Хром — металл стального цвета с голубоватым оттенком. Наличие многих ценных физико-химическия свойств обусловило хромовым покрытиям широкое применение во всех областях машиностроения. Удельный вес хрома 6,7; температура плавле. ния 1520°, атомный вес 52.
В соединениях хром шестивалентен и трехвалентен. Нормальный потенциал равен - 0,56 в: электро-химический эквивалент 0,323 га-час. Ценными физическими свойствами являются красивая декоративная внешность хрома, устойчивый блеск, не тускнеющий от времени, хорошая отражжательная способность, жаростойкость и неокисляемость при высоких температурах.
В зависимости от режима осаждения хромовые покрытия изменяют свою твердость в пределах от 40 до 70 единиц Rc. Коэффициент трения хромовых покрытий ниже чем у стали, а износостойкость в несколько рав выше, особенно при пользовании пористохромовыми покрытиямн.
В электрохимическом ряде напряжений хром более электроотрицателен, чем железо, но благодаря свойству пассивироваться, хром изменяет свой потенциал, становясь более электроположительным, чем железо, и приближаясь этим к благородным металлам. Поэтому в гальванической паре хром — железо хром не защищает железо электрохимически.
В связи с высокой пористостью хромовых покрытий хром защищает железо механически лишь при наличии подслоев других металлов. Благодаря образованию пассивной пленки хром нерастворим в азотной кислоте. Серная кислота медленно растворяет хром. В соляном кислоте хром растворяется достаточно хорошо.
Органические кислоты, сероводород и щелочи не реагируюг с хромом.
Хромовые беспористые покрытия хорошо защищают сталь от цементации. В процессе хромирования происходнт насыщение повержностного слоя стали водородом: создается так называемая “водородная хрупкость” закаленных деталей. Поэтому для тонкостенных закаленных изделий типа пружин, вибраторов и им подобных, хромирование не применяют.
Широкое применение хромирование получило в качестве защитно-декоративного покрытия, причем в качестве подслоев используются покрытия никелем и медью. Толщина слоя хромя в этом случае находится в пределах одного микрона. Хорошая отражательная способность и длительное сохраненне нетускнеющей зеркальной поверхности используются для покрытия рефлекторов и прочих светоотражателей.
Химическая стойкость хрома используется для покрытия химическов аппаратуры, предметов домашнего быта и в пищевой промышленности.
Жаростойкость и износостойкость хромовых покрытий используются при покрытии хромом прессформ в стекольном производстве, а также матриц и штампов в производстве изделий из пласт. масс. Толина слоя хрома в этом случае составляет 5-8 мк.
Велика роль хрома в повышении износостойкости мерительного и режущего инструмента. Мерительный инструмент после хромирования повышает срок своей службы в 6-8 раз по сравнению с нехромированным. Толщина слоя хрома для пробковых калибров и прочих видов мерительного инструмента определяется установленными для них допусками на износ и обычно составляет около 5-10 мн.
Для режущих инструментов (метчиков, разверток и сверл) толщина слоя хрома не превышает 3-4 мк. Для повышения износостойкости трущихся деталей, работающих в условиях не-достаточной смазки, наиболее рационально применение пористого хрома.
Толщина слон хрома для этой целя не превышает обычно 0,20 мм.
Технология хромирования
Из всех видов гальванических покрытий хромирование, по своеобразию условий осаждения хрома, занимает особое место. Прежде всего следует отметить особенности подготовки к хромированню. Хромовый электролит, являясь сильным окислителем, разрушающе действует на многие изоляционные материалы органического происхождения. Между тем при хромирования почти Всегда имеется необходимость изоляции отдельных участков, не подлежащих покрытию.
При кратковременном декоративном хромировании с толщиной хрома в 1 мк для изоляции могут быть использованы: целлулонд, эбонит, текстолит, цапон-лак, каучук При длительном хромировании рекомендуется применять следующие изоляцион-ные материалы: полихлорвиниловое полотно, перхлорвиниловые лаки, стеклянное полотно, фарфор, керамику м. эбонит. В качестве материала для подвесок следует пользоваться железом.
Сам процесс хромирования характеризуется четирьмя основними особенностями.
Первой особенностью является чрезвычайно низкий выход по току в хромовых электролитах, составляющий в среднем около 13%.
Электрический ток расходуется, в основном, на побочные реакции и процессы, главным образом на разложение воды на водород и кислород и на выделение джоулева тепла.
Выделяясь на катодных и анодных поверхностях, газы образуют ядовитый туман, состоящий из мельчайших пузырьков хромового электролита, для удаления которого требуется вентиляция, Адсорбируясь поверхностью деталей, водород создает Водородную хрупкость деталей — явление, с которым приходится бороться путем последующего прогревания деталей до 400-450°C.
Выделенне джоулева тепла при электролизе обычно помогает поддержанию рабочей температуры электролита. Если же сила тока чрезмерно велика по отношению к емкости ванны, то электролит быстро перегревается: в этом случае электролит необходимо охлаждать путем подачи холодной воды в пароводяную рубашку ванны.
Второй особенностью процесса является применение при хромировании высоких катодных плотностей тока, доходящих в отдельных случаях до 80-100 а/дм2.
Поэтому, даже при сравнительно небольшой площади покрытия, общая сила тока на ванну может доходить до несколькие тысяч ампер, при напряжении 10-12 в. Это требует применения больших сечений шин и подвесок, способных пропускать эту силу тока в течение нескольких часов без нагревания.
Третьей особенностью процесса является весьма низкая рассеиваюшая способность электролита. Вследствие этого хромирование профилированных деталей следует производить с применением фигурных анодов, повторяющих профиль покрываемых деталей и создающих этим равномерное распределение тока на поверхности детали. При хромировании внутренних поверхностей также необходимо применять внутренние аноды, отвечающие форме полостей.
Их сечение обычно составляет 0,4-0,6 от поперечника полости. Для уменьшения концентрации тока на острых гранях и выступах деталей их защищают посредством проволочных экранов.
Последния, основная особенность хромирования заключается в применении нерастворимых свницовых анодов.
При покрытии наружных поверхностей отношенне площади анодов к площади покрываемых деталей следует поддерживать равным 2:1. Так как осажденне хрома происходит за счет обеднения электролита рамовым ангидридом, то корректировку электролита производят систематически, по данным анализа.
Перед хромированием следует выдерживать детали в ванне без тока в течение 1-2 мин., для того чтобы их поверхность приняла температуру злектролита. Включение тока производят перекидным рубильником на шите ванны так, чтобы детали подверглись сначала (в течение 15-30 сек.) анодной обработе, а затем переключают ток на процесс непосредственного хромирования.
При хромировании деталей с рельефной поверхностью в начальный момент хромирования следует кратковременно (1,5-2 мин.) повысить плотность тока на катоде в 1,5 - 2 рава больше номинальной.
При пользовании укаванными выше режимами покрытие хромом получается „блестящим”. Изменяя температуру электролита и плотности тока, можно изменять структуру, цвет и твердость хромовых покрытий. Так, матовые, серые покрытия получают при низких температурах, не превышающих 40-50°.
При тем. пературах, превышающих 60°покрытия становятся менее твердыми и приобретают светлый, молочный оттенок. При определении скорости наращивания хрома следует пользоваться данными таблице.
Составление злектролнта кромирования не требует пояснений. При введении серной кислоты следует лишь аналитически учесть содержание сульфатов в хромовом ангидриде.
Корректировка электролита заключается в систематических добавках хромового ангидрида и серной кислоты по данным аналива.
При случайном попадании избытка серной кислоты ее удаляют углекислым барием (ВаСО3). При накопленни в электролите больших количеств железа (свыше 20 г/л) злектролит следует сненить.
Основные неполадки при хромировании. Отсутствие покрытия может иметь место при ошибочно перемене полюсов, при чрезмерно малой плотности тока, при ошибочно высокой концентрации серной кислоты и при попадании в электролит азотной кислоты.
Частичное непокрытие отдельных участков деталей может иметь место при недостаточной плотности тока, особенно в начальные моменты хромирования, при взаимном экранировании деталей, при образовании “водородных мешков” в полостях деталей, а также при отсутствии покрытия вокруг отверстий. Для устранения последнего дефекта отверстия перед покрытием закрывают свинцовыми пробками.
Отслаивание хрома во время хромирования или при последующем шлифовании может явиться следствием плохой подготовки к покрытию, перерыва или изменения плотности тока при хромировании, при покрытии холодных деталей, или добавлении холодной воды в электролит во время хромирования. При декоративном хромировании отслаивание хрома совместно с никелем имеет место при нарушении режима никелирования по кислот-ности и температуре.
Утолщения, дендриты, серый цвет и шероховатость хрома острых гранях и выступах деталей указывают на необходимость применения проволочных экранов, защищающих эти участки.
Частные случаи хромирования
Пористое хромирование. При анодном растворении слоя хрома в хромовом электролите этот процесс происходит не равномерно по всей поверхности слоя, а идет наболее интенсивно по трещинам, образованным в слое хрома при его осаждении. В результате анодного травления поверхность хрома пересекается многочисленными каналами, глубина и количество которых зависят от режимов хромирования и анодного растворения.
Внешним вид такой сетки каналов и их поперечный разрез представлены на рис.
Наличие такой сетки, пропитанной смазками, на хромиро-ванных поверхностях, работающих в условиях трения, повышает износостойкость трущихся поверхностей в 10-12 раз по сравнению с закаленной, нехромированной сталью.
Продолжение таблицы
Продолжение таблицы
Условную маслоенкость пористохромовых покрытия одре деляют по времени винтывания пористым хромом одной капе очищенного керосина.
Для испытания намеченный участок располагают горизонтально и наносят на него пипеткой одну каплю керосина, при высоте падення капли 8- 12 мм. Условная маслоемкость, при трении пористохромовых покрытий по закаленной стали, должна быть в пределах 0,5- 3,0 мин.
При хромировании, в целях восстановления размеров, часты случай, когда мощность существующих мотор-генераторов недостаточна для покрытия всей поверхности детали одновременно. В этих случаях, например, при хоомировании внутренней поверхности трубы, пользуются переднижным анодом, позволяющим регулировать толщину слоя на отдельных участках в соответствии с их износом. При покрытии наружных поверхностей проще сообщить поступательное движение детали, оставляя анод неподвижным.
Исправленне брака. Для удаления забракованных хромовых покрытий детали завешивают в качестве анодов в ванну с 20-процентным раствором едкого натрия и растворяют хром при плотности тока 5-10 а/дм3. Катодами служат никелированные железные пластины. Подогревания раствора не требуется. Бортовая вентиляция ванны необходима, Хром удаляют также химически путем растворения в 15-20-процентном растворе соляной кислоты.
Перед повторным хромированием деталь необходимо предварительно прогреть в термостате при температуре 150-200° в течение 1 —1,5 час.
