РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКИ І ПРИЛАДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1 Умови нанесення відновлювальних шарів заліза
Нанесення відновлювальних шарів заліза методом наплавки і газотермічного
напилення здійснювали в умовах ВАТ “Запорізький електровозоремонтний завод”,
Дніпропетровського тепловозоремонтного заводу та локомотивного депо
Нижньодніпровськ-Вузол Придніпровської залізниці.
Експериментальні дослідження по розробці гальванічних технологій відновлення
виконували як в лабораторних, так і в промислових умовах. Останні здійснювали в
гальванічному виробництві локомотивного депо Нижньодніпровськ-Вузол. В
лабораторних умовах електроосадження шарів відновлювального металу проводили
позаванним способом на спеціальній лабораторній установці (рис. 2.1), що
складається: з ємкостей - бачків (1, 2) для електролітів, насоса (3), гнучких
полівінілхлоридних (ПВХ) шлангів (4), вентилів (5, 6), електролітичної комірки
(ванночки) (7) та джерела електроенергії (8).
Рисунок 2.1 - Лабораторна установка позаванного гальванічного залізнення
В процесі нанесення залізного покриття електроліт (при відкритому крані 4)
насосом прокачували безперервно по колу: ємкість 1, кран 5, насос 3, комірка 7,
ємкість 1. При необхідності зміни у комірці 7 електроліту, відкривали кран 6 і
його залишки зливали в бачок 2. Швидкість протоку електроліта в комірці
регулювали продуктивністю насоса і мала діапазон від 0,01 до 1,5 м/с. Привод
здійснювався від малопотужного двигуна постійного струму. Електролітична
комірка являла собою циліндричну конструкцію, що представлено на рис. 2.2.
Рисунок 2.2 - Електролітична комірка залізнення:
1 - підставка; 2 - кришка; 3 - кислотостійка гума; 4 - підвід (відвід)
розчинів; 5 - струмопідвід; 6 - сполучні шпильки; 7 - деталь (катод); 8 -
анод.
В залежності від цілі і змісту дослідів змінювали розміри комірки і форму
катоду наступним чином. Якщо треба було виконати випробування на зносостійкість
і коефіцієнт тертя, то в якості зразків типу “корпус букси” використовували
пустотілий циліндр із сталі 25Л (матеріал реального корпуса букси), що є
зменшеною моделлю реального корпуса. Внутрішню поверхню цього циліндра
електролітично покривали залізом товщиною 0,5 мм, при цьому анодом служив
стрижень із Ст 3. Потім циліндр розрізався на кругові кільця шириною по 10 мм,
а вони, у свою чергу, - на сегменти (колодки) з центральним кутом ц = 46?, які
і служили зразками при випробуванні.
Для випробувань на міцність зчеплення, механічну міцність і границю втоми у
якості зразків – катоду використовували відповідної форми стрижень, виконаний
із сталі 25 Л, а анодом служив пустотілий циліндр із сталі Ст 3. При цьому
умови і режими електролізу були однаковими для усіх видів зразків. Експерименти
проводили з максимальним наближенням до умов виробництва.
Випробування мікротвердості і рентгеноструктурний аналіз нанесених
відновлювальних покриттів здійснювали на зразках у вигляді пластин прямокутної
форми розмірами 30х15х1 мм, розташованих у кількості 10 штук рівномірно по
усьому колу комірки (рис. 2.3). У схемі рис. 2.3 пустотілий циліндр і пластини
утворюють катод.
Рисунок 2.3 - Розташування контрольних випробувальних зразків в електролітичній
комірці (вид зверху):
1 - пустотілий циліндр; 2 - пластини; 3 - анод.
Гальванічне осадження відновлювальних залізних шарів в умовах депо
Нижньодніпровськ-Вузол здійснювали на розробленій в цій роботі і описаній в
розділі 5 промисловій установці.
Процес електроосадження заліза, як в лабораторних, так і в промислових умовах
здійснювали в найбільш перспективному холодному електроліті, який містить
водний розчин FeCl2 (200 – 600 г/л) і соляну кислоту (0,6 – 1,2 г/л); основні
операції технологічного процесу осадження заліза зображено на рис. 2.4.
Кислотність електролітів визначали рН-метром типу рН-673, а питому
електропроводність – кондуктором, що побудований за схемою мосту Уінстона.
При залізненні застосовували розчинні аноди з низьковуглецевої сталі, анодами
були плоскі або пруткові зразки діаметром 0,01 – 0,04 м. З метою зменшення
забруднення електроліту анодним шламом аноди розташовували в захисних чехлах з
кислотостійкої тканини “хлорин”. При цьому, як відомо, співвідношення між
поверхнями аноду і катоду (Sa : Sк) повинно бути 1 – 2, що важко витримати
внаслідок, по-перше, великої Sк, а, по-друге, поступового зменшення Sa. Тому
практика свідчить, що діаметр анода повинен складати 1/3 – 2/3 внутрішнього
діаметру корпусу; аноди меншого діаметру будуть порушувати якість осадів
заліза.
Джерелом живлення комірки служив напівпровідниковий перетворювач, розроблений і
виготовлений автором. Це джерело дає можливість осадження заліза на постійному,
асиметричному (рис. 2.5 а) і комбінованому (рис. 2.5 б) струмах. Комбінований
режим реалізовано у вигляді: початковий період ведеться на асиметричному
струмі, основний період – на постійному. У проведених експериментах за основу
був прийнятий комбінований режим. Величину струму ванни встановлювали по
амперметру магнітоелектричної системи М253 класу точності 0,5. Перевірку форми
кривої струму здійснювали на осцилографах С1 – 68 і С1 – 83.
Рисунок 2.4 - Основні операції технологічного процесу електролітичного
осадження відновлювальних шарів заліза
а)
б)
Рисунок 2.5 - Електричні режими осадження заліза:
а) асиметричний; б) комбінований.
При визначенні значень границі міцності стандартний зразок (рис. 2.6),
виготовлений із сталі 25Л, попередньо проточували в середній частині (довжина
проточки – 20 мм) на 0,5 мм на токарському верстаті, уникаючи перегріву зразка.
Останній розміщували усередину цилін
- Київ+380960830922