автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Интенсификация хромирования восстанавливаемых деталей сельскохозяйственной техники

/

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

- 8

На правах рукописи УДК 631.3-233.004.67:621.3577

КОРНЕЙЧУК ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ХРОМИРОВАНИЯ

ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 — «Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной

техники»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —1996

Работа выполнена на кафедре «Надежности и ремонта машин» Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ).

Научный руководитель — доктор технических наук

профессор Батищев А. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Бугаев В. Н., кандидат технических наук доцент Спицын И. А.

Ведущая организация ОЭП «Агродеталь»

Защита состоится « » чддв г. в_^^_часов

на заседании диссертационного совета К 120.30.01 Российского государственного аграрного заочного университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 143900, г. Балашиха-8 Московской обл., ВСХИЗО, ученому секретарю.

22 и^а/и^гсь

Автореферат разослан «_»-~/ _1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, ___.

профессор Третьяков А. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эффективности ремонтного производства в сельском хозяйстве тесно связано с созданием и внедрением таких способов ремонта и восстановления деталей, которые позволяют улучшить физико-механические и эксплуатационные свойства изнашиваемых соединений.

Одним из споссбов восстановления деталей, обеспечивающих повышение ресурса и надежности машин, а также снижение себестоимости их ремонта, является электролитическое хромирование.

Однако широкое внедрение хромирования для восстановления изношенных деталей сдерживается из-за низкой производительности процесса. Так применение универсального электролита, наиболее широко используемого во всех областях народного хозяйства, позволяет наносить качественные хромовые покрытия тол шиной не более 200 мкм с выходом металла по току 13-16% и скоростью осаждения до 50 мкм/ч. Поэтому интенсификация хромирования при восстановлении изношенных деталей машин является актуальной задачей.

Цель работы. Разработать высокоэффективный технологический процесс восстановления деталей сельскохозяйственной техники электролитическим хромированием.

Научная новизна. Установлены закономерности влияния лигандов на кинетику и производительность электролитического осаждения хрома. Получены закономерности и теоретические функции изменения физико-механических и эксплуатационных свойств хромовых покрытий в зависимости от условий электролиза.

Практическую ценность работы представляют: разработанный состав электролита, обеспечивающий увеличение производительности процесса в 4-5 раз по сравнению с хромированием п универсальном электролите, с одновременным повышением качества покрытий; технологический процесс восстановления плунжеров дизельной топливной аппаратуры, позволяющий повысить износостойкость плунжерных пар в 1,36 раза по сравнению с хромированными в универсальном электролите и в 2,42 раза в сравнении с серийными.

Реализация результатов исследований. Разработанный электролит и технология восстановления плунжерных пар приняты к внедрению в акционерном обществе «Репарация» БудештьКриулянского района Республики Молдова.

Достоверность и обоснованность результатов исследован и й, выводов и рекомендаций подтверждается использованием обоснованных и общепринятых методов исследован ий, современных поверенных контрольно-измерительных приборов и оборудования, примёнением математи-

чсских методов обработки, достаточной повторностью экспериментов, результатами стендовых (['эксплуатационных испытаний.

Апробация рабо ты. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Государственного аграрного университета Молдовы (г. Кишинев, 1989-1992 гг.) и Российского государственного аграрного заочного университета (г. Балашиха, 1995 г.); на республиканской научно-технической конференции «Применение прогрессивных технологий, композиционных материалов и покрытий с целью повышения долговечности сборочных единиц при изготовлении и ремонте машин» (г. Саранск, 1994 г.); на IX конференции химии и химических технологий (г. Бухарест, Румыния, 1995 г.); на заседаниях кафедры надежности и ремонта машин РГАЗУ в 1993-1995 гг.

П у б л и к а ц и и. Основные положения диссертации опубликованы в шести научных статьях и одном отчете о НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Работа изложена на -/33 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 39 рисунков, список использованной литературы из 132 наименований, приложения, акты внедрения, стендовых и эксплуатационных испытаний.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния лигандов карбазидной группы на интенсификацию электролитического хромирования из водных растворов хромового ангидрида.

2. Полученные закономерности и теоретические функции влияния условий электролиза на физико-механические и эксплуатационные свойства хромовых покрытий.

3. Результаты стабильности работы разработанного электролита хромирования, равномерности наносимых покрытий, стендовых и эксплуатационных испытаний восстановленных плунжеров топливных насосов.

4. Разработанный электролит и технологию восстановления плунжеров топливных насосов дизельных двигателей электролитическим хромированием.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

СОСТОЯНИЕ И ПОСТАНОВКА ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЙ

Электролитическое хромирование достаточно широко используется для восстановления и упрочнения изношенных деталей машин. Низкий выход хрома потоку сдерживает его широкое внедрение в производство.Современное развитие и совершенствование электролитического хромирования осуществляется по двум основным направлениям:

1. Совершенствование существующих и изыскание новых электролитов.

2. Совершенствование существующих и изыскание новых технологических приемов электролитического осаждения хрома.

Большие возможности по интенсификации хромирования и повышению ка-

1ества покрытий открывает второе направление, включающее применение нестационарных режимов электролиза (проточное и струйное хромирование, "идромеханическое активирование, гальваномеханический способ и другие). Однако эффективность применения указанных способов малоэффективна или даже неосуществима при восстановлении малогабаритных деталей. Поэтому для интенсификации хромирования таких деталей, как поршневые пальцы, золот-шки гидрораспределителей, плунжеры топливных насосов и др. наиболее це-гесообразно первое направление, то есть разработка высокопроизводительных электролитов.

На основании литературного обзора было установлено, что перспективным тля интенсификации хромирования является введение различных органических юбавок в универсальный и другие электролиты хромирования.Из существующих электролитов наибольшее применение получил универсальный, который шляется наиболее простым и надежным в эксплуатации, малоагрессивным по зтношению к анодам и деталям. Поэтому выбираемая органическая добавка должна, не ухудшая ценных свойств данного электролита, способствовать повышенно выхода металла по току и рабочей плотности тока, и тем самым увеличе-шю скорости осаждения хрома и снижению затрат энергии.

Нами предположено, что таким требованиям наиболее полно удовлетворяют исследованные п институте химии АН Молдовы органические комплексообразу-ощие вещества на основе тиосемикарбазида и уксусной кислоты.

Применение этих веществ для хромирования вообще, и в частности, для восстановления изношенных деталей машин не изучалось.

В связи с этим представляют большой научный и практический интерес исследования по применению лигандов, одновременно содержащих карбазидные I карбоксильные группы для интенсификации хромирования при восстаноп-1ении деталей машин.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие ¡адачи:

1. Научно обосновать выбор добавки к универсальному электролиту сромирования.

2. Изучить влияние добавки на производительность хромирования.

3. Исследовать влияние условий электролиза на основные физико-механи-)еские свойства покрытий.

4. Изучить стабильность предлагаемого электролита и равномерность нанесения хромовых покрытий.

5. Разработать технологический процесс хромирования изношенных деталей 1 проверить его в условиях производства.

6. Произвести стендовые и эксплуатационные испытания деталей, восстанов-тениых по новой технологии, и определить ее технико-экономическую эффективность.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для исследований принят универсальный электролит состава, г/л: хромовый шгидрид-250; серная кислота-2,5. В качестве органических добавок к электролигу хромирования использовали тиосемикарбазиддиуксусную и семикарбазид-туксусную кислоты.

Электролиты готовили путем растворения химических реактивов квалификации «ЧДА» в дисстилированной воде. Плотность растворов определяли ареометром (ТУ-25-11.1514-79) при температуре 20"С.

Хромирование проводили в стационарных ваннах. Стабилизацию температуры ванны и разогрев электролита проводили с помощью жидкостного лабораторного термостата СЖМЛ-19/2-И1. Для электрического питания ванн хромирования и травления использовали источник постоянного тока ВУ-42/70А.

Выход хрома по току определяли гравиметрическим методом с учетом потерь металла основы при анодном травлении.

Скорость осаждения хрома определяли по формуле:

V- у к >2 • мкм/ч

где С — электрохимический эквивалент, г/Ач; Ок — катодная плотность тока, А/дм2;

— выход металла по току, %; ■у — плотность осаждаемого металла, г/см3.

Катодные поляризационные кривые снимали с использованием потенци-остата П-5827М в ячейке ЯСЭ-2 по свежеосажденному хрому. Все потенциалы приведены относительно хлорид-серебряного электрода сравнения ЭВЛ-1М1.

Фотоспектральный анализ растворов электролитов осуществляли на установке 5ресогс1-М40. Исследовали спектры поглощения в ультрафиолетовой и видимой области, в интервале волнового числа от 50 до 18 х 10' см1. В качестве фона использовали раствор серной кислоты (2,5 г/л) в дистиллированой воде.

Микроструктуру покрытий и морфологию их поверхности исследовали на микроскопах МБС-9, ММ-6. Субмикроструктуру электролитического хрома изучали рентгенографическим методом на дифрактометре ДРОН-Зв Л — кобальтовом излучении. Размеры блоков мозаики и микроискажений определяли методом апроксимации, а плотность дислокаций — по формуле П. Б. Хирша.

Микротвердость покрытий измеряли на приборе ПМТ-3 с нагрузкой на ин-дентор 0,98Н (ГОСТ 9450-76).

Прочность сцепления покрытий с материалом основы — сталью 25Х5МА определяли методом кольцевого среза на машине У М-5 с использованием динамометра образцового сжатия ДОСМ-3-1.

Определение характеристик упругости — модулей Юнга I и II рода — производили динамическим методом по значениям изгибной и крутильной жесткости исследуемого объекта*.

Сравнительную износостойкость электролитических покрытий исследовали в условиях трения скольжения при граничной смазке на машине трения СМЦ-2, при скорости скольжения 0,925 м/с и нормальной нагрузке до 9,8 МПа Контртелом служила колодка из чугуна СЧ-21.

Равномерность распределения электроосажденного хрома на поверхностг катода определяли измерением в пяти поясах и двух взаимно перпендикулярны} плоскостях.

Ускоренные стендовые испытания топливных насосов НД-22/6Б4 с плунжерными парами, восстановленными хромированием в универсальнор^ электролите, в электролите с органической добавкой и новыми, проводили в соответствии с РД 70.0009.006-85, разработанным ВНПО «Ремдеталь» и ГОСТ

' Методика разработана профессором Дехтярь Л. И.

/

¿3.224 -86. Концентрация засорения составляла 0,15 г на килограмм топлива. За-:оритель —оксид алюминия, дисперсностью 3-6 мкм. Испытания проводили на :тенде КИ921М при частоте вращения вала топливного насоса 1000 мин1.

При исследованиях применяли метод планирования многофакторных экспериментов.

Результаты лабораторных, эксплуатационных и стендовых исследований эбрабатывали методами теории вероятности и математической статистики с использованием ЭВМ СМ 1600.

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА И РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЛИЗА НА ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ II ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ХРОМИРОВАНИЯ

Исследования показали, что присутствие тиосемикарбазиддиуксусной кис-поты в универсальном электролите хромирования оказывает существенное влияние на кинетику катодного процесса. При снятии потенциодипамических кривых отмечено увеличение пика 1шах, соответствующего началу формирования катодной пленки, с увеличением концентрации добавки (рис.1), достигающего максимального значения при концентрации 1,8 г/л. Однако значения потенциала, соответствующие 1тах, оставались практически неизменными (-650 ..-660 мВ) при всех значениях концентрации добавки.

Рис.1. Потенциодинамические кривые катодной поляризации в универсальном электролите <ромирования с добавками тиосемикарбазиддиуксусной кислоты при скорости развертки 20 мВ/с : концентрацией добапки, г/л: 1 — без добапки; 2 — 0,6;3 —1,8;4 — 4,5.

При концентрации добавки 0,3 г/л происходит смещение потенциалов третьей ветви поляризационной кривой, соответствующей параллельному протеканию нескольких электрохимических реакций, и в том числе осаждению металлического хрома, в более отрицательную область (-1060 ...-1065 мВ) и при дальнейшем увеличении концентрации — в более электроположительную. Максимальное смещение третьей ветви кривой в более электроположительную область (-1010 мВ) отмечено при концентрации добавки 2,7 г/л. Дальнейшее увеличение концентрации добавки приводит к незначительному изменению потенциала г более отрицательную область.

Смещение потенциала в электроположительную область должно способствовать облегчению восстановления ионов и увеличению выхода хрома по току что подтверждается экспериментальными данными (рис.2). Выход по току возрастает на всех режимах хромирования при увеличении концентрации добавки и достигает максимального значения при концентрации 2,7 г/л (рис.2) Дальнейшее увеличение концентрации добавки приводит к незначительному снижению выхода потоку.

Рнс.2. Влияние концснтрацнитносс.микарбазпддиуксусноп кислоты па пыход хрома потоку -Дк=100А/дм\11|=60|С;2-Дк=150А/ДМ\1и=60"С;3-Дк=100А/ДМ2,11,|=50',С;4-Дк=150А/ЛМ!Л|=50п(

Вместе с тем, наличие добавки сказывается на увеличении пика 1тах.Помне нию различных исследователей, значение 1тах либо отражает степень актива ции поверхности катода посторонним анионом, либо является функцией кон центрации разряжающихся частиц, то есть легко восстанавливающихся комп лексов СЮ, и аниона. Это предположение может быть верно и для данного слу чая, так как 1пшх возрастает с ростом концентрации лиганда в электролите.

Полученные результаты позволили констатировать определенную корреля цию между выходом хрома по току и 1шах, так как оба они в определенны: пределах зависят от концентрации лиганда.

у

^ По нашему мнению, действие тиосемикарбазиддиуксусной кислоты на электроосаждение хрома связано с образованием устойчивого комплекса между добавкой и хромовым ангидридом, что косвенно подтверждают данные фотоспектрального анализа.

Смещения поляризационных кривых в электроположительную область при увеличении в электролите концентрации добавки до 2,7 г/л позволяют предположить, что это приведет к определенному изменению субмикроструктуры, микроструктуры и микротвердости покрытий.

Для выбора наиболее эффективной добавки, обеспечивающей повышение производительности хромирования, кроме тиосемикарбазиддиуксусной исследовали семикарбазиддиуксусную кислоту. Ее отличие от тиосемикарбазиддиуксусной кислоты заключается в отсутствии п составе молекул ы атома серы.

Проведенные потсициодипамическне исследования показали, что изменение концентрации обеих добавок от 0 до 1,8 г/л приводит к увеличению пика поляризационной кривой lmax. При этом большее значение lmax в присутствии тиосемикарбазиддиуксусной кислоты по сравнению с семикарбазиддиук-сусной можно объяснить влиянием атома серы, способного сформировать с хромом устойчивый комплекс. Увеличение концентрации семикарбазиддиук-сусной кислоти оказывает меньше", влияние на смещение третьей ветви поляризационной кривой в элсктропо.южитепьную область, чем тиосемикарбл-зилдпуксусная кислота при сопоставимых условиях.

Исследования влияния семикарбазиддиуксусной кислоты на выход хром по току подтвердили данные поляризационных исследований о ее меньшей эффективности. При введении в электролит тиосемикарбазиддиуксусной кислоты выход хрома по току в зависимости от режимов электролиза в 1,02 —1,20 раза выше, чем при использовании семикарбазиддиуксусной. Поэтому в дальнейших исследованиях в качестве добавки использовали гиосемикарбазиддиуксусную кислоту.

Установлено, что увеличение температуры электролита, содержащего тио-семикарбазиддпуксусную кислоту, от 40 до 80"С при исследуемых режимах приводит к снижению выхода хрома по току от 42,6 до 16% и скорости осаждения покрытий от 289,6 мкм/ч до 72,1 мкм/'ч. Наибольшее снижение выхода металла по току и скорости осаждения покрытий наблюдается при увеличении температуры от 40 до 60"С. Однако несмотря на высокий выход хрома но току при 40"С, практическое поддержание данного температурного режима затруднено из-за необходимости охлаждения ванны при хромировании на толщину более 50 мкм.

Установлено, что введение в электрод ит органической добавки позволяет увеличить плотность тока до 150 Л/дм2 вместо 40-60 А/дм2 в электролите без добавки.

Использование тиосемикарбазиддиуксусной кислоты в универсальном электролите хромирования при его температуре 50''С способствует увеличению выхода хрома по току в 1,4 раза при Дк 50 А/дм2 и в 1,7 раза при Дк 150 А/дм3.

Применение электролита с концентрацией добавки 2,7 г/л и катодной плотности тока 150 А/дм2позволяет увел ¡ни ¡ть в 5,2 раза скорость осаждения покрытий и в 2,2 раза снизить затраты энергии в сравнении с универсальным электролитом при плотности тока 50 А/дм2.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОЛИЗА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Структура и субмикроструктура.

Введение в универсальный электролит хромирования тиосемикарбазидди-уксусной кислоты до 4,5 г/л в исследуемом диапазоне катодной плотности тока и температуры электролита приводит к формированию трещиноватых покрытий с выя зленной столбчатой структурой. Так, повышение концентрации добавки до 2,7 г/л приводит к увеличению числа микротрещин и уменьшению их размеров.

Специфическое действие добавки связано с расширением зоны блестящих покрытий при концентрациях до 3-3,3 г/л и с образованием серых осадков при ее дальнейшем увеличении.

Повышение катодной плотности тока в области осаждения блестящих покрытий приводит к увеличению числа микротрещин на единицу длины материала основы, способствует уменьшению размеров образующихся трещин и развитию их сетки на поверхности осадка. Однако в переходной области получения блестящих — серых осадков происходит значительное уменьшение количества трещин и формирование более выраженной столбчатой структуры.

В области низких температур осаждаются серые бестрещиноватые и высоконапряженные покрытия. При температуре 50"С и катодной плотности тока 100 А/дм2 покрытиям присуща трещиноватость с ориентацией микроскопических трещин в радиальном направлении. Дальнейшее увеличение температуры ведет к снижению количества трещин и увеличению их размеров.

Такой характер развития трещиноватости в зависимости от режимов электролиза можно объяснить тем, что при кристаллизации гальванических покрытий возникают растягивающие напряжения, значение которых превышает предел прочности гальванического хрома, в результате чего образуются трещины. При высоких температурах электролита осаждаются менее напряженные, более мягкие покрытия, внутренние напряжения которых достигают своей предельной величины при сравнительно больших толщинах покрытия, при этом образуются редкие, но глубокие микротрещины. При более жестких режимах реализация растягивающих напряжений происходит в сравнительно малых слоях покрытий.

Рентгеноструктурными исследованиями установлено, что увеличение концентрации тиосемикарбазиддиуксусной кислоты приводит к осаждению покрытий с более крупнозернистой структурой, что подтверждает научное предположение о воздействии добавки на процесс электрокристаллизации хрома, сформулированное при анализе потенциодинамических кривых катодной поляризации. При этом микронапряжения и плотность дислокаций несколько возрастают.

Повышение температуры электролита и снижение катодной плотности тока приводят к увеличению размеров блоков мозаики (до 1492А), снижению микронапряжений и плотности дислокаций. Такие изменения в оубмикрострук-туре покрытий можно объяснить образованием в электролите устойчивого комплекса и его специфическим действием на процесс электрокристаллизации хрома.

Микротвердость. Исследования покрытий, осажденных из электроли-

У

'та с органической добавкой, показали, что максимум микротвердости (13600-13800МПа) наблюдается при плотности тока 100 А/дм2 в области блестящих покрытий. Дальнейшее увеличение плотности тока до 200 А/дм2 ведет к снижению микротвердости осадков.

С увеличением температуры электролита от 40 до 80"С микротвердость покрытий проходит через максимум, который достигается при температуре 50"С и составляет 13800 МПа. При температуре электролита 40"С микротвердость покрытий колеблется в интервале 8400-9000 МПа в зависимости от концентрации органической добавки. Это объясняется тем, что при температуре электролита ниже 40°С осаждаются серые бестрещиноватые покрытия с беспорядочной ориентацией кристаллов.

Покрытия с максимальной твердостью осаждаются в интервале концентраций добавки 1,8-2,7 г/л при различных режимах хромирования. Дальнейшее увеличение концентрации добавки до 4,5 г/л приводит к снижению микротвердости до 7600-8900 МПа.

Увеличение микротвердости покрытий с изменением катодной плотности тока, температуры электролита и концентрации добавки происходит, в основном, за счет получения тексту ированных высокодисперсных осадков хрома, так как создаются благоприятные условия для преимущественного роста зерен кристаллов в плоскости перпендикулярной поверхности покрытия, внедрения атомов водорода, оксида хрома и других примесных атомов в металл, уменьшающих соотношение линейного роста кристаллов к скорости образования кристаллических зародышей.

Характер изменения микротвердости покрытий от условий их получения согласуется с данными рентгенографического анализа.

Хромовые покрытия, полученные из исследуемого электролита при оптимальной концентрации добавки, обладают более высокой твердостью, чем покрытия из универсального электролита. Варьированием параметров электроосаждения и концентрацией добавки можно изменять в широких пределах микротвердость покрытий, что дает возможность применять их для восстановления деталей, работающих в различных условиях.

Прочность сцепления. Наилучшую прочность сцепления хромовых покрытий с азотированной сталью 25Х5МА можно получить после двухкратной анодной обработки поверхностей деталей: электрохимического травления в 30% растворе серной кислоты и активирования в электролите хромирования. Анодное травление при плотности тока 110 — 130 А/дм2, длительности травления 30-60 с и температуре электролита 20-25°С, а также активирование при анодной плотности тока 50 А/дм2 в течение 50-60 с непосредственно перед хромированием обеспечивают прочность сцепления на срез Т =270 МПа. Исследования показали, что введение в универсальный электролит хромирования тиосеми-карбазиддиуксусной кислоты не ухудшает прочности сцепления осаждаемого покрытия с основой по сравнению с покрытиями, полученными из электролита без добавки.

Характеристики упругости. Для более полного определения напряженного состояния покрытия (в частности в локальной зоне контакта при циклическом нагружении) нами изучены характеристики упругости хромовых покрытий.

При выявлении совокупного влияния условий электроосаждения на упругие

свойства покрытий нами использовано математическое моделирование на ос^ нове статистического планирования экстремальных экспериментов по плану Ву В результате его реализации получены уравнения регрессии, адекватно описывающие область экспериментирования. В окончательной форме уравнения регрессии модулей I рода (Уг) и II рода (У(.) для покрытий, осажденных в электролите с органической добавкой, приняли вид:

УЕЦ1ДЗ-0,02х|-0,1х2-0,1х14Д0521х214{),Ю2х22^^ МПа ....

МПа, где х , х,, х3 — кодированные значения переменных параметров: температуры электролита (х^, плотности тока (х2) и концентрации тиосемикарба-зиддиуксусной кислоты (х,).

Установлено, что для хромовых покрытий модули I и II рода связаны прямой зависимостью с температурой электролита и обратной с плотностью тока и концентрацией органической добавки. При этом наибольшие значения Е=1,591СГ МПа и С=6,41104МПа выявлены у хромовых покрытий, осажденных при концентрации добавки 0,9 г/л, плотности тока 50 А/дм2 и температуре электролита 50"С.

Полученные результаты объясняются структурными изменениями, которые происходят в осаждаемых покрытиях.

Износостойкость покрытий. Исследования прирабатываемости трущихся пар показал и, что при внешней нагрузке до 0,98 МПа происходит наиболее качественное формирование рабочего рельефа поверхности трения, что способствует наиболее благоприятной приработке сопряженных деталей.

Исследования износостойкости покрытий, осажденных при оптимальных режимах электролиза, показали, что зависимость износа от времени носит линейный характер. При этом было установлено, что износостойкость хромового покрытия, полученного в электролите с концентрацией органической добавки 2,7 г/л при плотности тока 100 А/дм2 и температуре электролита 50"С, в 1,73 раза выше износостойкости эталона — хромового покрытия, полученного из универсального электролита при его температуре 50"С и катодной плотности тока 50 А/дм2. Однако в исследуемой паре по сравнению с эталоном отмечено снижение износостойкости колодки на 9,3%. Вместе с тем износостойкость пары трения с хромовым покрытием ролика из электролита с органической добавкой в 1,17 раза выше износостойкости эталонной пары трения.

Анализ результатов исследований износостойкости позволил заключить, чте покрытия, полученные в электролите с органической добавкой, обладают достаточно высокой износостойкостью и могут быть рекомендованы для восстановления ответственных деталей сельскохозяйственной техники.

ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Трудности использования органических добавок в электролитах хромирования связаны с отсутствием методов их аналитического контроля. В связи с этиV для определения воздействия органической добавки на соотношение между

/

'ионами Cr6+, Сг1+ и на стабильность электролита нами использовался фотоспектральный анализ.

Присутствие тиосемикарбазиддиуксусной кислоты в универсальном электролите хромирования вызывает смещение некоторых пиков на фотоспектрограмме по сравнению с электролитом без добавки. В ультрафиолетовой области спектра наблюдается изменение значения волнового числа максимального пика с 41,7 до 39,010' см-1.

При пропускании через ванну хромирования 552 А ч/л количества электричества обнаружено, что все экстремальные участки фотоспектрограммы имеют такие же значения волнового числа, как и в свежеприготовленном электролите с добавкой. При этом значения оптической плотности ниже, чем в новом электролите, что можно объяснить выработкой электролита него уносом в вентиляцию. Вместе с тем определение производительности исследуемого электролита за время эксплуатации показало, что значения выхода по току колебались около среднего значения и заметного их снижения не было обнаружено.

На основании выше изложенного мы можем предположить, что органическая добавка вступает в химическую связь с хромовокислым раствором и эта связь стабильна во времени и с прохождением через электролит 552 Ач/л количества электричества. Поэтому контроль за концентрацией добавки нужно осуществлять по корректировке хромового ангидрида и при его добавлении в электролит одновременно вводить тиосемикарбазиддиуксусную кислоту в известном соотношении.

Изучение влияния режимов электролиза и взаимного расположения электродов в электролизере на равномерность покрытий на конкретных деталях имеет большое практическое значение. Поэтому, чтобы исключить геометрический фактор электролизера, нами для исследований использовались плунжеры насосов НД-22/6Б4, а взаимное расположение катода и анодов, их размеры были выбраны в соответствии с рекомендациями для хромирования в универсальном электролите хромирования.

Равномерность покрытий по длине детали определяли, используя критерий равномерности Кр:

б

Кр= 100%,

б

m.ix

где б , б — наименьшая и наибольшая толщины покрытий в сравниваемых поясах детали, мкм.

При б =б критерий равномерности имеет наибольшее значение, а покрытая поверхность плунжера близка к идеальной форме цилиндра.

С повышением катодной плотности тока от50 до 150 А/дм: значение критерия равномерности К ч снижается на 22%, что, вероятно, связано с характером вторичного распределения тока на поверхности. Повышение температуры электролита от 40 до 80°С способствует увеличению критерия равномерности на 24%. Это может быть объяснено тем, что с повышением температуры электролита его электропроводность повышается, при этом улучшается равномерность распределения электродного потенциала, а соответственно и вторичного распределения тока.

Проведенные исследования позволили установить рациональные режимы4 нанесения равномерных хромовых покрытий на плунжеры топливных насосов из разработанного электролита: катодная плотность тока 75-125 А/дм2 и температура электролита 50-70°С.

Результаты лабораторных исследований позволили установить основные зависимости физико-механических и эксплуатационных свойств хромовых покрытий, полученных из предлагаемого электролита с органической добавкой. Это позволило определить оптимальные режимы электроосаждения, которые легли в^основу разработки технологии восстановления наиболее ответственных деталей сельскохозяйственной техники. Подробное изложение технологического процесса приведено в диссертационной работе на примере восстановления плунжеров топливных насосов НД-22/6Б4 хромированием в универсальном электролите с органической добавкой.

Для оценки долговечности деталей, восстановленных по предложенной технологии, были проведены ускоренные стендовые и эксплуатационные испытания в сравнении с плунжерными парами новыми и восстановленными хромированием в универсальном электролите. Ускоренные стендовые испытания топливных насосовбыли проведены в цехе по восстановлению плунжерных пар топливной аппаратуры дизельных двигателей Будештского специализированного ремонтного предприятия Республики Молдова.

Исследования показали (рис.3), что снижение цикловой подачи топлива плунжерных пар, восстановленных хромированием в электролите с органической добавкой, в 1,25 раза меньше, чем у восстановленных в универсальном электролите хромирования и в 1,75 раза меньше, чем у новых плунжерных пар.

Критерием износостойкости плунжерных пар является отношение среднего значения наработки при одинаковом уменьшении их цикловой подачи:

где Л — критерий сравнительной износостойкости плунжерных пар; I — среднее значение наработки плунжерной пары, восстановленной по новой технологии; — значение наработки плунжерной пары, принятой за базу для сравнения.

Уровень предельного снижения цикловой подачитоплива плунжерной пары

выбирается по техническим требованиям на капитальный ремонт и равен 30% (на рис.3 обозначено пунктирной линией).

В сравнении с серийными плунжерными парами критерий сравнительной износостойкости для пар, плунжеры которых восстановлены в универсальном электролите без добавки, равен 1,77, а для пар, восстановленных в электролите с органической добавкой, — 2,42. В сравнении с плунжерами, хромированными в универсальном электролите, плунжеры, хромированные в электролите с органической добавкой, имеют критерий сравнительной износостойкости равный 1,36.

Таким образом, плунжеры, хромированные в электролите с органической добавкой, повышают износостойкость пар в 1,36 раза по сравнению с хромированными в универсальном электролите и в 2,42 раза по сравнению с износостойкостью серийных плунжерных пар.

Эксплуатационные испытания топливных насосов НД-22/6Б4 с экспериментальными плунжерными парами проводились на тракторах, выполнявших полевые работы в условиях Молдовы. Результаты экспертизы показали, что при средней наработке 980 мото-ч снижение производительности экспериментальных плунжерных пар, хромированных в электролите с органической добавкой, в 1,24 —1,27 раза меньше по сравнению с плунжерными парами, хромированными в универсальном электролите и в 1,73 — 1,78 раза меньше по сравнению с серийными плунжерными парами.

Разработанный технологический процесс принят к внедрению АО «Репарация» Криулянского района Республики Молдова, производящим ремонт дизельной топливной аппаратуры. Годовой экономический эффект от внедрения нового технологического процесса восстановления плунжеров топливных насосов хромированием в электролите с органической добавкой составит около 33 млн. руб. при программе 829 тыс. плунжерных пар.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа литературных источников установлено, что одним из рациональных способов интенсификации хромирования является введение эрганических добавок в универсальный электролит.

2. Изучено влияние органических добавок к универсальному электролиту хромирования — тиосемикарбазиддиуксусной и семикарбазиддиуксусной кислот на кинетику хромирования. Научно обоснован выбор тиосемикарбазиддиуксусной кислоты. Предполагается, что ее действие связано с образованием устойчивого комплекса с хромовым ангидридом.

3. Установлено, что в присутствии тиосемикарбазиддиуксусной кислоты происходит смещение потенциала восстановления хрома до металлического со-лчэяния в область более положительных значений, что свидетельствует об обучении осаждения хрома на катоде и увеличений выхода хрома по току. Оптимальной концентрацией является 2,7 г/л тиосемикарбазиддиуксусной кис-юты.

4. Установлены рациональные значения режимов электролиза при осажде--ши качественных износостойких хромовых покрытий из электролита с опти-

мальной концентрацией добавки: температура электролита 50"С и катодная плотность тока 100..150 А/дм2, позволяющие в 5,2 раза увеличить скорость осаждения покрытий и в 2,2 раза снизить затраты энергии по сравнению с хромированием в универсальном электролите.

5. Установлены закономерности влияния органической добавки и режимов электролиза на структуру, микротвердость и упругие свойства хромовых покрытий. Выявлена тесная взаимосвязь между физико-механическими свойствами и параметрами тонкой структуры осадков хрома. Получена математическая модель, описывающая влияние условий электролиза на характеристики упругости электролитического хрома.

6. Для обеспечения наибольшей прочности сцепления покрытий с азотированной сталыо 25Х5МА предложена двухкратная анодная обработка деталей: в 30% растворе серной кислоты при анодной плотности тока 110 —130 А/дм2, длительности травления 30-60 с и температуре электролита 20-25"С, а также анодного активирования непосредственно перед хромированием в электролите с органической добавкой при его рабочей температуре и анодной плотности тока 50 А/дм2 в течение 50-60 с. Присутствие в универсальном электролите хромирования органической добавки не снижает прочности сцепления осаждаемых покрытий с материалом основы.

7. Экспериментально подтверждено предположение о стабильности соотношения между ионами хрома и органической добавки в хромовокислом растворе. Корректировку тиосемикарбазиддиуксусной кислоты следует осуществлять одновременно с корректировкой хромового ангидрида, добавляя ее в электролит в соотношении 1,08:100 к массе вводимого хромового ангидрида.

8. Установлено, что наилучшая равномерность хромовых покрытий, осажденных в разработанном электролите, достигается при катодной плотности тока 75-125 А/дм2 и температуре электролита 50-70"С.

9. Стендовыми испытаниями установлено, что снижение цикловой подачи топлива плунжерных пар, восстановленных хромированием в электролите с органической добавкой по разработанной технологии, в 1,25 раза меньше, чем у восстановленных в универсальном электролите хромирования и в 1,75 раза меньше, чем у новых плунжерных пар. Экспериментальные плунжерные пары обладают износостойкостью в 1,36 раза выше восстановленных в универсальном электролите хромирования и в 2,42 раза выше износостойкости стандартных плунжерных пар.

10. На основе проведенных исследований разработан технологический процесс восстановления изношенных плунжеров топливных насосов НД-22/6Б4, который принят к внедрению АО «Репарация» Республики Молдова. Годовой экономический эффект от внедрения составитоколо 33 млн. руб. при программе 82,9 тыс. плунжерных пар.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Батищев А. Н., Корнейчук И. Н. Интенсификация электроосаждения хромовых покрытий при использовании органических добавок//Применение прогрессивных технологий, композиционных материалов и покрытий с целью повы-

шения долговечности сборочных единиц при изготовлении и ремонте машин:

у

Тез. докл. Республиканской научно-технической конф. — Саранск, 1994. —С.8.

2. Бати щеп А. Н. Корнейчук Н. И, Корнейчук И. Н. Влияние комплексообразу-ющего вещества на производительность хромирования // ВСХИЗО — агропромышленному комплексу.Сборник научных трудов/Всероссийск. сел ь-хоз. ин-т. заоч. обучения. — 1995. — С.249-250.

3. Корнейчук И. Н. Влияние комплексообразующего вещества на микротвердость хромовых покрытий // ВСХИЗО — агропромышленному комплексу. Сборник научных трудов /Всероссийск. сел ьскохоз. ин-т. заоч. обучения. — 1995. - С.250-251.

4. Болога О. А., Корнейчук И. Н. Интенсификация осаждения хромовых покрытий при использовании лигандов // Восстановление и упрочнение дета-пей машин износостойкими покрытиями: Сб. науч. тр. Ин-т прикл. физики АН РМ, КПИ, ГАУ РМ. - Кишинев.: Штиинца, 1995. - С.25-28.

5. Корнейчук И. Н., Бобанова Ж. И., Батищев А. Н. Влияние органической до-Завки па электроосаждение хрома из универсального электролита //Электрон-чая обработка материалов. — 1995. — N4. — С.

6.1. N. Korneychook, V. 1. Lozan, О. A. Bologa, А. N. Batishchev and N. V. Gerbeleu. The application of the complex agents on the basis of thiosemicarbazide in chromium ilectroplating process // Conferinta de chimie si inginerie chimicâ: Lucrârile íonferintei 1995Bucuresti 20-21 Octombrie. — Bucuresti, 1995. — V.3. — Partea al 1-a — э.299-304.

7. Совершенствовать технологию и организацию восстановления изношен-1ых деталей машин и оборудования АПК. Отчет о НИР (заключ.) / Минсельхозпрод. Р.Ф. РГАЗУ; Руководитель Батищев А. Н. — Тема 20 Балашиха 1995 г.12 с.