Хромирование, хромирование деталей, технология хромирования

Хромирование применяется для защиты металлов от коррозии, износа, налипания на поверхность контактирующих веществ и для декоративной отделки поверхности изделий. Химически стойкие хромовые покрытия обладают высокой пористостью и без подслоя не обеспечивают надежной зашиты металла основы от коррозии, так как в гальванопаре железо - хром железо является анодом. По этой причине в тех случаях, когда вместе с повышенной износостойкостью изделие должно иметь также и защиту от коррозии, обычно хромовые покрытия осаждают на предварительно нанесенные слои меди толщиной 10-30 мкм и никеля 10-15 мкм.

Осажденный на поверхность блестящих медных и никелевых покрытий хром, несмотря на малую толщину слоя, значительно повышает их коррозионную стойкость и придает поверхности изделий красивый блестящий внешний вид.

Высокая твердость и износостойкость, низкий коэффициент трения, высокая жаростойкость и хорошая химическая устойчивость обеспечивают деталям, покрытым хромом, высокий ресурс в особо тяжелых условиях эксплуатации. Хромирование широко применяют для повышения твердости и износостойкости различного мерительного и режущего инструмента, трущихся деталей приборов и машин. Большой эффект дает хромирование пресс-форм при изготовлении изделий из пластмасс, резин, в порошковой металлургии. Хромирование применяется также в производстве отражателей; хотя коэффициент отражения света у хрома несколько ниже, чем у серебра, он сохраняет блеск в течение длительного времени. В зависимости от назначения изделий толщина хромового покрытия колеблется от 5 до 1000 и более мкм.

В зависимости от режима электроосаждения могут быть получены хромовые покрытия с различными свойствами:

• при температуре 65-80°С и сравнительно невысоких плотностях тока (15-25 А/дм²) осаждается эластичное и беспористое покрытие, так называемый «молочный хром», отличающееся невысокой твердостью;

• при температуре 45-60°С и средних значениях плотностей тока (30-100 А/дм²) хромовое покрытие обладает зеркальным блеском и имеет наивысшую твердость и износостойкость;

• при низких температурах (до 40°С) и высокой плотности тока происходит осаждение хромовых покрытий серого цвета, характеризующихся высокой твердостью и хрупкостью.

Для получения твердых блестящих покрытий применяют следующий состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 150-250 г/л
Кислота серная - 1,5-2,5 г/л
Выход по току = 12-13
Температура = 45-60°С
Плотность тока = 15-50 А/дм²

Качество получаемых хромовых покрытий зависит от соотношения количества хромового ангидрида и серной кислоты. Величина его должна быть 100:1. Уменьшение отношения (50:1) приводит к ухудшению рассеивающей и кроющей способности. Для обеспечения хорошей прочности сцепления следует выдержать детали в ванне без тока для того, чтобы они приняли температуру электролита и в начальный момент хромирования дать так называемый «толчок тока» на 0,5-I мин, повысив плотность тока в 2-3 раза по сравнению с рабочей, а затем плавно снизить ее до нормального значения.

Увеличение трехвалентного хрома в электролите приводит к ухудшению качества покрытия, которые становятся темными и хрупкими. Примеси железа влияют примерно так же, как и трехвалентный хром. Очень вредной примесью является азотная кислота. При содержании ее в количестве 1 г/л необходимо значительно повышать плотность тока, а при увеличении - нормальное проведение процесса хромирования уже невозможно.

При хромировании применяют аноды из чистого свинца или сплава свинца с 4-6% сурьмы. В последнее время популярность приобретает использование анодов из платинированного титана. Аноды изготовляют из стержней диаметром 10-15 мм или листов. Растворимые аноды применять нецелесообразно, так как хром растворяется преимущественно в виде трехвалентных ионов. Отношение между поверхностью анодов и катодов должно находиться в пределах от 1:2 до 2:3. Свинцовые аноды в процессе работы покрываются слоем хромовокислого свинца, затрудняющего работу. Поэтому ежедневно рекомендуется очищать их стальными щетками. В перерывах между работой аноды вынимают из ванны и погружают в воду. Аноды из платинированного титана в такой чистке не нуждаются.

Дефекты при эксплуатации электролита хромирования и способы их устранения

Для приготовления стандартного электролита хромирования раздробленные куски хромового ангидрида загружают в ванну с водой, подогретой до 60-80°С. Растворение хромового ангидрида ведут при тщательном перемешивании. Так как технический хромовый ангидрид всегда содержит некоторое количество серной кислоты, то перед введением в ванну серной кислоты необходимо произвести анализ на ее содержание. После проведения анализа добавляют недостающее количество серной кислоты и прорабатывают электролит под током.

Процесс хромирования протекает с сильным газовыделением при котором через бортовые отсосы улетучиваются мельчайшие капли электролита в виде тумана. В качестве мер по борьбе с испарением электролита применяют поплавки из полиэтилена, полихлорвинила или другого химически стойкого вещества. Слой поплавков снижает потери электролита, так как пузырьки газа задерживаются и лопаются на поверхности поплавков. При этом слой поплавков уменьшает также расход энергии на подогрев электролита, предохраняя зеркало электролита от остывания. В последнее время для этой же цели применяют специальную добавку «хромин», которая создаст тонкий слой пены на поверхности электролита, препятствуя его испарению.

Саморегулирующийся электролит хромирования

Стандартный электролит хромирования имеет некоторые недостатки. Он очень чувствителен к колебанию температуры, допуская незначительное отклонение (± 2°С) от рабочего режима процесса. Необходимо также поддерживать постоянную плотность тока и следить за соотношением между концентрациями хромового ангидрида и серной кислоты, что связано с частой корректировкой электролита.

Эти недостатки устраняют в саморегулирующемся электролите с автоматически регулируемой концентрацией сульфат ионов. Сульфат ионы вводят в электролит в виде труднорастворимого сульфата стронция, взятого в избытке, с тем, чтобы часть его находилась в виде осадка на дне ванны. По мере уменьшения концентрации ионов SO₄^2- в растворе осадок растворяется, пополняя убыль этих ионов. Концентрация сульфат ионов является постоянной и составляет 2,5 г/л. Состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 260-300 г/л
Стронций сернокислый - 5,5-6,5 г/л
Калий кремнефтористоводородный - 18-20 г/л
Выход по току = 17-19
Температура = 55-65°С
Плотность тока = 40-80 А/дм²

Электролит мало чувствителен к колебанию температуры и плотности тока и позволяет получать хромовые покрытия е производительностью и 1,5 раза выше, чем в стандартном. Введение в электролит кремнефторида калия способствует стабильности электролита, однако наличие ионов фтора приводит к быстрому разрушению свинцовой футеровки хромовых ванн. Поэтому взамен свинца ванны футеруют керамикой, фторопластом н другими стойкими материалами толщиной 2-3 мм. Из-за разрушающего действия саморегулирующегося электролита аноды изготовляют не из чистого свинца, а из свинцово-оловянного сплава с содержанием олова до 10%. Так как этот электролит оказывает растравливающее действие на поверхность стальных деталей, особенно па внутренние полости и отверстия, то сложнопрофилированные детали не рекомендуется покрывать в саморегулирующихся электролитах.

Разработан саморегулирующийся электролит с добавкой препарата ДХТИ-10, который значительно повышает кроющую и рассеивающую способности электролита.

Из электролитов, не требующих нагревания, применяют тетрахроматный электролит хромирования. Этот электролит имеет повышенную рассеивающую н кроющую способности и обладает высоким выходом по току. В нем можно покрывать сложнопрофилированные детали без вспомогательных анодов. Состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 350-400 г/л
Кислота серная - 1,5-3,0 г/л
Едкий натр - 40-60 г/л
Выход по току = 25-30
Температура = 15-25°С
Плотность тока = 40-80 А/дм²

За счет связывания большей части хромовой кислоты едким натром агрессивность электролита резко снижается, и в нем можно непосредственно хромировать детали из стали, латуни, цинковых сплавов и др. Поскольку плотность тока в тетрахроматных электролитах высокая, необходимо интенсивное охлаждение его, с тем, чтобы температура электролита не превышала 25°С.

Покрытие, полученное из тетрахроматного электролита, имеет низкие внутренние напряжения н пониженную пористость, вследствие чего они могут применяться для защиты основного металла без подслоя меди н никеля.

Недостатком тетрахроматного электролита является низкая твердость покрытия (3500-4000 МПа), что не позволяет использовать их для защиты трущихся деталей от механического износа. Кроме того, тетрахроматные электролиты нецелесообразно использовать для декоративной отделки, так как осадки хрома получаются серыми, матовыми и доведение их до высокого блеска с помощью полирования связано с большой трудоемкостью.

Для приготовления тетрахроматного электролита растворяют необходимое количество хромового ангидрида в воде и определяют содержание сульфатов в растворе. В отдельной емкости растворяют едкий натр и осторожно приливают его к раствору хромового ангидрида. После охлаждения раствора в него вводят недостающее количество серной кислоты. Электролит требует проработки под током.

Интенсификация процесса хромирования

Для повышения скорости процесса применяют хромирование в проточном электролите и в ультразвуковом поле. Эти методы позволяют значительно увеличить рабочие плотности тока и получить осадки хорошего качества с более высоким выходом по току.

Хромирование в проточном электролите. Допустимый предел плотности тока при хромировании в проточном электролите зависит от скорости протекания электролита и расстояния между анодом и катодом. Чем больше скорость протекания электролита и расстояние между электродами, тем выше предел плотности тока. Состав электролита (г/л) и режим хромирования:

Хромовый ангидрид - 150 г/л
Кислота серная - 1,5 г/л
Расстояние между электродами = 2,5 мм
Скорость протекания электролита = 10-100 см/с
Плотность тока = 60-160 А/дм²

Хромирование в ультразвуковом поле. Наложение ультразвукового поля в процессе хромирования повышает плотность тока до 200 А/дм², улучшает кроющую способность электролита. При хромировании в стандартном электролите при плотности тока 100-200 А/дм² и температуре 50-60С с наложением ультразвукового поля интенсивностью 2-3 Вт/см² получают осадки повышенной твердости и высоким выходом по току. При хромировании и тетрахроматном электролите с добавками солей кальция при плотности тока до 200 А/дм² и интенсивности ультразвукового поля 1,0-1,5 Вт/см² получаются осадки с микротвердостью 6000-11000 МПа; выход по току при этом составляет 40%, Применение ультразвука рекомендуется также при непосредственном хромировании алюминиевых сплавов без промежуточного подслоя.

Снятие дефектных хромовых покрытий

Удаление дефектных хромовых покрытий с поверхности детали осуществляют несколькими способами: химическим растворением хромового покрытия, нанесенного на детали из стали, меди, латуни, никеля в 10-20% растворе соляной кислоты, но при этом подтравливается сталь; электрохимическим растворением хромового покрытия с деталей из стали, латуни и меди в 10-15% растворе едкого натра при анодной плотности тока 10-20 А/дм² и температуре 25-З0°С. В качестве катода применяют сталь. Электролит не действует на сталь. Для снятия хромового покрытия с алюминия и цинковых сплавов вместе с подслоем никеля рекомендуется анодное растворение в 60% растворе серной кислоты с добавкой глицерина при плотности тока 5-10 А/дм².