Регион:

Состав электролитов железнения и его режимы


Осаждение железа ведут в ваннах, изготовленных из листовой стали, с пароводяной рубашкой, аналогично ваннам хромирования, но футеровку внутренней поверхности производить антег-митовыми плитками.

Существующие электролиты для железнения подразделяются на:

  • хлористые;
  • сернокислые;
  • смешанные.

Кроме того, могут применяться борфтористоводородные, сульфаматные и прочие электролиты с различными добавками для повышения блеска, твердости и получения специальных свойств.

По способу применения процессы железнения подразделяют на холодные и горячие. В холодных электролитах (20-50 °С) процесс железнения проводят при малой плотности тока. Скорость осаждения металла в этих электролитах не превышает 100-130 мкм/ч. В горячих электролитах, нагретых до 50-105 °С, электролиз протекает при высоких плотностях тока (1020 А/дм2), скорость отложения металла значительно повышается.

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

При осаждении электролитического железа необходимо избегать выключения тока. При длительной работе с перерывами тока следует перед каждым продолжением осаждения проводить анодную обработку детали в том же электролите в течение 1-2 мин при плотности тока 30-40 А/дм2.

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

Хлористые электролиты

Наибольшее применение получили хлористые электролиты, отличающиеся высокой концентрацией солей, большой скоростью наращивания железа и возможностью получения покрытий с большой толщиной. Эти электролиты получили применение на авторемонтных и других заводах для восстановления размеров на деталях, получивших большой износ.

Основным компонентом хлористого электродита для железнения является хлористое железо. Хлористое железо FeCl2*4Н2О - светло-зеленые кристаллы, растворимость - свыше 600 г/л при 20 °С, молекулярная масса 198,9. При нагревании растворимость еще более возрастает. Соль легко подвергается гидролизу, и ее растворы всегда следует подкислять соляной кислотой в количествах до 0,5-0,7 г/л. При высокой концентрации хлористого железа в хлористом электролите, состоящем в основном лишь из хлористого железа, концентрацию его растворов легко определить по плотности.

Для горячих хлористых электролитов разработано много вариантов с введением в их состав хлористого марганца, хлористого никеля, гипофосфита натрия и других солей. Составы и режимы осаждения железа приведены в табл. 5.3.

Электролит должен быть прозрачным, иметь зеленый цвет. Фильтровать его следует не реже одного раза в 10-15 сут при работе в две смены.

Твердость полученного слоя железа определяется температурой электролита и может изменяться от 100 до 400 НВ. В хлористых электролитах твердость осажденного железа возрастает с уменьшением концентрации хлористого железа и соляной кислоты, а также при увеличении катодной плотности тока и понижении температуры электролита.

Температура электролита оказывает наиболее существенное влияние на твердость осажденного покрытия. Так, в хлористом электролите (400 г/л FeCl2, 10 г/л NaCl и 1 г/л НСl) при понижении его температуры всего на 10 °С твердость осадка повышается на 40-60 единиц. При дальнейшем снижении температуры до 75 °С твердость повышается до 300 НВ. При регулировании твердости покрытия за счет температуры электролита следует учитывать, что чрезмерное понижение температуры приводит к растрескиванию и скалыванию наращенного слоя.

Таблица 5.3. Составы хлористых электролитов и режимы железнения.

Компоненты электролита и режимы процесса

Составы электролита, г/л

1

2

3

4

Хлористое железо

200-250

300-350

600-680

200-300

Хлористый марганец

-

-

-

20-30

Хлористый натрий

100

-

-

-

Соляная кислота

-

-

-

0,5-1,0

Кислотность рН

0,8-1,2

0,8-1,2

0,8-1,5

-

Температура электролита, °С

70-80

70-80

70-80

60-80

Плотность тока, А/дм2

20-40

20-50

20-60

30-50

Выход по току, %

85-92

85-95

85-95

90-95

Для катодного осадка электролитического железа характерны значительные внутренние напряжения. При железнении в хлористых электролитах при температуре 95 °С и плотности тока 5 А/дм2 остаточные напряжения в осажденном железе составляют примерно 150 МПа. При увеличении плотности тока до 20 А/дм2 напряжения возрастают до 370 МПа. Отпуск деталей, покрытых электролитическим железом, при температуре 500-600 °С уменьшает остаточные напряжения на 15-20 %. В электролитическом железе, полученном из хлористых электролитов при температуре 100 °С, содержится лишь 0,002-0,003 % водорода.

Сернокислые электролиты

При осаждении в сернокислых электролитах получают более хрупкие и крупнокристаллические осадки, чем в хлористых. Пластичные осадки железа в сернокислых ваннах образуются при нормальной температуре и низких плотностях тока (0,1-0,2 А/дм2). Электролитическое железо, осажденное из сернокислых растворов при 18 °С, содержит 0,085 % водорода, а твердость - 200-300 НВ.

Из сернокислых электролитов, применяемых на практике, наибольшее распространение получили растворы, в которых процесс производится без нагрева электролита или при небольшом повышении температуры. Для них также необходима анодная обработка деталей перед покрытием, как это указано при осаждении железа из хлористых электролитов (табл. 5.4).

Сернокислые и хлористые электролиты при повышенной температуре агрессивны к металлам оснастки ванны.

Процесс наращивания элемента детали железом, упрощается при применении борфтористоводородных электролитов следующего состава (г/л) и режимов:

борфтористоводородное железо - 300; борная кислота - 18;

свободная борфтористоводородная кислота - 1-2; температура, °С - до 20-60; плотность тока, А/дм2 - 2-12; кислотность рН - 3,5.

Таблица 5.4. Составы хлористых электролитов и режимы железнения.

Компоненты электролита и режимы процесса

Составы электролита, г/л

1

2

3

Сернокислое железо

180-200

3150

200-450

Сернокислый магний

40-50

-

-

Сернокислый натрий

-

100

-

Двууглекислый натрий

25-30

-

-

Серная кислота

-

1

-

Борная кислота

-

-

10-20

Борфтористоводородный калий

-

-

20-35

Кислотность рН

-

2,4-2,5

1,9-2,4

Температура электролита, °С

18-20

60-70

18-25

Плотность тока, А/дм2

0,1-0,15

5-10

До 7,0

Выход по току, %

-

-

70-95

Таблица 5.5. Скорость осаждения железа при различных значениях плотности тока и выхода по току.

Плотность тока, А/дм2

Катодный выход по току, %

90

92

94

95

1

12,0

12,3

12,5

12,7

5

60,1

61,5

62,9

63,6

10

120,0

123,0

125,2

126,8

30

360,0

369,0

375,6

380,4

50

601,0

615,0

629,0

635,0

Электролит устойчив против окисления и характеризуется хорошей рассеивающей способностью. При наличии перемешивания электролита допускается увеличение плотности тока в 1,2—1,5 раза.

Скорость осаждения железа можно ориентировочно определить по табл. 5.5.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments