Ранее были рассмотрены методы улучшения техники хромиро- вания, связанные с составом электролита и режимом хромирования. Сравнительно новым является метод снижения диффузионных ограничений, осуществляемый интенсивным перемешиванием прикатодного слоя электролита.
Оно достигается движением всего объема электролита вдоль хромируемой поверхности (хромирование в про- точном электролите) перпендикулярно хромируемой поверхности (анодно-струйное хромирование) и при наложении ультразвукового поля. Наибольшая интенсивность перемешивания создается ультразвуковым полем.
Влияние движения электролита на катодный процесс. Механизм диффузии разряжающихся ионов хрома к поверхности катода через катодную пленку недостаточно ясен, но можно полагать, что, как и при других гальванических процессах, диффузия ионов через прикатодный слой электролита при хромировании определяет концентрацию разряжающихся ионов на поверхности катода при данной плотности тока и тем самым существенно влияет на процесс образования осадка. Перемешивание электролита в прикатодном слое ускоряет диффузию ионов хрома, что позволяет получить некоторое увеличенне выхода хрома по току.
Как показано в работе, влияние перемешивания проявляется только при турбулентном дви- жении электролита у поверхности катода. При одной и той же линейной скорости движения электролита турбулентность возникает тем легче, чем больше межэлектродное расстояние. Влияние перехода к турбулентному движению электролита при ік==45 А/дм2 и t=45°С на скорость осаждения хрома хорошо видно из рис. 13. Аналогичная зависимость определена в работе.
В результате движения электролита существенно расширяется интервал блестящих осадков, увеличивается их равномерность и несколько повышается выход по току.
Зависимость выхода по току и скорости осаждения хрома от плотности тока при двух скоростях потока электролита приведена на рис. 14 . Влияние протока иа интервал блестящих осадков условно показано на рис. 15.
Перемешивание электролита. Пропускание через электролит сжатого воздуха с помощью перфорированных трубок, проложенных по дну ванны (барботаж), вызывает усиленное движение электролита и соответственно перемешивание прикатодного слоя. Следует, однако, иметь в виду, что эффективность барботажа должна снижаться при небольших межэлектродных расстояниях, при хроми• ровании с местными анодами и в изоляцнонных ячейках, где перемешивание затруднено. Барботаж рекомендуется для электролитов с диэлектрическими частицами и электролитов с добавкой SrSOs и имеет целью поддерживать осадок в взвешенном состоянии.
Хромирование в проточиом электролите. Хромирование в проточном электролите осуществляется при помощи специальных установок, обеспечивающих принудительную подачу электролита в прост. ранство между поверхностями покрываемой детали и анода. Принудительная подача электролита обусловливает его непрерывную смену и равномерное газонасыщение в межэлектродном объеме.
Установки с принуднтельной циркуляцией электролита целесообразно применять в определенных случаях, например, при покрытии виутренней поверхности цилиндров большой длины и малого диаметра, когда насыщение электролита образующимися газами настолько велико, что нарушает нормальное осаждение хрома, или при хромировании внутренних сравнительно малых поверхностей массивных деталей, таких как тракторные или автомобильные блоки цилиндров двигателей и др.
В зависимости от размеров детали анодно-катодное расстоянне изменяется в пределах 2,0-15 мм, а скорость протекания электролита соответственно уменьшается от 100 до 10 см/с. По данным, устойчивый выход хрома по току (около 20 %) может быть практически получен при различных плотностях тока и при различных анодно-катодных расстояниях (2, 6 и 10 мм) с соответствующими им скоростями подачи электролита (80-90, 40-50 и 20-30 см/с). При этих условиях соблюдается требование турбулентности потока.
Режимы скоростного хромирования, обеспечивающие при высокой производительности процесса получение высококачественных покрытий из проточного малоконцентрированного электролита, приведены в табл. 6.
В проточном электролите происходит некоторое сглажнвание осадка, что позволяет значительно повысить плотность тока при получении блестящих покрытий. Так, по данным , при скорост потока 100-120 см/с блестящий осадок хрома получается в интервале 40-220 А/дм2 при температуре 65°С.
В стационарном универсальном электролите этот интервал при той же температуре составляет 40-130 А/дм°.
Одной из причин неравномерного распределения хромового покрытия является неодинаковое насыщение электролита в межэлектродном объеме газовыми пузырьками. Они образуются при хромировании из кислорода, на выделение которого на аноде расходуется около 100 % тока, и водорода, на выделение которого на катоде затрачивается значнтельная часть тока. При ограниченном межэлектродном объеме (хромнрование длинных цилиндров) и вертикальном расположении катода поднимающиеся вверх газовые пузырьки накапливаются в верхней части значительно больше, чем в нижней, что уменьшает живое сечение электролита в этом объеме,и,соответственно, возрастает его электрическое сопротвление.
В результате при хромировании вертикально расположенных цилиндров слой хрома в нижней части будет больше, чем в верхней, образуется конусность хромированной цилиндрической поверхности (рис. 16). Усиленный проток электролита через межэлектродное пространство делает газонасыщение электролита равномерным и страняет возможность конусности из-за указанной причины.
Для практического применения рекомендованы следующие режимы проточного хромирования.
Анодно-струйное хромирование. Более интенсивное перемешивание прикатодного слоя достигается при направлении струн электролита перпендикулярно хромируемой поверхности. Практически это осу- ществляется использованием анодов в качестве сопел, направляющих струи электролита на хромируемую поверхность. Аноды делают полыми с круглыми или щелевидными отверстнями, распределенными по всей рабочей поверхности. Электролит, подаваемый в полость анода насосом, направляется на поверхность детали через указанные отверстия в аноде.
Варнантом анодно-струйного хромирования является способ , при котором электролит вытекает из рабочей зоны через сливные отверстия, равномерно распределенные на рабочей части анода. Это обусловливает одинаковое интенсивное воздействие потока электролита на всю хромируемую поверхность (рис. 17).
Детальным исследованием этого способа хромирования установлены следующие условия получения износостойких покрытий из универсального электролита с высокой скоростью равномерного осаждення хрома (100-110 мкм/ч: ік = 100-÷ 120 А/дм2 t=55÷60°C, , выход по току 19-20%, скорость потока электролита 1,2-1,4 м/с; диаметр входных отверстий 2,4-2,6 мм, выходных - 2,8-3,0 мм, межэлектродное расстояние 8-12 мм. Микротвердость покрытий 10 500-11 000 МПа.
Способ получил название возвратно-струйного хромирования. Анодно-струйное и возвратно-струйное хромирование целесообразно применять при массовом хромировании однотипных деталей, имеющих, главным образом, цилиндрическую форму: цилиндров двигателей, поршневых колец, пальцев и других подобных деталей.
Хромирование в ультразвуковом поле. Ультразвуковое поле создает интенсивное перемешивание электролита в прикатодном слое, и его влиянне на режим хромирования и характеристики процесса близки к влиянию особо интенсивного потока электролнта. Наряду с перемешиванием при ультразвуковом поле в результате микрокавнтациониых явлений возикает значительное механическое воздействие на поверхность деталей, с помощью которого удаляются загрязнения и разрушаются разного рода окисные пленки на поверхности деталей.
Такое очищающее действие ультразвука позволяет использовать его для хромирования алюминиевых и титановых сплавов, которые из-за окисных пленок не могут быть непосредственно покрыты хромом.
Наложение ультразвукового поля в процессе хромирования позволяет значительно повысить плотности тока, при которых осаждаются блестящие осадки.
Однако этот же эффект может быть достигнут проточным электролитом и реверсированием тока без такого значительного осложнения, каким является использование специального оборудования для возбуждения в электролите звукового поля. Основной особенностью действия ультразвукового поля, которое имеет перспективы практического применения, является интенсивное очищающее действие на покрываемый металл.
При хромированни титана для обеспечения хорошего сцепления покрытия с основой рекомендуются следующие режимы (М. А. Шлугep):
