Процесс хромирования деталей

.

Хромирование в домашних условиях

 1 – стеклянная емкость (банка). 2 – анод (или аноды). 3 – хромируемая деталь (катод). 4 – раствор электролита.

Вот такая практическая тема в июльском столе заказов, а озвучит нам ее dr_axon : Хромирование. Вот нравится, когда на машинах-мотоциклах много всяких таких блестючих штук. А можно все это делать в домашних условиях, или обязательно нужны мощности промышленных предприятий?

Электрохимический процесс покрытия деталей в гальванической ванне, заполненной, например, разбавленным сульфатным электролитом. В качестве емкости подойдет стеклянная банка, электролит следующего состава: СrO3 – 150 г/л, h3SO4 – 1,5 г/л. Готовить на дистиллированной воде. Воду нагревать до 70 °С и в 2/3 объема растворяют СrO3. Затем доливают воду и перемешивают. Проводят анализ раствора на содержание в нем ионов SO4, в двуокиси хрома они присутствуют в виде примесей. После добавления необходимого количества h3SO4 электролит нужно проработать при t = 45-50 °С. Катодная плотность тока от 4 до 6 а/дм2. Время 4-6 часов – вполне достаточно для накопления в растворе ионов Сr. Электролит меняет цвет от темно-красного до темно-коричневого. Катод – стальная пластинка. Анод – из свинца. Затем идет процесс отстаивания. К пробному хромированию приступают через сутки. Электролит нагревают до 50 °С и выдерживают при этой температуре 3 часа. Затем завешивают пробную латунную деталь под током. Через час проверяют качество покрытия.

Кристаллики должны быть блестящими, а механические свойства таковы, что инструмент из режущей стали не оставляет следов. Если покрытие мягкое, то нужно провести дополнительную проработку в течение 2-х часов, с пробным хромированием. После хромирования детали подлежат обязательному кипячению в течение 1-1,5 часов в большом объеме воды. Затем 3 часа в сушильном шкафу при t = 130°С. Затем следует шлифование.

Аноды из сплава: Pb = 81-86%, Sn = 10-15%, Sb = 4% или чисто свинцовые. Во избежание окисления, аноды лучше опустить в подогретую воду и хранить до сборки приспособления. Если этого не было сделано, то с поверхности анодов нужно удалить корку, опустив их на 40 минут в электролит следующего состава: 100 г/л сегнетовой соли и 80 г/л NaON. Затем протереть тряпочкой.

Занятия модельной гальванотехникой начните с изготовления ванны. Прежде всего подберите кастрюлю на 10 л и трехлитровую стеклянную банку. Емкости меньшего размера лучше не применять — это может усложнить регулировку параметров процесса, да и при приведенных величинах объема ванны хватает лишь для хромирования 6—8 гильз цилиндров.

Склеив из 1—1,5 мм фанеры корпус, соберите ванну согласно приведенному рисунку и закройте все фанерным кольцом. Работа над ванной заканчивается вытачиванием крышки кастрюли и монтажом на ней ТЭНов и контактного градусника. Теперь — электрооборудование. 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 меньше 2,5 мм2. Регулятором силы тока, заменяющим регулятор напряжения, может служить секционный реостат. Он включается последовательно с гальванической ванной и состоит из параллельных, включаемых однополюсными рубильниками секций. Каждая последующая имеет сопротивление вдвое больше предыдущей. Число таких секций 7—8.

На передней панели блока питания установите две розетки на 15 А, одну — нормальной полярности, другую — обратной. Это позволит 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 поддержания постоянной температуры электролита ванна снабжается контактным градусником. Напрямую управлять работой ТЭНов он не может из-за больших токов, поэтому потребуется собрать несложное устройство, схема которого приведена на рисунках.

Электролитическая ванна:

1 —внутренний корпус (кастрюля объемом 10 л), 2 — корпус (фанера толщиной 1 — 1,5 мм), 3 — теплоизоляция (стеклоткань), 4 — теплоизолирующий слой (асбестовая крошка, песок, стекловата), 5 — трубчатый электронагреватель ТЭН, 6 — контактный градусник, 7 — трехлитровая стеклянная емкость (банка), 8-крышка (дельта-древесина).

Схема управляющего устройства.

Детали терморегулятора: транзисторы МП13 — МП16, МП39—МП42 (VТ1); 213—217 (VТ2) с любыми буквенными обозначениями; резисторы МЛТ-0,25, диод— Д226, Д202—Д205; реле —ТКЕ 52 ПОДГ или ОКН паспорт РФ4.530.810. Наладка терморегулятора: если при закорачивании точек 1—2 реле не срабатывает, соединяют эмиттер и коллектор VII. Включение реле указывает на неисправность или малый коэффициент усиления VТ1. В противном случае неисправен транзистор VТ2 или он имеет недостаточный коэффициент усиления. Собрав и наладив устройство ванны, можно приступать к приготовлению электролита. Для этого необходимо: — 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—4 ч из расчета 6—8 А г/л.

Последняя операция нужна для накопления небольшого количества ионов Сr3 (2—4 г/л), присутствие которых благоприятно сказывается на процессе осаждения хрома.

СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Хромовый ангидрид — 250 г/л или 150 г/л Серная кислота — 2,5 г/л или 1,5 г/л

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О РЕЖИМАХ ХРОМИРОВАНИЯ!

Процесс хромирования в сильной степени зависит от температуры электролита и плотности тока. Оба фактора влияют на внешний вид и свойства покрытия, а также на выход хрома по току. Необходимо помнить, что с повышением температуры выход по току снижается; с повышением плотности тока выход по току возрастает; при более низких температурах и постоянной плотности тока получаются серые покрытия, а при повышенных — молочные. Практическим путем найден 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 несколько деталей, подобных по форме и размерам рабочим образцам. Подобрав режим и узнав выход по току простым замером размеров до и после хромирования, можно приступать к покрытию гильз.

По предложенной методике накладывают хром на 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 и размещении в ванне. После погружения в электролит нужно подождать 3—5 с и затем включить рабочий ток. Задержка нужна для того, чтобы деталь прогрелась. Одновременно происходит активирование поверхности деталей из латуни и меди, так как эти металлы хорошо травятся в электролите. Однако больше 5 с ждать не следует — в составе этих металлов есть цинк, присутствие которого в электролите недопустимо.

ХРОМИРУЕМ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

На процессах нанесения хрома на алюминиевые сплавы нужно остановиться особо. Выполнение таких покрытий всегда сопряжено с рядом трудностей. Прежде всего это необходимость предварительного нанесения промежуточного слоя. Сплавы алюминия, содержащие большое количество кремния (до 30%, сплавы марок АК12, АЛ25, АЛ26, САС-1), можно хромировать следующим образом:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ХРОМОВОГО АНГИДРИДА СгОа В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УДЕЛЬНОГО ВЕСА РАСТВОРА

— промывка детали в бензине, — промывка в горячей воде со стиральным порошком или мылом, — обработка детали в растворе азотной и плавиковой кислот (отношение 5:1) в течение 15—20 с, — промывка в холодной воде, — установка детали на оправке и хромирование (загрузка в ванну под током!). Другое дело, если необходимо по¬крыть хромом сплав АК4-1. Его удается отхромировать 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 нанесению хрома). Для травления используется раст¬вор едкого натра (50 г/л), время обработки 10—30 с при температуре раствора 70—80°. Для травления сплавов алюминия, содержащих кремний и марганец, лучше использовать такой раствор, в весовых частях: азотная кислота (плотность 1,4)—3, плавиковая кислота (50%) — 1.

Время обработки деталей 30—60 с при температуре раствора 25—28°. После травления, если это гильза цилиндра, ее надо немедленно промыть в проточной воде и на 2—3 с опустить в раствор азотной кислоты (50%) с последующей промывкой водой.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Цинкование

Алюминиевые изделия при комнатной температуре опускают на 2 мин в раствор (едкий натр 400 г/л, сернокислый цинк 120 г/л, соль Рошеля 5—10 г/л. Или: едкий натр 500 г/л, окись цинка 120—140 г/л) при постоянном 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—5 с 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 погружается в стакан с водой, нагретой до температуры 60°. Процесс хромирования обычный.

Никелирование (химическое) Если цинк не ложится на алюминий (наиболее часто это происходит на сплаве АК4-1), можно попытаться нанести хром через никель. Порядок работы таков: — притирка поверхности, — обезжиривание, — травление 5—10 с в растворе азотной и плавиковой кислот, смешанных в соотношении 3:1, — никелирование. Последняя операция—в растворе следующего состава: сернокислый никель 30 г/л, гипофосфит натрия 10—12 г/л, уксуснокислый натрий 10—12 г/л, гликоколь — 30 г/л. Составляется он 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 снижена 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 другие медные сплавы. После осаждения никеля проводится термообработка для улучшения сцепления с основным металлом (200—250°, выдержка 1—1,5 ч). Затем 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—1,5 А/дм2. Происходит активирование никеля, удаляется окисная пленка, и покрытие приобретает серый цвет. Кислота должна применяться только химически чистая (в самом крайнем случае аккумуляторная). Иначе никель приобретает черный цвет, и хром на такую поверхность никогда не ляжет. После этого оправку с деталью загружают в ванну хромирования. Вначале дают ток в два раза больший, затем в течение 10—12 мин его уменьшают до рабочего. Дефекты химического никелирования: — никелирование не происходит:т 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 производить в растворе азотной кислоты. Иногда в процессе никелирования происходит 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 отметить, что никель-фосфор сам по себе обладает весьма интересными свойствами, не присущими 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 НУ 850—950 и больше); низкий коэффициент трения по сравнению с хромом; очень незначительное расширение; высокий предел прочности при растяжении.

Никель-фосфор без дальнейшего нанесения хрома может использоваться не только как промежуточное покрытие на гильзах, но и как рабочее, снижающее трение и износ, для золотников и поршневых пальцев. После двух лет активной эксплуатации двигателя с деталями подобной отделки на них отсутствовала явная выработка, характерная для стальных каленых поверхностей.

Нанесение хрома через соль никеля Весь процесс сводится к следующему: — травление в растворе едкого натра (50 г/л, т=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 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—10 В и плотности тока 1,3 а/дм2. Ванну сле¬дует охлаждать. Для сплавов, содержащих медь и кремний, применяют раствор 1 50—200 г/л фосфорной кислоты. Режим — 35°, время обработки 5—15 мин.

После анодной обработки следует провести кратковременную катодную обработку в щелочной ванне, которая частично снимает оксидный слой. Как показали исследования, в процессе анодной обработки алюминиевых сплавов в фосфорной кислоте на деталях образуется шероховатая поверхность, которая способствует прочному сцеплению наносимого впоследствии покрытия.

ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, ОПРАВКИ

Хромирование гильзы

Для выполнения работ с гильзой цилиндра изготавливается оправка. Ее устройство понятно из приведенного рисунка, остановимся лишь 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 рабо¬чим 0 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 использовать — электролит растворяет их, и контакт может быть нарушен.Перед монтажом оправки в ванне полезно проверить надежность контактов тестером.

Оправка для хромирования гильзы цилиндра: 1 — крышка (винипласт), 2 — верх¬няя часть оправки (фторопласт), 3 — нижняя часть оправки (фторо¬пласт), 4 — анод (сталь), 5 — катод, 6 — сквозное окно для прохода электролита, 7 — покрываемая гильза, 8 — насадка-изолятор.

Оправка для хромирования вала и поршневого пальца: 1 — анод, 2 — катод, 3 — коленвал, 4 — конусная оправка, 5 — поршневой палец.

Хромирование стальных деталей (коленвал, палец кривошипа, палец поршня, обоймы подшипников) Хромирование стальных деталей ведется по следующей технологии: — удаление жировых пятен с помощью бензина, — промывка в горячей воде с мылом, — обработка детали обратным током в течение 2—3 мин, — переключение в режим хромирования с током, в 2—2,5 раза большим расчетного, и постепенное снижение тока в течение 10—15 мин. Расчетный ток определяется пе¬ремножением площади хромируемой поверхности на ток процесса. Для стали последняя величина — 50 А/дм 2. При хромировании, например, посадочного места под коренной подшипник на коленвале двигателя КМД-2,5 расчетный ток будет равен 0,03 дм2Х50 А/дм 2= 1,5 А. Для хромирования пальца кривошипа понадобится новая 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. Применение 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 вымывается бензином.

Оправка для хромирования внешней обоймы шарикоподшипника: 1 — корпус оправки подшипника, 2 — шарикоподшипник, 3 — фигурная гайка, 4 — анод (свинец), 5 — центральная часть оправки для хромирования, 6 — катод (сталь), 7 —

крышка, 8 — сквозное окно для прохода электролита.

ДЕФЕКТЫ ХРОМИРОВАНИЯ И ИХ ПРИЧИНЫ

1. Хром не оседает на изделие: — плохой контакт у анода или катода, — мало сечение проводников, — на поверхности анода образовалась толстая пленка окислов (удаляется в растворе соляной кислоты), — мала плотность тока, — высока 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, отверстия: — на поверхности детали задерживается водород — изменить подвеску так, чтобы газ свободно 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: — мала плотность тока, повышена температура электролита, — в процессе хромирования изменялась 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 хроме (более 10 г/л) — выдержать ванну под током без деталей, увеличив поверхность анодов и уменьшив — катодов. 8. Мягкое «молочное» покрытие: — высока температура электролита, — мала плотность тока. 9. Покрытие матовое, неровное, трудно притирается: — нехватка хромового ангидрида, — велика плотность тока, — нехватка серной кислоты, — избыток трехвалентного хрома. 10. Покрытие пятнистое и матовое: — в процессе хромирования прерывалась подача тока, — изделие перед загрузкой было холодное. 11. В одних местах покрытие блестящее, в других матовое: — велика плотность тока, — низка температура электролита, — неодинакова плотность тока на выступающих и углубленных частях

детали.

Оправка для хромирования пальца кривошипа: 1 — коленвал (он же катод), 2 — сквозное окно для прохода электролита, 3 — анод, 4 — винт крепления крышки, 5 — детали оправки (фто¬ропласт).

Концентрация хромового ангидрида в электролите контролируется с помощью ареометра. Концентрацию же серной кислоты удается определять лишь, к сожалению, косвенно, по качеству покрытия. В процессе хромирования идет испарение электролита. В этих случаях доливают воду до нужного уровня. Делается это без установки деталей — возможно изменение температуры электролита.

После хромирования все изделия подвергают термообработке в течение 2—3 ч для удаления водорода, при температуре 150—170°. Все работы ведутся под вытяжным приспо¬соблением, в резиновых перчатках и в очках.

Есть один способ хромирования в домашних условиях, который не требует специальной ванны, очень компактен и позволяет контролировать качество поверхности уже в процессе хромирования. Речь идет о так называемой «гальванической кисти». Для ее изготовления понадобится щетина от обычной художественной или малярной кисти, пучок которой в диаметре будет составлять 2-2,5 см. Щетину плотно обматываем свинцовым проводом (сгодится и луженый медный) оставляя немного места для вставки в корпус. Корпус кисти изготовляется из оргстекла или аналогичного материала. Это пустотелый цилиндр или усеченный конус, с одного торца которого вставляется щетина, а на другом крепится диод Д303-Д305. Кроме того в корпусе есть отверстие, в которое заливается электролит.

Кроме этого нам нужен трансформатор на 12 вольт с током 0,8-1 А – пойдет китайский блок питания для мелких приемников. Плюс с трансформатора идет на анод диода, катод диода соединяется с обмоткой щетины. Минус – на зажим-крокодильчик, который будет крепиться на хромируемую деталь. (Кстати, в случае, если трансформатор заменить аккумулятором, то диод не нужен).

Перед хромированием детали обязательно нужно очистить и обезжирить. От качественности проведенной очистки полностью зависит качество покрытия. Итак, краску снимаем шкуркой, удаляем грязь, жир и ржавчину сначала механически, потом обезжириваем в растворе едкого натра (100-150 г), кальцинированной соды (40-50 г), канцелярского клея («жидкое стекло», силикатный клей – 3-5 г) на 1 литр воды. Обезжиривающий раствор нагревают до 80-100 градусов и, в зависимости от степени загрязненности, держим деталь от четверти часа до одного часа. Чем ровнее и чище поверхность, тем прочнее сцепка с покрытием.

Закрепив крокодильчик на детали, залив в кисть электролит, начинаем равномерно перемещать кисть по поверхности детали. Имейте в виду, что покрытие достаточной толщины получится, если пройтись по одному и тому же месту раз 20-25. Следите при этом за степенью расхода электролита и доливайте по мере расходования.

По окончании работ промойте деталь под проточной водой, отполируйте влажной тряпкой и снова промойте под водой. Просушите.

Вот рецепты электролитов в зависимости от задач (все в граммах!):

Электролит для меднения: Медный купорос (сернокислая медь) 200 Серная кислота 50

Этиловый спирт или фенол 1-2

Электролит для никелирования:

Сернокислый никель 70 Сернокислый натрий 40 Борная кислота 20

Хлористый натрий 5

Электролит для хромирования: Хромовый ангидрид 250

Серная кислота (уд. в. 1,84) 2,5

Электролит для цинкования: Сернокислый цинк 300 Сернокислый натрий 70 Алюминиевые квасцы 30

Борная кислота 20

Электролит для серебрения: Хлористое серебро свежеосажденное 3—15 Железосинеродистый калий 6—30

Сода кальцинированная 20—25

Электролит для золочения: Хлорное золото 2,65 Железосинеродистый калий 45—50

Сода кальцинированная 20—25

Приготовляется электролит так: в 200-300 мл дистиллированной воды растворяем первое по рецепту вещество, потом второе, третье… и доливаем раствор до 1 литра (все той же дист. водой). Храните электролиты в хорошо укупоренных бутылках с притертыми пробками. Да, и учтите, что иногда нужен промежуточный слой – например, чтобы никелировать сталь, нужно сначала покрыть ее тонким слоем меди. То же относится к бронзе.

ВОТ ТУТ еще много составов растворов кому нужно практически

Напомню вам еще информацию про технологии, вот например вспомните про Гидроразрыв Америки или Как напечатать себе печень. Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=29683

masterok.livejournal.com

Восстановление деталей хромированием

Цель работы:

- изучить теоретические основы хромирования» назначение основных операций технологического процесса хромирования, свойства электролитов и покрытий;

- изучить оборудование, приспособления и инструменты, применение при хромировании;

- освоить технологический процесс восстановления изношенных деталей хромированием.

Содержание работы

- изучение теоретических основ процесса хромирования, свойств электролитов и осадков;

- онакомление с оборудованием» приспособлением и инструментом;

- наращивание поршневого кольца двигателя «ЗИЛ-130» электролити-ческим хромом;

- определение выхода хрома к току. Составление отчета.

Теоретические основы процесса электролитического хромирования

Электролитическое хромирование и первые производственные установки для осуществления этого процесса применяют в СССР е начала 20-х годов. Широкое распространение хромирования в последующие го­ды во все отрасли техники объясняется высокими свойствами хрома, позволя-ющими сочетать в покрытии красивый внешний вид, корозионную стойкость с высокой твердостью и износостойкостью. Вначале, хромирование применяли для получения защитно-декоративных покрытий целей, затем его стали применять для увеличения износостойкости (упрочения) деталей и инструментов в машиностроении, позднее - в ремонтном производстве для восстановления изношенных деталей.

Свойства электролитического хрома

Хром, полученный электролитическим путем - серебристый металл с синеватым оттенком. Хром химически устойчив по отношению к большинству кислот, щелочей и газов. На воздухе (и в окисленных средах хром легко пассивируется, благодаря чему приобретает свойства металлов, что обуславливает его применение как защитное активное покрытие. Хром имеет высокую отражательную способность, очень устойчив против потускнения на воздухе.

Твердость хрома превышает твердость закаленной стали (микротвердость 400-1000 кг/мм2). Коэффициент трения электролитического хрома при работе по чугуну, бронзе, баббиту и др. значительно (в 2…3,5 раза) меньше, чем у всех остальных металлов, что облег­чает условия работы хромированных деталей.

Износостойкость хромированных деталей достигает значительных величин, в 2…10 раз превышающих износостойкость таких же нехромированных деталей, благодаря высокой химической стойкости. Особенно это сказывается на деталях, работающих в агрессивных средах, как это имеет место в двигателях внутреннего сгорания.

Следует отметить также другие свойства хрома - высокую теплопро­водность по сравнению с металлами, относительно низкий коэффициент линейного расширения, низкую смачиваемость жидкостями – маслами, водой и др.

В зависимости от назначения хромового покрытия при изготовлении и восстановлении деталей производят твердое хромирование, защитно-декоративное покрытие, пористое покрытие.

Электролиты хромирования. Электродные процессы при хромировании

Хромирование производится из растворов хромовой кислоты в присутствии серной кислоты. Хромовая кислота (Н2Сr2О4) является главной составной частью хромовых электролитов. Она получается в результате растворения в воде хромового ангидрида (СrО3):

СrО3 + h3О = h3СrО4

Из чистых растворов хромовой кислоты выделения металла не происходит. Для того, чтобы на катоде началось выделение металла, в электролите необходимо присутствие незначительных количеств посторонних анионов, выполняющих роль катализаторов, чаще всего сульфатов (SО4). Источником анионов является серная кислота, обычно добавляемая в электролит в количестве около 1% от количества СrО3.

При хромировании в растворах хромовой кислоты применяют нерастворимые аноды, которые изготавливают из свинца или (лучше) из сплава свинца с 6% сурьмы, который отличается большей химической стойкостью.

Осаждение металлического хрома начинается лишь по достижении определенного минимума плотности тока. Ниже этой плотности тока идет процесс восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного. Вышеуказанной плотности тока наряду с реакцией Cr6+ идет выделение металлического хрома и газообразного водорода.

Согласно имеющимся представлениям, при хромировании на катоде протекает одновременно три процесса (рис.13).

Cr6+ ------------ Cr3+ - восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного.

H+ ------------ H - выделение газообразного водорода.

Cr6+ ------------ Cr – выделение металлического хрома.

Рис 13. Схема процесса хромирования

На аноде идут следующие процессы:

OH- ------- O - выделение газообразного водорода

Cr3+ -------- Cr6+ - окисление трехвалентного хрома в шестивалентный.

В нормально работающем электролите должны быть ионы трехвалентного хрома Сч3+ в количестве, определяемом соотношение Сr2О3: СrО3 = 0,03…0,04. Для накопления ионов Сч3+ свежеприготовленный электролит прорабатывает­ся током при увеличительной площади катодов §к:§а = 2:3 при катодной плотности тока Дк = 2…4 а/дм2 в течении 3-4 часов.

Для поддержания указанного соотношения Сr2О3 : СrО3 в электролите необходимо работать при §а:§к = 1,5:2. При излишнем накоплении трехвалентного хрома электролит следует проработать при увеличенной площади анодов §а:§к = 8:10.

При хромирований электролиз производится с нерастворимыми анодами, поэтому убыль ионов металла в электролите необходимо восполнять периодической добавкой хромового ангидрида.

В количественном отношении электролиз подчиняется законам Фарадея, которые выражаются формулой

 = C  I  ,

где  - количество вещества, выделяющегося при электролизе на катоде;

С - электрохимический эквивалент выделяющегося на катоде металла, г/а-час, для хрома С = 0,323 г/а-час,

 - длительность электролиза, час,

Так как на катоде с осаждением хрома выделяется водород, расходуется электроэнергия на восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного, могут иметь место неучтенные утечки тока и т. п., то действительный вес осажденного металла будет меньше рассчитанного по вышеприведенной формуле. Отношение весов практически полученного металла Дп к теоретически возможному называется выходом металле по току, или выходом по току.

Дп = Д2 – Д1,

где Д1 – вес детали до электролиза;

Д2 – вес детали после электролиза;

Тогда вес действительно полученного металла выразится по формуле:

Выход по току  выражается в долях единицы как в процентах.

Толщину осадка металла h, получаемую при определенной длительности электролиза  определяется по формуле:

(18)

где Дк – 1/§к – плотность тока, а/дм2;

§к – площадь катода, дм2;

 – плотность осажденного металла, г/см3, для хрома  = 6,9 г/см3;

 – выход по току, %.

При хромировании применяют три группы электролитов:

электролиты низкой концентрации – 140…150 г/л СrО3;

электролиты средней концентрации – 200…250 г/л СrО3;

электролиты высокой концентрации – 350…450 г/л СrО3.

При твердом износостойком хромировании наиболее целесообразны низко концентрированные электролиты (первой группы). По сравнению с концентрированными эти электролиты имеют следующие преимущества:

-повышенную твердость покрытия,

-более высокий выход по току,

-хорошо рассеивающую способность,

-меньшие потери электролита на унос с деталями и испарениями,

-меньшее разрушающее действие на изоляцию.

Недостатками электролита является потребность в более частом корректировании состава и более высокое потребное напряжение источников тока.

Электролиты высокой концентрации (третья группа) по сравнению с электролитами низкой концентрации обеспечивают получение более блестящих покрытий, меньшую их твердость и хорошую кроющую способность. Эти свойства электролитов обусловили применение их для получения защитно-декоративных покрытий.

Электролиты средней концентрации по своим характеристикам являются промежуточным между электролитами первой и третьей группы, их применяют как при твердом, так и при защитно-декоративном хромировании. Благодаря своей универсальности эти электролиты получили название универсальных.

Влияние условий хромирования на свойства хромовых покрытий

Внешний вид структуры и механические свойства хромовых покрытий в очень широких пределах в зависимости от условия хромирования – состава и температур электролиза, плотности тока. При неиз­менном составе электролита можно, изменяя температуру электроли­та и плотность тока, получить три различных вида осадков хрома – молочный, блестящий и матовый (серый). Диаграмма зависимости вида осадков хрома от С и Дк показана на (рис. 14).

Рис. 14. Зависимость вида осадков хрома от С и Дк

Различные по виду осадки хрома имеют и различные механичес­кие свойства. Блестящий хром характеризуется высокой твердостью (600…900 кг/мм2), высокой износостойкостью, хрупкостью, высокими внутренними напряжениями. На поверхности блестящего хрома при рассмотрении под микроскопом можно увидеть мелкие пересекающиеся трещины, образующие характерную «сетку трещин».

Молочный хром имеет, по сравнению с блестящим, пониженную износостойкость, большую вязкость и пониженную твердость (400…600 кг/мм2) и "сетка" трещин на нем отсутствует.

Свойства матового хрома противоположно свойствам молочного хрома. Это очень твердый (900…1200 кг/мм2) и хрупкий металл, имеющий из-за хрупкости пониженную износостойкость, при рассмотрении под микроскопом на поверхности такого хрома обнаруживается бугорчатость.

Пористое хромирование

Гладкое хромовое покрытие плохо смачивается маслами и плохо прирабатывается. Масляная пленка держится на хромированной поверхности непрочно, легко разрывается под воздействием нагрузок (особенно при высоких температурах), в результате чего на такой поверхности возникает сухое или полусухое трение и большие износы. Поэтому, неудачными были попытки применить гладкое хромирование для повыше­ния износостойкости цилиндров, поршневых колец» поршневых пальцев и аналогичных деталей, работающих в условиях граничной или недостаточной смазки,

Недостатки гладкого хромирования устраняют при пористом хромировании. В этом случае на хромированной поверхности искусственно создают поры, углубления или канавки» служащие запасными резервуарами смазки на поверхности деталей, работающих, в результате чего срок службы деталей значительно повышается.

Наиболее широкое применение получил электрический способ получения пористого хрома, который заключается в дополнительной анодной обработке хромированных деталей в электролите того же состава, в котором выполняли хромирование. При анодном травлении хромового покрытия, имеющего сетку трещин, растворение происходит неравномерно. Наиболее интенсивно хром растворяется по трещинам, которые, вследствие этого расширяются и углубляются. Поверхность хрома оказывается изрезанной сеткой каналов, ограничивающих площадки ("плато") гладкого хрома.

Состав электролита и режимы хромирования для получения пористого хрома, рекомендует следующее:

200…250 г/л СrО3;

отношение СrО3: Н2SO4 = 100…120 = 60 ± 1°С.

Дк = 40…60 а/дм2.

Анодное травление, в результате которого выделяется сеть каналов и пор в хромовом покрытии, выполняют обычно в том же электролите, какой применяют для наращивания хрома. При анодном травлении плотность тока задается в пределах 24…45 А/дм2, температура 50…55 °С. Процесс анодного травления контролирует по количеству электричества, протекающего через 1 дм2 поверхности, т. е., по произведению плотности тока на время (интенсивного травления). О = Да  . В зависимости от толщины слоя хрома интенсивность травле­ния выбирают в пределах 30…400 А.мин/м2.

После механической обработки (шлифование, хонингование, протирка) удаляют остатки абразива из пор покрытия промыванием в бен­зине, содовом растворе или водных эмульсиях и продуванием сжатым воздухом или паром.

Пористое хромирование применяют для улучшения прирабатывае-мости и для упрочнения поверхностей детали машин, работающих при высоких нагрузках и недостаточной смазке.

Технологический процесс твердого хромирования

технологический процесс твердого хромирования стальных деталей состоит из цикла операций, выполняемых в следующей последовательности:

- Механическая обработка – для устранения следов износа на детали и придания ей правильной геометрической формы и требуемой шероховатости. Деталь после механической обработки (чаще всего – шлифования) не должна иметь на поверхности раковин, неметаллических включений, ожогов и шлифовальных трещин (для деталей с небольшим или равномерным износом может не производиться).

- Промывка бензином – производится для удаления с поверхности деталей жировых пленок, препятствующих прочному сцеплению покрытий.

-Зачистка наждачной шкуркой – производится с целью «оживления поверхности» детали непосредственно перед хромированием. При этом возможные окислы, ржавчина, возникшие при хромирований деталей, удаляются.

- Изоляция мест, не требующих хромирования – применяют лак – эмалит, цапонлак, перхлорвиниловый плаксикат (пленка) и др. Лаки наносятся в несколько слоев на детали кисточкой и просушива­ются. Цилиндрические поверхности хорошо изолируются целлулоидными колпачками и пластикатом.

-Установка деталей на подвески – делают для создания плот­ного электрического контакта, рационального использования объема ванны, удобства завешивания деталей в ванну и соблюдения необходимого расстояния между деталями и анодами.

-Обезжиривание деталей – (электролитическое или венской известью). Электролитическое обезжиривание заключается в том, что обрабатываемое изделие подвешивают на катод в щелочном растворе и подвергают обработке электрическим током. На поверх­ности катода происходит выделение водорода, который оказывает эмульгирующее и механическое воздействие на жировую пленку.

Другой вид обезжиривания – венской известью, производится так. Известь разводят водой до кашицеобразного состояния и добавляют до 1…5% едкого натра или до 3% кальцинированной соды. Раствором извести при помощи волосяной щетки протирают поверхность детали, затем смывают известь водой. Операцию производят 3-4 раза. Иногда этот вид обезжиривания производится после электрохимического обезжиривания.

- Промывка в горячей и холодной проточной воде – производится с целью удаления извести или остатков щелочного раствора с поверхности.

- Анодное декапирование – производят для удаления с поверхности деталей тончайших окислов, обнажения кристаллической структуры основного металла и создания на ней микроскопической шероховатости для лучшего сцепления. Декапирование производится в основной хромовой ванне. Детали загружают на катодную штангу, где их выдер­живают 1…2 мин без тока для того, чтобы они приняли температуру электролита. После этого перекидным рубильником меняют полярность и деталь в течение 30…60 сек (для углеродных сталей) или 2…3 мин (для легированных сталей) является анодом при плотности тока 25…60 а/дм2. После этого начинают хромирование при прямой полярности тока.

При указанном способе декопирования в хромовую ванну подается некоторое количество железа, поэтому при большой производительной программе для декопирования лучше применять отдельную ванну с электролитом для хромирования низкой (130…180 г/л СrО3) концентрации. После декопирования в таком электролите детали без промывки быстро переносят в ванну для хромирования.

- Хромирование – установленная после включения ванны величина тока должна без колебаний и перерыва поддерживать на протяже­нии всего электролиза, иначе в осадке появятся дополнительные внутренние напряжения, что приведет к отслаиванию его от детали.

Атомы хрома осаждаются на чистую металлическую поверхность. Осаждение происходит слоями толщиной по 1000…2000 атомов. Между основными металлом и покрытием образуется прочная физическая связь (когда атомы основы и покрытия имеют общие внешние электрон­ные оболочки).

Типовые режимы по износостойкому хромированию установлены для следующих групп деталей:

1-я группа – детали, работающие при перемещении рабочих поверхностей взаимно сопряженных пар: обоймы шариковых и роликовых под­шипников, шейки валов под указанные подшипники, посадочные места под подшипники скольжения и качения и др. Для этой группы деталей с целью устранить люфт и создать натяг применяют блестящий хром при режиме Дк = 45…50 а/дм2, t = 50 °C.

2-я группа – детали, работающие на трение при различных удельных давлениях и скоростях скольжения (стержни впускных клапанов, различ­ные валики, оси и пр.). Для получения высокой износостойкости, применяют блестящие и блестяще-матовые осадки, получаемые при Дк = 35…50 а/дм2, t = 53…57 °C.

3-я группа – детали, работающие при больших удельных давлениях и подвергающиеся значительным знакопеременным нагрузкам, у которых рабочая поверхность должна иметь высокую износостойкость и максимальную вязкость. Режим: Дк = 55…60 а/дм2 (блестящие осадки) или Дк = 35 а/дм2 (молочные осадки) при t = 65 °C.

4-я группа – детали, эксплуатация которых происходит в агрессивных средах, и у которых осадок должен быть беспористым (стержни выпус­кных клапанов, цилиндры блока двигателей и др.) Режим: Дк = 30 а/дм2, t = 70 °C или Дк = 25 а/дм2, t = 65 °C.

Время электролиза  в мин. определяется по формуле:

(19)

где  – удельный вес хрома, равный 6,9 г/см3;

h – потребная толщина покрытия, мм, определяется по формуле:

(20)

здесь h2 – припуск на предварительную механическую обработку (0,10…0,15 мм);

Дном – номинальный диаметр детали, мм;

Дизн – диаметр детали изношенной, мм;

h2 – припуск на окончательную (после хромирования) механическую обработку, мм (0,10…0,15 мм).

С – электрохимический эквивалент хрома, 0,323 г/а.час;

Дизн – плотность тока, а/дм2;

 – выход металла по току, %, обычно 13…17 %.

Если в формулу времени подставить его постоянные величины, то для хромирования она упростится и будет иметь (при  = 13 %):

(21)

При свободной завеске деталей в электролите по краям покрываемой поверхности наблюдается местное увеличение плотности тока и толщины осадка (краевой эффект), причем оно тем больше, чем больше расстояние от катода до анода, и чем больше от краёв детали свободное пространство электролита. Поэто­му, для получения равномерного слоя хрома, необходимо соблюдать одина­ковое расстояние между катодом и анодом, а для свободного выхода газов и циркуляции электролита должны быть предусмотрены выходы (отвер­стия в аноде). Электролит, находящийся между катодом и анодом, должен быть ограничен не проводящими ток поверхностями, которые не позволя­ют силовому полю отклоняться в стороны.

Для цилиндрических деталей небольшой длины, хромируемых по наружной поверхности, нормальное отложение хрома достигается при погружении детали среди круглых анодов, расположенных по углам квадрата с таким расчетом, чтобы расстояние между анодом и катодом было в пределах 100…120 мм (деталь в центре квадрата).

В случае хромирования длинных деталей наблюдается значительная конусность покрытия, т. е., в нижней части оно толще, чем в верхней. Поэтому деталь в некоторых случаях завешивается в горизонтальном положении.

-Дехромирование (анодное травление) – производится только в случаях, если требуется получение пористого хрома (см, стр. 6).

-Промывка в дистиллированной воде в ванне уловителя. Эта операция производится для сбора дорогостоящего хромового ангидрида и последующего его использования при хромировании или для декапирования.

В случае промывки в проточной воде часть хромового ангидрида теряется безвозвратно.

-Промывка в холодной воде (проточной).

-Промывка в горячей воде.

-Нейтрализация производится в растворе соды (горячих щелоч­ных растворов при температуре 80…90 °С). Цель операции – нейтрализовать кислоту.

В отдельных случаях нейтрализация не производится, т. к. бывает достаточно промывок в воде.

-Промывка в горячей воде после нейтрализации. С поверхности детали смывается щелочной раствор и продукты нейтрализации.

-Демонтаж деталей с подвесных приспособлений, снятие изоляции, разборка и сушка подвесок и деталей. Сушка может производиться в сушильном шкафу или опилках.

-Контроль – производится работниками ОТК. Обращается внимание на толщину осадков, отсутствие отслаиваний, длинных дендридов и т. п. дефектов.

-Механическая обработка (окончательная). Производится с целью восстановить заданные размеры детали, макро- и микрогеометрию ее в соответствии с техническими условиями.

Оборудование, приспособления, инструмент:

- установка для хромирования ОГ-1349А с выпрямителем ВАКГ-12/6-630;

- ванны для обезжиривания;

- ванна для промывки в холодной воде;

- ванна для промывки в горячей воде;

- верстак слесарный;

- подвесное приспособление (подвеска) для хромирования;

- весы лабораторные;

- микрометр 25…50 мм;

- наждачная бумага;

- сушильный шкаф.

Установка для хромирования ОГ-1349А

Установка ОГ-1349А предназначается для восстановления изношенных мест малогабаритных деталей электрохимическим хромировани­ем. Выпуска-ется Красноуфимским механическим заводом "Россельхозтехника".

Установка состоит из двух ванн емкостью по 100 литров. Каждая ванна состоит из корпуса ванны, изготовленного из листов стали, и внутренней ванны, изготовленной из листов нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т.

Пространство между корпусом и внутренней ванной заполняется минеральным маслом (типа АК-10, АКЗП-10, АК-15 и др.). В этой «масля­ной рубашке» смонтированы два трубчатых электродвигателя (ТЭНы) мощностью 2 кВт каждый и температурное реле. Для контроля работы и регулировки температурного реле в электролит наклонно погружен ртутный термометр.

Питание постоянным током хромированных ванн осуществляется от выпрямительного агрегата ВАКГ-12/6-630. Регулирование тока ванн при электролизе производится двумя магазинами сопротивлений, включа­тели которых выведены на левую и правую стороны стола корпуса.

В верхней части хромированной установки на столе расположен пульт управления.

В нижней части пульта управления находится реостат для плавного регулирования тока правой ванна в пределах от 2-х до 7 ампер.

На пульте управления расположены также два ампера со шкалой до 200 А и один контрольный вольтметр со шкалой до 30 В.

Для контроля величины тока правой ванны до 20 А производится переключение перемычки, расположенной сзади пульта управления и переклю­чателя, расположенного над ампером, в соответствующее положение.

Для обеспечения санитарно-гигиенических условий, образующиеся в процессе работы испарения удаляются с помощью 4-х сторонних бортовых отсосов, воздуховодов и вентилятора, смонтированных внутри корпу­са установки, а также внешних воздуховодов.

Порядок выполнения работы

(восстановление поршневого пальца электрохимическим хромированием)

- ознакомиться с правилами техники безопасности;

- получить деталь у лаборанта;

- произвести зачистку пальца шкуркой;

- взвесить деталь вместе с экранирующими шайбами;

- смонтировать деталь на подвесное приспособление (подвеску);

- определить площадь поверхности детали в дм2 и необходимую силу тока на катоде. Принять плотность тока при хромировании 55…60 а/дм2;

- производится замер поршневого пальца в 6 поясах взаимнопер-пендикулярных плоскостях (всего 12 замеров). Заметить положение плоскостей;

- проверить температуру электролита термометром, при необходимо-сти подогреть ванну. Рабочая температура ванны должна быть 60…65 °С;

- произвести все операции по наращиванию поршневого пальца в соответствии с технологическим процессом (электролит универсальный).

Операцию дехромирования (при получении пористого осадка) производить при специальном задании.

- Повторить замер пальца в 2-х плоскостях и 6-ти поясах.

- Взвесить деталь вместе с экранирующими шайбами и подсчитать выход по току по формуле:

(22)

где М1 – вес до хромирования;

М2 – вес после хромирования;

С – электрохимический эквивалент хрома, равный 0,323 г/а. час.

I – ток, А;

 – время электролиза.

- построить график равномерности покрытия в двух плоскостях, определить минимальную и среднюю толщину осадка. Подсчитать коэффициент неравномерности:

(23)

- оформить отчет по лабораторной работе;

- сдать рабочее место лаборанту;

- отчитаться о работе преподавателю.

Форма отчета приведена в прил.15

Указания по технике безопасности представлены в прил.3

Контрольные вопросы

1. Электролиты какой группы применяются для получения пористых, защитно-декоративных и износостойких покрытий?

2. Какие осадки хрома применяются для восстановления:

– цилиндров двигателей поршневых колец, поршневых пальцев

– стержней впускных клапанов, валиков, осей.

– обойм подшипников, шеек валов под подшипники и др.

3. Какой осадок хрома имеет повышенную износостойкость, большую

вязкость?

4. Укажите твердость хромовых осадков.

5. В каком количестве в электролит добавляется серная кислота в процентах от количества СrО3?

6. По какой формуле определяется:

– масса действительно полученного металла;

– выход металла по току;

– время электролиза;

– толщина осадков металла.

7. Во сколько раз увеличивается износостойкость хромированных деталей по сравнению с нехромированными?

8. Укажите плотность анодного травления при пористом хромировании.

9. Укажите расстояние между анодом и катодом при нормальном осаждении хрома.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Нужно уметь определять зоны осадков хрома на графиках и знать необходимую интенсивность травления.

ЛИТЕРАТУРА [38-40]

www.StudFiles.ru

Хромирование деталей

Электролитическое хромирование относится к технологически сложным гальваническим процессам. Для получения качественных гальванических осадков хрома, помимо строгого соблюдения технологических параметров процесса, требуется использовать специальные приспособления для монтажа деталей, необходимо наличие мощных источников тока и т.д.

Перед электролитическом хромировании детали, сначала необходимо тщательно подготовить ее поверхность, провести качественную шлифовку, полировку ее поверхности. После проведения механической обработки на поверхности детали не должно быть неметаллических включений, раковин, трещин, глубоких рисок и т.д., т.к. после проведения процесса хромирования эти дефекты могут остаться и стать еще более заметными на блестящей поверхности.

После механической обработки проводится обезжиривание деталей в органическом растворителе или в щелочном растворе. В качестве растворителей можно использовать бензин, ацетон, спирт, трихлорэтан и др. Детали, подлежащие толстослойному износостойкому хромированию, обезжиривают электролитическим способом. Обезжиривание проводят в растворе следующего состава:

Едкий натр (NaOH)—30 - 50 г/л;

Кальцинированная сода (Na2C03)—25 - 30 г/л

Жидкое стекло (Na2Si03) — 10 - 20 г/л.

Плотность тока 5-15 А/дм2. Температура электролита обезжиривания 60-70°С

Время выдержки на катоде 2-3 мин, а на аноде 1-2 мин. После обезжиривания, подлежащие хромированию детали, сначала промывают горячей, затем холодной водой. Обезжиривание считается успешно выполненным, если после промывки поверхности детали, вода не собирается на ней капельками, а стекает по всей площади поверхности. Для деталей из высокопрочных сталей катодное обезжиривание недопустимо. В этом случае применяется анодное обезжиривание или обезжиривание химическим способом.

Рисунок 1

Перед хромированием детали, отверстия на ее поверхности, должны быть закрыты свинцом или другим стойким к хромовой кислоте материалом (рис. 1). В противном случае вокруг отверстия останутся не покрытые участки. Изоляция должна проводиться “заподлицо” с хромируемой поверхностью.

Следует заметить, что если отверстие (углубление) в детали будет заполнено не электропроводным материалом, то на его границе, во время проведения процесса хромирования, будет повышенная концентрация силовых линий тока, и следовательно, в этом месте будет образовываться большая толщина покрытия. В случае нанесения хромового покрытия не на всю поверхность детали, места или участки, не подлежащие хромированию, можно укрыть тонкой алюминиевой фольгой, жестью и т.п.

Перед проведением процесса хромирования детали следует уделить особое внимание ее монтажу на подвеске. Так как при хромировании, на детали подаются токи значительной величины, из-за чего необходимо заранее обеспечить надежный и жесткий контакт, и подвесок со штангами, и деталей с подвесками. Покрываемые детали должны крепиться на двух контактных крючках или на одном широком. Поверхности контакта подвески с деталями и контактной шиной, следует тщательно зачистить шкуркой с последующей очисткой. Подвески, за исключением мест контактов, также должны быть изолированы. Особенно тщательно изоляция должна быть выполнена для деталей, которые хромируют всаморегулирующихся кремнефторидных электролитах, обладающих высокой агрессивностью.

Любые изоляционныематериалы, имеющие органическую природу, могут окисляться при длительном нахождении вгорячем хромовокислом электролите, тем самым, загрязнять его примесями. Поэтому все изоляционные материалы, применяемые при толстослойном износостойком хромировании, должны быть химически стойкими в щелочных обезжиривающих растворах и должны выдерживать, не разрушаясь и не окисляясь, длительное воздействие сильнокислого хромового электролита, при температуре 50-70оС.

Рисунок 2

Необходимо обеспечить возможность, чтобы все участки поверхности детали были равноудалены от поверхности анода. При монтаже подвески необходимо проследить за тем, чтобы детали не закрывали друг друга. Низкая кроющая способность ванны хромирования требует применения точно продуманных подвесок и желательно отформованных анодов. Также надо иметь ввиду, что без использования вспомогательных анодов, на углубленные места детали, хромовое покрытие может не осадиться.

Помимо этого, надо помнить, что процесс хромирования сопровождается обильным газообразованием и накапливающиеся в углубленных местах (при неправильном положении детали), пузырьки газа, будут препятствовать осаждению хромового покрытия. Правильный и неправильный способ хромирования детали показан на рис.2. При неправильном расположении электродов видна зона на поверхности покрываемой детали, где скапливается газ. Следовательно, здесь толщина покрытия будет значительно меньше, чем на остальной поверхности, и на этом участке возможен питтинг.

Рисунок 3

Для защиты ребер разного профиля, острых углов, выступов и тому подобных элементов на покрываемых деталях от избыточного концентрирования на них силовых линий тока, применяют проволочные “защитные” экраны (катоды). Для создания такого экрана применяют тонкую проволоку диаметром 0,1-1,0 мм из любого подходящего материала (можно использовать медь, но лучше сталь), которую сгибают по профилю защищаемого ребра, выступа, края и т.д., и закрепляют на близком расстоянии (от 3 до 5 мм). Для защиты острого выступа на детали, проволочку защитного катода загибают в сторону острия. Проволоку используемую в качестве защитного катода соединяют с подходящим местом на детали или на подвеске, чтобы обеспечить к нему подвод тока, см. рис. 3. При использовании токопроводящих экранов следует учитывать, что расход электроэнергии и хим. реагентов при этом увеличивается.

В отличие от обычных этапов обработки поверхности перед нанесением различных гальванических покрытий, перед проведением процесса электролитического хромирования проводят специальную подготовку поверхности, к которой относится анодная активация, механическая и термическая обработка.Анодную активацию проводят при плотности тока 25-35 А/дм2, либо в отдельной ванне, содержащей электролит хромирования, либо в общей ванне, в которой затем, после переключения полярности, ведется процесс хромирования. В первом случае температура активации должна быть 47-53оС; во втором случае должна соответствовать той температуре, при которой, после активации будет проводиться процесс хромирования. Перед активацией детали выдерживают в электролите без тока с целью их прогрева. Длительность прогрева зависит от массы отдельной детали и может составлять от 30 до 90 секунд. Длительность анодной активации зависит от типа покрываемого материала (марки стали, сплава и т.д.) и толщины наносимого хромового покрытия.

Аноды для гальванического хромирования изготавливают из чистого свинца или сплава, состоящего из 92-95% свинца и 5-8% сурьмы. Аноды из чистого свинца мало используются, так как, находясь в ванне хромирования, такие аноды в большей степени покрываются нерастворимой и непроводящей пленкой хромовокислого свинца, чем аноды из сплава свинца и сурьмы. В большинстве случаев аноды изготавливаются плоскими или цилиндрическими. При хромировании детали сложной конфигурации аноду желательно придавать форму катода (форму поверхности детали).

При хромировании деталей из чугуна анодная активация проводится либо в течение 5-10 секунд, либо вообще не проводится, а заменяется химической активацией в 3-5%-ном растворе плавиковой кислоты. В этом случае температура активации должна быть 18-25оС, а продолжительность процесса 30-50 секунд. При осаждении хрома на детали, сделанных из меди или медных сплавов, или на детали, имеющих медные покрытия, анодная активация не проводится, так как медь и медные сплавы легко растворяются в электролите хромирования. Для исключения подтравливания и обеспечения прочного сцепления хромового покрытия с основным металлом, детали загружаются в электролит под током.

Механическая обработка имеет наибольшее значение при осаждении толстослойных износостойких хромовых покрытий. В случае, если при шлифовании возникают прижоги или шлифовочные трещины, хромовые покрытия на детали будут затем отслаиваются в таких местах или вообще могут не осаждаться, а при наличии трещин это может вызывать резкое снижение прочности или даже возможное разрушение всей детали. С целью исключения прижогов и шлифовочных трещин стальные детали шлифуются при режиме, применяемом для обработки хромовых деталей. Так, при осаждении защитного хромового покрытия толщиной 80-100 мкм шероховатость повышается в 1,5-2 раза. Термическая обработка проводится с целью уменьшения остаточных растягивающих напряжений, возникающих в результате шлифования деталей. Температура термической обработки должна быть такой же или на 10-20оС ниже температуры, при которой производился отпуск деталей в процессе термической обработки для получения заданных механических свойств стали.

Ванну хромирования следует загружать деталями одной и той же формы, и укрепленными на одинаковых подвесках. Подвески и контакты должны быть изготовлены из одних и тех же материалов. Контактные крючки рекомендуется изготавливать из бронзы или меди. В качестве материала для подвесок, применяют сталь, сечения подвесок рассчитывают, исходя из плотности тока 0,5 - 1,0 А/мм2. После проведения процесса хромирования, аноды рекомендуется очищать от окислов и налета, и хранить в емкости с водой.

Все предлагаемые меры, такие, как использование разбавленных электролитов хромирования, введение в электролиты бихромата калия или других солей, а также применение нестационарного режима электролиза, лишь в незначительной степени компенсируют плохое распределение тока в электролите хромирования.

Поэтому основным методом получения на деталях равномерных хромовых покрытий, является применение специальных технологических приемов и оснасток, и создание в электролизере оптимальных геометрических параметров (расположение анодов, расстояние от “зеркала” электролита и др.), улучшающих первичное распределение тока по поверхности катода. К ним относятся: выбор оптимального взаиморасположения катода (покрываемой детали) и анода, расстояния между ними; использование дополнительных катодов (располагающихся по краям деталей, чтобы не было пригаров), экранов, проводящих ток (для отвлечения избыточного тока от краев хромируемой поверхности); применение экранов из непроводящих материалов (предотвращающих прохождение тока к выступающим участкам катода); установка фигурных анодов (соответствующих профилю катода), дополнительных (внутренних) анодов и т.п., а также одинаковое расстояние (по возможности) между различными участками поверхности анода и катода.

Наиболее часто для улучшения распределения тока и получения равномерного хромированного покрытия используют проводящие и не проводящие экраны. Назначение экранов состоит в том, чтобы изменить путь силовых линий тока, затруднить доступ тока к определенным участкам поверхности детали, и тем самым выровнять распределение тока по покрываемой поверхности, предотвратить наращивание более толстого хромового покрытия в одном месте, и не покрытие в другом.

Рисунок 4

Экраны из непроводящих материалов, помещенные между выступающими участками деталей и анодами, изменяют путь силовых линий тока, уменьшают количество силовых линий тока поступающих к выступающим участкам катода, тем самым выравнивают распределение тока и позволяют получать равномерные хромовые осадки по всей покрываемой поверхности. Материал непроводящегоэкрана (оргстекло, винипласт, фторопласт) должен быть инертным по отношению к электролиту, а по механическим свойствам он должен быть достаточно жестким, чтобы его было удобно закреплять в устойчивом положении по отношению к месту, не подлежащему покрытию (Рис. 4).

Рисунок 5

Проводящие экраны(или защитные катоды) изготовленных из стали или других металлов, не растворяющихся в электролите хромирования, применяют для отвлечения избытка силовых линий тока от краев, выступающих частей и т.д., и служат для защиты от образования дендритов, от нарастания в этих местах детали более толстых покрытий, чем на остальной поверхности. Проводящие экраны, также, как и непроводящие, могут по разному размещаться по отношению к покрываемой детали.

Стальные защитные экраны должны быть установлены на детали или рядом с ней таким образом, чтобы отвлечь от краев хромируемой поверхности на себя избыточный ток. Степень отвлекающего действия таких экранов регулируется их формой, размерами и расстоянием от хромируемой поверхности. Иногда проводящему экрану придают форму

хромируемой поверхности и располагают его на детали так, чтобы он был как бы продолжением этой поверхности. Для обеспечения эффективности применения экранов осаждающийся на их поверхности хром следует периодически удалять. В противном случае вследствие роста на краях экрана дендритов ухудшается распределение тока и соответственно осаждение металла на поверхности хромируемой детали.

В качестве материала проводящего экрана можно использовать свинец. Этот металл достаточно мягкий, легко режется, его можно подравнять обычным ножом, для обеспечения плотного прилегания подбить молотком, в результате чего, экран становится геометрическим и электрическим продолжением покрываемой детали. (Рис. 5)

При хромировании углубления, имеющего например форму прямого угла, краю анода придают вытянутую, заостренную форму. Для получения равномерного хромового покрытия, например, при хромировании штампов, применяют профилированные аноды, воспроизводящие рельеф (форму) покрываемой поверхности.

Рисунок 6

Для покрытия углублений, внутренних поверхностей и глухих отверстий необходимо использовать дополнительные аноды.

При всех видах хромирования дополнительные аноды необходимы, т.к. в углублениях локальная плотность тока имеет очень маленькую величину и получаемое там хромовое покрытие либо имеет малую толщину, либо не осаждается совсем (рис. 6). 1,3,5,6,7,8 –приспособление для изоляции и крепления анода, 2-деталь, 4-внутренний анод

В связи с тем, что фигурные и вспомогательные аноды обычно располагаются близко к покрываемой детали, большое значение имеет точность их ориентации по отношению к участку деталей, где должна быть улучшена равномерность толщины осадка. Поэтому во избежание сдвига вспомогательного анода под действием газовыделения, перемешивания или случайного толчка, рекомендуется жёстко монтировать анод на подвеске, иногда даже на самой детали, применяя в обоих случаях надежную изоляцию анода и его крепления, и, подводя к нему ток от анодной штанги гибким проводом.

При хромировании внутренней поверхности цилиндрических деталей обязательно применение подвесного приспособления, обеспечивающего строго концентричное взаимное расположение анода и хромируемой поверхности. Неравномерное по высоте цилиндрической детали распределение силовых линий, из-за обильного газовыделения и неравномерного газонаполнения в ограниченном внутреннем пространстве, обуславливает необходимость применения конусообразных анодов, сужающихся сверху вниз.

Анод должен быть в 1,5-2 раза больше площади поверхности анода. Меньшая площадь поверхности анода по сравнению с хромируемой поверхностью приводит к накоплению трехвалентного хрома, что требует частой проработки электролита.

Условия электролиза выбирают в зависимости от типа хромируемых деталей и условий их эксплуатации. Наиболее распространенный в промышленности режим: 60 А/дм2 и 55±5 0С. (для твердого износостойкого хромирования). Осаждение износостойкого хрома из разбавленных растворов возможно и при более высоких температурах и плотностях тока. Как уже указывалось, внешний вид осадков хрома, полученных в сернокислых электролитах, зависит от катодной плотности тока и температуры раствора. Изменяя режим электролиза, можно получать матовые, серые, блестящие (износостойкие и защитно-декоративные) осадки хрома.

Твердые защитные износостойкие хромовые покрытия осаждают(обычно на сталь, алюминий или титан) из стандартных или разбавленных электролитов в интервале температур 45о- 65оС и диапазоне плотностей тока 30-100 А/дм2 (рис 7.) В общем случае, как уже указывалось, при 70-750С допустимая плотность тока в разбавленных электролитах может достигать 150 А/дм2, что, соответственно, приводит к повышению скорости осаждения и уменьшению продолжительности хромирования.

Для получения блестящих защитно-декоративных хромовых покрытий (обычная толщина таких покрытий (0,3-0,7 мкм) рекомендуют применять электролиты с концентрацией хромового ангидрида (Сг03)в пределах 300…450 г/л и серной кислоты (H,S04) соответственно, 3..4,5 г/л. Из-за того, что толщина блестящих декоративных покрытий хрома всего 0,3-0,7 мкм и не требуется большая скорость процесса осаждения, при защитно-декоративном хромировании обычно поддерживают низкую плотность тока в пределах 10-20 А/дм2, и температуру 48-500С. При этом, чем ниже к нижнему пределу рабочей температуры сама температура электролита, тем меньше интервал плотностей тока, при которых осаждаются блестящие хромовые покрытия.

Узкий интервал плотностей тока, при которых осаждаются блестящие хромовые покрытия, опасен тем, что из-за низкой рассеивающей способности электролита хромирования, на отдельных участках покрываемой поверхности детали, плотность тока может выйти за эти пределы и, тогда на них будут формироваться матовые, не блестящие хромовые покрытия. Поэтому при осаждении блестящих хромовых покрытий на детали надо особенно тщательно контролировать температурный режим (+-50 С)

Важнейшим и необходимым условием получения блестящих хромированных покрытий является наличие блестящей подложки. Блестящий хром можно получить только на блестящей основе. Поэтому поверхность детали должна быть тщательно отшлифована или отполирована, а последующие слои медных или никелевых покрытий также должны быть блестящими. Если хромовое покрытие получится не блестящим, то исправить этот дефект практически невозможно, так как хром, полученный при вышеуказанных условиях, очень плохо полируется.

Осадки молочного хрома получают из сульфатных электролитов при высоких температурах электролита (65-70°С) и относительно низких для процесса хромирования плотностях тока (25-35 А/дм2).

По окончании процесса хромирования, детали выгружают из ванны и вместе с подвесками промывают в холодной воде (в уловителеэлектролита) в течении 15-20 сек. Окончательно детали моют затем в холодной проточной воде.

Обработка после покрытия. Промытые и очищенные от изоляции детали иногда подвергают термической обработке при температуре 150-200°С в течение 2-3 ч, а затем механической обработке. Для шлифования применяют круги мягкие или средней твердости с размером зерна от 60 до 120. Шлифование ведут при интенсивном охлаждении жидкостью и при скорости круга 20-30 м/с, и выше. Скорость вращения детали—12-20 м/мин.

Примеси в электролитах хромирования и их влияние на свойства покрытий. Присутствие в процессе хромирования детали посторонних примесей в электролите может приводить к ухудшению качества хромовых покрытий. Причиной появления примесей часто является нарушение технологии процесса хромирования. Наименьшее накопление вредных примесей происходит в электролитах, используемых для блестящего декоративного хромирования. В этом случае из-за короткого времени нанесения блестящих покрытий толщиной 0,3-0,7 мкм, подвески с деталями постоянно выносят на своей поверхности электролит с примесями. Необходимость регулярно доливать или воду, или свежую порцию электролита, приводит к разбавлению раствора и к предотвращению накопления в нем примесей, в концентрациях, способных повлиять на качество хромового покрытия.

Ионы трехвалентного хрома. Ионы трехвалентного хрома Сг (III) являются неотъемлемой, одновременно необходимой и в то же время вредной (в больших количествах) примесью для всех типов хромовокислых электролитов хромирования. Изначально наличие некоторого количества ионов трехвалентного хрома при хромировании не только полезно, но и необходимо. При отсутствии в электролите ионов трехвалентного хрома невозможно получить покрытия удовлетворительного качества.

Предельно допустимое содержание ионов Сr для каждого электролита хромирования, как правило, определяется в соответствии с технологическими особенностями процесса и требованиями, предъявляемыми к качеству и функциональным характеристикам хромовых покрытий (блеску, твердости, износостойкости и др.). Вместе с тем, обычно рекомендуется поддерживать концентрацию трехвалентного хрома в электролите хромирования в пределах 3-5 г/л .

Осаждение хрома на стальные и чугунные детали. Для улучшения сцепления хромового покрытия с основой, стальные деталиперед хромированием подвергают анодной активации в хромовом электролите (когда наносится твердое защитное износостойкое хромовое покрытие). Существуют два способа анодной активации: непосредственно в электролите хромирования или в специальной ванне.

В первом случае,после того, как детали, после промывки перенесли в электролит хромирования, на них подается анодный ток, а затем, после переключения полярности штанг, осуществляется процесс хромирования. При таком способе в анодный период происходит не только активация стальных деталей, но и их протравливание (растворение), в результате чего в электролите могут накапливаться ионы железа.

Вовтором случае, который является более предпочтительным, для активации используют отдельную ванну с хромовокислым электролитом. Режим активации (как и после прогрева) 25-40 А/дм2, а температура 50-55оС. После активации деталь переносят в ванну хромирования без промежуточной промывки. При такой обработке исключается накопление железа в электролите хромирования.

Продолжительность анодной активации зависит от типа покрываемого материала и может составлять от 30 сек. до 2-х минут. Если при активации в отдельной ванне детали перед хромированием нагреются до нужной температуры, то необходимость последующего прогрева в ванне хромирования отпадает.

Если активация производится непосредственно в ванне хромирования, то перед активацией стальные детали выдерживают в электролите без тока для их прогрева до температуры электролита. Длительность прогрева зависит от массы каждой отдельной детали, и может составлять 20 - 90 сек. Эта операция необходима для получения удовлетворительного качества покрытия и прочного сцепления хрома с основой. В некоторых источниках рекомендуют предварительно прогревать детали в горячей воде. Но полезность такой рекомендации сомнительна: стальные детали будут коррозировать (ржаветь) в горячей воде, продукты коррозии будут переноситься в ванну хромирования, что приводит к загрязнению электролита и накоплению в нем ионов железа, являющихся вредной примесью. Температура воды в емкости для промывки непосредственно перед хромированием, должна быть достаточна горячей, чтобы детали нагревались уже при промывке.

После анодной активации и изменения полярности, процесс хромирования детали начинают с “толчка” тока, при котором, плотность тока обычно в 2-3 раза превышает стандартную (рабочую). Продолжительность “толчка” тока составляет от 20 сек. до 1 минуты. Затем в течение 1-1.5 мин. плотность тока снижают до рекомендуемой величины. Кратковременное повышение плотности тока необходимо, так как во время этого, удается прокрыть углубленные участки поверхности и тем самым, предотвратить возможное подтравливание основы в начальной стадии процесса гальванического хромирования.

Осаждение хрома на медные, латунные или бронзовые детали. Блестящие защитно-декоративные хромовые покрытия не рекомендуется осаждать непосредственно на медное, латунное или бронзовое покрытие или основу. Связано это с тем, что блестящие хромовые покрытия имеют высокую пористость и большое количество практически невидимых глазу микротрещин. Из за чего, при эксплуатации таких покрытий в атмосферных условиях, медь и её сплавы взаимодействуя с атмосферными газами, будут быстро коррозировать с образованием углекислой и других солей меди, а продукты коррозии, выходящие через поры и микротрещины на поверхность хромового покрытия, будут приводить к быстрому ухудшению внешнего вида хромированной детали. Втех же случаях, когда хромировать детали из меди, латуни или бронзы необходимо, толщина хромового покрытия должна быть не менее 4-5 мкм. При этом поверхность таких деталей обычно предварительно полируются до высокой степени глянца. Медные и латунные детали, а также детали, имеющие медное покрытие, нельзя предварительно нагревать в электролите хромирования, т.к. эти металлы активно растворяются в хромовой кислоте и быстро загрязняют электролит ионами меди. Хромирование медных деталей после нагрева в горячем хромовом электролите может привести к матовости покрытия, поэтому необходимо проводить предварительный нагрев медной детали в отдельной ванне с горячей водой.

Чтобы уменьшить растворение (подтравливание) меди и обеспечить прочное сцепление хромового покрытия с основой, подвески с медными деталями рекомендуется опускать в электролит хромирования по возможности быстро, с тем, чтобы уменьшить время, в течение которого детали находятся в электролите не под током.

Для того, чтобы избежать подтравливания, напрашивается решение опускания детали в ванну под током. Однако на практике такой способ реализовать не очень просто, поскольку ток начинает протекать только в тот момент, когда подвеска с деталями коснется опоры катодной штанги, т.е. когда детали уже полностью находятся в электролите. С другой стороны, если к подвеске с деталями обеспечить подвод тока от силового преобразователя, то на тех деталях, которые первыми опустятся в электролит, будет сразу слишком высокая плотность тока, что приводит к появлению нагара на нижних кромках деталей и ухудшению качества всего хромового покрытия. Для того чтобы предотвратить это, можно опускать детали, подавая на них низкий ток, а как только все детали окажутся полностью погруженными в электролит, ток повышают до рабочего значения.

В качестве примера, показывающего пути предотвращения подтравливания, можно привести особенности технологии хромирования, применяемой в полиграфии, где хромовые покрытия, для придания покрываемым деталям большей твердости, наносят на медные матрицы. В офсетной печати на стальные пластины, покрытые слоем меди, обычно наносят хромовое покрытие толщиной до 1 мкм. Омедненные пластины погружают в электролит хромирования при минимальном токе, который, после полного погружения пластин повышается до необходимого значения. Хромирование ведут в электролите стандартного состава при температуре 38-40°С и плотности тока 10-14 А/дм2.

Осаждение хрома на хромированные детали. Необходимость осаждения хрома на хромвозникает при осаждении двухслойного хрома из двух различных электролитов, при получении осадка недостаточной толщины или при продолжении хромирования после, например, отключения подачи тока. Во всех вышеперечисленных случаях при прекращении подачи тока на поверхности хромового покрытия быстро образуется тонкая оксидная пленка, которая не позволяет получить прочно сцепленный осадок с покрытием при последующем хромировании. Прочное сцепление основного слоя хрома с ранее осажденным хромовым покрытием, возможно только после удаления оксидной пленки. Поэтому хромированные детали, для удаления оксидной пленки, сначала обрабатывают анодным током (при плотности тока 20-30 А/дм2 в течении 30-40 сек.), а после переключения полярности тока, процесс электролитического хромирования проводят при как можно более низкой плотности тока, которую постепенно в течение 3-5 мин. повышают до рабочего значения. Для хромирования по хрому используют саморегулирующиеся кремнефторидные или фторидные электролиты хромирования, обладающие более сильным, чем сернокислые электролиты, активирующим и растворяющим действием.

Осаждение хрома на подслой никеля. Хром идеально осаждается на никелевуюповерхность. Одной из особенностей никелевых покрытий является их ярко выраженная склонность к пассивации. Если никелевое покрытие находится на воздухе более двух минут, оно покрывается невидимой пассивной пленкой, которая будет препятствовать получению хорошего сцепления с наносимым покрытием. Для того, чтобы избежать последствий возможной пассивации никелевого подслоя и обеспечить надежное сцепление слоя хрома с никелем, разрыв между операциями никелирования и осаждения хрома должен быть сведен к минимуму. В этом случае после никелирования, перед последующим нанесением тонкого слоя блестящего хрома обычно никакой специальной обработки (активации) не требуется. За то, достаточно короткое время, какое подвеска переносится из ванны никелирования в ванну промывки, и после промывки в ванну хромирования, оксидная пленка на детали не успевает образоваться.

impgold.ru

Хромирование в машиностроение

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ 3 стр.

2. ХРОМИРОВАНИЕ 8 стр.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 10 стр.

4. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ 11стр.

5. РЕЖИМЫ ХРОМИРОВАНИЯ 12стр.

6. ПРИГОТОВЛЕНИЕ, КОРРЕКТИРОВАНИЕ И РАБОТА ХРОМОВЫХ ВАНН 13стр.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА 13стр.

КОРРЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА 14стр.

АНОДЫ 14стр.

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ 14стр.

РАБОТА ХРОМОВОЙ ВАННЫ 15стр.

УДАЛЕНИЕ ПОКРЫТИЯ 16стр.

ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ 16стр.

7. ТЕХНОЛОГИЯ ХРОМИРОВАНИЯ 18стр.

ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОЕ ХРОМИРОВАНИЕ 18стр.

ПОКРЫТИЯ МОЛОЧНЫМ ХРОМОМ 19стр.

ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ ХРОМОМ 19стр.

УСЛОВИЯ ХРОМИРОВАНИЯ 20стр.

ХРОМИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ 25стр.

КОНТРОЛЬ 25стр.

8. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХЛИНИЙ ХРОМИРОВАНИЯ 27стр.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ХРОМИРОВАНИЯ 27стр.

9. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 29стр.

10. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 30стр.

Общая характеристика электрофизикохимических технологических процессов

К электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов относят методы изготовления формы, размеров, шероховатости и свойств обрабатываемых поверхностей заготовок, происходящие под воздействием электрического тока и его разрядов, электромагнитного поля, электронного или оптического излучения, плазменной струи, а также высокоэнергетических импульсов и магнитострикционного эффекта.

Отличительной особенностью этих методов является использование электрической энергии непосредственно для технологических целей без промежуточного преобразования ее в другие виды энергии. Причем использование, электрической энергии осуществляется непосредственно в рабочей зоне через химические, тепловые и механические воздействия.

К этим методам относят также и различные сочетания (совмещения) в одном процессе нескольких из указанных способов воздействия между собой или с традиционными методами обработки резанием или давлением. Такие методы называют комбинированными.

Большинство процессов электрофизикохимической обработки сопровождается удалением с обрабатываемой поверхности заготовок припусков. Такие процессы и операции относят к размерной обработке (размерное формообразование).

Некоторые процессы осуществляются без снятия припуска с обрабатываемых поверхностей – их относят к безразмерной (отделочной) обработке.

Основные, технологические особенности и достоинства ЭХМО по сравнению с традиционными технологиями, основанными преимущественно на силовом контактном воздействии инструмента на заготовку следующее:

1. Возможность обработки широкого круга материалов с разнообразными механическими, электрическими, оптическими и другими свойствами. По меньшей мере для каждого материала можно подобрать наиболее эффективный процесс.

2. Незначительное механическое воздействие на заготовку благодаря тому, что либо вообще отсутствует инструмент, либо процесс бесконечный.

3. Получение сложных конфигураций, широкие пределы возможных размеров обрабатываемой поверхности от объектов так называемой нанотехнологии до крупногабаритных деталей.

4. Незначительная технологическая наследственность процессов, то есть возможность проведения обработки в режимах, не создающих сеточного воздействия на свойства вещества детали.

5. Возможность интенсификации многих технологических процессов механической обработки (резанием и давлением), нанесение покрытий, сварки, пайки и др. выполняемых традиционными методами с большой трудоемкостью и низким качеством обработки.

6. Возможность механизации и автоматизации основных технологических и вспомогательных переходов вплоть до применения робототехнических средств и комплексной автоматизации операций и процессов.

7. Возможность сокращения расходования остродефицитных и других инструментальных сталей и сплавов, а также потерь обрабатываемых материалов.

Однако методы электрофизикохимической обработки имеют недостатки и ограничения, которые обусловлены их физической сущностью и спецификой:

1. Повышенная энергоемкость процессов при равнозначных с механической обработкой производительности и качественных показателях.

2. Относительная громоздкость применяемого технологического оборудования и оснастки, а также необходимость применения во многих случаях специальных источников питания электрическим током, устройств для подачи, сбора, хранения и очистки рабочей жидкости.

3. Необходимость размещения технологического оборудования в отдельных помещениях, связанная с учетом повышенной пожарной опасности и выполнением специфических требований безопасности труда.

В настоящее время к электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов относятся:

1. Электроэрозионная обработка.

2. Электрохимическая обработка.

3. Ультразвуковая обработка.

4. Плазменная обработка (все виды включая ионно-плазменную, ионно-импульсную, высокотемпературной плазмой и т.д.).

5. Детонационная обработка.

6. Электронно-лучевая обработка.

7. Лазерная обработка.

8. Комбинированная обработка.

Эти методы применяются:

1. Для обработки материалов, имеющих плохую обрабатываемость лезвийным и абразивным инструментами (высоколегированные стали, твердые сплавы, ферриты, керамика, полупроводниковые материалы, рубин, кварц и др.);

2. Обработки миниатюрных нежестких деталей;

3. Обработки деталей сложной формы с пазами и отверстиями микронных размеров (выводные рамки корпусов микросхем, маски фотошаблонов, трафареты и т.п.);

4. Изготовление гладких отверстий и пазов.

Подготовка деталей к обработке ЭФХМО заключается в обезжиривании, промывке, травлении, повторной промывке и сушке. Небольшие детали с плоскопараллельными поверхностями перед ультразвуковой, электронно-лучевой и световой обработками приклеивают к стеклянной подложке и крепят с ее помощью к столу.

Электроэрозионные методы обработки.Общая характеристика процессов ЭЭО.

Электроэрозионные методы обработки основаны на законах эрозии (разрушения) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного или постоянного электрического тока.

К этим методам относят: электроискровую, электроимпульсную, высокочастотную и электроискровую и электроимпульсную, электроконтактную обработку.

По достижении импульсным напряжением определенного значения между электродом-инструментом (4) и электродом-деталью (1) в диэлектрической жидкости (2) происходит электрический пробой. При этом от электрода, который в данный момент является катодом, отделяется стример (3) и направляется к аноду, ионизируя на своем пути жидкость. В результате этой фазы (её длительность 10-9–10-7 с) образуется канал сквозной проводимости и сопротивление межэлектродного промежутка снижается от нескольких МОм до долей Ом (а).

Рис. Схема физических процессов в межэлектродном промежутке при электроэрозионной обработке.

Через канал проводимости виде импульса выделяется электрическая энергия, накопленная в источнике питания (б). при этом происходит электрический разряд (5), длительность которого составляет 10-6–10-4 с, для которого характерно падающая вольт-амперная характеристика. Разряд проходит искровую и дуговую стадию. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда и приэлектродных областях развиваются высокие температуры. Под их воздействием образуется паро-газовая полость (7). В приэлектродных областях (8) происходит плавление и испарение микропорций металла на поверхности электрода. В результате развивающегося давления капли жидкого металла (6) выбрасываются из зоны разряда и застывают в окружающей электроды жидкой среде в виде мелких сферических частиц (9) (в).

После пробоя электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Следующий разряд возникает в другом месте между другими неровностями поверхностей электродов. При этом электрод-инструмент получает возможность внедряться в обрабатываемую деталь.

По технологическим признакам ГОСТ 25331–82 устанавливает следующие виды ЭЭО:

– отрезка;

– объемное копирование;

– вырезание;

– прошивание;

– шлифование;

– доводка;

– маркирование;

– электроэрозионное упрочнение.

Электроэрозионная обработка может осуществляться профилированным или непрофилированным электродом-инструментом (ЭИ). В первом случае его размеры и форма рабочих поверхностей определяются в соответствии с заданной повторяемостью изготавливаемой деталью. Во втором электрод-инструмент имеет простейшую конструкцию (проволока, диск или стержень), а его размеры лишь частично связаны с размерами электрода-детали.

Методы электроэрозионной обработки.

При электроискровой обработке используют импульсные искровые разряды между электродами, один из которых обрабатываемая заготовка (анод), а другой – инструмент (катод).

Напряжение источника электрической энергии 100–200 В. Продолжительность импульса составляет 20 – 200 мкс.

В зависимости от количества энергии, расходуемой в импульсе, режим обработки делят на жесткий или средний – для предварительной обработки и мягкий или особо мягкий – для отделочной обработки. Мягкий режим обработки позволяет получать размеры с точностью до 0,002 мм при шероховатости поверхности 0,63–0,16 мкм.

Производительность обработки составляет от 7,5 до 1900 мм3/мин.

Электроискровым методом обрабатывают практически все токопроводящие материалы, но эффект эрозии при одних и тех же параметрах электрических импульсов различен. Зависимость интенсивности эрозии от свойств металла называют электроэрозионной обрабатываемостью. За единицу принята электроэрозионная обрабатываемость стали (Сталь45), тогда для твердых сплавов она будет – 0,5; титан – 0,6; никель – 0,8; медь – 1,1; латунь – 1,6; алюминий – 4 и т.д.

Электроискровым методом целесообразно обрабатывать твердые сплавы, трудно обрабатываемые металлы и сплавы, тантал, молибден и др. материалы.

Рис. Схема электроэрозионной отрезки.

Электрод-инструмент (2) перемещается со скоростью vпэи по отношению к заготовке. Заготовка не подвижна. Заготовка (1) перемещается со скоростью Vпз.

Операцию выполняют с погружением в ванну с рабочей жидкостью.

Рис. Электроэрозионное объемное копирование.

Обработка производится прямым копированием электрода-инструмента (2) на заготовку (1) в ванне с рабочей жидкостью с прокачкой или без прокачки ее через каналы (3) в ЭИ. Для стабилизации обработки используют вибрацию ЭИ (fэи), а для повышения точности обработки – осцилляцию (θоэи) в процессе перемещения электрода в направлении заготовки (θпэи).

Рис. Электроэрозионное прошивание.

Подача электрода-инструмента со скоростью vпэи относительно заготовки и вибрация с частотой fэи

Обработка производится прямым копированием в ванне с рабочей жидкостью с одновременной прокачкой ее через электрод-инструмент или без прокачки и т.д.

При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой длительности (500–10000 мкс), в результате чего происходит дуговой разряд.

Большие мощности импульсов получаемые от электронных или машинных генераторов тока, обеспечивают высокую производительность процесса обработки.

Электроимпульсная обработка производится при напряжениях генератора импульсов U=18–36 В.

При электроимпульсной обработке съем металла в единицу времени в 8–10 раз больше, чем при электроискровой обработке, однако точность размеров и шероховатость обработанных поверхностей ниже.

Высокочастотная электроискровая обработка применяется для повышения точности и уменьшения шероховатости поверхностей обработанных электроимпульсным методом. Метод основан на использовании электрических импульсов малой мощности при частоте 100-150 кГц.

Полярность включения электрода-инструмента и заготовки – прямая. Точность выше, а шероховатость поверхности ниже, чем при электроискровой обработке.

Создание первых производственных установок по хромированию относится к концу 20-х годов текущего столетия. За истекший период времени хромовые покрытия, по сравнению с другими гальваническими покрытиями, получили наиболее широкое распространение. Такое положение объясняется ценными свойствами хрома, позволяющими сочетать в покрытии красивый внешний вид и коррозионную стойкость с высокой твердостью и износостойкостью.

Важной областью хромирования являются защитно-декоративные покрытия. Наряду с этим хромовые покрытия получили широкое распространение в машиностроении для увеличения износостойкости новых деталей машин и инструмента, а также для восстановления изношенных деталей. Последнее приобрело особенно большое значение при ремонте двигателей внутреннего сгорания в связи с созданием технологии пористого хромирования.

Однако применение электролитического хромирования для восстановления изношенных деталей машин ограничивается глубиной износа. В случаях, когда величина износа достигает 0,7 – 1,0 мм хромирование становится нерациональным, так как при большой толщине слоя покрытия продолжительность процесса осаждения велика, а осажденный металл имеет склонность к скалыванию.

В этих случаях может быть применено железнение. Твердость и износостойкость электролитического железа значительно ниже, чем хрома. Поэтому железненные детали подвергаются дополнительно хромированию или цементации.

Нельзя забывать так же о том, что шламы гальванических процессов являются основным источником загрязнения почвы, водоемов и сельскохозяйственных угодий. При неэффективной очистке гальваностоков тяжелые металлы попадают в природные водоемы, почву и по пищевым цепям доходят до человека. Аналогичная ситуация возникает при выщелачивании тяжелых металлов кислотными дождями и природными органическими кислотами из шламов в местах их захоронений. Таким образом, круг замыкается, и растворы солей тяжелых металлов в конечном итоге попадают в водоемы.

В настоящее время гальванические производства имеют практически все предприятия машиностроительной, электротехнической и других отраслей промышленности России. Переработка гальванических шламов для предприятий обременительна, поэтому после нейтрализации (перевода в менее растворимые соединения) направляются на захоронение. Однако это не решает проблемы сохранения окружающей среды. Поскольку и после нейтрализации шламы являются в той или иной степени токсичными. Попадание ионов тяжелых металлов в почву и воду вызывает антропогенные геохимические аномалии в атмосфере, гидросфере, приводит к ослаблению жизнедеятельности почвенных бактерий, определяющих плодородие почвы, оказывает вредное воздействие на живые организмы растительного и животного мира. В частности хром является весьма канцерогенным веществом, вызывающий опухолевые процессы.

В последнее время установлено, что ионы тяжелых металлов нарушают работу кальмодумина – основного регулятора процессов жизнедеятельности организма, в результате чего развиваются наследственные болезни, сердечно-сосудистые расстройства, рак и др.

К концу ХХ века из ежегодно образовывающихся в России более чем 20 млн. тонн неутилизируемых высокотоксичных промышленных отходов 0,75 млн. тонн составили гальваношламы.

Несмотря на значительное снижение объемов гальванического производства в последние годы, которое по некоторым оценкам достигло 40-50 %, проблема утилизации гальванических шламов и сточных вод гальванического производства остается для Российской Федерации одной из наиболее важных.

Хром – элемент 6-й группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Его атомный номер 24, атомная масса 51,99. До хрома ни один элемент периодической системы не выделяется электролизом из водных ресурсов.

Физические свойства хрома следующие: температура плавления 1890 - 1900 оС; плотность (при 20 оС) 6,9 7,2 г/см3; температурный коэффициент линейного расширения (при 20 оС) 6,6  10-6 К-1; удельная теплоемкость 0,46  103 Дж /(кг  К).

Соединения шестивалентного хрома являются сильными окислителями. Все хромовые кислоты относятся к сильным; по мере усложнения их состава степень их диссоциации в разбавленных растворах возрастает. Оксид Cr2 O3 обладает амфотерными свойствами. Соединения Cr2++, обладающие основными свойствами, неустойчивы.

Электрически осажденный хром обладает рядом ценных свойств: высокой твердостью, износоустойчивостью, термостойкостью и химической устойчивостью.

Хром обладает большой стойкостью против воздействия многих кислот и щелочей: он нерастворим в растворах азотной и серной кислот, в соляной и горячей серной кислотах легко растворяется, на воздухе и под действием окислителей пассивируется – на его поверхности образуется тонкая окисная пленка. Хром положительный потенциал и не обеспечивает при наличии в покрытии пор электрохимической защиты от коррозии стальных деталей.

Хорошо полированная поверхность хрома имеет высокие декоративные качества, которые отличаются стабильностью во времени: хром не тускнеет даже после нагрева до 670 – 720 К. Сернистые соединения на хром не действуют.

Хромовые покрытия применяют в следующих случаях:

  1. Для защитно-декоративных целей. Хромовое покрытие с подслоем меди и никеля хорошо защищает сталь от коррозии, придавая изделиям красивый внешний вид. Защитно-декоративному хромированию подвергают детали автомобилей, велосипедов, приборов и т.п.

  2. Для увеличения отражательной способности. Отражательная способность хромового покрытия уступает лишь отражательной способности серебра и алюминия, однако вследствие более высокой стойкости против окисления отражательная способность хрома более стабильна. Хромовое покрытие поэтому широко используется в производстве зеркал, отражателей, прожекторов.

  3. Для увеличения износоустойчивости. Хромирование с этой целью используется в инструментальном производстве при отделке мерильных инструментов, фильер для волочения металлов и т.п. Большой эффект дает хромирование штампов и матриц при изготовлении различных изделий из резины, пластмасс, кожи, стекла. В этом случае хромовое покрытие не только обеспечивает износостойкость, но также исключает налипание прессуемых материалов к поверхности матриц. Хромовое покрытие значительно снижает смачиваемость стенок форм расплавленным стеклом или металлом. Значительное повышение износостойкости трущихся поверхностей стенок цилиндров и поршневых колец двигателей внутреннего сгорания достигается при применении процессов пористого хромирования.

  4. Для восстановления изношенных размеров. Наращивание слоя хрома на изношенные поверхности термообработанных валов, втулок позволяет восстановить размеры деталей и этим увеличить срок эксплуатации изделий.

Толщина хромовых покрытий устанавливается в зависимости от условий эксплуатации и назначения покрытий по отраслевой нормативно-технической документации и имеет следующие значения, мкм:

Защитно-декоративные: по никелевому подслою ……………………………………………………………….0,5 - 1,5

для деталей из меди и ее сплавов…………………………………………………...…6,0 – 9,0

Повышающие износостойкость пресс-форм, штампов и т.п…………………………9 – 60

Восстанавливающие изношенные размеры……………………………………………до 500

4. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ.

Электролитическое хромирование применяется для внешней отделки изделий, повышения износостойкости, для защиты от коррозии и в ряде других случаев.

Декоративные и защитно-декоративные покрытия хромом отличаются долговечностью. Поэтому многие изделия, и в особенности работающие в тяжелых условиях эксплуатации, подвергаются декоративному хромированию: например, детали автомобилей, самолетов, вагонов, приборов, а также инструменты и изделия бытового характера.

Полированные хромовые покрытия обладают хорошей отражательной способностью. Коэффициент отражения света хромом достигает 70%. Эта величина несколько меньше, чем для серебра, но зато хром не тускнеет на воздухе. Поэтому хромирование используется в производстве различного типа фар и других малоответственных светоотражателей. Наряду с этим, из хромового электролита возможно осаждение черного хрома, применяющегося для уменьшения коэффициента отражения света.

Износостойкие хромовые покрытия применяются для многих инструментов и деталей машин, работающих на трение. К хромированию прибегают при покрытии новых деталей, а также при восстановлении изношенных, потерявших размеры во время работы на трение. Большое значение имеет исправление деталей, забракованных по размерам.

Номенклатура деталей, подвергаемых хромированию для повышения износостойкости, достигает больших размеров: детали мерительных инструментов, предельные калибры, режущий инструмент – метчики, сверла, развертки, фрезы, протяжки, долбяки и пр., инструмент для холодной обработки металлов давлением – волочильные глазки, пуансоны и матрицы для листовой штамповки, штампы для холодной штамповки и т.д.

Благодаря хромированию не только увеличивается срок службы деталей, но часто повышается качество выпускаемой продукции. Это наблюдается при хромировании валиков бумагопрокатных станов, штампов и прессформ для обработки неметаллических материалов и резины. Здесь важное значение имеют химическая стойкость и плохая смачиваемость хрома, что обеспечивает легкое отделение от формы и блеск отпрессованных деталей.

Применение износостойких хромовых покрытий для восстановления изношенных деталей станков и двигателей внутреннего сгорания позволяет во много раз увеличить срок их службы. Примерами подобных деталей могут служить шпиндели станков, шейки коленчатых валов, распределительные валики, толкатели клапанов, поршневые пальцы, шейки валиков различных агрегатов и другие детали.

Важной областью использования износостойких хромовых покрытий является хромирование цилиндров или поршневых колец двигателей внутреннего сгорания. Однако для этих деталей, работающих в условиях ограниченной смазки и высоких удельных нагрузок, положительного эффекта от хромирования можно ждать лишь при покрытии пористым хромом.

Хромовые покрытия нашли применение также для защиты изделий от коррозии. Хром, осажденный при определенных условиях электролиза, обеспечивающих получение беспористых осадков при толщине слоя 40 – 50 мк, защищает стальные изделия от атмосферной коррозии и коррозии в морской воде.

5. РЕЖИМЫ ХРОМИРОВАНИЯ.

Они оказывают большое влияние на свойства хромового покрытия и на его качество.

Для улучшения кроющей способности сульфатных электролитов сразу же после загрузки деталей дается ток, в 1,5 раза превышающий расчетное значение (“толчок” тока); через 15-30 с значение тока снижается до номинального. При хромировании стальных деталей вначале дается ток противоположного направления для анодного растворения окисных пленок, а затем “толчок” тока в прямом направлении, как указано выше. “Толчок” тока особенно необходим при хромировании деталей из чугуна.

Табл. Режимы хромирования

Вид хромирования

Температура, К

Плотность тока, А/дм2

Защитно-декоративное (блестящее)

Износостойкое (твердое)

Молочное

320-325

330-332

324-334

15-25

30-50

25-35

Пористое хромирование. Для хромовых покрытий, за исключение “молочных”, характерно наличие пор и сетки мелких трещин, которые снижают защитные свойства покрытия. С целью улучшения условий для удержания смазочных масел в условиях больших нагрузок на поверхность трудящихся деталей размеры пор и трещин увеличивают анодной обработкой в том же электролите, где происходило осаждение хрома.

Приготовление и корректирование электролитов.Для приготовления электролитов раздробленные куски хромового ангидрида помещают непосредственно в рабочую ванну, наполненную до уровня водопроводной водой, нагретой до температуры 330-350 К. Растворение хромового ангидрида ведут при непрерывном помешивании.

  1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ, КОРРЕКТИРОВАНИЕ И РАБОТА ХРОМОВЫХ ВАНН.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА.

Химикаты для хромирования. Электролиты для хромовых ванн приготовляются из двух основных компонентов – хромового ангидрида и серной кислоты.

Хромовый ангидрид CrO3. Молекулярный вес 100. Удельный вес 2,7. По ГОСТ 2548-44 в техническом хромовом ангидриде, применяемом для приготовления электролитов, допускается содержание следующих примесей:

Серной кислоты не более 0,4%

Посторонних металлов в сумме не более 0,007%

Хлора не более 0,0006%

Нерастворимого остатка не более 0,22%

Хромового гидрида не менее 99,2%

Примесь азотной кислоты не допускается.

Выпускаемый отечественною промышленностью хромовый ангидрид представляет собой плавленую кристаллическую массу темно-красного цвета. На воздухе хромовый ангидрид поглощает влагу.

Серная кислота h3SO4. Молекулярный вес 98,08. Удельный вес 1,84. Для приготовления электролита используется чистая серная кислота, ГОСТ 4204-48. В порядке исключения допускается применение технической кислоты.

Серная кислота бесцветна. Присутствие органических примесей может вызвать коричневый оттенок, что, однако, не мешает использованию серной кислоты для хромового электролита.

Составление электролита. Для приготовления электролита рассчитанное количество хромового ангидрида дробится на небольшие куски, загружается в ванну хромирования и заливается для лучшего растворения водой, подогретой до 60-80о. При этом можно использовать водопроводную воду, не загрязненную железом, однако, в районах с жесткой водопроводной водой для этих целей необходимо пользоваться конденсатором или даже дистиллированной водой.

После растворения хромового ангидрида раствор перемешивают и определяют в нем содержание CrO3 по удельному весу.

Раствор после тщательного перемешивания подвергают анализу и, установив действительное содержание CrO3 и h3SO4, подсчитывают и дополнительно вводят недостающее количество компонентов.

Проработка электролита. Для нормального осаждения хрома рекомендуется содержание в электролите небольшого количества Cr3+, около 2-4 г/л. В готовом электролите производят пробное хромирование.

Замена хромового электролита производится через 1-2 года и зависит от интенсивности эксплуатации ванны и загрязнения ее примесями.

При эксплуатации ванны следует учитывать, что в процессе электролиза концентрация трехвалентного хрома в электролите изменяется в зависимости от конфигурации деталей. Так, при хромировании деталей, площадь покрытия которых больше площади анода, например, при хромировании внутренней поверхности цилиндра, концентрация трехвалентного хрома в электролите постепенно возрастает. Если же площадь детали – катода значительно меньше площади анода, что имеет место при хромировании наружных цилиндрических поверхностей, то содержание трехвалентного хрома в электролите понижается.

КОРРЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА.

Для поддержания постоянной концентрации CrO3 и h3SO4 электролит периодически корректируют путем введения в него новых порций хромового ангидрида и серной кислоты.

Количество добавляемого в ванну хромового ангидрида определяется на основании удельного веса электролита или результатам анализа. Добавление в ванну CrO3 осуществляется ежедневно.

Корректирование электролита серной кислотой производится значительно реже. Один раз в 7-10 дней электролит подвергают анализу на содержание трех- и шестивалентного хрома и серной кислоты. На основании анализа рассчитывают недостающее количество h3SO4 и вводят его в электролит. После этого электролит тщательно перемешивают и дают ему отстояться. Поэтому серную кислоту рекомендуется вводить в ванну во время перерывов в работе.

АНОДЫ.

Материалом анодов для ванны хромирования служит чистый свинец или сплав, состоящий из 92-93% свинца и 8-7% сурьмы. Аноды из сплава Pb или Sb в меньшей степени покрываются нерастворимой и непроводящей пленкой хромовокислого свинца, чем аноды из чистого свинца.

Во время электролиза выделяющийся на аноде кислород, взаимодействуя со свинцом, образует на его поверхности темно-коричневого цвета непроводящую пленку перекиси свинца. Сопротивление анода в процессе электролиза увеличивается и поэтому через определенные периоды работы ванны необходимо аноды чистить. При непрерывной работе ванны и высоких плотностях тока очистку анодов производят один раз в смену или после окончания цикла электролиза.

Удаление окисной пленки с анодов производится путем обработки их в соляной кислоте, разбавленной 1:1, или в 10-процентном растворе едкого натра. После этого аноды промываются водой.

По форме аноды изготавливаются в большинстве случаев плоскими и цилиндрическими. Однако в следствие плохой рассеивающей способности хромового электролита, при покрытии деталей с глубоким рельефом очертания анода должны определяться формой катода.

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ.

По мере работы хромовой ванны в электролите могут накапливаться железо, медь и некоторые другие металлы.

Железо по мере накопления в электролите (главным образом вследствие анодного декапирования стальных и чугунных деталей), подобно трехвалентному хрому, суживает интервал получения блестящих осадков. Допустимое содержание железа в электролите 8-10 г/л. На практике иногда содержание железа в электролите достигает 20-250 г/л, но при этом сильно снижается выход хрома по току. Удалить из хромового электролита чрезвычайно сложно. Поэтому электролит с большим содержанием железа обычно заменяют новым.

В настоящее время имеются указания на возможность осаждения железа желтой кровяной солью. Предполагается, что реакция между желтой кровяной солью и железом, находящимся в хромовом электролите в виде окисной сернокислой соли, протекает по следующему уравнению:

3K4Fe (CN)6 + 2Fe2 (SO4)3 = Fe4 [Fe (CN)6]3 + 6K2SO4

Для удаления железа желтую кровяную соль, взятую из расчета 5,6 г на 1 г железа в электролите, растворяют в малом объеме воды и при перемешивании вливают в электролит небольшими порциями. Образующемуся осадку берлинской лазури дают отстояться, после чего электролит осторожно сливают. При этом важно избегать введения избытка желтой кровяной соли, в присутствии которого не образуется осадок берлинской лазури.

Действие, подобное железу, оказывают медь, цинк и другие металлы. Содержание меди в электролите допускается 5-7 г/л.

Необходимо иметь в виду, что ванны хромирования мало чувствительны к примесям других металлов. Поэтому при неполадках в работе ванны не следует искать причину в загрязнении ее теми или иными соединениями металлов.

Безусловно вредное действие на процесс хромирования оказывает азотная кислота. Даже при малых количествах HNO3 в электролите, около 0,1-0,2 г/л, осадки хрома получаются темные. Поэтому примесь азотной кислоты в электролите не допускается.

РАБОТА ХРОМОВОЙ ВАННЫ.

Залогом успеха при хромировании является правильность выбора режима электролиза, а также соблюдение его при хромировании. Совершенно не допускаются отклонения от установленной величины плотности тока и температуры электролита. Колебание последней допускается в пределах +- 1о. Для получения одинаковой плотности тока, на одновременно загруженных в ванну деталях необходимо руководствоваться следующими правилами. Подвески и контакты (крючки, крючки с прижимами и т.п.) должны изготавливаться из одинаковых материалов. Поперечное сечение токопроводящих частей подвесок должно быть рассчитано на требуемую силу тока без значительного нагревания. Качество контактов при хромировании ввиду применения больших плотностей тока имеет исключительно важное значение. Поэтому поверхность контактов необходимо тщательно очищать от коррозии и всякого налета электролита.

Кроме того, расстояние между изделиями и анодами в ванне для всех подвесок должно быть одинаковым. Несоблюдение этих требований может привести к неоднородности покрытия по толщине слоя хрома, образованию так называемого “пригара” на одних деталях и матовых осадков на других.

В процессе хромирования не допускаются перерывы тока, так как при повторном наращивании происходит отслаивание хрома. Это можно наблюдать либо непосредственно после хромирования, либо после механической обработки, в результате которой верхний слой хрома осыпается. Повторное хромирование допустимо, если изделие после перерыва тока подвергнуть анодному травлению в течение 30-40 сек. при плотности тока 25-30 а/дм2, а затем, изменив направление тока, продолжать хромирование. При этом осаждение хрома следует начинать с относительно низких катодных плотностей тока (но не ниже 20-25 а/мд2), и постепенно увеличивать до установленной величины.

При хромировании рельефных деталей рекомендуется в начале электролиза произвести “толчок тока”; это особенно целесообразно в отсутствии фигурного анода. Этот прием состоит в том, что электролиз начинают при плотности тока, примерно, вдвое больше, чем следует, а спустя 1-2 мин., величину ее постепенно снижают до нормальной. Благодаря “толчку тока” удается осадить хром на углубленных участках изделия.

УДАЛЕНИЕ ПОКРЫТИЯ.

Недоброкачественные хромовые покрытия могут быть легко удалены с поверхности изделия.

Хромированные детали, изготовленные из стали и сплавов на медной основе, обрабатывают при комнатной температуре в соляной кислоте, разбавленной 1:1. Растворяется хром достаточно энергично; для ускорения процесса раствор подогревается до 35-40о. Для удобства наблюдения за растворением хрома детали следует загружать в ванну на сетках из винипласта.

Этот способ непригоден для деталей, насыщение которых водородом не допускается, например, для чугунных поршневых колец. Для таких деталей применяется способ, состоящий в анодном растворении хрома в щелочи.

Для удаления хрома изделие завешивают на анодную штангу в ванне с 15-20-процентным раствором каустической соды. Анодное травление производят при комнатной температуре и анодной плотности тока 10-15 а/дм2. Катодами служат стальные пластины. В растворе не допускается присутствие ионов хлора, способствующих растворению основного металла детали.

Удаление хлора можно производить также путем анодного растворения покрытия в хромовом электролите. Однако делать это в ванне хромирования не рекомендуется ввиду загрязнения электролита железом и сильного увеличения концентрации трехвалентного хрома. Этот способ может быть рекомендован для удаления хрома с алюминиевых деталей. Образующаяся при этом на поверхности алюминия окисная пленка удаляется зачисткой ее наждачным полотном или растворением в щелочи.

ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ.

Соблюдение режима электролиза и своевременное корректирование электролита служат залогом получения доброкачественного хромового покрытия. Низкое качество подготовки поверхности перед покрытием и отступления от установленной технологии являются основными причинами возникновения дефектов.

Дефекты покрытий.

Вид дефекта

Причины возникновения и способы устранения

Отслаивание покрытия

а) Плохая механическая или химическая подготовка поверхности изделия перед покрытием.

Б) Деталь перед хромированием недостаточно прогрелась в электролите. Резко снизилась температура электролита, например вследствие добавления холодной воды во время электролиза. Резко увеличилась плотность тока.

В) Перерыв тока в процессе хромирования.

Отслаивание хрома вместе с подслоем никеля

Недостаточное сцепление никеля с основным металлом детали; неправильный pH никелевого электролита.

Темные с коричневым оттенком и “пригаром” (частой сыпью) покрытия

Недостаточное содержание серной кислоты: отношение CrO3/h3SO4 около 200 и более

Серые с равномерной сыпью покрытия. Кроющая способность электролита снизилась.

Высокое содержание в электролите трехвалентного хрома. Сильное загрязнение электролита железом или медью.

Отсутствие хрома на углубленных участках поверхности изделия

Плохая кроющая способность электролита. Необходимо произвести “толчок тока” перед покрытием.

Отсутствие покрытия на отдельных участках поверхности изделия

Экранирование участка поверхности изделия другим изделием на той же подвеске или соседней подвеской.

Шелушение покрытия или отложение очень тонкого слоя хрома наряду с образованием грубых толстых осадков на неизолированных участках подвески

Неудовлетворительный контакт между деталью и подвеской.

Отсутствие хромового покрытия вокруг отверстий

Не произведена зачеканка отверстий свинцом.

Серое покрытие с сильно шероховатой поверхностью

Значительная пористость основного металла

Большое количество мелких точечных углублений

Неправильное положение детали в ванне, препятствующее быстрому удалению пузырьков водорода с некоторых участков поверхности

Серое покрытие на нижней части детали

Малое расстояние между нижней частью детали и дном ванны. Нормальное расстояние между деталью и дном ванны должно составлять не менее 70-100 мм

ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ДЕТАЛЕЙ К ХРОМИРОВАНИЮ.

Подготовка поверхности детали к защитно-декоративному и износостойкому покрытию хромом имеет много общего. Последовательность технологических операций следующая:

  1. механическая обработка поверхности (шлифование или полирование);

  2. промывка органическими растворителями для удаления жировых загрязнений и протирка тканью;

  3. заделка отверстий и изоляция участков поверхности детали, не подлежащих хромированию;

  4. монтаж подвески;

  5. обезжиривание;

  6. промывка в воде;

  7. декапирование.

Требования к механической подготовке. Перед покрытием поверхность детали обрабатывается по тому классу чистоты, который указан для готовой детали.

После механической обработки на поверхности детали не должно быть неметаллических включений, а также раковин, трещин и глубоких рисок, т.к. хром хорошо воспроизводит все эти дефекты.

Зачеканка отверстий и изоляция поверхности. Отверстия, если таковые имеются на поверхности изделия, перед хромированием должны быть закрыты свинцом или другим стойким в хромовой кислоте материалом. В противном случае вокруг отверстия остаются не покрытые хромом участки. Зачеканка производится заподлицо с хромируемой поверхностью. По окончании изоляции, подлежащие хромированию участки, необходимо тщательно очистить от загрязнения лаком. Поверхность зачищают наждачным полотном №0 и 00.

Монтаж подвески. При монтаже подвески на деталь необходимо проследить за тем, чтобы детали не закрывали друг друга и все участки их поверхности, по возможности, одинаково отстояли от поверхности анода.

Обезжиривание. При удалении с поверхности детали жировых загрязнений следует иметь в виду, что стальные закаленные тонкостенные детали, работающие при значительных удельных нагрузках, не допускается обезжиривать на катоде; в этом случае применяется анодное обезжиривание или обезжиривание химическим способом.

Декапирование. Перед хромированием стальные и чугунные детали подвергаются анодному декапированию в течение 30-90 сек. при плотности тока 25-40 а/дм2. Изделия из меди и медных сплавов анодному декапированию не подвергаются.

ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОЕ ХРОМИРОВАНИЕ.

Декоративному хромированию подвергаются детали из стали, меди, латуни, алюминия, алюминиевых и цинковых сплавов.

При декоративном покрытии стальных изделий хромом (ГОСТ 3002-45) хром является наружным слоем многослойного покрытия: медь (осажденная в цианистом электролите) – медь (осажденная в кислом электролите) – никель – хром или никель – медь (кислая) – никель – хром.

ПОКРЫТИЯ МОЛОЧНЫМ ХРОМОМ.

При осаждении хрома на многослойное покрытие защита основного металла детали от коррозии осуществляется прослойкой из меди и никеля.

В ряде случаев покрытие должно обеспечить не только защиту от коррозии, но и высокую стойкость против механического износа. Получение такого хромового покрытия может состоять в осаждении молочного хрома и увеличении толщины покрытия.

На пористость участков хрома сильное влияние оказывают режим электролиза и толщина покрытия. При увеличении толщины покрытия пористость блестящего хрома возрастает, а пористость молочных осадков понижается. Поэтому молочные осадки хрома лучше защищают основной металл детали от коррозии, обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем блестящие осадки.

Неодинаковая коррозионная стойкость хромовых осадков объясняется различной степенью пассивности хрома на поверхности покрытия и по граням трещин.

Однако, несмотря на более высокую пассивность и химическую стойкость молочных осадков хрома по сравнению с блестящими, они плохо защищают деталь при одновременном действии на нее коррозионной среды и знакопеременной нагрузки.

ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ ХРОМОМ.

Износостойкое хромирование получило три основных направления: 1) повышение износостойкости новых деталей машин и инструмента, подвергающихся механическому износу в процессе работы; 2) восстановление размеров изношенных деталей и 3) исправление деталей, размеры которых оказались заниженными при механической обработке.

Толщина хрома при износостойком покрытии хромом в большинстве случаев составляет 0,03-0,3 мм, в отдельных случаях ее увеличивают до 1,0 мм. Как правило, слой охлажденного хрома должен иметь одинаковую толщину по всей поверхности покрытия. Для достижения положительного эффекта в результате хромирования необходимы следующие условия.

Металл детали, являющийся основой для слоя хрома, должен иметь достаточно высокую твердость. Это особенно касается деталей, работающих при высоких удельных нагрузках при сосредоточенном их действии на отдельных участках поверхности покрытия.

При выборе технологического процесса хромирования необходимо считаться с условиями эксплуатации деталей. Если смазка трущихся поверхностей затруднена, а удельные нагрузки достаточно высоки, то следует применять покрытие пористым хромом. Во всех прочих случаях прибегают к осаждению плотных хромовых покрытий.

Наиболее часто износостойкому хромированию подвергаются стальные и чугунные детали машин. Химический состав металла покрываемой детали редко служит препятствием к хорошему сцеплению. Однако следует иметь в виду, что стали с высоким содержанием вольфрама и кобальта, а также высокоуглеродистые и высококремнистые чугуны нельзя покрывать хромом. Также трудно получить хорошее сцепление при хромировании деталей, поверхностный слой которых испытывает значительные внутренние напряжения, например, в результате неправильно проведенной закалки.

УСЛОВИЯ ХРОМИРОВАНИЯ.

Процесс износостойкого хромирования по сравнению с защитно-декоративным обладает некоторыми особенностями:

  1. Напряжение на клеммах ванны более (около 5,5 в), что является результатом применения менее концентрированных электролитов.

  2. Плотности тока, применяемые при хромировании, более высокие.

  3. Толщина слоя хрома несоизмеримо больше, что является причиной значительной продолжительности процесса, достигающей в отдельных случаях 24 час.

  4. Режим электролиза следует поддерживать в строго установленных пределах. Отклонения от установленной величины плотности тока и температуры электролита в процессе электролиза могут вызвать дополнительные напряжения в слое осажденного хрома.

  5. Хромированию подвергаются обычно стальные и чугунные детали машин без покрытия промежуточным слоем какого-либо другого металла.

Режимы хромирования, обеспечивающие получение блестящих (более твердых) и молочных (сравнительно мягких и эластичных) осадков, выбираются в зависимости от назначения деталей, условий их службы и требований, предъявляемых к покрытию. Ниже приведены основные режимы хромирования для получения осадков того или другого типа:

а) при осаждении блестящего хрома:

Температура электролита ……………………………54 – 56о

Катодная плотность тока Dк………………………….30 – 50 а/дм2

Температура электролита…………………………….66 – 68о

Катодная плотность тока Dк………………………….80 – 100 а/дм2

б) при осаждении молочного хрома:

Температура электролита ……………………………68 – 72о

Катодная плотность тока Dк………………………….25 – 30 а/дм2

в) при осаждении молочно-блестящего (дымчатого) хрома:

Температура электролита ……………………………60 – 65о

Катодная плотность тока Dк………………………….30 – 35 а/дм2

При выборе режима хромирования следует считаться с рельефностью детали и формой применяемого анода, определяющими степень неравномерности распределения тока между ближними и дальними участками детали.

При хромировании может оказаться, что отдельные участки поверхности детали не покрываются хромом. Для предупреждения этого рекомендуются следующие меры.

При покрытии хромом деталей, имеющих некоторый рельеф, или при одновременном покрытии однотипных деталей, смонтированных на нескольких подвесках, хромирование следует начинать с толчка тока. При этом плотность тока должна быть, примерно, в 1,5 раза больше заданной. Продолжительность толчка тока составляет 2-3 мин., затем плотность тока постепенно, в течение нескольких минут, снижают до установленной величины.

Если по техническим причинам невозможно создание толчка тока, то хромирование следует начинать хотя бы при установленной величине плотности тока или близкой к ней. Совершенно не допускается начинать электролиз с небольшой плотности тока, а затем повышать ее до требуемой величины.

Размерное хромирование. Сущность размерного хромирования состоит в том, что детали покрываются слоем хрома точно до заданного размера и направляются в производство без последующей механической обработки. Размерное хромирование создает экономию в хромовом ангидриде и расходах на механическую обработку детали. При размерном хромировании требуется осадить слой хрома совершенно одинаковой толщины и точно сохранить первоначальную форму детали, например, при хромировании цилиндрических деталей не допускается конусность или овальность.

Для размерного хромирования требуется применение фигурных анодов, специальных подвесных приспособлений, позволяющих жестко монтировать детали и аноды, а также изолирующих экранов. Монтаж должен выполняться таким образом, чтобы в процессе электролиза концентрация силовых линий тока была одинаковой на всей поверхности хромируемой детали.

Значение величины выхода по току и плотности тока при хромировании позволяет точно определить время, необходимое для осаждения требуемой толщины стоя хрома. Расчет производится по формуле

τ = 1314 мин.,

где τ – время в мин.,

δ – толщина покрытия в мк,

Dk – катодная плотность тока в а/дм2,

η – выход по току в %.

Однако для получения доброкачественного слоя хрома строго определенной толщины необходимо, чтобы поверхность покрытия не была шероховатой или пористой. Поэтому следует обратить внимание на чистоту поверхности детали перед покрытием (отсутствие царапин, пор и т.д.) и правильность состава электролита.

Если к покрываемой детали предъявляется высокие требования в смысле чистоты поверхности и границ допуска на изготовление, то размерное хромирование пригодно только при сравнительно малых толщинах слоя хрома. Примером могут служить гладкие калибры, хромируемые на толщину слоя 10-30 мкм. Сравнительно толстые покрытия возможно наносить при размерном хромировании деталей с более широкой границей допусков, например, цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Для этих деталей допускается некоторая конусность и эллипсность, величины которых практически лежат около 0,01 мм.

Расположение деталей и анодов в ванне. При одинаковом межэлектродном расстоянии на всех участках хромируемой поверхности соотношение между током, протекающим по кратчайшему расстоянию между катодом и анодом (создающим равномерное покрытие), и током, распространяющимся во всем объеме электролита (создающим краевой эффект), зависит как от межэлектродного расстояния, так и от положения детали относительно анода и уровня электролита.

Положение детали в ванне важно при хромировании наружных поверхностей и не влияет на хромирование внутренних цилиндрических поверхностей, если оно производится в правильно сконструированном анодно-катодном устройстве.

Расположение детали глубоко в ванне при еще более глубоко находящемся нижнем крае анода создает наиболее неравномерное распределение тока на детали, так как значительная часть тока проходит через объем электролита над деталью и под ней.

Можно значительно улучшить распределение тока, если верхний край детали расположить непосредственно под уровнем электролита (устраняется отвлечение тока через верхний объем электролита), а нижний край анода, поднять выше нижнего края детали (увеличится сопротивление току, отвлекаемому в нижний объем электролита). При хромировании поверхностей простой формы (цилиндр, плоскость) для достижения наиболее равномерного покрытия необходимо анод расположить параллельно хромируемой поверхности при минимальном межэлектродном расстоянии. Упрощенным вариантом этого, требования является расположение плоских анодов со всех сторон хромируемой цилиндрической детали.

Действие межэлектродного расстояния проявляется особенно сильно при его изменениях в пределах величин, соизмеримых с размерами электродов, и имеет значение для характерных при износостойком хромировании деталей с простым рельефом (цилиндрических и плоских)

Для деталей с развитым рельефом, характерным для защитно-декоративного покрытия, с повышением межэлектродного расстояния улучшается распределение покрытия по рельефной поверхности в соответствии с кроющей способностью электролита.

Возможность практически полного исключения концентрации тока даже на остриях путем расположения их непосредственно под уровнем электролита показана на рисунке.

На следующем рисунке изображены некоторые характерные схемы монтажа при хромировании внутренней и наружной поверхностей деталей.

1-экран, 2- газовые пузырьки.

Для равномерного осаждения хрома на внутренних гранях и в углах детали анод должен иметь оттянутые углы (а). При хромировании внешней поверхности для предупреждения образования грубых "пригорелых" осадков хрома на углах детали аноду следует придать форму хромируемой детали (б), а напротив ее углов установить непроводящие ток экраны.

При хромировании деталей, отличающихся сложной формой (пресс-формы, штампы и т.п.), как правило, используют фигурные аноды (в), воспроизводящие очертания хромируемой поверхности.

На рисунке (в) деталь расположена неверно, так как скапливающиеся на нижней поверхности газовые пузырьки нарушают хромирование этой поверхности.

При хромировании внутренней поверхности цилиндра анод помещают внутри соосно с хромируемой поверхностью. Однако в данном случае необходимо иметь в виду, что при слишком маленьком анодно-катодном расстоянии, при высоких плотностях тока и небольшом объеме электролита, заключенного между электродами, происходит сильное насыщение газами его верхних слоев. Вследствие этого, толщина осажденного хрома в верхней части цилиндра получается меньше, чем в нижней. Для предупреждения неравномерного осаждения хрома по высоте длинных цилиндров хромирование следует выполнять в проточном электролите.

Особое значение для понижения краевого эффекта имеет применение защитных катодов и изолирующих экранов. На следующем рисунке приведены некоторые приемы их использования, а также способ устранения краевого эффекта путем изоляции межэлектродного объема от остального электролита и его уменьшение за счет сокращения межэлектродного расстояния.

а - схема краевого эффекта; б - защитные катоды при местном хромировании вала; в - проволочный защитный катод у края фасонной детали; г - защитный катод у нижнего края цилиндра (верхний край под уровнем электролита); д - схема экранирования вала от влияния фланца и краевого эффекта; е - экранирование нижней части вала (верхняя находится под уровнем электролита); ж - изоляция межэлектродного объема от остального электролита; з - снижение краевого эффекта при уменьшении межэлектродного расстояния.

1 - изоляция; 2 - хромируемая поверхность; 3 - защитный катод

Защитные катоды. Эффективным методом устранения краевого эффекта является применение защитных катодов около участков с повышенной концентрацией тока. Защитный катод - это проводник, соединенный электрически с хромируемой деталью и обычно укрепленный на детали таким образом, чтобы отвлечь от краев хромируемой поверхности на себя избыточный ток. Степень отвлекающего действия защитного катода регулируется его расстоянием от хромируемой поверхности, формой и размерами. Чаще всего защитному катоду придают форму хромируемой поверхности и размещают его на детали так, чтобы он был продолжением этой поверхности (б - г).

При местном хромировании цилиндрических деталей не хромируемые участки, смежные с хромируемыми, закрывают свинцовой или алюминиевой фольгой, которая является защитным катодом, устраняющим утолщение хрома на краях хромируемой поверхности (б). При необходимости усиления действия защитного катода нужно отогнуть его край на 2-5 мм.

С помощью защитных катодов можно достичь высокой равномерности хромового покрытия даже при неблагоприятном расположении детали в ванне. Однако этот метод имеет существенный недостаток, так как при нем дополнительно расходуется ток и хромовый ангидрид на покрытие защитного катода.

Защитные экраны. При регулировании распределения тока на хромируемой поверхности при помощи экранов из электроизоляционных материалов, не расходуется дополнительно ток и хромовый ангидрид. Такой экран представляет собой перегородку на пути тока, увеличивающую местное сопротивление для его прохождения и тем самым ослабляющую плотность тока на данном участке. Но кроме устранения избытка тока, экран может способствовать равномерному распределению тока на детали, у которой хромируемые участки влияют друг на друга. Покрытие изоляцией (экраном) одного участка устраняет его влияние на другой. Например, при хромировании вала с фланцем торцевая поверхность фланца, обращенная к валу, отвлекает от него ток, что ведет к неравномерному покрытию вала около фланца. Это влияние полностью устраняется, если фланец покрыт изоляцией (экраном), как это показано на рисунке (д).

ХРОМИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ.

При непосредственном хромировании алюминиевых сплавов основной задачей является подготовка поверхности детали к покрытию. Для этого деталь из алюминия или алюминиевого сплава протирается тканью, смоченной бензином, и обезжиривается в течение 3-5 мин. в растворе: 50 г/л Na2CO3, 50 г/л Na3PO4, 30 г/л жидкого стекла при T = 60-65о. После промывки в горячей и холодной воде, деталь обрабатывают в цинкатном растворе (200 г/л ZnSO4  7h3O, 200 г/л NaOH) в течение 30-40 сек., затем промывают водой и производят обработку в разбавленном 1:1 растворе HNO3 в течение 5-7 сек. Деталь промывается в воде и вновь погружается в тот же цинкатный раствор на 10 сек. После промывки деталь замешивается в ванну хромирования (желательно под током) и хромируется при обычных режимах. Хорошие результаты дает также гидропескоочистка с завешиванием деталей, покрытых мокрым песком, под током в ванну хромирования.

КОНТРОЛЬ

Метод контроля внешнего вида покрытий.

Метод основан на выявлении дефектов поверхности покрытия внешним осмотром и применении для деталей любой формы и габаритных размеров.

Контроль проводят осмотром деталей невооруженным глазом в помещении с освещенностью не менее 300 лк на расстоянии 25 см от контролируемой поверхности.

Необходимость применения оптических приборов с указанием кратности увеличения должна быть оговорена в технической документации на изделие.

Методы контроля прочности сцепления покрытий.

Метод нанесения сетки царапин применяют для определения прочности сцепления покрытий, толщиной не более 20 мкм. На поверхности контролируемого покрытия стальным острием наносят 4-6 параллельных линий глубиной до основания металла на расстоянии от 2.0 до 3.0 мм друг от друга и 4-6 параллельных линий, перпендикулярных к ним.

Линии проводят в одном направлении. На контролируемой поверхности не должно наблюдаться отслаивания покрытия.

Методы контроля защитных свойств неметаллических неорганических покрытий.

При применении метода погружения детали погружают в испытательный раствор.

Фосфатные покрытия на стали, предназначенные для наполнения маслами и смазками, контролируют погружением детали в раствор № 47.

№ раствора –47;

Вид покрытия – фосфатное;

Основной металл – сталь, чугун;

Компоненты: натрий хлористый;

Концентрация: 30 г/л;

Время выдержки – 15 мин.

Признак неудовлетворительного покрытия: Появление точек коррозии основного металла.

  1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ХРОМИРОВАНИЯ

Современные сложные технологические производства во всех отраслях промышленности широко используют различные гальванические процессы. Находят применение такие процессы, как нанесение покрытий, травление, электрохимические методы размерной обработки, обезжиривание и др. Реализация гальванических процессов осуществляется в ваннах, или в среде проточного электролита. В процессе эксплуатации рабочие жидкости интенсивно загрязняются продуктами электролиза в виде шлама, ионами тяжелых металлов, жировыми загрязнениями после промывочных операций.

Электрохимический процесс хромирования происходит в несколько стадий. Первоначально стальную деталь химически обезжиривают путем опускания ее в ванну, содержащую смесь растворов определенного количества. В качестве обезжиривателя выступает вода питьевая. В конце процесса на дне ванны остаются отходы Затем производят промывку в горячей проточной воде, после чего производят обезжиривание электрохимическое, также сопровождающееся выделением отходов. По окончании обезжиривания промывают в горячей, затем в холодной проточной воде. Далее - химическая активация, промывка в холодной проточной воде. Затем непосредственно производят электрохимическое хромирование, после чего на дне ванны остаются отходы. Процесс хромирования завершается промывкой в проточной холодной воде, после чего промывают стальную деталь в проточной горячей воде. Далее - производят транспортировку и выгрузку готовых деталей.

Следует отметить, что на предприятиях используются устаревшие технологические процессы, и отсутствует сортировка твердо-жидких отходов гальванических производств. Твердо-жидкие отходы, для упрощения далее называемые «твердые отходы гальванического производства», образуются при периодической зачистке ванн каждой гальванической линии . При определении количества образования данного вида отходов отсутствует методологический подход к оценке их образования, полный учет их образования и точный анализ состава.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ХРОМИРОВАНИЯ.

Обзор способов хромирования и областей его применения свидетельствуют о широком использовании хрома в промышленности. Однако не все возможности технологии хромирования исчерпаны. В настоящее время исследования в области хромирования производятся в различных направлениях.

Однако из таких направлений имеет в виду интенсификацию и стабилизацию процесса хромирования. Этот вопрос одновременно решается различными путями. Первый путь состоит в повышении катодной плотности тока при хромировании до 200-300 а/дм2. Наряду с повышением катодной плотности тока для получения блестящих осадков хрома необходимо также увеличивать температуру электролита, т.е. придерживаться рабочего интервала хромовой ванны. При этом скорость осаждения хрома возрастает не только за счет применения более высоких плотностей тока, но также за счет увеличения выхода по току.

Второй путь состоит в повышении выхода хрома по току при помощи понижения температуры хромирования и изменения состава ванны. Покрытие имеет серо-матовый цвет, но легко полируется: пористость его ниже, а пластичность выше, чем у обычных хромовых покрытий.

Третий путь состоит в изыскании возможности применения растворов с низкой валентностью хрома, обеспечивающих к тому же высокий выход по току.

Наряду с этим важное значение придается стабильной работе электролитов промышленного состава. Так, НИИХИММАШ предлагает саморегулирующийся электролит, имеющий состав: ромового ангидрида – 250 г/л, сернокислого стронция 5 г/л, кремнефтористоводородного натрия – 20 г/л, двухромовокислого калия – 20 г/л. В таком электролите содержание сульфат иона автоматически регулируется введением труднорастворимой соли стронция.

Второе направление имее целью получение хромовых покрытий с более высокими свойствами. Сюда следует отнести работы по получению особенно твердых, износостойкиз и коррозионностойких покрытий посредством карбидизации слоя электролитического хрома в парах бензина при T = 1050о. Большой интерес представляют работы по получению хромовых покрытий, хорошо удерживающих на поверхности смазку, что достигается наложением при хромировании переменного тока на постоянный. Для получения пористого хрома высокого качества большое значение имеют работы по осаждению пористых хромовых покрытий токами переменной полярности.

Таким образом, накопившихся к настоящему времени опыт по практическому применению хромирования и новые исследования в этой области создают предпосылки для совершенствования технологии процесса электролиза и дальнейшего улучшения свойств хрома.

При приготовлении электролита и эксплуатации ванны хромирования необходимо соблюдение правил техники безопасности. Хромовый электролит легко окисляет органические вещества, поражает кожу и слизистые оболочки дыхательных путей.

Рабочие, обслуживающие хромовые ванны, должны снабжаться резиновой спецодеждой: фартуками, перчатками и сапогами. Для предохранения глаз необходимо иметь защитные очки.

Ванна хромирования должна быть обеспечена безупречно действующей бортовой вентиляцией. Перед работой носовую полость необходимо смазывать мазью, состоящей из двух частей вазелина и одной части ланолина.

При попадании хромовой кислоты на кожу рук, образовавшееся темное пятно следует смыть раствором, состоящим из одной части спирта, одной части соляной кислоты и двух частей воды.

Хромировочный участок цеха должен быть снабжен песком и огнетушителями. Бензин, керосин, ветошь, целлулоид и т.п. горючие и легковоспламеняющиеся материалы допускается иметь на участке в количествах, необходимых лишь для текущей работы. Хранить их следует в металлических плотно закрывающихся ящиках.

1. “Хромирование и железнение” авт. М.Б. Черкез.

Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы.

2. “Краткий справочник гальванотехника” авт. А.М. Ямпольский и В.А. Ильин. Ленинград “Машиностроение” 1981г.

3. “Гальванические покрытия в машиностроении” Справочник. Москва “Машиностроение” 1985г.

4. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов / А.М. Дольский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под ред.А.М. Дольского. – М.: Машиностроение, 2005. – 448с.

5. .Зайцев И.В. Технология электроаппаратостроения: Учеб. пособие для ВУЗов. – М.: Высш. Школа, 2002. – 215с.

works.doklad.ru

Возможно ли хромировать детали в домашних условиях?

Хромирование различных деталей автомобиля можно проводить самостоятельно. Делается эта процедура в разных ситуациях. Если это покрытие внешних элементов, то чаще всего это просто декор машины. В других случаях химическую металлизацию в домашних условиях проводят для устранения мелких дефектов деталей и защиты от ржавчины.

Оборудование для хромирования деталей

Для проведения процесса металлизации вам понадобятся следующие инструменты и подсобные средства:

• шлифовальная машинка и насадки разной степени жёсткости;

• ТЭН;

• деревянный короб и стеклоткань;

• минеральная вата;

• «крокодилы», стержневой или пластинчатый анод;

• пластиковый таз и стеклянная ёмкость;

• закрепитель для детали.

Приготовьте для себя резиновые перчатки и респиратор.

Внимание! Элементы окрашиваемой детали, которые не будут подвергаться обработке, следует изолировать целлулоидным клеем.

Подготовительные работы

До того, как хромировать детали в домашних условиях, следует тщательно подготовить поверхности. С помощью шлифовальной машины нужно зачистить все неровности, выступы и царапинки. Начните с грубых наждачных дисков, постепенно уменьшая степень жёсткости насадок. В конце можно пройтись войлочной основой.

После зачистки переходите к обезжириванию. Смоченной в бензине или керосине щёткой удалите налёты коррозии и грязи. Затем промойте деталь мыльной водой, чтобы не оставить никаких следов.

Важно! Перед началом процесса проверьте контакты вашего оборудования, они должны быть безопасны для вас. Не пренебрегайте защитой рук и лица. Помещение, в котором вы будете работать, должно быть проветриваемым, так как выделение газов вредит слизистым оболочкам.

Процесс хромирования деталей своими руками

Прежде чем хромировать своими руками в домашних условиях, приготовьте заранее электролит. Для этого возьмите 250 г хромового ангидрита и 2.5 г серной кислоты. Литр дистиллированной воды нагрейте до 60°С, залейте в приготовленную посудину и добавьте ангидрит. Перемешайте смесь и влейте кислоту. Через полученный раствор нужно прогнать ток силой 6.5 А, повторяя процедуру, пока жидкость не приобретёт бордовый цвет. Приступая к хромированию своими руками в домашних условиях, приготовьте ёмкость для деталей.

Деревянный короб оберните стеклотканью, чтобы создать условия термоса, утеплите его минеральной ватой. Ёмкость из стекла поместите в таз, «крокодилы» прикрепите к минусу как катод, затем закрепите анод. Приготовьте закрепитель для деталей.

Электролит, приготовленный вами, можно использовать через сутки по технологии хромирования. Следите за температурой раствора – она должна быть в районе 50°С, не забывайте подавать периодами напряжение. После окончания процедуры, металлизированные элементы нужно почистить с водой и просушить.

Знаете ли Вы? За свой первый космический полёт Юрий Гагарин получил ГАЗ-21 специальной сборки – чёрный с салоном голубого цвета и люксовым хромом.

Дефекты при хромировании деталей и их удаление

Хромирование деталей в домашних условиях может быть с небольшими огрехами, которые можно удалить. Если вы заметили необработанные участки в процессе работы, значит, нужно дать толчок тока и поменять положение деталей, чтобы они не экранировали. Появление коричневых пятен можно устранить, заменив часть электролита новым раствором.

Если частички хрома собрались на углах детали, значит, вы плохо её подготовили, исправьте положение. Когда покрытие начинает слоиться, прогрейте детали и проверьте, нет ли перерывов в поступлении тока. Матовые осадки хрома требуют повысить температуру ангидрита или добавить ещё раствор. При тёмных осадках нужно доработать или заменить электролит.

Интересный факт! Тюнинг-ателье Брабус выпустил хромированный Mercedes McLaren, кроме полного хромирования, у автомобиля хромированная тонировка стёкол и диски. Владельцем спорткара стал один из арабских шейхов.

Как ухаживать за хромированными деталями

Хромирование деталей машины в домашних условиях требует тщательного и правильного ухода после процедуры. Автомобиль нужно мыть часто, но не под высоким давлением, потому что под сильным напором воды частички грязи оцарапают глянцевую поверхность. Кроме того, не используйте агрессивные моющие средства.

Чтобы хромированные детали как можно дольше не теряли блеск, полируйте поверхности специальными жидкостями с добавлениями воска и различных масел. Кроме эффекта глянца, полировка ещё и сгладит маленькие неровности. Изучайте состав применяемых вами жидкостей, он не должен содержать ацетон или соли. Наносите и полируйте исключительно мягкими тканями или губкой. Если вы хромировали диски колёс, нелишним будет нанести слой прозрачного лака.

Не пренебрегайте процедурой химической металлизации: кроме роскошного глянца, ваш автомобиль получит надёжную защиту от коррозийных наслоений.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

auto.today


Смотрите также