Так как
статья написана в 1989 году (а может быть и раньше), и рассказ ведется о
хромировании деталей микро- мото-двигателя, некоторые элементы этого
руководства устарели или некорректны для других ситуаций. Поэтому ниже
можно будет адаптировать методику к нашему времени и другим ситуациям, а
также уточнить неточности.
(Также читайте статьи Хромирование и
Особенности хромирования.)
Хромирование, одно из самых нужных
покрытий, относится к наиболее сложным процессам гальванотехники.
Хромирование требует особой тщательности и соблюдения чистоты, как при
приготовлении электролита, так и самих веществ, входящих в его состав.
Используется дистиллированная вода или (лишь в крайнем случае!)
основательно прокипяченная.
Ванна для хромирования
Сначала
подберите кастрюлю на 10 л и трехлитровую стеклянную банку. Емкости
меньшего размера лучше не использовать — это может усложнить
регулирование параметров хромирования, да и при приведенных величинах,
объема ванны может и не хватить.
Склеив
из 1—1,5 мм фанеры корпус, соберите ванну согласно рисунку и закройте
все фанерным кольцом. Работа над ванной заканчивается вытачиванием
крышки кастрюли и монтажом на ней ТЭНа (трубчатый электронагреватель) и
градусника.
Для питания ванны можно использовать любой источник
постоянного тока с подключенным на выходе электролитическим
конденсатором 80 000 мкф X 25 В. Провода питания должны иметь сечение не
менее 2,5 мм. Регулятором силы тока, заменяющим регулятор напряжения,
может послужить секционный реостат. Он включается последовательно с
гальванической ванной и состоит из параллельных, включаемых
однополюсными рубильниками секций. Каждая последующая имеет
сопротивление вдвое больше предыдущей секции. Число таких секций 7—8. На
передней панели блока питания устанавливаются две розетки на 15А, одну —
нормальной полярности, другую — обратной. Это дает возможность быстро
провести анодную обработку детали и перейти на хромирование простым
переставлением вилки. Розетки с тремя выходами, чтобы не ошибиться в
полярности (подключаются, конечно, только два гнезда).
Для
обеспечения постоянной температуры электролита ванна должна иметь
контактный градусник. Напрямую управлять работой ТЭНов он не может из-за
больших токов, поэтому необходимо собрать несложное устройство, схема
которого приведена на рисунке. Детали терморегулятора: транзисторы МП13 —
МП16, МП39—МП42 (VT1); 213—217 (VT2) с любыми буквенными обозначениями;
резисторы МЛТ-0,25, диод— Д226, Д202—Д205; реле—ТКЕ 52 ПОДГ или ОКН
паспорт РФ4.530.810.
аладка терморегулятора. Если при закорачивании точек
1 и 2 реле не срабатывает, соединяют эмиттер и коллектор VT1. Включение
реле указывает на неисправность или малый коэффициент усиления VT1. В
противном случае неисправен транзистор VT2 или он обладает недостаточным
коэффициентом усиления.
Приготовление электролита
Собрав
и наладив ванну, приступаем к приготовлению электролита. Для этого
надо: * налить в банку чуть больше половины подготовленной
дистиллированной воды, подогретой до 50° * засыпать хромовый ангидрид
и размешать * долить воду до расчетного объема * влить серную
кислоту * проработать электролит 3—4ч из расчета 6—8 А г/л.
Проработка
электролита необходима для накопления небольшого количества ионов
Cr<sup>3+</sup> (2—4 г/л), наличие которых положительно
сказывается на процессе осаждения хрома.
состав электролита: Хромовый
ангидрид — 250 г/л или 150 г/л Серная кислота — 2,5 г/л или 1,5 г/л 1
Режим
хромирования
Хромирование в значительной степени зависит от
температуры электролита и плотности тока. Оба фактора влияют на свойства
покрытия и внешний вид, а также на выход хрома по току. Нужно помнить,
что: * с увеличением температуры выход по току снижается * с
увеличением плотности тока выход по току возрастает * при более
низких температурах и постоянной плотности тока получаются серые
покрытия, а при повышенных — молочные Практическим путем определен
оптимальный режим хромирования: плотность тока 50—60 А/дм2 при
температуре электролита 52° — 55° ±1°.
Чтобы быть уверенным в
работоспособности электролита, в приготовленной ванне можно покрыть
хромом несколько деталей, похожих по форме и размерам на детали которые
хотите хромировать. Подобрав режим и узнав выход по току простым замером
размеров до и после хромирования, можно приступать к хромированию.
По
предложенной методике хромируют стальные, бронзовые и латунные детали.
Подготовка их заключается в промывке поверхностей, подлежащих
хромированию, бензином и затем мылом (с помощью зубной щетки) в горячей
воде, зарядке в оправку (про оправки см. ниже) и размещении в ванне.
После погружения в электролит необходимо подождать 3—5с и только потом
включать рабочий ток. Задержка необходима для того, чтобы деталь
нагрелась. Одновременно происходит активирование поверхности деталей из
латуни и меди, так как эти металлы хорошо травятся в электролите. Но
более 5с ждать не следует — в составе этих металлов есть цинк, наличие
которого в электролите недопустимо.
Концентрация хромового
ангидрида в электролите контролируется с помощью ареометра. Концентрацию
же серной кислоты удается определять, к сожалению, лишь косвенно, по
качеству покрытия. В процессе хромирования происходит испарение
электролита. В этих случаях доливают воду до нужного уровня. Делается
это без установленных деталей — возможно изменение температуры
электролита.
После хромирования детали подвергают термообработке в
течение 2—3 ч для удаления водорода, при температуре 150—170°. Все
работы ведутся под вытяжным приспособлением, в резиновых перчатках и в
очках.
Приспособления, оправки
Хромирование гильзы Для
хромирования гильзы цилиндра изготавливается оправка. Ее устройство
понятно из приведенного рисунка, остановимся только на отдельных
деталях. Анод — стальная шпилька; с одного ее конца на длине 50—60 мм
наплавляется свинец с сурьмой (7—8%). Свинец протачивается по наружному
диаметру до 6 мм (для гильз с рабочим диаметром 15 мм). С другой стороны
шпильки нарезается резьба для фиксации провода. Катодом служит кольцо с
внутренним диаметром, на 0,5 мм превышающим внутренний размер гильзы. В
него вчеканивается отрезок изолированного провода. Медные и латунные
проводники лучше не применять — электролит растворяет их, и контакт
может быть нарушен. Перед монтажом оправки в ванне, полезно проверить
надежность контактов тестером.
Хромирование стальных деталей (коленвал, палец
кривошипа, палец поршня, обоймы подшипников) Хромирование стальных
деталей выполняется по следующей технологии: * удаление жировых пятен с
помощью бензина * промывка в горячей воде с мылом * обработка детали
обратным током на протяжении 2—3 мин * переключение в режим
хромирования с током, в 2—2,5 раза больше расчетного, и постепенное
уменьшение тока в течение 10-15 мин. Расчетный ток определяется
перемножением площади хромируемой поверхности на ток процесса. Для стали
последняя величина — 50 А/дм2. При хромировании, например, посадочного
места под коренной подшипник на коленвале двигателя КМД-2,5 расчетный
ток будет равен: 0,03 дм2 х 50 А/дм2 = 1,5 А.
Для хромирования, например, пальца кривошипа
понадобится совершенно другая оправка. Как и при обработке коленвала,
все открытые участки поверхности закрываются клеем «АГО». Анод
вытачивается из стали с последующей заливкой свинцом и расточкой
отверстия под палец. Использование стальной детали объясняется
необходимостью обеспечить надежный контакт — в свинце резьбовые
соединения ненадежные. Расчеты токов аналогичны. Работа проводится в
оправке вала с помощью специальной насадки.
Практически ничем не отличается хромирование
подшипников. Единственное — для предохранения внутренней части детали ее
заполняют солидолом или другой консистентной смазкой, которая после
нанесения покрытия удаляется бензином.
Дефекты хромирования и их причины
1.
Хром не оседает на детали: — плохой контакт у анода или катода —
маленькое сечение проводников — на поверхности анода образовалась
толстая пленка окислов (удаляется в растворе соляной кислоты) —
слишком высокая температура электролита — мало расстояние между
электродами — избыток серной кислоты 2. Покрытие отслаивается: —
плохое обезжиривание поверхности — нарушалась подача тока —
колебание температуры или плотности тока 3. На поверхности хрома
кратеры или отверстия: — на поверхности детали задерживается водород —
изменить подвеску так, чтобы газ беспрепятственно удалялся — на
поверхности основного металла имеется графит — поверхность основного
металла окислена, пориста 4. На выступающих частях утолщенное
покрытие: — повышенная плотность тока. 5. Покрытие жесткое,
отслаивается: — маленькая плотность тока, повышенная температура
электролита — в процессе хромирования менялась температура
электролита — в процессе шлифования изделие перегрелось 6. Хром не
оседает вокруг отверстий детали: — большое выделение водорода —
закрыть отверстия пробками из эбонита — избыток серной кислоты 7.
На покрытии коричневые пятна: — нехватка серной кислоты — избыток
трехвалентного хрома (более 10 г/л) — выдержать ванну под током без
деталей, увеличив поверхность анодов и уменьшив — катодов 8. Мягкое
«молочное» покрытие: — слишком высокая температура электролита —
маленькая плотность тока 9. Покрытие матовое, неровное, трудно
притирается: — недостаток хромового ангидрида — слишком большая
плотность тока — нехватка серной кислоты — избыток трехвалентного
хрома 10. Покрытие пятнистое и матовое: — в процессе хромирования
прерывалась подача тока — деталь перед загрузкой была холодной 11.
В одних местах покрытие блестящее, в других матовое: — слишком
большая плотность тока — низкая температура электролита —
неодинакова плотность тока на выступающих и углубленных частях детали
Хромирование
алюминиевых сплавов
На хромировании алюминиевых сплавов
следует остановиться особо. Создание таких покрытий всегда связано с
рядом трудностей. Прежде всего, это необходимость нанесения
промежуточного слоя.
Сплавы алюминия, имеющие большое количество
кремния (до 30%, сплавы марок АК12, АЛ25, АЛ26, САС-1), можно
хромировать следующим образом: — промывка детали в бензине —
промывка в горячей воде со стиральным порошком либо мылом — обработка
детали в растворе азотной и плавиковой кислот (отношение 5:1) в течение
15—20с — промывка в холодной воде — установка детали на оправке и
хромирование (загрузка в ванну под током!)
Другое дело, если
необходимо покрыть хромом сплав АК4-1. Его удается хромировать только с
помощью промежуточного слоя. К таким методам относятся: цинкатная
обработка; по подслою никеля; через соль никеля; через анодную обработку
детали в растворе фосфорной кислоты.
Во всех случаях детали
подготавливают следующим образом: — шлифование (и притирка) —
очистка (удаление жировых отложений после шлифовки в бензине или
трихлорэтилене, затем в щелочном растворе) — промывка в проточной
холодной и теплой (50—60°) воде — травление (для удаления частиц,
оставшихся на поверхности после шлифовки и притирки, а также для
улучшения подготовки поверхности детали к хромированию).
Для
травления применяется раствор едкого натра (50 г/л), время обработки
10—30с при температуре раствора 70—80°. Для травления сплавов алюминия,
содержащих кремний и марганец, лучше применять такой раствор (в весовых
частях): азотная кислота (плотность 1,4)—3, плавиковая кислота
(50%) — 1. Время обработки деталей 30—60с при температуре раствора
25—28°. После травления, если это гильза цилиндра, ее надо немедленно
промыть в проточной воде и на 2—3с погрузить в раствор азотной кислоты
(50 %) с последующей промывкой водой.
Промежуточные покрытия
Цинкование Алюминиевые
изделия при комнатной температуре погружают на 2 мин в раствор (едкий
натр 400 г/л, сернокислый цинк 120 г/л, соль Рошеля 5—10 г/л; либо:
едкий натр 500 г/л, окись цинка 120—140 г/л) при непрерывном его
перемешивании. Покрытие достаточно равномерное и имеет серый (иногда
голубой) цвет.
Если цинковое покрытие легло неравномерно, деталь
опускают в стравливающий 50-процентный раствор азотной кислоты на 1—5с и
после промывки повторяют цинкование. Для магнийсодержащих сплавов
алюминия двойное цинкование обязательно. Нанеся второй слой цинка,
деталь промывают, заряжают в оправку и под током (без подачи напряжения
цинк успевает частично раствориться в электролите, загрязняя его)
устанавливают в ванне. Предварительно оправка с деталью опускается в
стакан с водой, нагретой до температуры 60°. Процесс хромирования
обычный.
Химическое никелирование Если цинк не ложится на
алюминий (наиболее часто это происходит на сплаве АК4-1), можно
попробовать нанести хром через никель. Порядок работы таков: —
притирка поверхности — обезжиривание — травление 5—10с в растворе
азотной и плавиковой кислот, смешанных в соотношении 3:1 —
никелирование Никелирование проводится в растворе следующего состава:
сернокислый никель 30г/л, гипофосфит натрия 10—12г/л, уксуснокислый
натрий 10—12г/л, гликоколь — 30г/л. Раствор приготавливается сначала без
гипофосфита, который вводится перед никелированием (с гипофосфитом
раствор долго не хранится). Температура раствора при никелировании
96—98°. Можно использовать раствор и без гликоколя, тогда температура
должна быть уменьшена до 90°. За 30 мин на деталь осаждается слой никеля
толщиной от 0,1 до 0,05 мм. Посуда для работ — только стеклянная или
фарфоровая, так как никель осаждается на все металлы восьмой группы
периодической таблицы. Хорошо поддаются никелированию латунь, бронза и
прочие медные сплавы.
После осаждения никеля деталь подвергается
термообработке для улучшения сцепления с основным металлом (200—250°,
выдержка 1—1,5 ч). Потом деталь монтируется на оправке для хромирования и
опускается на 15—40 с в раствор 15% серной кислоты, где обрабатывается
обратным током из расчета 0,5—1,5А/дм2. Происходит активирование никеля,
удаляется окисная пленка, и покрытие становится серого цвета. Должна
использоваться только химически чистая кислота (в самом крайнем случае
аккумуляторная). Иначе никель приобретает черный цвет, и хром на такую
поверхность никогда не ляжет.
После этого оправку с деталью
погружают в ванну хромирования. Сначала дают ток в два раза больший,
далее в течение 10—12 мин его уменьшают до рабочего.
Дефекты
химического никелирования: — никелирование не происходит: деталь не
прогрелась, следует подождать некоторое время, — пятна на поверхности
(характерно для АК4-1): плохая термообработка детали, нужно ее
термообработать при 200—250° в течение 1,5—2 ч. Удаление никеля с
алюминиевых сплавов можно выполнять в растворе азотной кислоты.
Иногда
при никелировании случается саморазряд — выпадение порошкообразного
никеля. В этом случае раствор выливают, а посуду обрабатывают раствором
азотной кислоты для удаления с ее поверхности никеля, который будет
мешать осаждению на детали.
Хотелось бы подчеркнуть, что
никель-фосфор сам по себе имеет очень интересные свойства, не
свойственные хромовым покрытиям. Это: * равномерность слоя на
поверхности деталей (после осаждения доводки не требуется) * высокая
твердость после термообработки (режим 400° в течение часа дает твердость
покрытия HV 850—950 и больше) * низкий коэффициент трения по
сравнению с хромом * очень незначительное расширение * высокий
предел прочности при растяжении Никель-фосфор без последующего
нанесения хрома может использоваться не только как промежуточное
покрытие на гильзах, но и как рабочее, уменьшающее трение и износ, для
золотников и поршневых пальцев. После двух лет активной эксплуатации
двигателя с деталями подобной отделки на них отсутствовала явная
выработка, типичная для стальных каленых поверхностей.
Нанесение
хрома через соль никеля Весь процесс сводится к следующему: *
травление в растворе едкого натра (50 г/л, t=80°, 20 с) * промывка в
проточной воде * нанесение 1-го промежуточного слоя (хлористый
никель, 1 мин) * стравливание промежуточного слоя в растворе азотной
кислоты (раствор кислоты 50%, 1 мин) * нанесение 2-го промежуточного
слоя (хлористый никель, 1 мин) * промывка водой * травление
(азотная кислота 50%, 15 с) * промывка в проточной воде * загрузка
в ванну для хромирования, под током
Нанесение хрома через
анодную обработку Вместо промежуточных слоев можно выполнять анодную
обработку в растворе 300—350 г/л фосфорной кислоты при температуре
26—30°, напряжении на зажимах 5—10В и плотности тока 1,3 а/дм2. Ванну
следует охлаждать. Для сплавов, содержащих медь и кремний, применяют
раствор 150—200 г/л фосфорной кислоты. Температура —35°, время обработки
5—15 мин.
После анодной обработки следует сделать
кратковременную катодную обработку в щелочной ванне, которая частично
снимает оксидный слой. Как показали исследования, при анодной обработке
алюминиевых сплавов в фосфорной кислоте на деталях создается шероховатая
поверхность, которая способствует прочному сцеплению наносимого
впоследствии покрытия.
Источник: Ю. Муссалитин. Хромирование?
Без проблем Ч.1 // Моделист-Конструктор №5 1989г. с.27-29 Ю.
Муссалитин. Хромирование? Без проблем Ч.2 // Моделист-Конструктор №7
1989г. с.28-29
Чтобы сделать водяную баню можно
воспользоваться в качестве нагревателя кипятильником, а для
регулирования температуры использовать диммер. Такой автоматизации как с
контактным градусником, конечно же, не получится, но зато регулятор
будет проще в изготовлении.
Схема регулятора следующая:
Исполнение этой схемы может быть различным. Конечно
же регулятор должен быть сделан так чтобы внутренняя часть была закрыта
со всех сторон, а не так как сделано на рисунках.
Вилка регулятора вставляется в розетку сети, а вилка
кипятильника в розетку регулятора. Только необходимо чтобы мощность
кипятитьника не превышала мощности диммера. Такой регулятор можно и для
управления нагревом паяльника.