1. Высокая токсичность соединений хрома и связанные с этим повышенные требования к системам вентиляции, утилизации электролита и водоочистки [1];
   
2. Выделение специального помещения для проведения хромирования;
   
3. Невысокая адгезия;
   
4. Разнотолщность покрытия;
   
5. Губчатость покрытия;
   
6. Повышенная шероховатость поверхности покрытия;
   
7. Образование дендритов по краям детали;
8. Местные непрокрытия (нарушение однородности покрытия).

Растворы хромовой кислоты токсичны, они увлекаются выделяющимися при электролизе газами. Это создает необходимость принятия мер предосторожности для улучшения условий труда при работе с хромировочными ваннами.

Шестивалентный хром, образующийся в процессе хромирования, является сильнейшим канцерогеном. Можно сделать вывод, что существует острая необходимость по поиску нового технологического решения, которое минимизирует экологический урон.

Вышеперечисленные проблемы по части осаждения хрома на поверхность детали можно решить за счет совершенствования процесса (метода) нанесения покрытия. Процесс нанесения покрытий способом электронатирания применяют для получения металлических покрытий на локальных участках изделий. Он имеет широкое применение при восстановлении изношенных деталей машин, прокорродировавших участков покрытий, а также при нанесении нового покрытия [2,3]. Заявленный способ обладает рядом существенных преимуществ, о которых станет ясно после описания методики нанесения покрытий.

Хромовое покрытие методом натирания можно осаждать на любые типы деталей: на корпусные и детали типа тел вращения. Различаются лишь способы взаимного перемещения электрода-инструмента и покрываемой поверхности. Т.к. шток – это деталь типа тела вращения, то рассмотрим схему нанесения покрытия на цилиндрические детали.

На рисунке 1 показана принципиальная схема нанесения нового покрытия методом электронатирания. Покрываемое изделие 6 вращается с помощью внешнего привода (не показан на схеме) относительно электрода-инструмента 1.

Рисунок 1. Схема установки осаждения покрытий для ремонта изделий, имеющих форму тел вращения: 1 – держатель; 2 –электрод-инструмент; 3-охладитель; 4 –фильтр; 5 –насос; 6 –емкость для сбора электролита; 7 – покрываемая поверхность; 8 –щетка токопровода к катоду

Осаждаемый слой хрома формируется на поверхности покрываемой детали 7, которая является катодом. Электрод-инструмент 2 – это пористый анод. На пористый анод в зону контакта непрерывно подается электролит. Этот пористый анод имеет форму, дублирующую профиль поверхности, на которую осаждается покрытие. Анод предназначен для подвода тока в электролит и для равномерного распределения его по детали. Электролит подается насосом 5 сквозь пористый анод с одновременным его сбором и рециркуляцией вытекающего раствора с возможностью фильтрации (фильтр 4) и подогрева или охлаждения.

Электрод-инструмент 2 прикрепляют к держателю с помощью резьбового соединения. Большие держатели снабжены внутренними каналами для обеспечения поступления свежего электролита в зону осаждения металла.

Покрываемая деталь и пористый анод с помощью токопроводов соединены с выходными клеммами стабилизированного источника постоянного тока (на рисунке 1 показан, но не пронумерован), который имеет встроенный счетчик количества прошедшего электричества.

Пористое покрытие рабочего электрода-инструмента изготавливают из адсорбирующего материала (материал, способный поглощать, всасывать вещества из раствора или газа поверхностью твердого тела или поверхностным слоем жидкости), который почти не взаимодействует с электролитами. На данный момент распространены адсорбирующие материалы с абразивом и без него, а также многослойные материалы. Применение абразива позволяет снизить вероятность образования дендритов, что позволяет осаждать более толстый слой за один прием. Тампон также играет роль изолятора, предотвращающего короткое замыкание между катодом и анодом. В настоящее время чаще всего используют лавсановый войлок или слой длинноволокнистого хлопка. С точки зрения сохранения формы используют фетр.

Анод изготавливается из плотного графита высокой чистоты (минимальная плотность минерала составляет 1,74 , максимальный размер зерна 0,2 мм) или же из специальных сплавов. При работе с нейтральными или щелочными электролитами так же могут быть использованы коррозионно-стойкие марки сталей.

Технологический процесс нанесения покрытий укрупненно включает подготовительные, основные и заключительные операции, с промежуточными промывками. Последовательность проводимых операций осуществляется в следующем порядке:

• Подготовительные операции перед хромированием (предварительная механическая обработка проводится с целью улучшения качества поверхности);
  
• Механическая очистка поверхности;
  
• Химическое и электрохимическое обезжиривание в органическом растворителе или в щелочном растворе. В качестве растворителей можно использовать бензин, ацетон, спирт, трихлорэтан и др.);
  
• Нанесение тонкого промежуточного слоя покрытия;
  
• Наращивание основного (толстого) слоя;
  
• Нанесение верхнего (функционального) слоя покрытия;
  
• Сушка;
• Контроль качества и определение толщины покрытия [4].

В общем и целом, смысл процесса нанесения слоя хрома на поверхность изделия такой же, как и в используемой технологии гальванического хромирования в ванны, но разница заключается лишь в ограниченном объеме поступления электролита, что и является преимуществом.

Технология селективного электронатирания обладает следующими достоинствами:

• Высокая скорость нанесения покрытий – десятки мкм/мин;
  
• Широкий интервал толщин осаждаемых покрытий – за один прием от 0,2 до 200 мкм;
  
• Существует возможность нанесения покрытия необходимой толщины путем наращивания слоя хрома, с минимумом или, во многих случаях, без потребности последующей механической обработки;
  
• Методом электронатирания можно осаждать металл почти на любые проводящие материалы, получая при этом очень хорошую адгезию покрытия к основе;
  
• Для нанесения покрытия не нужна гальваническая ванна. Это значит, что нанесение покрытия может проводиться прямо на станке. Это существенно уменьшает время простоя оборудования, а также отпадает необходимость выделять площади под цех гальванопокрытий;
  
• Отсутствие большого урона экологии, поскольку используются небольшие объемы электролитов и нет нужды в введении мер для уменьшения концентрации вредных веществ;
  
• Отсутствует потребность в проведении специального комплекса мероприятий: закрепление подвески на штанге, закрепление детали на контактах подвески/укрепление связки деталей на подвеске;
• Отпадает необходимость обеспечения процесса нанесения покрытий мощными источниками тока и т.д.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование технологии нанесения покрытия методом электронатирания имеет огромное количество преимуществ по сравнению с технологией хромирования в ванны.

Особенно к трудоемким при изготовлении относятся детали с малой жесткостью, в частности нежесткие валы, у которых отношение длины к диаметру превышает 12.

В процессе эксплуатации детали вал возможен сценарий возникновения повреждений из-за коррозии, ударов или дефектов металла. Таким образом, усталостное разрушение является основной причиной разрушения деталей такого типа [1].

Технология пластического деформирования (ППД) предотвращает образование трещин, замедляет их распространение, повышает коррозионную стойкость и даже улучшает износостойкость [2]. Классификация методов ППД продемонстрирована на рисунке 1.

Из всех методов обработки поверхности особенно привлекательным является подход, использующий энергию ультразвуковых колебаний [4], которое позволить повысить микротвердость поверхностного слоя до 475HV, повысить износостойкость в 1,5 раза, уменьшить шероховатость до 0,16 мкм.

Рисунок 1. Классификация способов ППД [3]

При работе детали «Вал» в условиях трения все более популярным становится применение технологии лазерного упрочнения. Развитие различных технологий упрочнения создало новые возможности для локального формирования областей с уникальными свойствами в материалах и улучшения качества всего продукта. В работе [5] представлен обзор влияния нанесения покрытий различных составов на свойства деталей из конструкционной стали. В качестве наиболее оптимального было выбрано покрытие Ni60-Ti-B4C, которое показало наибольшую микротверлость (в 7 раз выше по сравнению с исходной сталью) и минимальный износ.