от катодных не играет существенной роли.

При выборе покрытий следует учитывать назначение и материал детали, условия эксплуатации деталей, назначение и свойства покрытия, его способ нанесения, допустимость контактов сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность применения этого покрытия.

Алюминий, как и большинство металлов подвержен коррозии.

Непосредственный контакт окружающей среды и поверхности большинства алюминиевых сплавов приводит к появлению пятен на поверхности изделий. В обычном состоянии, на поверхности алюминиевой детали есть слой всего в 2-3 нм, который образуется в результате окисления алюминия. Он называется - барьерный оксид. Но этот слой не может долго противостоять коррозии, он слишком тонок и хрупок.

Одним из самых распространенных способов избежать коррозии алюминия и ухудшения внешнего вида алюминиевых изделий - анодирование.

Анодирование — электрохимический процесс образования защитной оксидной плёнки на поверхности алюминиевых изделий электролизом.

При анодировании на поверхности металла образуется оксидный или анодный защитный слой. Он состоит из окислов алюминия. Окислы препятствуют взаимодействию алюминия и окружающей среды.

Толщина анодного слоя больше толщины барьерного слоя и имеет более высокую крепость и защитные свойства.

В результате твердое анодирование дает более прочный и толстый слой достигающий и 100 нм, тогда как простое анодирование дает только 20 – 30 нм.

Твердое анодирование — это отличный способ придать долговечность деталям из алюминиевых сплавов.

ООО «Тесар-ЭКОГАЛЬ» (дочернее предприятие ОАО «НИТИ-Тесар») длительное время занимается разработкой технологии и оборудования химического никелирования с многократным использованием раствора деталей из различных материалов (сталь, медь, алюминий и др.)

Разработанный техпроцесс химического никелирования внесён в ГОСТ 9.305-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические, операции технологических процессов получения покрытий»

Разработан и изготовлен ряд моделей установок химического никелирования УХН-905М, УХН-906, УХН-907 которые используются на десятках предприятий России. Последняя модификация установки запатентована, патент РФ №2247793 от 21.07.2003г.

Химическое никелирование с многократным использованием раствора позволяет сократить в 2 раза расход химикатов в сравнении с разовым использованием раствора, улучшает условия труда и экологическую безопасность.

Установка химического никелирования обеспечивает поддержание основных технологических параметров процесса: температуру, концентрацию расходуемых компонентов раствора, качание подвесок.

Никелевые покрытия применяют в различных отраслях промышленности. Широкое использование никеля в гальванотехнике объясняется его физико-механическими и химическими свойствами.

Для получения защитно-декоративного покрытия на деталях, не требующих высокой антикоррозионной стойкости, применяют электролиты блестящего никелирования. Для этих покрытий характерны повышенные твердость и износостойкость.

Метод получения зеркально блестящих поверхностей широко распоростанен, так как при его применении отпадает необходимость в трудоемком механическом полировании поверхности.

В качестве блескообразователей и выравнивателей широко используются сульфосоединения. При электроосаждении никеля сульфосоединения претерпевают ряд превращений, в результате чего в качестве конечного продукта образуется сульфамид Ni.

Цинковые покрытия применяют для защиты от коррозии стальных деталей:

• эксплуатирующихся в наружной атмосфере различных климатических районов, в атмосфере промышленных районов (загрязненной SO2), в закрытых помещениях с умеренной влажностью или загрязненных газами и продуктами сгорания (детали машин, крепежные детали, листы, проволока и др.);
• соприкасающихся с пресной водой при температуре не выше 60-70OС;
• эксплуатирующихся при температурах до 300OС;
• находящихся в эксплуатации в контакте с топливом, содержащим сернистые соединения, и маслами (бензобаки, бензино- и маслопроводы и др.)

Цинкование не следует применять для деталей, эксплуатирующихся в условиях морской морской атмосферы и в тропиках. В этих условиях цинковое покрытие нестойко.

Основные виды хромовых покрытий: молочное, блестящее, матовое и черное.

Защитно-декоративные хромовые покрытия характеризуются стабильной отражательной способностью, высокой коррозионной стойкостью в среде, содержащей сернистые соединения, устойчивостью к неорганическим кислотам (за исключением соляной кислоты). Цвет защитно-декоративных покрытий без полирования - серебристо-стальной, а с полированием - серебристый с синеватым отливом.

В зависимости от режима электроосаждения хромовое покрытие может быть блестящим, матовым или пористым. Блестящее покрытие имеет твердость HV=700-800. Поры у такого покрытия отсутствуют. Пористое покрытие обладает такой же твердостью как и блестящее и обладает способностью задерживать смазку в слое покрытия. Электротвердость молочного покрытия 400-500. Такое покрытие полируется легче, чем осадки блестящего хрома. Черное хромовое покрытие характеризуется высокой светопоглощающей способностью. Износостойкость его такая же, как и блестящего, а коррозионная стойкость в 2 раза выше.

Для получения твердого покрытия (матового или блестящего) хром наносят послойно и на растрескивающийся слой при этом накладывается новый слой, закрывающий трещины в предыдущем слое. В отличие от других металлопокрытий для хромовых существует определенная зависимость между снижением предела выносливости и толщиной покрытия. С увеличением толщины покрытия предел выносливости снижается.

Хромовые покрытия жароустойчивы, они начинают изменять свой цвет при температуре выше 500оС. В отличие от других металлопокрытий, хромовые получаются блестящими в слоях значительной толщины даже без введения в электролит блескообразователей.

Железнение - процесс электролитического осаждения железа из растворов электролитов его солей. Железо осаждается на катоде, в качестве анода служат прутки или полосы из малоуглеродистой стали. В процессе железнения получается покрытие более высокой химической чистоты, благодаря этому стойкость у него выше, чем у малоуглеродистой стали.

Процесс железнения используется для наращивания металла на поврежденную поверхность деталей из стали и чугуна при восстановлении их параметров в различных областях промышленности.

Основная бласть применения:

восстановление изношенных стальных и чугунных деталей типа «вал» - «отверстие»

упрочняющее покрытие деталей

Процесс железнения является весьма эффективным способом восстановления деталей, так как компоненты электролитов недефицитны, а скорость наращивания слоя высокая и толщина слоя может достигать 8 мм.

Для получения износостойких покрытий с повышенными механическими, магнитными свойствами и улучшенной структурой процесс железнения проводят в электролитах железнения, содержащих различные добавки, например, никель, марганец, хром.

Область применения:

• Основное применение восстановление изношенных стальных и чугунных деталей типа «вал» и типа «отверстие»
• Упрочняющее покрытие деталей

Гальванопластическое наращивание Физико-механические характеристики:

• Прочность сцепления покрытия с деталью – не менее 45 кГс/мм2
• Твёрдость покрытия – 45-58 ед HRc
• Рекомендуемая твёрдость – 48-52 ед HRc (достигается максимальная износостойкость покрытия и сопряженной детали)
• Скорость осаждения покрытия 0,40-0,45 мм/ч (0,8-0,9 мм/ч на диаметр)
• Допустимая толщина покрытия без промежуточной мехобработки: в ванне – 1,0 мм (2,0 мм на диаметр), в протоке – 1,5-1,8 мм (3,0-3,6 мм на диаметр)
• Структура покрытия столбчатая с большим количеством микропор и микротрещин, удерживающих смазку, что резко снижает износ деталей
• Коррозионная стойкость низкая.

Преимущества и недостатки

• По сравнению с термическими методами восстановления (наплавкой, напылением, термоусадкой) гальваническое железнение проводится при комнатной температуре, поэтому не оказывает влияние на структуру материала детали, не вызывает возникновения зон повышенных внутренних напряжений в металле и не приводит к зарождению трещин в нём. Стоимость оборудования и расходуемых материалов для гальванического железнения значительно ниже, чем для термических методов.
• По сравнению с хромированием:
  • Скорость железнения в 5-10 раз выше скорости хромирования.
  • Толщина хромового покрытия не может привышать 0,2 мм., т.е. в 5-9раз меньше железнения
  • Хромирование значительно дороже железнения
  • Электролит хромирования токсичен, его применение связано с использованием повышенных мер безопасности при эксплуатации и дорогостоящих методов очистки сточных вод и отработанных электролитов
  • Железное покрытие имеет меньшую твёрдость, чем хромовое. Однако износостойкость железа часто не уступает хромовому.
• По сравнению с другими техпроцессами железнения.
  • Горячее железнение проводится при температуре электролита 80-90оС на постоянном токе. Свойства осадка железа идентичны по твёрдости, структуре и износостойкости приведённым. Основные недостатки – высокая температура раствора и низкое сцепление покрытия с основной деталью (считается нормой до 10% явного брака по сцеплению). Некоторые детали (например, цементированные) вообще не могут быть покрыты.
  • Холодное железнение ведётся при комнатной температуре на асимметричном токе. Сцепление покрытия с деталью очень высокое (45кгс/мм2) не зависимо от материала и способа его закалки. Очень высокая твёрдость покрытия (до 58ед). Скорость осаждения часто такая же, как при горячем железнении, хотя плотность тока в 1,5-2 раза ниже(т.е. выход по току часто значительно выше 100%). Это обусловлено включением в осадок большого количества гидроокиси, что придаёт осадку свойства абразива. Поэтому в трущихся парах это покрытие приводит к быстрому износу сопряжённых деталей.
  • Предлагаемый процесс железнения сохраняет и даже усиливает положительные качества этих процессов и в значительной мере устраняет их недостатки.

Варианты техпроцесса

• Покрытие в стационарной ванне Минимальное число ванн для стационарного процесса-3.: ванна анодной очистки, ванна промывки и ванна железнения. Габариты ванн и площадь участка (от 15 до 40 м2) зависит от программы и номенклатуры восстанавливаемых деталей. Наиболее экономически выгодно железнить по этой технологии детали не требующие сложной изоляции непокрываемых поверхностей, особенно при массовом производстве. На САРЗ в ванне железнились клапана и толкатели (по 144 шт. за 1 загрузку – 1,5 ч.), шкворни (20 шт.), кулаки поворотные (по 12 шт.)
• Покрытие в проточном электролите Покрытие некоторых деталей в ванне сопряжено с трудностями из-за необходимости сложной и дорогостоящей изоляции непокрываемых поверхностей или просто невозможно из-за габаритов или сложной конфигурации. В этом случае рекомендуется железнение в проточном электролите. Суть процесса состоит в том, что роль ванны выполняет монтируемая непосредственно на покрываемую поверхность камера, через которую прокачивается электролит железнения. При этом подготовка под покрытие проводится непосредственно в электролите железнения методом «бесшламного» травления. Этим способом восстанавливаются изношенные отверстия корпусных деталей, нижней головки шатуна и т.п., а также детали типа «вал»-коленвалы и т.п.

Целесообразно на участке железнения иметь оба варианта, для чего достаточно оснастить ванну железнения системой прокачки электролита (насос и фильтры), столом покрытия корпусных деталей и вращателем для деталей типа «вал». Электрооборудование (выпрямитель и источник асимметричного тока) для обоих вариантов одинаковы.

Техпроцесс меднения деталей

На авторемонтных заводах применялся для восстановления втулок верхних головок шатунов и др. В локомотивном депо (Саратов, В.Баскунчак и т.п.):

• Восстановление бронзовых втулок компрессоров. Порядок восстановления:
  • Разрезать втулку по образующей фрезой, толщиной 1мм., меднить по наружной поверхности на толщину 0,18мм, запрессовать втулку в отверстие детали, Обработать развёрткой под номинал.
• Восстановление колец газового стыка и других уплотняющих прокладок (медных или медненных стальных). Изготовление колец гальванопластическим наращиванием или меднением стальных заготовок. В Т4-11 восстанавливалось от 1,5 до 2,5тыс. колец ТЭП-60, ТЭП-70, в В.Баскунчаке- до 300колец ЧМЭ в год.
• Изготовление стальных меднённых на 1-1,5 мм контактов взамен медных.
• Меднение инструмента на толщину 0,5-1,0 мм для работ в пожаро-взрывоопасной среде.