Технология восстановления и упрочнения поверхностей деталей типа "вал" двигателей внутреннего сгорания гальваногазофазным хромированием : На примере валика водяного насоса

• Автор: Морозов, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 203 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация

Перечень сокращений, условных обозначений, символов единиц и терминов.6 Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Анализ условий работы валиков водяных насосов.

1.2. Анализ дефектов валика водяного насоса

1.3. Методы восстановления деталей типа вал

1.3.1. Наплавка

1.3.2. Плазменное напыление

1.3.3. Диффузионная металлизация.

1.3.4. Гальванические покрытия.

1.3.5. Газофазная металлизация.
1.4. Цель и задачи исследования
2. Теоретическое обоснование восстановления деталей типа вал гальванога
зофазным хромированием.
2.1. Восстановление изношенных деталей гальваническими покрытиями
2.1.1. Сущность процесса нанесения гальванических покрытий
2.1.2. Механизм электродных процессов при хромировании.
2.1.3. Механизм формирования кристаллов
2.1.4. Механизм формирования осадков.
2.1.5. Влияние параллельной реакции выделения водорода на осаждение хромовых покрытий
2.1.6. Кристаллическая структура хромовых покрытий.
2.1.7. Влияние условий электролиза на структуру и свойства электролитических покрытий
2.1.8. Хромовые гальванические покрытия, применяемые в ремонтном
производстве
2.1.9. Обоснование выбора электролита и режима нанесения гальванического покрытия
2.2. Восстановление изношенных деталей газофазной металлизацией
2.2.1. Сущность процесса газофазной металлизации
2.2.2. Выбор исходного соединения для осаждения хрома
2.2.3. Теоретическое обоснование протекания реакций термической
диссоциации гсксакарбоннла хрома
2.2.4. Механизм образования карбонильных металлопокрытий
2.2.5. Влияние режима металлизации на структуру и свойства карбонильных хромовых покрытий
2.3. Обоснование восстановления деталей типа вал гальваногазофазным хромированием.
2.4. Выводы
Методика экспериментальных исследований
3.1. Алгоритм исследований.
3.2. Практическая апробация теоретических исследований гальваногазо
фазных покрытий.
3.3. Экспериментальное оборудование, оснастка, измерительные средства и приборы.
3.3.1. Подготовка образцов
3.3.2. Нанесение покрытий.
3.3.2.1. Нанесение гальванического подслоя и его травление.
3.3.2.2. Нанесение газофазного хромового слоя
3.3.3. Определение выхода по току и скорости осаждения гальванического хрома
3.3.4. Определение микротвердости покрытий
3.3.5. Определение внутренних напряжений
3.3.6. Определение прочности сцепления покрытия с основой
3.3.7. Определение износостойкости
3.3.8. Определение микроструктуры и морфологии покрытий.
3.3.9. Определение элементного состава полученных покрытий.
3.3 Определение фазового состава покрытий методом рентгеноспектрального микроанализа
3.4. Математическое планирование эксперимента.
3.5. Выводы.
4. Результаты исследований двухслойных гальваногазофазных хромовых покрытий.
4.1. Разработка математической модели и поиск оптимальных параметров ведения процесса.
4.1.1. Оценка результатов проведенного эксперимента
4.1.2. Проверка адекватности модели по критерию Фишера.
4.1.3. Поиск оптимальных параметров ведения процесса.
4.1.4. Исследование поверхности отклика
4.2. Микротвердость покрытий
4.3. Сцспляемость покрытия с основным металлом
4.4. Внутренние напряжения и их связь с эксплуатационными свойствами
покрытий
4.5. Износостойкость покрытий.
4.6. Исследование микроструктуры и морфологии покрытий
4.7. Исследование фазового и элементного состава покрытий.
4.8. Эксплуатационные испытания.
4.9. Выводы.
5. Разработка технологии восегановления валиков водяных насосов гальваногазофазным хромированием и экономическая оценка проекта
5.1. Экономическая эффективность восстановления валиков водяных насосов гальваногазофазным хромированием.
5.2. Выводы.
Общие выводы
Литература


Высокие качества хромовых покрытий с одной стороны и наличие ряда отрицательных показателей процесса гальванического хромирования, с другой, требуют проведения ряда опытных и теоретических работ но комбинированному применению гальванического хромирования в сочетании с другими технологическими процессами. В то же время, практика показывает, что во многих случаях целесообразно использовать иные методы, в частности химические. В последнее время в ремонтном производстве приобретает популярность парофазный или газофазный метод термического разложения легколетучих металлорганических соединений , 0, позволяющий получать металлические слои при температурах, гораздо ниже температур плавления данных металлов и сплавов. Наиболее перспективными в качестве исходных веществ оказались карбонилы металлов и их соединения. По сравнению с другими методами получения металлических пленок и покрытий, такими, как испарение в вакууме, катодное распыление, химическое и электрохимическое осаждение и др. Однако и газофазная металлизация не лишена недостатков. Так, например, в случае газофазного хромирования наблюдается неудовлетворительная адгезия покрытия непосредственно к стальным деталям, которая гораздо ниже, чем при гальваническом хромировании и недостаточна для получения качественных антикоррозионных и износостойких хромовых покрытий. С учетом вышеизложенного в работе ставится цель, заключающаяся в повышении прочностных характеристик поверхностей деталей типа вал двигателей внутреннего сгорания путем разработки технологии восстановления и упрочнения данных деталей гапьваногазофазным хромированием. Данный метод заключается в нанесении газофазного хромового покрытия на пористый подслой гальванического хрома, сочетая достоинства этих двух методов и, почти, исключая их недостатки. При этом на подготовленную поверхность детали будет наноситься слой гальванического хрома, служащий для создания требуемой адгезии, на который будет наноситься дополнительный упрочняющий хромовый слой методом газофазной металлизации. Это позволит получать качественные износостойкие хромовые покрытия с высокими физикомеханическими свойствами, незначительными материальными затратами в случае массовог о восстановления деталей и достигая при этом некоторого повышения производительности. В качестве объекта исследования выступает технология восстановления и упрочнения поверхностей деталей типа вал двигателей внутреннего сгорания гальваногазофазным хромированием. На базе исследований разработать рекомендации по применению гальваногазофазного хромового покрытия при восстановлении и упрочнении валиков водяных насосов. Решение этих задач позволит получить гальваногазофазные хромовые покрытия в различных технологических режимах, произвести всеобъемлющее исследование их физикомеханических, химических и эксплуатационных свойств и на основании проведенного исследования разработать технологию восстановления и упрочнения валиков водяных насосов гальваногазофазным хромированием с разработкой рекомендаций по использованию предлагаемого технологического процесса в ремонтном производстве. Наиболее сложным узлом в системе охлаждения автотракторной техники является водяной насос см. В автомобильных и тракторных двигателях применяют компактные, одноступенчатые центробежные насосы с напором 0, 0,1 МПа ,, , ,. Рисунок 1. Водяной насос современной автотракторной техники состоит из большого числа подвижных деталей и работает в тяжелых эксплуатационных условиях, изза чего на этот узел падает значительная доля отказов. Качество охлаждающей жидкости имеет большое значение для надежности двигателя. Обычно охлаждающими жидкостями являются вода и охлаждающие жидкости на базе моноэтиленгликоля и полипропиленгликоля , которые хотя и имеют множество положительных качеств, но обладают высокой коррозионной агрессивностью к деталям двигателей , . И если в качественных охлаждающих жидкостях для снижения агрессивности по отношению к деталям двигателя добавляют различные пакеты присадок , то более дешевые жидкости, а также большинство отечественных жидкостей и вода вызывают сильную коррозию деталей. Исследования на рисунке 1. На каждом рисунке слева результат применения жидкости ТОСОЛ. Справа результат применения высококачественных охлаждающих жидкостей от мировых лидеров их производства. Рисунок 1.