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

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 631.3-233Х)04.67:621.3577

Г

у-Уу

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.

■ I

Ведущая организация ОЭП «Агродеталь»

»

£4

часов

дарственного 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.

Автореферат разослан «_»-1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

профессор

Третьяков А. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А к г у а л ь н о с т ь т с м ы. Повышение эффективности ремонтного производства в сельском хозяйстве тесно связано с созданием и внедрением таких способов ремонта н восстановления де1алей, которые позволяют улучшшь фюи-ко-механические и эксплуатационные свойства изнашиваемых соединений.

Одним из способов 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 толщиной 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.

Цел ь р а б от и. Разработать высокоэффективный технологический процесс восстановления деталей сельскохозяйствен!юн техники электролитическим хромированием.

Н а у ч и а я н о в и з н а. 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 ог условии электролиза.

Практическую ценность работы представляют: разработанный состав электролита, обеспечивающий увеличение производительности процесса в 4-5 раз по сравнению с хромированием в 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.

Р е а л и з а п и я р е з у л ь т а г о в нее л е д о в а н и й. Разработанный электролит и технология восстановления плунжерных пар приняты к внедрению в акционерном обществе «Репарация» Будешть К риулянского района Республики Молдова.

Достоверность и обоснованность результатов исследи в а н и и, выводов и рекомендаций подтверждается использованием обоснованных и общепринятых методов исследований, современных поверенных контрольно-измерительных приборов и оборудования, применением математи-

ческих методов обработки, достаточной повторностью экспериментов, результатами стендовых и 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 целыо 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.

Публикации. 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 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 по току 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-

чества покрытий открывает второе направление, включающее применение нестационарных режимов электролиза (проточное и струйное хромирование, гидромеханическое активирование, гальваномеханический способ и другие). Однако эффскптность применения указанных способов малоэффективна иди лаже неосуществима при восстановлении малогабаритных деталей. Поэтому для интенсификации хромирования таких деталей, как поршневые пальцы, золотники гпдрораспределптелей, плунжеры топливных насосов и др. наиболее целесообразно первое направление, то есть разработка высокопроизводительных электролитов.

На основании литературного обзора было установлено, что перспек тивным для интенсификации хромирования является введение различных органических добавок в универсальный и другие электролиты хромирования.Из существующих электролитов наибольшее применение получил униьсрсальный. который является наиболее простым и надежным в эксплуатации, малоагрессивным по отношению к анодам и деталям. Поэтому выбираемая органическая добавка должна, не ухудшая ценных свойств данного электролита, способствовать повышению выхода металла по току и рабочей плотности тока, и тем самым увеличению скорости осаждения хрома и снижению затрат энергии.

Нами предположено, что таким требованиям наиболее полно удовлетворяют исследованные п институте химии АН Молдовы органические комплексообразу-ющие 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 прак! ичеекий интерес исследования по применению лигандов, одновременно содержащих карбазпдные и карбоксильные группы для интенсификации хромирования при восстановлении деталей машин.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Научно обосновать выбор добавки к универсальному электролиту хромирования.

2. Изучить влияние добавки на производительность хромирования.

3. Исследовать влияние условий электролиза на основные физико-механические свойства покрытий.

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

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

6. Произвести стендовые и эксплуатационные испытания деталей, восстановленных по новой технологии, и определить ее технико-экономическую эффективное I ь.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

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

Электролиты готовили путем растворения химических реактивов квалификации «ЧДА» в дисстилированной воде. Плотность растворов определяли ареометром (ТУ-25-Ш514-79) при температуре 20"С.

Хромирование проводили в стационарных ваннах. Стабилизацию температуры ванны и разогрев электролита проводили с помощью жидкостного лабораторного термостата СЖМЛ-19/2-Ш. 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:

л, СО л

у=——,мкм/ч

где С — электрохимический эквивалент, г/Ач; О — катодная плотность тока, А/дм2; /р — выход металла по току, %; ■у — плотность осаждаемого металла, г/см3.

Катодные поляризационные кривые снимали с использованием потенци-осгага 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 БресогсЗ-М40. Исследовали спектры поглощения в ультрафиолетовой и видимой области, в интервале волнового числа от 50 до 18 х 103 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-3 в <гС — 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 0,98 Н (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 поверхности катода определяли измерением в пяти поясах и двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Ускоренные стендовые испытания топливных насосов НД-22/6Б4 с плунжерными парами, восстановленными хромированием в универсальном 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.

13.224-86. Концентрация засорения составляла 0,15 г на килограмм топлива. За-юрптель — оксид алюминия, дисперсностью 3-6 мкм. Испытания проводили на :тенде КИ921М при частоте вращения вала топливного насоса 1000 мин1. -------

При исследованиях применяли метод планирования mhoi «факторных экс-тернментоп.

Результаты лабораторных, эксплуатационных и стендовых исследований •»брабатывали методами теории вероятности и математической статистики с ис-тользованием ЭВМ СМ 1600.

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА И РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЛИЗА FÍA ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ II ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ХРОМИРОВАНИЯ

Исследования показали,что присутствие тиосемикирбазиддиукеуснойкпс-юты в универсальном электролите хромирования оказывает существенное вли-гние на кинетику катодного процесса. При снятии потенциодинамических <ривых отмечено увеличение пика lmax, соответствующего началу формирова-шя катодной пленки, с увеличением концентрации добавки (рис.1), достигаю-цего максимального значения при концентрации 1,8 г/л. Однако значения потенциала, соответствующие lmax, оставались практически неизменными (-650

Рис.1. Потенииодинамические кривые катодной поляризации в универсальном электролите чромиропания с добавками тиоссмикарбазиддиуксуснои кислоты при скорости развертки 20 мВ/с : концентра цией добавки, 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 в 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.

. 2-% 32

28

24

20

0,9 %6 2,7 2.6 Сл.гм

Рис.2. Влияние концентрации тиоссмикарбазндднуксуспой кислоты на выход хрома потоку.1 — Дк=К)ОА/дл1%1п=60'С;2—Дк=150А/дм%1> =60'С;3 —Дк=100 А/дм%11 =50'С;4—Д(=|50 А/дм^с^даС.

Вместе с тем, налич ие добавки сказывается на увеличении пика 1шах. По мнению различных исследователей, значение 1шах либо отражает степень активации поверхности катода посторонним анионом, либо является функцией концентрации разряжающихся частиц, то есть легко восстанавливающихся комплексов СЮ, и аниона. Это предположение может быть верно и для данного случая, так как 1тах возрастает с ростом концентрации лиганда в электролите.

Полученные результаты позволили констатироватьопределенную корреляцию между выходом хрома по току и 1тах, так как оба они в определенных пределах зависят от концентрации лиганда.

По нашему мнению, действие тиосемикарбазиддиуксусной кислоты на элсктроосаждение хрома связано с образованием устойчивого комплекса между добавкой и хромовым ангидридом, что косвенно подтверждают данные фо- - — тоспектралытого анализаГ

Смешения поляризационных кривых в эле к rpoi :олож июл ы i у ю облас п» 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 лобаики, обеспечивающей повышение производительное!и хромирования,кроме тиосе.микаршзилл нуксуаюй иееде лопали семикарбазиддиуксусиую кислоту. Ее отличие or лиооемшеарбазидди-уксусной кислоты заключается в отсутствии в составе молекул ы атома серы.

Пропеленные nrr-eii<щодгашип сскко исследовании показали, что шмеие-ние коннен грамии обеих добавок от 0 до i/л приводи i 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 семикарбазиддпук-сусной кислоты оказывает меньшее влияние на смещение третьей ветви поляризационной кривой в электроположительную область, чем тиосемикарба-зиддиуксусная кислота при сопоставимых условиях.

Исследования влияния олчмикчрбазкд.'.'куксускойкислоты на аычоя хром ио току подтвердил» данные лолчриз-чшониь:ч исследований«>сс меньшем* >)<.(л-к-i нвпости. При введении в электролит тиосемикарбазилдиуксусноГ! кислогы выход хрома поточу I! зависимости or ражи мор, электролн ¡а в l.iC • - 1.20 ;->аз.ч [наше, чех! при использовании семпкарбазиддиуксусной. По-<юму в дальнейших исследованиях в качество добавки нсиользочшппиосемикарбззи шнуксусиую кислоту.

Установлено, что увеличение температуры электролита, содержащего тио-семикарбазиддиуксусную кислоту, от 40 до 80 С при исследуемых режимах приводит к снижению выхода хрома по току от 42,6 до 16'V; и скороаи 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 до60'С. Однако несмотря на высокий выход хрома по току при 40''С, практическое поддержание данною температурного режима затруднено из-за необходимости охлаждения ванны при хромировании на толщину более 50 мкм.

Установлено, что введе! ше в электрол ит органической добавки позволяет увеличить плотность тока до 750 А/дм2 вместо 40-60 Л/ддги эле к i ролите без до банки.

Использование тиосемикарбазиддиуксусной кислоты а универсальном электролите хромирования при его температуре 50 С способствует увеличению выхода хрома по гоку в 1,4 раза при Дк 50 А/дм- и в 1,7 раза при Дк 150 А/лхг.

Применение электролита с концентрацией добавки 2,7 г/л и катодной плотности тока 150 А/дм2позволяет увеличить 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 уменьшении: 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 трещиноватостн 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 несколькс 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 субмикроструктуре покрытий можно объяснить образованием в электролите устойчивого комплекса и его специфическим действием на процесс электрокристаллизации хрома.

Микротвердость. Исследования покрытий, осажденных изэлектроли-

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 мйкротвердости 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 кон пен грации 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 текстуированных 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 микротвердосги 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 лает возможность применять их для восстановления деталей, работающих в различных условиях.

Прочное т ъ с ц е п л е н и я. 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 ПО — 130 А/дм:, 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 2Т=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 основе статистического планирования экстремальных экспериментов по плану В,. 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:

УсЦ1,В-0,02х|-0,1х2-0,1х3^,0521х214ДЮ2х22^ МПа

У (.Ц4,573Ч{),1075x^4137^ МПа, где х , х2, хЛ — кодированные значения переменных'параметров: температуры электролита (х(), плотности тока (х,) 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=1,59Ю' 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 прирабатьшаемости 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, что покрытая, 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 этим для определения воздействия органической добавки на соотношение между

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

Присутствие тиосемикарбазиддиуксусной кислоты в универсальном--- -электролите хромированиявызывУсГт смешение 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 '.

При пропускании через ванну хромирования 552 А ч/л количества электричества обнаружено, что всс экстремальные участки фотоспектрограммы имеют такие же значения полнового числа, как и в свежеприготовленном электролите с добавкой. При этом значения оптической плотности ниже, чем в новом электролите, что можно объяснить выработкой электролита и его уносом в вентиляцию. Вместе с тем определение производительности исследуемою 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 расположении электродов в электролизере на равномерность покрытий на конкретных деталях имеет большое практическое значение. Поэтому, чтобы исключить изометрический фактор электролизера, нами для исследовании использовались плунжеры насосов НД-22/6Б4,а взаимное расположение катода и анодов, их размеры были выбраны в соответст вин с рекомендациями для хромирования в универсальном электролите хромирования.

Равномерность покрытий подлине летали определяли, используя критерий равномерности К. :

б

Кр=_!Ш!1— 100%, о

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 от 50 до 150 Л/дм; значение критерия равномерности К снижается на 22%, что, вероятно, связано с характером вторичного распределения тока на поверхности. Повышение температуры электролита от40до80"С способствует увеличению критерия равномерности на 24% Это может быть обьиснсно 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 режимы 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 (рисЗ), 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 подачи топлива плунжерной пары

цикл 120

100

80

60

40

2

"3—

РисЗ. Снижение цик-лопой подачи топлива плунжерных пар: I — серийных; 2 —восстановленных хромированием в универсальном электролите; 3 — тоже п электролите с органической добапкой.

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 пари 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 органических 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 кислот 1,1 происходит смещение потенциала восстановления хрома до металлического состояния в область более положительных значений, что свидетельствует об облегчении осаждения хрома на катоде и увеличений выхода хрома по току. Оптимальной концентрацией является 2,7 г/л тиосемикарбазиддиуксусной кислоты.

4. Установлены рациональные значения режимов электролиза при осаждении 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 сталью 25Х5МА предложена двухкратная анодная обработка деталей: в 30% растворе серной кислоты при анодной плотности тока 110 —130 А/дм2, дл ител ьности травления 30-60 с и температуре электрод ита 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 составит около 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:

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

2. БатишевД. П. Корнейчук 11. И., Корнейчук И. Н. Влияние комплексообразу-тошего вещества на производительность хромирования^// ВСХИЗО -агропромышленному комплексу.Сборник научных трулоп/ Всероссийск.сель-хоз. ин-т. заоч. обучения. — 1995. — С.249-250.

3. Корнейчук И. Н. Влияние комплексообразуюшего вещества на микротвердость хромовых покрытий // ВСХИЗО — агропромышленному комплексу. Сборник научных трудов/ Вссроссийск.сельскохоз. ип-г. заоч. обучения, — ¡995. - С.250-251.

4. Полога О. Д., Корнейчук И. Н. Интенсификация осаждения хромовых покрытий при использовании лигандов// Восстановление и упрочнение деш-лей машин износостойкими покрытиями: Сб. науч. тр. Ин-т прикл. физики АН РМ, КИИ, ГАУ I'M. - Кишипск Штиипиа, 1995. - С.25-2К

5. Корнейчук И. Н., Бобанова Ж. И., Батишев А. Н. Влияние органической добавки на электроосаждение хрома из универсального электролита //Электронная обработка материалов. — 1995. — N4. — С.

6.1. N. Korneychook, V. I. Lozan, О. A. Bologa, А. N. Batishchev and N. V. Gerbeleu. The application of the complex agents on the basis of thiosemicarbazide in chromium electroplating process // Conferinta de chimie si inginerie chimica: Lucrarile conferintei 1995Bucure?ti 20-21 Octombrie. — Bucure?ti, 1995. — V.3. — Partea а 11-a — p.299-304.

7. Совершенствовать технологию и организацию восстановления изношенных лекией машин и оборудования АПК. Отчет о ПИР (заключ.) / Минсель-хознрол. Р.Ф. РГДЗУ; Руководи гель Батищев Д. Н. — Тема 20 Балашиха 1995 г.12 с