pdf.php@id=6114

Декоративное хромирование применяется во многих отраслях промышленности. Так, для защиты от атмо­ сферной коррозии хромируются с подслоем никеля и меди наружная и внутренняя арматура автомобилей, части велосипедов, мотоциклов, арматура железнодо­ рожного транспорта, трамваев и автобусов. Толщина слоя хрома в пределах 1—2 мк.

Другой областью широкого применения хрома как средства против износа является твердое хромирование, имеющее большое значение для инструментального дела и машиностроения. Например, измерительные калибры и лекала после хромирования увеличивают свой срок службы в 10—12 раз. В ряде случаев стойкость режущего инструмента после хромирования возрастает в 2—3 раза. Хромирование прессформ также значительно увеличи­ вает их износостойкость. Толщина слоев хрома дается обычно в пределах 10—20 мк, а в некоторых случаях, например в ремонтных целях, толщину слоя хрома дово­ дят до 20—80 мк и больше.

Широкое применение хромирования как средства про­ тив износа деталей машин и механизмов основано также на том, что в ряде случаев значительно уменьшается коэф­ фициент трения различных металлов по хрому.

Существенным недостатком хромирования является снижение предела выносливости хромированной стали на 20—30%.

Хром плохо смачивается смазочными маслами, по­ этому для повышения износоустойчивости трущихся дета­ лей, которые работают при недостаточной смазке, приме­ няют так называемое пористое хромирование. Покрытие пористым хромом, испещренное микроскопическими кана­ лами, имеет поверхность, хорошо удерживающую масло. Эти свойства обусловливают эффективность применения пористого хрома в трущихся частях и деталях.

Особенности хромирования. Процесс электролитиче­ ского осаждения хрома значительно отличается от других процессов гальваностегии и по составу электролита и по условиям процесса. Электролиты для хромирования со­ стоят в основном из веществ, содержащих хром в виде хромовой кислоты — хромового ангидрида и хроматов. Эсобенность таких электролитов заключается в том, что уш осаждения хрома требуется значительно более высо- *ая плотность тока, чем при других покрытиях, что

221

требует применения мощных источников тока. Хром

с собой капельки ядовитой хромовой кислоты. Это тре­ бует устройства мощной вентиляции для удаления вред­ ных выделений (бортовые отсосы).

При хромировании значительная часть тока расхо­ дуется на побочные процессы, в том числе на разложение воды и выделение водорода и кислорода, а также выде­ ление джоулева тепла. Выход хрома по току весьма мал и в зависимости от условий электролиза колеблется в пре­ делах от 12 до 15%. При хромировании повышается расход электроэнергии по сравнению с другими процес­ сами и поэтому требуется напряжение 10—12 в.

Особенностью хромирования является низкая рас­ сеивающая способность электролита. Поэтому профи­ лированные детали приходится хромировать с допол­ нительными анодами и экранами.

При хромировании применяются исключительно не­ растворимые аноды, преимущественно из свинца или сплава свинца с 6% сурьмы (марка ССу2). Работа с невастворимыми анодами требует частых добавок в электро­ лит хромовой кислоты для постоянного пополнения вы­ деляющегося при электролизе хрома.

Электролиты для хромирования состоят в большин­ стве случаев из двух основных веществ: хромового анги­ дрида (хромовая кислота) и серной кислоты. Отношение содержания серной кислоты к хромовому ангидриду должно быть равно 1 : 100.

Свойства осадков хрома, которые подразделяются на матовые, блестящие и молочные, зависят от условий осаждения, т. е. от состава и концентрации электролита, плотности тока, температуры, величины анодов и их

тролите в количестве 250 Г1л (так называемая средняя концентрация) обусловливает наиболее широкий рабочий интервал температур и плотности тока для получения блестящих осадков. Блестящие покрытия возможно по­

222

лучать в пределах температуры 40—60° С и в пределах плотности тока примерно 10—40 а!дм*. При более высо­ кой концентрации (500 Г!л) хромового ангидрида интер­ вал температур для получения блестящих осадков рас­ ширяется особенно при высоких плотностях тока. Малые концентрации обусловливают малый рабочий интервал, особенно при низких температурах, требуют большого напряжения и повышен­ ной плотности тока.

Лучшей рассеивающей способностью обладают электролиты с низкой кон­ центрацией хромовой кис­ лоты (например, 150 Г1л), которые позволяют осаж­ дать равномерный слой на изделия несложной конфи­ гурации. Электролит сред­ ней концентрации (250 Г!л), обладающий удовлетвори­ тельной способностью ра­

в хромовом электролите серной кислоты оказывает очень большое влияние на размер интервала блестящих осад­ ков, на рассеивающую способность и на выход по току. Наиболее благоприятные результаты получаются, когда содержание серной кислоты составляет, \*У§ от содержания хромовой кислоты.

Увеличение содержания серной кислоты до 2—3% приводит к повышению блеска и сплошности осадков, но при этом суживается интервал блестящих осадков и уменьшается выход по току.

Влияние трехвалентного хрома и железа. Влияние трехвалентного хрома неблагоприятно. Это соединение суживает зону получения блестящих осадков и понижает электропроводность раствора. Накопление в ванне трех­ валентного хрома при хромировании неизбежно в ре­ зультате восстановления хромовой кислоты на катоде.

223

Содержание трехвалентного хрома увеличивается с про­ должительностью работы электролита. Нормально в элек­ тролите должно содержаться до 2—5 Г1л трехвалентного хрома.

Влияние железа в растворе сходно с влиянием трех­ валентного хрома. Железо в значительном количестве (15—20 Г!л) затрудняет получение блестящих осадков и увеличивает сопротивление электролита.

Влияние температуры и плотности тока. Темпе­ ратура раствора оказывает большое влияние на характер осадков и величину интервала блестящих отложений. При температуре ниже 40° С получаются матовые серые осадки хрома. При температуре ниже 50° С интервал блестящих осадков возрастает с повышением концен­ трации, т. е. более концентрированные растворы дают блестящие осадки при более низкой температуре. При температуре выше 50° С, наоборот, зона блестящих осад­ ков возрастает с понижением концентрации хромовой кислоты. Это значит, что при более высокой температуре получаются блестящие осадки в ваннах малой концен­ трации. Наиболее широкие возможности дает температура 45—55° С. При повышенной температуре (60° С) полу­ чаются молочные осадки хрома, обладающие малой по­ ристостью. Колебание температуры более чем на 1— 2 С для установленного режима плотности тока не допу­ скается, так как поверхность осадка очень чувствительна к изменениям температуры.

Катодная плотность тока при хромировании приме­ няется обычно в пределах 15—ВО а!дмг и выше, в зави­ симости от электролита и требуемого характера хромо­ вого покрытия. Анодная плотность тока должна быть примерно в 2 раза меньше катодной. Это значит, что площадь анодов должна быть в 1,5—2 раза больше пло­ щади катодов. Повышение температуры электролита дает возможность применять более высокие плотности тока н соответственно получать более быстрое наращивание слоя хрома.

224

лите. Так, например, при хромировании от двигательгенератора получаются осадки, при одних и тех же ре­ жимах, более твердыми (примерно на 10—12%) и бле­ стящими, что зависит от величины коэффициента пуль­ сации тока.

Рекомендуемый режим: плотность тока DK~ 15-ь

25а/дм2 при температуре 50° С.

3.Электролит для износоустойчивого хромирования профилированных деталей простой формы:

и равномерности по толщине, но требует применения источников тока с более высоким напряжением.

Приготовленые электролита. Электролит для хроми­ рования готовится следующим образом.

Вначале растворяется хромовый ангидрид в необхо­ димом количестве воды. Раствор, взятый по расчету, тщательно перемешивается и в случае, если он окажется мутным, отслаивается. Прозрачный раствор сифоном пе­ реливается в другой сосуд.

В случае, если содержание серной кислоты в хромо­ вом ангидриде неизвестно, то анализом определяют ее содержание и в раствор добавляют необходимое количе­ ство серной кислоты, учитывая серную кислоту, находя­ щуюся в ангидриде.

После составления электролита его прорабатывают током для накопления трехвалентного хрома 3—5 Г1л, без которого нельзя получить покрытия хорошего ка­ чества. Проработку ведут при увеличенной катодной поверхности в течение двух-трех смен.

При составлении хромового электролита необходимо принимать меры предосторожности, остерегаться попада­ ния брызг в лицо при засыпке ангидрида в раствор и проводить эту работу в резиновых перчатках. Для предо­ хранения от попадания пыли хромового ангидрида в но­ соглотку необходимо пользоваться респиратором.

Ведение процесса хромирования и корректирование электролита. Как правило, необходимо ежедневно перед началом работ производить проработку электролита хро­ мовых ванн. Во время проработки ванны надо проверить работу анодов.

Пассивные аноды следует протравить в растворе соля­ ной кислоты 20—25%-ной концентрации (желательно при нагреве), затем тщательно промыть их в горячей воде и подвергнуть действию обратного тока в щелочной горячей ванне. После этого нужно тщательно очистить аноды проволочными щетками и промыть в воде. Следует избегать образования окисных пассивных пленок жел­ того цвета на поверхности анодов, а получать слой пере­ киси свинца темно-коричневого цвета. Для этого надо аноды после работы хранить некоторое время в промыв­ ной воде, а затем после приобретения ими коричневого цвета оставлять после работы на воздухе.

В первоначальный момент хромирования следует да­ вать «толчок тока», т. е. применять на короткое время (около 1 мин) ток плотностью 1,5—2 раза выше, чем рас­ считанная нормальная. Особенно это необходимо при хромировании рельефных изделий.

Для лучшего сцепления хрома с основной поверх­ ностью при твердом хромировании в начальный момент следует производить анодную проработку непосредственно в хромовой ванне. Для этого при помощи перекидного рубильника переключают полюса, т. е. меняют направле­

226

ние тока на 30—60 сек, после чего включается необходи­ мый по расчету ток.

Требуемую силу тока на ванне нужно рассчитывать с учетом поверхностей всех приспособлений и держателей, находящихся в растворе и также покрывающихся хромом.

Во время работы ванны хромирования необходимо обеспечить наблюдение:

а) за величиной силы тока на ванне, которая должна соответствовать плотности тока согласно принятому ре­ жиму;

б) за температурой и ее регулированием с помощью нагревательных устройств и водяного охлаждения, ко­ торое устраивается в ваннах для хромирования;

в) за работой анодов по интенсивному образованию пузырьков газа;

г) за состоянием контактов, чтобы они не грелись. Для поддержания концентрации хромовой кислоты в электролите, которая изменяется в течение рабочей

смены в результате испарения раствора, необходимо ванну доливать дистиллированной водой. При этом употреб­ ляется также вода первой промывки после хромирова­ ния. Эти доливки следует делать до начала работы, при­ чем концентрацию раствора контролировать ареометром, до нагрева раствора. Показанию ареометра соответ­ ствует определенная концентрация хромовой кислоты в растворе, которую можно определить по табл. 30.

Если в течение определенного времени работы кон­ центрация электролита значительно уменьшается, следует добавить в ванну хромовый ангидрид до нормальной принятой концентрации.

В процессе хромирования в электролите возможно накопление избыточного количества серной кислоты за счет частых добавок хромового ангидрида с увеличен­ ным ее содержанием. Удаление излишка сульфатиона производится путем введения в горячий электролит раствора хромовокислого или углекислого бария при энергичном его помешивании. В результате этой до­ бавки на дно ванны выпадает осадок сернокислого бария, который не является помехой при хромировании.

При осаждении сульфатиона, количество которого определяется анализом, следует йа каждый его грамм добавлять в электролит 1,4 Г бария (в пересчете на ме­ талл).

227

Таблица 30

Соотношения между концентрацией хромового ангидрида и удельным весом хромового электролита при 15° С

Накопление в хромовом электролите излишнего коли­ чества трехвалентного хрома (больше 7 Г/л) затрудняет работу; при этом наблюдается пульсация тока, увеличенйё напряжения на ванне, образование крупных стойких пузырей, темный цвет хромовых осадков. Для умень­ шения содержания трехвалентного хрома следует элек­ тролит проработать током при большой поверхности анодов и минимальной поверхности катода.

Осаждение примесей железа. Для хромирования часто применяют стальные ванны без защитной футеровки, что ведет к накоплению с течением времени в хромовом электролите железа, которое отрицательно действует на процесс хромирования. Примеси железа в хромовом электролите затрудняют получение блестящих покрытий, так как величина тока непрерывно колеблется, электро­ проводность электролита уменьшается, а необходимое напряжение повышается.

На ряде заводов применен метод осаждения примесей железа в хромовом электролите желтой кровяной солью (железисто-синеродистый калий К4 IFe (CN)e ]). Количе-

228

ство желтой кровяной соли, которое необходимо доба­ влять в ванну, определяется из уравнения

3- 422,38-у

4-56 ’

где 422,38 — молекулярный вес K4[Fe (CN)6J; 56 — атомный вес железа;

у— содержание в хромовом электролите железа по анализу.

Примерно на каждые 10 Г!л железа в электролите необходимо добавлять около 60 Г желтой кровяной соли, которая предварительно растворяется в небольшом объеме воды и добавляется в хромовую ванну неболь­ шими порциями при помешивании, после чего электролит отстаивается. Отстоявшийся электролит сливают в ванну для хромирования или фильтруют через плотную стекло­ ткань.

При осаждении железа следует не допускать из­ бытка K4lFe (CN)61 для того, чтобы не образовалась рас­ творимая модификация железа, в результате чего оно не перейдет в осадок и останется в ванне.

Хромирование в саморегулирующихся электролитах. Для повышения устойчивости хромовых электролитов в работе за счет сохранения постоянным соотношения Сг03 : S04, что также позволяет увеличивать выход по току, предложен метод добавок солей, имеющих огра­ ниченную растворимость в хромовом электролите. В ка­

Введенные в хромовый электролит в количествах, превышающих их растворимость, эти соли будут нахо­ диться в небольшом избытке на дне ванны в виде твердой фазы; содержание посторонних анионов в растворе при постоянной температуре и изменении концентрации Сг03 будет автоматически поддерживаться постоянным за счет частичного растворения этого избытка.

Рекомендуется электролит такого состава (в Г!л):

Режим работы: плотность *тока DK = 40-5-80 а!дм2'. температура 55—65° С; выход металла потоку 18—2иУо.

22Э

Этот электролит не нуждается в частой корректировке, он менее чувствителен к изменениям температуры и благо­ даря повышенному выходу по току значительно произво­ дительнее (в 1,5 раза) обычных хромовых электролитов.

Комбинированные покрытия двухслойным хромом. Про­ тивокоррозионная устойчивость хромовых покрытий на­ ходится в прямой зависимости от их пористости. Наи­ меньшей пористостью обладают осадки «молочного хрома», получаемые при повышенной температуре. Это свойство «молочного хрома» позволяет применять противокорро­ зионное хромирование стальных изделий без подслоя, например хирургических инструментов, с осаждением слоя 6—7 мк. Для улучшения износоустойчивости пред­ ложен метод двухслойного покрытия хромом, заклю­ чающийся в осаждении блестящего твердого покрытия поверх «молочного», беспористого, что позволяет одно­ временно защищать изделия как от коррозии, так и от механического износа. Для жестких условий эксплуа­ тации рекомендуется такой режим хромирования в стан­ дартном электролите (250 Г!л Сг03, 2,5 Г1а H 2S04). Первый слой толщиной 20 мк осаждается при режиме

50 мк осаждается при режиме блестящего хромирования при плотности тока Dh — 55 а1дм2 и температуре 50° С. Производственные испытания показали преимущество та­ ких комбинированных покрытий.

Саморегулирующиеся электролиты для хромирования успешно используются для получения комбинированных покрытий различного назначения. Износостойкое комби­ нированное хромовое покрытие для работы в агрессив­ ных средах получают в одной ванне путем последова­ тельного осаждения сначала молочного беспористого осадка толщиной 15—30 мк, а затем блестящего износо­ устойчивого покрытия. Темтература электролита .под­ держивается в пределах 55—65° С. Для получения молоч­ ного осадка плотность тока должна быть 20—25 а/дм2, для получения блестящего осадка 60—70 а/дж2.

’ Схема структуры такого комбинированного покрытия приведена на рис. 55.

Изменение плотности тока при переходе от первого режима ко второму рекомендуется производить плавно в течение 1—3 мин.

230