Хромовые покрытня отличаются низкой смачиваемостью, что препятствует сохранению масляной смазки. Для устранения этого недостатка применяют пористое хромирование.
Пористый хром представляет собой хромовые покрытия, на поверхности которых специально создается большое количество отдельных пор или сетка трещин, достаточно широких для проникновения в них масла. Такая сетка трещин способствует значительному улучшению смачиваемости поверхности хрома маслом. Пористо-хромовые покрытия, как правило, применяются в качестве износостойких покрытий для деталей, работающих на трение в тяжелых условиях эксплуатации при недостаточной смазке. Антифрикционные свойства пористых покрытий.
Сущность получения пористого хрома заключается в электролитическом (анодном) травленни слоя блестящего хрома, имеющего сетку тончайших трещин. Растворение хрома протекает в основном по граням - трещин, вследствие чего они расширяются. Такие расширенные трещины в отличие от первичных трещин на хроме принято называть каналами пористого хрома. Кроме того, при наличии в покрытии растягивающих напряжений анодное травление вызывает образование в нем новых трещин, уменьшая эти напряжения. Каналы пористого хрома обладают капиллярными свойствами, что обеспечивает смачиванне поверхности хрома маслом. Благодаря хорошей смазке снижается истирание не только поверхности, покрытой пористым хромом, но и сопряженно работающей поверхности.
Среди разновидностей пористого хрома, получаемого электро- химическим путем, можно указать на так называемый точечный пористый хром. Этот тип пористого хрома имеет большое число углублений в виде мельчайших пор или раковин, в которых хорошо удерживается смазка.
Покрытие пористым хромом, как правило, состоит нз двух слоев: нижнего плотного и верхнего пористого. Пористый слой хрома составляет примерно 1/3 от общей толщины хрома. После износа пористого слоя работа детали на трение продолжается вполне удовлетворительно. По-видимому, пористая часть хрома не только аккумулирует смазку, но также способствует приработке трущихся поверхностей. Для получения хорошо прирабатывающейся поверхности пористого хрома рекомендуется степень пористости поддерживать в пределах 25-45 % при ширине каналов не менее 6-7 мкм.
Рекомендуется наносить плотный слой хрома при высокой плотности тока ік =80 ÷ 200 А/дм2, t= 65 ÷ 75°C, а пористуто часть при режиме, 2обеспечивающем необходимую пористость, например iк=35÷50 А/дм2; t=50÷60°С. Количество электричества наединицу поверхности при анодном травлении составляет 350- 450 А-мин/дм2 . Покрытия должны быть возможно более равномерными по толщине.
Пористый хром можно также получить химическим способом путем травления хромового покрытни в кислоте или механическим способом путем нанесення перед хромированнем на поверхности изделия углублений пор или канавок.
Детали, покрытые пористым хромом, обладают высокой износо- стойкостью. При равномерном распределении нагрузки на трущейся хромированной поверхности пористое хромовое покрытие может выдержать при тренин давленне до 10 МПа.
Поверхность, сопряженная с поверхностью деталн, покрытой пористым хромом, изнашивается меньше, чем при трении по стали (например, износ баббита при тренни о пористый хром под давлением 2000-10 000 кПа в два - четыре раза меньше, чем по стали).
В настоящее время покрыте пористым хромом используется для поршневых колец, цилиндров н некоторых других деталей двигателей внутреннего сгорания.
Чтобы хорошо удерживать смазку и противостоять истиранию, каналы пористого хрома должны обладать необходимой глубиной и ширнной, а покрытие - оптимальной степенью пористости. Под степенью пористости понимается отошение площади, занятой каналами, ко всей площади покрытия и обычно измеряется числом пло- щадок между трещинами на 1 см2 поверхности. Густота сетки, ширина и глубина каналов пористого хрома зависят от условий хромирования отношения СгО3: H2SO4 в электролите, катодной плотности тока и температуры электролита, а главным образом от количества электричества, израсходованного процесс анодного травлення.
При пористом хромированин деталей отношение СгОз: H2S04 рекомендуется поддерживать в пределах 105-110, что обеспечивает получение оптимальной сетки пористости. Максимальные отклонения отношения не должны выходить за пределы 120-95.
Прн уменьшении отношения СгО3: H2SО4 сетка каналов пористого хрома становится гуще, а сами каналы несколько шире.
Уменьшение катодной плотности тока при хромировании вызывает образование густой сетки каналов пористого хрома. Наряду с этим ширина и глубина каналов становятся меньше. Оптимальная катодная плотность тока при пористом хромировани лежит в пределах 40-60 Адм2. Наиболее сильное влняние на степень пористости покрытия оказывает температура электролнта прн хромирования.
С увеличением температуры электролита ширина каналов по- ристого хрома возрастает, степень пористости, наоборот, понижается, а сетка каналов становится более редкой.
Покрытия пористым хромом, полученные при низких темпера турах хромировання и отличающиеся густой сеткой тонких и неглубоких каналов, имеют настолько малые площадки, что при работе на трение происходнт расшатывание и выкрашивание частиц хрома.
Скорость формирования сетки каналов пористого хрома при анодной обработке покрытнй зависит от количества расходуемого на процесс анодного травления электричества. Благодаря этому на деталях, хромированных при одних и тех же условиях электролиза проходит через объем электролята над деталью и под ней (рис. 22, а). В нижней и верхней частях катода ток, кроме того, усиливается за счет влияния большой поверхности анода относительно хромируемой детали. Можно существенно 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 деталн (увеличится сопротвление току, отвлекаемому в нижний объем электролита). При хромированни поверхностей простой формы (цилиндр, плоскость) для достижения наиболее равномерного покрытия следует анод расположить параллельно хромируемой поверхности при минимальном межэлектродном расстоянии. Упрощенным вариантом этого требования является расположение плоских анодов со всех сторон хромнруемой цилиндрической детали (рис. 22.).
Влияние межэлектродного расстояния проявляется особенно сильно при его изменениях в пределах величин, соизмеримых с размерами электродов (рис. 22, в), и имеет значенне для характерных при износостойком хромированин деталей с простым рельефом (цилиндрических и плоских). Для деталей с развитым рельефом, характерным для защитно-декоративного покрытия, с увеличением межэлектродного расстояния улучшается распределение покрытня по рельефной поверхности в соответствии с кроющей способностыо электролита.
Возможность практически полного исключения концентрации тока даже на остриях путем расположения их непосредственио под уровнем электролита иллюстрируется на рис. 22,г.
На распределение тока в электролите большое влияние могут оказать стенки ванны, выложенной свинцом (рнс. 23). Это влияние проявляется в часто встречающихся случаях, когда через стенки и дно ванны проходит ток от анодов, расположенных вдоль стенок, к деталям. Дно ванны в данном случае является анодом, создающим также дополнительный ток на нижний поверхностн детали. Таким непредусмотреным анодом может быть также любой участок внутренней обкладки ванны, расположенный далеко от основных анодов, если эти аноды находятся близко от обкладки в других местах ванны. Влияние стенок ванны можно устранить путем выкладывания ее материалом с высоким электрическим сопротивлением (винипластом, стеклом и др.). В ваннах, выложенных свинцом, можно существенно уменьшить их влияние, располагая аноды и детали возможно дальше от стенок и дна.
На рис. 24 представлены некоторые характерные схемы монтажа при хромировании внутренней и наружной поверхностей деталей. Для равномерного осаждения хрома на внутренних гранях и в углах детали анод должен иметь оттянутые углы (рис. 24, а). При хромировании наружной поверхности для предупреждения образования грубых «пригорелых» осадков хрома на углах детали аноду следует придать форму хромируемой детали (рис. 24, б), а напротив ее углов установить непроводящие ток экраны, например из органического стекла. На рис. 24, в деталь расположена неправильно, так как скап- ливающиеся на нижней поверхности газовые пузырьки нарушают хромирование этой поверхности.
При хромировании деталей, отличающихся сложной формой (пресс-формы, штампы и т. п.), как правило, применяют фигурные аноды (рис. 24, в), воспронзводящие очертания хромируемой поверхности. Отверстия в аноде предусматривают для облегчения удаления газов из электролита, заключенного между электродами, и для более равномерного влияния обратной поверхноєти анода на распределение тока по хромируемой поверхности.
При хромировании внутренней поверхиости цилиндра анод помещают внутри с хромируемой поверхностью. Однако в данном случае необходимо иметь в виду, что при слишком малом анодно-катодном расстоянии, при высоких плотностях тока и небольшом объеме электролита, заключенного между электродами происходит сильное насыщение газами его верхних слоев (см. рис 16). Вследствие этого толщина осажденного хрома в верхней части цилиндра получается меньше, чем в нижней. Для предупреждения неравномер- ного осаждения хрома по высоте длинных цилиндров хромнрование следует производить в проточном электролите.
Особое значение для снижения краевого эффекта имеет применение защитных катодов н изолирующих экранов. На рис.25
приведены некоторые приемы их использования, а также схема устранения краевого эффекта путем изоляции межэлектродного объема от остального электролита и его уменьшение за счет сокращения межэлектродного расстояння.
Защитные катоды. Действеным 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 регулнруется его расстоянием от хромируемой поверхности, формой и размерами. Чаще всего защитному катоду придают форму хромируемой поверхности и располагают его на детали так, чтобы он был продолжением этой поверхности (см. рис 25, 6 - 2)
При местном хромировании цилиндрических деталей нехромируемые участки, смежные с хромируемыми, покрывают свинцовой или аломиниевой фольгой, которая является защитным катодом, устраняющим утолщение хрома на краях хромируемой поверхности (см. рис. 25, 6) При необходимости усиления действия защитногоькатода следует отогнуть его край на 2-5 мм. С помощью защитных катодов можно добиться высокой равномерности хромового покрытия даже при неблагоприятном расположе- нии детали в ванне. Однако этот метод имеет существенный недостаток, так как при нем дополнительно расходуется ток и хромовый ангидрид на покрытне защитного катода.
Защитные экраны. При регулировании распределения тока на хромируемой поверхности с помощью экранов из электроизоляцион-ных материалов не расходуется дополнительно ток и хромовый ан-гидрид. 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 вляют 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 приводит к неравномерному покрытию вала около фланца. Это влияние полностью устраняется, если фланец покрыт изоляцией (экраном), как это показано на рис. 25, д. У изолирующих экранов область применения шире, чем у защитных катодов, и применение их не снижает технико-экономических показателей хромирования, как при защитных катодах.
