Хромирование

Процесс хромирования, применяемый для восстановления изношенных деталей автомобилей и тракторов, получил распространение благодаря таким ценным качествам электролитического хрома как:

– высокая твердость;

– низкий коэффициент трения;

– высокая износостойкость и высокая прочность сцепления;

– устойчивость в отношении химического воздействия, влияния высоких температур.

Наряду с положительными качествами процесс хромирования имеет недостатки:

– плохая смачиваемость покрытия маслом;

– невозможность отложения слоя хрома большой толщины (свыше 0,4 мм);

– низкий выход по току (10—16 %);

– относительно большая продолжительность и сложность процесса;

– вредность.

При хромировании детали завешивают на катоде, а анодом служат свинцово-сурьмянистая пластина (нерастворимая).

Отличительной особенностью процесса хромирования от других гальванических процессов (железнение, никелирование) является то, что в качестве электролита служит хромовая кислота (хромовый ангидрид). При электроосаждении для большей части металлов используется растворы их солей. Хромовые покрытия получаются только в присутствии ионов SO₄^2— или Cl^- в строго определенном соотношении с применением нерастворимых анодов.

В качестве электролита при хромировании преимущественное распространение получили горячие растворы с концентрацией хромового ангидрида в довольно широких пределах (от 150 до 350 г/л) (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Параметры режима хромирования

Наименование электролита	Концентрация, г/л	Режим электролиза
CrO3	H2SO4	D K, А/дм^2	t, °С
Разведенный	120—150	1,2—1,5	40—100	50—65
Универсальный	200—250	2,0—2,5	20—60	45—55
Концентрированный	300—350	3,0—3,5	15—30	40—60

Разведенный электролит отличается лучшей рассеивающей способностью и более высоким выходом по току. Покрытия, полученные в этом электролите, имеют наивысшую твердость. Однако низкая концентрация приводит к резкому колебанию отношения CrO₃/H₂SO₄, что вызывает необходимость в более частой корректировке электролита и напряжения.

Универсальный электролит, занимающий по своим показателям промежуточное положение между разведенным и концентрированным, наиболее применим для получения износостойких и твердых покрытий и осадков с хорошими защитно-декоративными свойствами.

Концентрированный электролит отличается от других более низкой рассеивающей способностью и относительно малым выходом по току (10—12 %), повышенной потерей хромого ангидрида. Однако возможность получения плотных, менее напряженных покрытий, отсутствие необходимости в частой корректировке состава электролита позволили найти ему широкое использование для защитно-декоративных целей.

Для получения лучшей рассеивающей способности электролита и наибольшего выхода по току необходимо, чтобы массовое соотношение CrO₃/H₂SO₄ находилось в пределах 90—120.

Электролит заливают в ванну из листовой стали, снабженную рубашкой для подогрева. Внутренняя поверхность емкости выложена листовым свинцом или облицована эпоксидной смолой.

Технологический процесс хромирования включает:

1. Механическую обработку деталей.

2. Промывку в бензине.

3. Изоляцию нехромируемых мест.

4. Монтаж деталей на подвеску.

5. Обезжиривание деталей.

6. Промывку и декапирование.

7. Хромирование.

8. Обработку после хромирования.

Механическую обработку производят для удаления следов износа и придания поверхности детали правильной геометрической формы на шлифовальных станках. Шлифование ведут кругами зернистостью от 40 до 80, твердость круга подбирают исходя из твердости детали: чем тверже поверхность детали, тем мягче должен быть круг (окружная скорость круга 25—30 м/с, частота вращения детали 12—20 об/мин).

Поверхности после механической обработки не должна иметь раковин, забоин, неметаллических включений, а их шероховатость Rz 40—2,5. После механической обработки детали обезжиривают, промывают в бензине и обдувают сжатым воздухом. Места деталей, не подлежащие хромированию, изолируют полихлорвиниловым пластиком, клеем БФ, смытой кинопленкой, цапон-лаком (раствор целлулоида в ацетоне), которые наносят кистью в 2‑3 слоя. После этого производится монтаж деталей на подвеску, а затем окончательное обезжиривание.

Применяют обезжиривание венской известью (смесь окисей кальция и магния) или электрохимическое обезжиривание, во время которого водород, интенсивно выделяясь на поверхности детали, способствует отрыву частиц масла и других загрязнений с детали катода (табл. 5.2).

Затем деталь промывают в горячей воде, чтобы удалить продукты расщепления жировых загрязнений, а затем изолируют нехромируемые места. Детали, обезжиренные известью, промывают холодной водой. После обезжиривания детали подвергают декапированию для окончательного удаления с поверхности деталей тончайших окислов, образующихся во время переноски детали из одной ванны в другую, и выявления структуры основного металла.

Таблица 5.2. Составы и режимы обезжиривания

Наименование химикатов и режим работы при обезжиривании	Для металлов
черных	цветных	черных и цветных при работе на переменном токе
Каустическая сода, г/л	30—50	—
Кальцинированная сода, г/л	20—30	5—10	25—30
Тринатрийфосфат, г/л	10—15	30—40	25—30
Жидкое стекло, г/л	8—10	3—5	—
Эмульгаторы ОП—7 или ОП—10, г/л	—	—	5—10
Температура, °С	90—95	90—95	90—95
Плотность тока на катоде, А/дм^2	3—8	3—5	5—8
Время процесса, мин	5—8	0,5—1,0	0,2—2,0

Широко распространено анодное декапирование в хромовой ванне. Деталь выдерживают в ванне 5—8 мин, то есть в течение времени, необходимого для того, чтобы она нагрелась до температуры ванны. Затем включают ток, чтобы деталь стала анодом, и выдерживают ее под током 30—60 с при плотности тока 8—12 А/дм². Температура ванны и состав электролита те же, что и при хромировании. Эта операция необходима для получения хорошей адгезии хромового слоя к основному металлу детали.

Различают два вида хромирования: гладкое и пористое. Процесс гладкого хромирования и качество осадка зависят от плотности тока и температуры ванны.

Гладкое хромирование. Изменяя температуру электролита и плотность тока (без изменения состава электролита), можно получить три вида осадков хрома: блестящий, молочный и матовый (серый). Вид осадка выбирается исходя из условий, в которых работают восстанавливаемые детали.

Блестящий осадок отличается высокой твердостью 9 000 МПа, износостойкостью и хрупкостью. Применяется для восстановления детали, работающих в условиях неподвижных посадок. Режим хромирования в этом случае должен обеспечивать максимальную скорость наращивания слоя, что имеет место при плотности тока 30—40 А/дм² и температуре 45—65 °С. При более высоких плотностях тока слой хрома получается неровным.

Молочные осадки наиболее мягкие, имеют твердость 5 000—6 000 МПа, пластичны, удовлетворительно смачиваются маслом и поэтому износостойки, характеризуются высокой коррозионной стойкостью. Применяются для восстановления деталей, работающих на износ при больших удельных давлениях с динамическим и повторно—переменными нагрузками. Режим: плотность тока 20—30 А/дм² и температура 60—70 °С.

Матовый осадок обладает высокой твердостью 12 000 МПа, повышенной хрупкостью. Последнее значительно снижает его износостойкость, поэтому матовый осадок в ремонтном производстве применяется редко.

Хромирование в рассмотренных электролитах характеризуется низким выходом по току 10—16 % и непостоянством состава, что оказывает влияние на снижение производительности процесса и качества покрытий.

С целью сохранения постоянства раствора и повышения выхода по току при хромировании применяют саморегулирующийся электролит (хромовый ангидрид 250—300 г/л, сульфат стронция 5,5—6,5 г/л, кремнефторид калия 18—20 г/л). Режим: плотность тока 40—80 А/дм², температура 50—65 °С, выход по току 17—22 %. Особенности — малая зависимость выхода по току от режимов электролиза, меньшая чувствительность к изменению температуры раствора и загрязнению раствора металлами, чем у обычных электролитов. Недостаток — агрессивное воздействие на некоторые металлы, в том числе на сталь.

Кроме горячих электролитов начали применять холодные, которые значительно облегчают, упрощают и удешевляют оборудование. Особого внимания заслуживают тетрахроматные электролиты, позволяющие вести процесс при комнатной температуре.

Достоинства — улучшенная рассеивающая способность, создаются условия для получения покрытия с низкими внутренними напряжениями и малой пористостью. Недостаток — плохая сцепляемость хромового покрытия с основным металлом.

Технология холодного хромирования отличается от обычного (горячего) тем, что для обеспечения сцепления деталь между обезжириванием и декапированием подвергают дополнительному анодному травлению при плотности тока 20 А/дм² в течение 5 мин в смеси из 50 % фосфорной и 50 % серной кислоты с последующей промывкой в горячей воде.

Саморегулирующийся холодный электролит: СrO₃ – 380—420 г/л, CaCO₃ – 60 г/л, CaSO₄ – 12 г/л, MgO – 0,8—1,0 г/л. Режим электролиза: плотность тока 100—140 А/дм², температура 18—25 °С, выход по току 32—35 %.

Обработка деталей после хромирования:

1. Промывка деталей в дистиллированной воде для удаления электролита.

2. Промывка в холодной и горячей воде для окончательного удаления электролита. Горячая вода, нагревая деталь, ускоряет ее сушку.

3. Демонтаж подвесок, удаление изоляционных лаков.

4. Нагрев деталей в сушильном шкафу до 150—200 °С для удаления водорода и сушки.

5. Технический контроль.

Пористое хромирование. Гладкий хром обладает существенным недостатком — плохой смачиваемостью, вследствие чего на трущихся хромированных поверхностях плохо удерживается смазка. Для устранения этого недостатка применяют пористое хромирование: на хромированной поверхности искусственно создают сетку трещин или канавок, в которых хорошо удерживается смазка.

В зависимости от вида хромового покрытия (условий осаждения) при анодном травлении можно получить пористость двух типов: канальчатую и точечную.

Для получения пористости хромированную поверхность подвергают анодному травлению (дехромированию) при плотности тока 25—40 А/дм² и температуре 50—60 °С. Рост пористости зависит от интенсивности анодного травления.

Канальчатые покрытия получают при анодной обработке молочно—блестящих и блестящих осадков, имеющих редкую и среднюю сетку первичных трещин. Эти покрытия обладают высокой износостойкостью и наносятся на шейки валов, гильзы цилиндров, толкатели и др. Режим хромирования: плотность тока 50 А/дм², температура 58—60 °С, затем включают ее в качестве анода на 6—8 мин при плотности тока 55 А/дм² и температуре 50—60 °С. Канальчатые пористые покрытия прирабатываются плохо, поэтому следует обязательно применять механическую обработку (шлифование, хонингование).

Точечные покрытия получаются при анодной обработке матово—блестящих осадков. Они имеют густую сетку первичных трещин, обладают большой маслоемкостью и хорошо прирабатываются к сопряженным поверхностям. Такие покрытия применяются для деталей, работающих при повышенной температуре и недостаточной смазке (компрессионные кольца). Для получения точечной пористости детали хромируют при плотности тока 45 А/дм² и температуре 50—52 °С, а затем проводят анодную обработку 10—12 мин при плотности тока 40 А/дм² и температуре 52 °С.

При хромировании могут наблюдаться следующие дефекты:

– растрескивание хромового осадка на остриях и краях изделия;

– неполное или неравномерное покрытие всей поверхности;

– подгорелый осадок.

Во избежание этих дефектов необходимо строго соблюдать режимы хромирования.

Способы ванного хромирования малопроизводительны (за 1 ч откладывается слой толщиной 0,015—0,03 мм) и трудоемки.

Новые способы осаждения электролитического хрома — анодно-струйное и в проточном электролите. В их основе лежит принудительная подача электролита в зону электролиза, что дает возможность повысить плотность тока и скорость осаждения хрома.

Дата добавления: 2015-05-06