KURZUS: Járműfenntartás, diagnosztika

MODUL: II. modul: Gépjárművek üzemeltetése

20. lecke: A galvanizálási technológiák alkalmazása a járműfenntartásban

| A lecke célja: a gépész- és járműmérnök hallgatók megismertetése a járműfenntartás területén alkalmazott galvanizálási technológiák alapfogalmairól alkalmazás területéről és a hozzá kapcsolódó műszaki paraméterekről.
Követelmény: Az alapfogalmak megismerése és tartalmi elsajátítása.
A tananyag elsajátításának becsült időszükséglete: 2×45 perc
A leckében előforduló kulcsfogalmak: elektrolízis, elektrolit, anód, katód, galvanizálás, csíraképződés, kristályképződés
Alkatrészek felújítása galvanizálással
A galvanizálás alapja
Ha az eslektroliton egyenáramot vezetünk át, az elektrolit pozitív ionjai a katódhoz, a negatív töltésűek az anódhoz vándorolnak
A galvanizálás elvi működése
1. ábra
Galvanikus fémbevonás
Elektrolit: fémsók vizes oldata
Katód: a bevonandó alkatrész
Anód:
olyan fém mint a bevonat (az elektrolitból kivált fémionokat az anód oldódása pótolja, pl. vasazás) galvanizálás alatt nem oldódó (a kivált fémionok pótlása - koncentráció, pH-érték - a fürdő regenerálásával)
Az elektródokon végbemenő folyamat:
a katódon: fémkiválás és hidrogénfejlődés, az anódon: anionok semlegesítése, oxigénfejlődés, anódfém oldódása,
A galvánbevonatok jellemzői
alapfémhez jól tapadnak, egyenletes rétegvastagság, tömör, pórusmentes bevonat, megfelelő mechanikai és kémiai tulajdonság,
A kristályosodási folyamat
az elektrolit fémionjai az áram hatására kiválnak a katódon, kristálycsírák képződése, további növekedése, ha sok kristálycsíra képződik és lassú a növekedés sebessége, finomszemcsés, fényes, kemény bevonat keletkezik,
A galvánbevonatok tulajdonságait meghatározó tényezők
az elektrolit összetétele és vezetőképessége, a fürdő pH-értéke, a fürdő hőmérséklete, az áramsűrűség, a hidrogénkiválás, az alapfém anyaga és felületének állapota,
Kristályosodási folyamat
A kristályosodás folyamatát két esemény határozza meg:
kristályképződés, kristálynövekedés,
Ezek sebessége és egymáshoz viszonyított aránya függ:
áramsűrűségtől, elektrolit összetételétől,
Fémionok atomos átmenete
A fémionok a katódból elektront vesznek fel, kristály alakban kicsapódnak és a katódra rakódnak. A katód felületére merőleges "tű" alakú kristály keletkezik. A finomszemcsés szerkezet kialakulásának feltétele, hogy minél több kristály keletkezzen. Ezt két módon lehet befolyásolni: katód, elektrolit potenciáljának növelése, nagyobb áramsűrűség alkalmazása (a keletkezett csírák száma nő).
A galvanizáláskor kialakuló kristályszerkezet
2. ábra
Az elektrolízissel kiválasztott fém mennyisége függ
az átfolyó áram mennyiségével, az elektrolízis idejével, a kiválasztott fém elektrokémiai egyenértékével.
G=a⋅I⋅t⋅η [g]
G: kiválasztott fém súlya [g], a: elektrokémiai egyenérték [g/Aó], I: az elektroliton átfolyó áramerősség [A], η: elektrolitikus hatásfok,
A feltöltendő felületre eső áramerősség:
D k = I F [A/dm 2 ]
A percenként kiváló fém rétegvastagsága:
H= D k ⋅a⋅η γ ⋅600 [ mm min ]
H: bevonat rétegvastagsága [dm], γ : feltöltő fém fajsúlya [g/cm3], D k : egy dm2-re eső áramerősség [A/dm2].
Krómozás
Erős korróziónak illetve nagymértékű kopásnak kitett alkatrészek javításához használható eljárás. Leginkább acél ill. szürkeöntvényekhez használják, de alkalmazhatók réz- ill. alumínium ötvözetekhez is. Díszítő krómbevonatként műanyag alkatrészekre is.
A krómréteg kedvező tulajdonságai:
nagy keménység (500...1000 HV), kopásállóság, korrózióállóság, hőállóság.
Krómbevonat tulajdonsága
A bevonat keménységét, kopásállóságát az elektrolízis feltételei:
elektrolit összetétel, elektrolit hőmérséklet (3. ábra), áramsűrűség határozzák meg (4. ábra).
A keletkező krómréteg minősége az áramsűrűségtől és a hőmérséklettől függően
3. ábra
A krómréteg kopásállósága az áramsűrűség függvényében különböző fürdő hőmérséklet esetén
4. ábra
Az opálos fényű felület keménysége: HV = 500...700,
a fényes bevonatoké: HV = 700...1100.
A réteg szerkezete szempontjából megkülönböztetünk:
tömör kemény és fényes, matt, szivacsos és hálós krómbevonatokat.
A krómréteg keménységét, tömörségét, szivacsosságát az alkatrész igénybevétele alapján választják meg.
Krómsav - kénsav elektrolitos krómozás
Elektrolit összetétel
Krómsav, CrO3: 200...250 g/l Kénsav, H2SO4: 2,0...2,5 g/l H2O
Jellemző paraméterei
Javasolt rétegvastagság: 0,008...0,2 mm, krómozás sebessége: 0,1...0,3 mm/h, A kád ólommal vagy műanyaggal bélelt, automatikus hőmérsékletszabályozás. Hőmérséklet: 48...52 °C, áramsűrűség: 25...45 A/dm2, 8%-nál nagyobb krómtartalmú acélok és a régi krómréteg bevonására nem alkalmas. feszültség: u=5-6 V, tapadó szilárdság: 350...450 N/mm,
Krómsav - stronciumszulfát - káliumszilikofluorid elektrolitos krómozás
Elektrolit összetétel
Krómsav, CrO3: 250 g/l, stronciumszulfát, SrSO4: 6 g/l, káliumszilikofluorid, K2SiF6: 20 g/l, H2O
Jellemző paraméterei
Javasolt rétegvastagság: 1...1,5 mm, krómozás sebessége: 0,04...0,06 mm/h, Hőmérséklet: 55...65 °C, áramsűrűség: 60...90 A/dm2, régi krómréteg bevonására is alkalmas.
A krómréteg felvitelének hátrányai
a felvitel bonyolult, lassú eljárás, a felvitel rossz hatásfokú (10...30%), a felvitt réteg vastagsága legfeljebb 0,5 mm lehet. Vastagabb réteg esetén a króm eltérő hőtágulása következtében a króm leválik az alapanyagról.
Technológiai sorrend
1. | Előkészítés:
köszörülés, kémiailag tiszta felület létrehozása anódos maratással,
2. | Nem kívánt részek letakarása: fóliázás, lakkozás, maszkolás.
3. | Készülékezés: segédanódok és az áram elvonók elhelyezése.
4. | Fürdő járatás: 16...18 órát segéd darabokkal.
5. | Krómozás a megadott méretre.
6. | Utókezelés, rétegjavítása: forró vízben a hidrogén eltávozik.
7. | Feszültség mentesítés: 150...200 °C-on 1...2 óra.
8. | Méretre köszörülés: minőségileg jó felületet kapunk.
A krómozást galvanizáló kádakban szokták elvégezni (5. ábra), amelynek jellemzője, hogy:
duplafalú edény, amelynek az üregében helyezik el a fűtőszálakat és a fűtőközeget (víz), amellyel szabályozzák az elektrolit hőmérsékletét, ebbe a tartályba általában függesztőkészülékek alkalmazásával függesztve eresztik bele az alkatrészeket, és az áldozati anódokat elszívó berendezéseket építenek a galvanizáló kád peremére, amelyek segítségével elszívják a galvanizáláskor keletkező gázokat, gőzöket.
A krómozó kád elvi felépítése
5. ábra
A krómozás folyamán elvárás, hogy a felvitt réteg vastagsága egyenletes legyen. Ennek a feltételnek a nem teljesülése két okra vezethető vissza (6. ábra):
csúcshatás, a galvanizálási út hosszak különbsége, amely egyenlőtlen rétegvastagsághoz vezet.
A krómozáskor felmerülő rétegvastagsági problémák a felvitt rétegben
6. ábra
A galvanizálási út hosszok különbsége a beoldódó anód és a munkadarab felületei közötti távolságkülönbségekből adódó diffúziós úthossz különbségekre vezethetők vissza. Az anódhoz közelebb lévő felületekre adott idő alatt több anyag tud kikristályosodni, míg a távolabb lévő felületeken kevesebb anyag tud ugyan ezen idő alatt kikristályosodni. Ennek a problémának a kezelésére segéd elektródokat szoktak alkalmazni, amelyeket a kedvezőtlen helyzetben és távolságban lévő felületekkel párhuzamosan azoktól megfelelő távolságra helyeznek el (7. ábra). Ezzel közel egyenlő hosszúságúvá téve a diffúziós úthosszokat.
Segéd elektródok alkalmazása bonyolultabb formájú alkatrészek krómozásánál
7. ábra
Abban az esetben, ha az alkatrészen több olyan csúcs található, amely közelebb helyezkedik el az anódhoz, mint az alkatrész többi felülete, akkor az elektrolitban kialakuló áramvonalak a csúcs környezetében sűrűsödnek és így ott felgyorsul a fém kiválás, ami csúcson egy vastagabb króm réteget eredményez. Ennek az elkerülésére alkalmaznak úgynevezett áramelvonókat (8. ábra), amelyek akadájt képeznek az áramvonalak előtt és így megakadájozzák az erővonalak kis felületre történő sűrűsödését, ezzel is segítve az egyenletes krómréteg létrejöttét.
Az áram elvonók alkalmazása a csúcshatás mérséklésére
8. ábra
A krómozás munkavédelmi vonatkozásai
A krómozás elvégzésekor hidrogén (H2) és oxigén (O2) keletkezik, amelyek a helység légkörébe kerülve robbanóképes elegyet képeznek, ez munka- és környezetvédelmi szempontból is veszélyes, ezért ennek elkerülése érdekében két megoldást szoktak alkalmazni:
vékony parafin réteget visznek fel az elektrolit felületére (megakadályozza a gázok és gőzök ki párolgását az elektrolitból). perem elszívok alkalmazása.
Vasazás
Főleg acélból és szürkevasöntvényből készült alkatrészek kopott felületeinek javítására, szilárd illesztésű helyeken.
A réteg tulajdonságai
nagytisztaságú vas, amelybe minimális mennyiségű szén (C: 0,3...0,06%) is beépül. Keménysége: HB= 200...240 daN/mm2, Kötésszilárdsága: 70...90 daN/mm2
Elektrolitösszetétel
Vasklorid FeCl2: 350 g/l nátriumklorid NaCl: 300 g/l sósav HCl: 2 g/l
10...50 g/l nikkelklorid adagolásával a szemcsefinomság és a mechanikai tulajdonság kedvezően befolyásolható.
Az anód kis széntartalmú acél, ötvözetlen szénacél.
A bevonat kialakulása
Az elektrolitban lévő Fe++ ionok a katódhoz áramolnak, ahol elvesztik töltésüket és kirakódnak a felületre. Az anódból az elektrolitba Fe++ ionok lépnek a katódon kiváltak pótlására. A bevonat ferrites szövetszerkezetű. Keménysége a ferrites szövetszerkezetű acélokhoz képest 2...4 szeres lehet. Áramsűrűség: induláskor 5 A/dm2, majd 10...15 A/dm2 sebesség: 0,1...0,15 mm/h, de 0,2...0,3 mm/h is elérhető feszültség: u = 10...14V, hőmérséklete: 95...98 °C,
A bevonat hőkezelése
Hidrogénmentesítés 200...250 °C Kopásállóság növelése: betétedzéssel, szulfidálással, keménykrómozással.
Technológiai sorrend
Hasonló, mint a krómozás esetén.
1. | Előkészítés:
köszörülés, kémiailag tiszta felület létrehozása anódos maratással,
2. | Nem kívánt részek letakarása: fóliázás, lakkozás, maszkolás.
3. | Készülékezés: segédanódok és az áram elvonók elhelyezése.
4. | Fürdő járatás: segéd darabokkal.
5. | Vasazás a megadott méretre.
6. | Utókezelés, rétegjavítása: forró vízben a hidrogén eltávozik.
7. | Feszültség mentesítés: 150...200 °C-on 1...2 óra.
8. | Méretre köszörülés: minőségileg jó felületet kapunk.
Vegyi nikkelezés
Napjainkban már nem nagyon alkalmazzák.
Vékonyréteg felvitelére alkalmas technológia: 0,1...0,2 mm,
Nem elektrolízissel dolgozik, áram nélküli eljárás.
A fürdő összetétele
nikkel szulfát: 90...92%, nátrium hipofosztit: 8...10%, stabilizátor + víz.
További paraméterek
hőmérséklete: 95 °C, fontos a Ph érték megfelelő szinten tartása: 4,4...4,6, a réteg keménysége: 500...600 HV, hőkezeléssel: 950...1100 HV, maximális rétegvastagság: 0,05 mm
Tampongalvanizálás
Általában vékony réteg felvitelére alkalmazzák.
A technológia lényege, hogy a sérült alkatrészt sok esetben nem kell kiszerelni és egy galvanizáló üzembe elvinni, hanem helyben elvégezhető az alkatrész javítását. A másik nagy előnye, hogy nagyobb méretű alkatrészek esetén, amelyek galvanizáló kádban történő elhelyezése nehézkes és problémás, a sérülés kiszerelést követően helyben javítható.
A tampongalvanizálás vázlata
9. ábra
Az alkatrészt katódként, a bevonandó felülettel egyező méretű, formájú felvivő fejet anódként kapcsolják. Ez utóbbit fémionokkal átitatott pamut vagy műanyag szövet borítja, koncentrációját mártogatással biztosítják.
Nagyteljesítményű tampongalvanizálás
10. ábra
Az oldatot szivattyú szállítja az anódhoz, amelyen átfolyva jut a forgó felületre. A visszajutó oldat szűrés után ismét felhasználható.
Alkalmazási lehetőség
néhány μm -től ≈3 mm-ig, gyors és nem helyhez kötött javítások esetén, szerelés nélküli javítási lehetőség.
Alkalmazási terület
Vékony bevonatok készítése kb. 15 μm :
korrózió védelem, díszítés, elektromos vezetés növelése, nagy keménységű felület létrehozása.
Vastagbevonat készítése 3000 μm :
kopott felületek javítása, berágódások, bemaródások megszüntetése, speciális fémkapcsolatok létrehozása.
Fémeltávolítás:
elektrokémiai polírozás, felület előkészítés, szennyezett felület eltávolítása.
Fordított polaritással, az alkalmazott áramerősség: 15 A...500 A
Technológiai sorrend
1. | Előkészítés:
köszörülés, kémiailag tiszta felület létrehozása anódos maratással,
2. | Nem kívánt részek letakarása: fóliázás, lakkozás, maszkolás.
3. | Első feltöltés.
4. | Visszacsiszolás: a maszkolás és a sérülésen kívül felvitt réteg lemunkálása.
5. | Nem kívánt részek újbóli letakarása: fóliázás, lakkozás, maszkolás.
6. | Következő feltöltés.
7. | az 5. és a 6. lépés ismétlése addig, amíg a kívánt rétegvastagságot el nem érjük.
8. | Az utolsó felrakás utáni visszacsiszolás, esetleg ha szükséges polírozás
9. | A javított felület védelme.
A tampongalvanizálással történő felületisérülés javítása
11. ábra
A tampongalvanizálásnál alkalmazható anyagok és azok felhasználási lehetőségei
12. ábra
Példa
Egy hidraulikus kapszula javítása tampongalvanizálással. A hidraulikus kapszula a DUNAFERR Kft meleghengerművében üzemel. Néhány jellemző tulajdonsága:
Átmérője: 860 mm, Lökethossza: 75 mm. Üzemi nyomása: 400 bar.
A hiba jelölése a meghibásodott alkatrészen
13. ábra
Hidraulikus kapszula meghibásodása
Axiális irányú bemaródások a teljes belső felületen (13. ábra),
Az alkatrész mérete és a hiba jellege miatt a felújítása tampongalvanizálással történt.
A henger felületén található bemaródások
14. ábra
Hidraulikus kapszula felújítása
A bemaródásokat rézzel töltötték fel, ezt követően a felületet nikkellel vonták be.
Az alkatrész felülete felújítás után
15. ábra

| Teszt kérdések
1. Válassza ki a helyes állítást!
| Ha az elektroliton egyenáramot vezetünk át, az elektrolit pozitív ionjai a katódhoz, a negatív töltésűek az anódhoz vándorolnak.
| Galvanikus fémbevonás esetén a katód a bevonó fém, az anód pedig az alkatrész.
| Az elektrolit a fémek vizes oldata.
| A katódon történik a fémkiválás és az oxigénfejlődés.
2. Melyik állítás nem helyes az alábbiak közül? Válassza ki a megfelelő választ!
| A galvánbevonatok az alapfémhez jól tapadnak.
| A galvánbevonatoknak egyenletes a rétegvastagsága.
| A galvánbevonatok tömör, pórusmentes bevonatot alkotnak.
| A galvánbevonatok porózus szerkezetűek.
3. Melyik paraméter nincs hatással galvánbevonatok tulajdonságaira?
| Az elektrolit összetétele és vezetőképessége
| A fürdő pH-értéke.
| Az elektrolit sűrűsége.
| Az alapfém anyaga és felületének állapota.
4. Válassza ki a helyes állítást!
| A fémionok az anódból elektront vesznek fel, majd kristály alakban kicsapódnak és az anódra rakódnak.
| A finomszemcsés szerkezet kialakulásának feltétele, hogy minél több kristály keletkezzen.
| Az anód felületére merőleges "tű" alakú kristály keletkezik.
| A finomszemcsés szerkezet kialakulásának feltétele, a katód, elektrolit potenciáljának csökkentése.
5. Melyik paraméterekre nincs szükség az elektrolízissel kiválasztott fém mennyiségének a meghatározásához?
| A bevonó fém elektrokémiai egyenértékére.
| Az elektroliton átfolyó áramerősségre.
| Az anód és a katód potenciál különbségére.
| A galvanizálás elektrolitikus hatásfokára.
6. Melyik nem tartozik a krómréteg kedvező tulajdonságai közé?
| Nagy keménység.
| Kopásállóság.
| Korrózióállóság.
| Jó siklási tulajdonság.
| Hőállóság.
7. Melyek a krómréteg felvitelének hátrányi?
| A króm felvitel bonyolult, lassú eljárás
| A felvitt réteg vastagsága legfeljebb 1,5 mm lehet.
| A krómfelvitel rossz hatásfokú.
| A rétegvastagság változásával a felületi tapadási erő nem változik.
| A krómozás hőmérséklete a technológia végrehajtása folyamán mindig ingadozik.
8. Válassza ki a helyes állítást!
| A csúcshatás galvanizálás közben azt jelenti, hogy a hegyes, sarkos alkatrészek esetén a sarkok környezetében egyenletes a rétegképződés.
| Az anódhoz közelebb lévő felületekre adott idő alatt több anyag tud kikristályosodni, míg a távolabb lévő felületeken kevesebb anyag tud ugyan ezen idő alatt kikristályosodni.
| Az áramelvonók segítik a csúcshatás kialakulását.
| A segéd anódokat általában a galvanizált alkatrész felületére merőlegesen helyezzük el.
9. Válassza ki a helyes állítást!
| A tampongalvanizálást általában furatok bevonatolásánál vagy felületi hibáik javításánál alkalmazzák.
| A tampongalvanizálással csak a galvanizált alkatrésszel megegyező anyagminőséget lehet felvinni a felületre.
| Az alkatrészt anódként, a bevonandó felülettel egyező méretű, formájú felvivő fejet katódként kapcsolják, az utóbbit fémionokkal átitatott pamut vagy műanyag szövet borítja, koncentrációját mártogatással biztosítják.
| A tampongalvanizálás lényege, hogy a sérült alkatrészt sok esetben a helyszínen meg lehet javítani és nem kell galvanizáló üzembe vinni.
10. Milyen alkalmazási területei vannak a Tampongalvanizálásnak?
| Vékony bevonatok készítése.
| Vastagbevonatok készítése.
| Kenőanyag-tárolás növelése.
| Elektrokémiai polírozás.
| Elektromos vezetés növelése.