Железнение — это нанесение слоя железа на поверхность металлических изделий.
Дает возможность повышать поверхностную твердость и износостойкость изделий, восстанавливать размеры изношенных частей машин.
Улучшать сцепление оловянных и цинковых покрытий с поверхностью изделий из чугуна и др.
В результате диффузионного насыщения поверхности атомами железа формируется упрочнённый слой с изменённой кристаллической структурой.
Твёрдость поверхности существенно возрастает — в отдельных режимах достигает 550–650 кгс/мм2 (НВ 550–650), что сопоставимо с закалённой сталью.
Поэтому детали дольше сопротивляются абразивному износу, увеличивается срок службы узлов трения (валы, шестерни, поршневые кольца).
Железнение осуществляют электролитическим способом. При высокой плотности тока и наличии в электролите спец. добавок получают слои железа, твердость к-рых равна (а иногда и превышает) твердости термически обработанной стали.
Железнение часто называют осталиванием.
Подготовка изделий перед железнением включает:
Перед железнением изделия обезжиривают в горячих щелочных растворах с добавками эмульгаторов.
Травят в 10—15%-ном растворе соляной кислоты химическим способом или в 30%-ном растворе серной кислоты электролитическим способом.
Это делают при комнатной т-ре и плотности тока на аноде течение 1—5 мин, промывают и сушат.
При частичном железнении например для восстановления изношенных деталей, на участки поверхности, не подлежащие покрытию железом, наносят изоляционный лак или др. неэлектропроводный материал.
Железнение, проводят в стационарных прямоугольного сечения ваннах из листовой стали.
Покрытых изнутри кислотостойким материалом — свинцом (для сернокислых растворов), керамическими материалами, резиной и др.
Для железнения применяют главным образом растворы сернокислой, хлористой и борфтористоводородной солей двухвалентного железа.
В которых поддерживается определенная кислотность в зависимости от т-ры раствора и плотности тока.
Так, для нанесения слоя железа используют сернокислые электролиты (в г/л): FeSO4 • 7Н2O — 400; рН = т 2,5—3,0 либо FeSO4 . 7Н2O — 400; K2SO4 — 15O; H2G2O4 — 1; рН — 2,5.
Т-ра их от 20 до 70° С, соответствующая ей плотность тока на катоде (толщина слоев до 200 мкм) от 3 до 10 а/дм2 без перемешивания и от 5 до 15 а/дм2 при перемешивании электролита.
Катодный выход железа по току в первом электролите — 70—90%, во втором 95—100%.
Микротвердость слоев железа в первом электролите ; равна 200 350 кгс/мм2, во втором (т-ра 20— 40° С) 350 600 кгс/мм2.
Примерный состав хлористых электролитов (в г/л): FeCl2 • 4Н2O — 600; МnСl2 • 4Н2O— 50 150.
HСl — 0,04 0,05 (т-ра 70° С, плотность тока на катоде до 15 а/дм2) или FeCl2 • 4Н2O — 500 750; МnСl2 • 4Н2O — 1530.
Аскорбиновой кислоты — 0,5 — 2; рН = 0,8 1,6 (т-ра 20-40° С, плотность тока на катоде до 15— 20 а/дм2, выход железа по току 80—90%, микротвердость слоев до 600—700 кгс/мм2).
Состав борфтористоводородного электролита (в г/л):
Т-ра 20—60° С, плотность тока на катоде 2—10 а/дм2.
Выход железа по току 60—95%, микротвердость слоев до 500—600 кгс/мм2.
Аноды во всех электролитах — из чистого железа (напр., армко-железа или малоуглеродистой стали).
Для повышения износостойкости и маслоемкости трущихся поверхностей создают также пористые железные покрытия (с равномерной сеткой микротрещин)
Получаемые из хлористого электролита (второго в примере), к к-рому добавляют 100 г/л KCl или NaCl при рН = 1,2—2,5.
В горячих электролитах значение рН должно быть на уровне 1—2, для чего в раствор периодически или ш непрерывно добавляют соответствующую кислоту.
В холодных и теплых электролитах при рН > 2 применяют добавки (сернокислые соли аммония, алюминия, калия, некоторые органические кислоты)/
Сообщающие раствору буферные св-ва и предохраняющие его от окисления.
Концентрация соли железа устанавливается в соответствии с заданной плотностью тока и т-рой электролита.
При комнатной т-ре и плотности тока на катоде не выше 5—6 а/дм2 концентрация соли железа может быть 1—2 г-же/л.
В горячих электролитах при плотности тока 30 а/дм2 и выше содержание соли железа повышают до 3—6 г-экв/л в зависимости от ее растворимости.
Наибольшей растворимостью обладает хлористое железо, концентрация к-рого в горячем растворе может быть увеличена до 6—7 г-экв/л.
Для повышения электропроводности или улучшения структуры слоя к электролиту иногда добавляют хлористые соли натрия, магния, марганца и кальция.
Слои железа из холодных и горячих электролитов получаются плотными, мелкозернистыми.
Твердость их повышается с увеличением плотности тока и уменьшается с повышением т-ры.
Железнение используют в:
Это нанесение на поверхность металла слоя железа заданной толщины.
Применяется для восстановления изношенных деталей.
Повышения поверхностной твёрдости и износостойкости и т.д.
Подготовку поверхности.
Электролитическое осаждение.
Контроль параметров.
Твёрдость: НВ 100–240 (может достигать 550–650 кгс/мм2 при специальных режимах).
Прочность: 350–450 МПа, относительное удлинение: 5–10 %.
Высокая химическая чистота и лучшая коррозионная стойкость, чем у обычной малоуглеродистой стали.