Станислав Вирбилис



Дата06.05.2019
Размер179 Kb.
#85736

Станислав Вирбилис

5. ХРОМИРОВАНИЕ
Свойства и применение хромовых покрытий
Преимущества хрома хорошо известны. Этот металл име­ет склонность покрываться пассивной, прозрачной плотной пленкой, увеличивающей коррозионную стойкость и предупреждающей потемнение блестящих декоративных покрытий. Сам хром не создает хорошей антикоррозионной защиты для стали, отсюда необходимо применение проме­жуточных слоев, таких как никель или никель—медь.

В зависимости от назначения хромовые покрытия разделяют на декоративные и функциональные. Первые на­носят в виде тонких (<1 мкм) слоев на грубом промежуточном подслое, а вторые наносят прямо на стальную или другую подложку. Толщина функциональных покрытий достигает нескольких миллиметров.

Декоративное хромирование имеет огромное приме­нение в автомобильной промышленности и многих дру­гих областях техники, где к изделиям предъявляют высокие требования как с эстетической точки зрения, так и в плане коррозионной стойкости.

Функциональное хромирование применяется для по­крытия инструмента, шаблонов, форм для отливки под давлением и других деталей, подвергаемых сильному ме­ханическому износу. Широкое применение имеет функциональный хром и при восстановлении изношенных де­талей машин.


Ванны хромирования
Основной составляющей ванны для хромирования явля­ется хромовый ангидрид. Кроме того, необходим так на­зываемый катализатор, которым в традиционных ваннах является серная кислота.

В соответствии с общим правилом содержание серной кислоты по отношению к содержанию хромового ангидрида должно быть в пределах 0,8—1,2 %. В среднем при­нимают 1 % и, следовательно, в ванне, содержащей хро­мовый ангидрид (250 г/л), должно быть серной кислоты 2,5 г/л.

Ванны для хромирования имеют очень малый катод­ный выход по току, в основном <20 % и низкую кроющую способность.

Ванна, содержащая хромовый ангидрид (400 г/л), имеет хорошую электропроводность и, следовательно, не требует такого высокого напряжения при хромировании, как ванны с меньшим содержанием хромового ангидрида. Она рекомендуется для декоративного хромирования из­делий сложной формы. Недостатком такой (концентрированной) ванны является низкий выход по току, и, следо­вательно, она непригодна для функционального хромирования.

Кроме классических хромовых ванн с сульфатным ка­тализатором разработан и ряд других, например, с катализатором, состоящим из солей двух кислот — серной и и кремнийфтористоводородной ограниченной растворимо­сти, что полезно для оптимальной работы ванны. Приме­нение этих ванн, называемых саморегулирующимися должно бы существенно облегчить проведение хромирования

ввиду того, что отпадает необходимость аналитического исследования химического состава. Однако это не совсем так, к тому же еще выявились и такие недостатки как значительная агрессивность ванны, требующая очень тща­тельной изоляции стальных изделий, хромирующихся час­тично с учетом опасности поражения стали в неизолированных местах.

Работа с растворами хромового ангидрида сопряжена с многими трудностями, обусловленными токсичностью этого вещества и трудоемкой технологией очистки сточных вод.

Необходимость применения довольно высоких темпе­ратур и тока большой плотности требует оборудования ванн для хромирования эффективной вытяжной систе­мой. Даже ванны, не находящиеся под током, но при ра­бочей температуре, выделяют вредные для человеческого организма пары.

Второй проблемой являются материальные потери. Большое содержание хромового ангидрида влечет за со­бой значительные потери за счет уноса электролита из ванны с деталями. Ванны улавливания являются неиз­бежной необходимостью. Нередко применяют две про­мывки.

Рациональным способом снижения потерь материала является применение ванны с меньшим содержанием хро­мового ангидрида. Следует экспериментально установить, нельзя ли для данной продукции применять ванну с мень­шим содержанием хромового ангидрида, например, 200 г/л.

Нет недостатка в разработках ванн, содержащих хро­мовый ангидрид (~100 г/л) и специально выбранные ка­тализаторы. Эти ванны труднее поддерживать в рабочем состоянии и применять в ремесленных мастерских.

Универсальная ванна, пригодная для технического и декоративного хромирования, содержит: хромовый ан­гидрид (250 г/л) и серную кислоту (2,5 г/л). Декоратив­ные покрытия наносят при ~50 °C и средней плотности тока 25 А/дм2, а функциональные покрытия — при 55—60 °С и плотности тока 45—60 А/дм2.



Подготовка ванны хромирования. Раствор электролита готовят в запасной ванне, футерованной изнутри поливинилхлоридом. В ванну вливают половину того количества деминерализованной воды, которое будет необходимо в рабочей ванне. В воду порциями добавляют хромовый ангидрид и перемешивают до полного его растворения. С этого момента возникает проблема, сколько следует добавить серной кислоты, так как введенный хромовый ангидрид уже содержит кислоту.

На хромовый ангидрид для гальванотехнических це­лей существует стандарт ВN-76/6068-11, в соответствии с которым в хромовом ангидриде серной кислоты должно быть не больше, чем 0,4 %. В нормали PN-70/C-84121 на хромовый ангидрид плавленный технический перечисле­ны четыре сорта хромового ангидрида: S, I, II и III.

Содержание серной кислоты не должно превышать для сорта S — 0,1 %, для сорта I — 0,4 %, для сорта II — 0,6 % и для сорта III — 0,8 %.

На каждой упаковке должна находиться надпись с обозначением сорта хромового ангидрида. Если потре­битель не знает, каким хромовым ангидридом он распо­лагает, он должен отправить пробу приобретенного то­вара на анализ. Если это невозможно, то надо подгото­вить ванну из хромового ангидрида, не добавляя сразу серной кислоты, лишь только сахар (1 г/л).

После нагрева до рабочей температуры проводят проб­ное хромирование изделий, покрытых блестящим нике­лем. Если на поверхности появляются радужные налеты, то это означает, что в ванне недостаток серной кислоты. Необходимо добавить на каждые 100 л ванны 25 см3 20 %-ной серной кислоты. После тщательного перемеши­вания ванны возобновляют пробное хромирование, а если радужные налеты остаются и дальше, то необходимо добавить в ванну новую порцию кислоты. Эти операции повторяют до тех пор, пока радужный налет перестает появ­ляться и начнет осаждаться нормальное хромовое покры­тие.

Встречаются поставки хромового ангидрида, содержа­щие >1 % серной кислоты. Это проявляется в виде низ­кой кроющей способности хромовой ванны. Химический анализ покажет истинную концентрацию серной кислоты, избыток которой необходимо уменьшить, добавив ~2 г карбоната бария на каждый грамм серной кислоты. Более подробные сведения приведены при рассмотрении поддержания стабильности и регенерации хромовой ванны.

После подготовки ванны определяют ареометром ее плотность, по которой из табл. 6 определяют содержание хромового ангидрида в приготовленной ванне.
Т А Б Л И Ц А 6

ПЛОТНОСТЬ ВОДНОГО РАСТВОРА ХРОМОВОГО АНГИДРИДА ПРИ 15 °C




p, г/см2

0Be

CrO2, г/л




p, г/см2

0Be

CrO2, г/л




p, г/см2

0Be

CrO2, г/л

1,03

4,0

43

1,13

16,5

185

1,25

29

360

1,04

5,5

57

1,14

18,0

200

1,26

30

375

1,05

7,0

71

1,15

1,90

215

1,27

31

390

1,06

8,0

85

1,16

20,0

220

1,28

31,5

406

1,07

9,5

100

1,17

21,0

243

1,29

32,5

422

1,08

10,5

114

1,20

24,0

288

1,30

33,5

438

1,09

12,0

129

1,21

25,0

301

1,31

34,5

453

1,10

13,0

143

1,22

26,0

316

1,32

35,0

468

1,11

14,5

157

1,23

27,0

330

1,33

36,0

484

1,12

15,5

171

1,24

28,0

345

1,34

39,0

500


Декоративное хромирование
Традиционные ванны для декоративного хромирования в 1 л содержат ~400 г СгО3 и 4 г H2SO4, что связано прежде всего с высокой электропроводностью ванны, позволяющей достигать очень большой плотности тока при относительно невысоком напряжении. При широком при­менении генераторов с U > 6 B это имеет большое значение.

Высококонцентрированные ванны характеризуются также хорошей кроющей способностью изделий сложной формы. В них блестящее покрытие образуется уже при 35—40 °C и 15—20 А/дм2, что немаловажно.

Общая тенденция к экономии материалов и снижению степени загрязнения сточных вод требует применения ванн с меньшим содержанием хромового ангидрида. Во многих мастерских с успехом применяют универсальную ванну, содержащую хромовый ангидрид 250 г/л для функ­ционального и декоративного хромирования. Для нанесения только декоративных покрытий можно использовать ванну, содержащую хромовый ангидрид 300 г/л и серную кислоту (3 г/л), что позволит работать при 40 °С, ~20 А/дм2. Уже само снижение температуры равнознач­но экономии энергии, что соответствует общегосударст­венным интересам.

Декоративные хромовые покрытия наносят преимуще­ственно на блестящий никель сразу же после никелиро­вания и тщательной промывки. Следует избегать длительных перерывов, приводящих к высыханию никелевого покрытия под воздействием воздуха и его пассивации. Пассивированный никель активируют катодной обработ­кой несколько минут в ванне для электролитического обезжиривания и краткой выдержкой в разбавленной серной кислоте. При хромировании никелевых покрытий, отполированных механическим способом, активация сер­ной кислотой обязательна.

Перед погружением в ванну детали следует подогреть в воде с температурой ванны хромирования, так как на холодной поверхности осаждается матовое покрытие. Не­которые работники без горячей промывки погружают из­делие в ванну для хромирования при выключенном токе, ожидая, пока не нагреется поверхность изделий. Такой порядок хромирования допустим лишь при функциональном хромировании, когда предварительное анодное трав­ление предупреждает пассивацию, но при декоративном хромировании передержка изделий без тока может при­вести к пассивации. При хромировании медных и латун­ных изделий, отполированных до высокой степени чисто­ты, предварительный нагрев в воде необходим, так как нагрев в самой ванне хромирования приводит к матовой поверхности.

Плотность тока при декоративном хромировании дос­тигает 15—20 А/дм2, а температура 40—50 °С. Самые эф­фективные параметры выбираются экспериментально. В начале хромирования изделий сложной формы подают ток значительной плотности, чтобы наложить слои хро­ма в углубленных местах, а через несколько секунд уменьшают постепенно плотность тока до минимального значения. Следует учитывать, что начальный сильный удар током может привести к пригару покрытия в местах, на­ходящихся близко от анодов, а поэтому параметры этого удара следует определить экспериментально.

В соответствии с основами гальванотехники следовало бы выбирать плотность тока в зависимости от величины поверхности одной загрузки. Предпосылка на первый взгляд очень простая, но в случае изделий сложного профиля подсчет поверхности затруднен.

На промышленных предприятиях этим занимаются конструкторские или технологические бюро, но в ремес­ленных мастерских гальваник должен рассчитывать лишь на собственную сообразительность и зрительную память, четко фиксировать показания вольтметра и амперметра, помнить требуемые значения и со временем он будет до­вольно неплохо обходиться без трудоемкого подсчета по­верхности. Однако при серийном производстве необходи­мо вычислить поверхность всей загрузки, учитывая и не­изолированные поверхности подвесок.

Важным параметром является длительность декора­тивного хромирования. Нередко в ремесленных мастер­ских хромирование проводят за десять или даже менее секунд. В соответствии с PN-83/11-97006 на электролити­ческие никелевые, никельхромовые и медьникельхромовые покрытия минимальная их толщина должна быть 0,3 мкм, а в соответствии с данными в табл. 7 для полу­чения такой толщины требуется, даже при очень большой плотности тока 1,5 мин. На промышленных предприя­тиях с хорошо организованным техническим контролем декоративное хромирование длится 3—4 мин.
ТАБЛИЦА 7

ТОЛЩИНА (S) ДЕКОРАТИВНОГО ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ, НАНОСИМОГО В ВАННЕ С СУЛЬФАТНЫМ КАТАЛИЗАТОРОМ ПРИ, 40 °С, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ ОСАЖДЕНИЯ (t) И ПЛОТНОСТИ ТОКА




t, мин

S, мкм при J, А/дм2

 

t, мин

 S, мкм при J, А/дм2

 


10

15

20

10

15

20

1

0,07

0,11

0,20

6

0,44

0,66

 1,22

2

0,15

0,22

0,41

7

0,51

 0,77

 1,42

3

0,22

0,33

0,61

8

0,56

 0,99

 1,64

4

0,28

0,44

0,82

9

0,63

 0,99

 1,84

5

0,37

0,56

1,00

10

0,75

 1,10

 2,00

Примечание. Для J = 10 А/Дм2 катодный выход потоку 10 %, для 15 и 20 А/Дм2 — 13,5 %.
Причиной применения такой технологии блестящего хромирования в ремесленных мастерских может быть стремление увеличить пропускную способность ванны при ухудшении качества хромирования или также плохое со­стояние ванны для хромирования, дающей матовые по­крытия уже после нескольких (>10) секунд хромирова­ния.
Функциональное хромирование
Целью функционального хромирования является прида­ние поверхности металлического изделия специальных физических или химических свойств, например, большой твердости, износостойкости, сопротивления воздействию некоторых химических веществ и т. д.

Хром наносится преимущественно на стальную подложку, обработанную механически и термически. Твер­дость хромового покрытия полезна при очень мягкой под­ложке. Если твердость материала подложки невозможно повысить, то хромовое покрытие должно быть настолько толстым, чтобы самостоятельно противодействовать меха­ническим нагрузкам.

Режущий инструмент покрывают тонкими (5—10 мкм) слоями. На самом острие хромовое покрытие сошлифовывается. Толщина хромового покрытия на формах для пластмасс 10—25 мкм. Использованные калибры покры­вают избытком хрома по толщине и затем сошлифовывают до заданного размера. Подобным образом поступают с изношенными деталями машин.

Хромовые покрытия можно без труда наносить на стали и сплавы меди многих марок. Стальные детали твердостью HRC 40 перед хромированием следует терми­чески обрабатывать для снятия внутренних напряжений. Температура 1—2 ч нагрева достигает 180—200 °С. Для обезжиривания стали применяют общеизвестные щелоч­ные ванны. Углеродистые и молибденовые стали обезжиривают на аноде, а хромоникелевые и быстрорежущие стали — химическим способом. Часто применяют старый и апробированный метод обезжиривания в венской из­вести.

Химическое, а также и электролитическое обезжири­вание производятся на изделиях еще перед выполнением добавочных операций, таких как изолирование, монтаж вспомогательных анодов, экранов и т, д., так как остатки обезжиривающих растворов ванн, остающиеся в щелях вспомогательных устройств отрицательно влияют на качество хромовых покрытий.

Поверхность, не подлежащая хромированию, покры­вается химически стойким лаком, который, однако, при длительном хромировании не пригоден. Эффективным способом является обмотка изделий поливинилхлоридом или свинцовой фольгой. Этот последний способ оправдан в том случае, когда фольга служит в качестве добавоч­ного катода, предупреждающего рост дендритов, на границе сталь—фольга.

Если в изделиях, предназначенных для хромирования, имеются отверстия, не подлежащие хромированию, то их следует заполнить свинцовыми пробками или пробками из пластмассы. Резина непригодна для этого, так как она растворяется в хромовой кислоте.

Низкая кроющая способность ванны хромирования требует применения точно продуманных подвесок и соот­ветственно отформованных анодов. Неравномерная толщина покрытия, рассмотренная более подробно в гл. 1, проявляется особенно заметно в случае функционального хромирования. На ребрах и выступах, не защищенных со­ответствующими экранами, покрытие нарастает в виде толстого дендритного слоя. Без вспомогательных анодов углубленные места покрываются с трудом.

На рис. 9 приведено неправильное положение, матрицы и внутреннего анода при хромировании. Пузырьки газа накапливаются вверху и препятствуют осаждению хрома. Отсутствие экранов приводит к образованию нарос­тов на ребрах. Правильный способ хромирования этой матрицы показан на рис. 10.
Рис. 9. Неправильное положение матрицы и внутреннего анода при техниче­ском хромировании:

1 — пузырьки газа; 2 — анод; 3 — зеркало; 4 — покрытие; 5 — матрица
Рис. 10. Правильный способ хромирования матрицы:

1 — анод; 2 — изоляция; 3 —зеркало ванны; 4 — изоляция;- 5— покрытие; 6 — матрица

Острые ребра всегда склонны к образованию на них больших наростов, вот почему ребра необходимо закруглять, очевидно, с согласия конструкторов. Кроме того, необходим вспомогательный катод со свинцовой или алю­миниевой проволокой. Катод не должен быть очень удален от ребра, так как в этом случае проволока покры­вается хромом настолько сильно, что препятствует его осаждению на покрываемой поверхности.

На рис. 11 приведен пример правильного и непра­вильного расположения проволоки вблизи края валка, а на рис. 12 — типичный пример предохранения острых краев с использованием вспомогательных проволочных катодов.
Рис. 11. Защита проволокой, правильно (а) и неправильно (б) разме­щенной

Рис. 12. Защита свинцовой проволокой (1) острых ребер изделия (2)


Умение наиболее эффективно выбирать оборудование при техническом хромировании достигается за счет долголетней практики, в первую очередь, под наблюдением хорошего специалиста, а затем за счет самостоятельных идей, не всегда приводящих к желаемому результату, но дающих ценные указания на будущее. Важно поддержание ванны в надлежащем состоянии, так как в плохой ванне даже хороший специалист не достигнет хороших резуль­татов.

Стальные изделия для хромирования (укрепленные на подвесках с соответствующими вспомогательными ка­тодами, экранами и добавочными анодами) подвешивают в рабочей ванне и, не включая тока, ожидают, пока они не нагреются до температуры ванны. Затем переводят переключатель тока в положение, соответствующее сое­динению изделия с анодом и источником тока, и вклю­чают выпрямитель для так называемого анодного трав­ления. При U = 6 В травление длится ~30 с. После трав­ления необходима выдержка в несколько секунд, чтобы пузырьки кислорода, скопившиеся на поверхности изделий во время анодного цикла, оторвались, а затем мож­но включить катодный ток. В течение первых пяти минут подается так называемый ударный ток при напряжении 8 В, после чего напряжение постепенно снижают до по­лучения силы тока, соответствующей данной поверхности.

Чугунные изделия очищают вручную (лучше всего смесью извести с пумексом) и без травления помещают в хромовую ванну. Вначале плотность тока поддержива­ют большой (80—100 А/дм2), а после нескольких минут ее постепенно уменьшают до 40—60 А/дм2.

Медные и латунные изделия нельзя выдерживать в хромовой ванне без тока, так как они подвергаются травлению, следовательно, их следует предварительно подогреть в горячей воде и загружать в ванну под током.

Несмотря на небольшой выход по току, скорость осаж­дения функционального хрома довольно велика вследствие большой плотности тока. Из табл. 8 следует, что за 1 ч можно осадить слой 20—50 мкм. Отметим, что при восстановлении изношенных деталей машин требуется не­прерывное хромирование в течение нескольких десятков часов. Большое значение имеет автоматическое регулирование параметров осаждения покрытия.
ТАБЛИЦА 8

ТОЛЩИНА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ, НАНОСИМОГО В ВАННЕ С СУЛЬФАТНЫМ КАТАЛИЗАТОРОМ ПРИ 55 'С, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ. ОСАЖДЕНИЯ И ПЛОТНОСТИ ТОКА




t, мин

S, мкм при J, А/дм2

 

t, мин

 S, мкм при J, А/дм2

 


30

45

60

30

45

60

10

3,70

5,50

8,80

60

22,20

33,00

52,80

20

7,40

11,00

17,60

65

24,05

35,75

57,20

30

11,10

16,50

26,40

70

25,90

38,50

61,60

40

14,80

27,00

35,20

80

29,60

44,00

74,80

50

18,50

27,50

44,00

90

33,30

49,50

79,20

55

20,35

30,25

48,40

100

37,00

55,00

88,00

Примечание. Для 30 и 45 А/дм2 катодный выход по току 16 %, для 60 А/дм2 — 19 %.
Эксплуатация ванн хромирования

Она на первый взгляд очень проста, однако доставляет порой много забот. Значительным облегчением была бы возможность аналитического исследования состава ванны, однако не каждая мастерская имеет соответствующую лабораторию.

Содержание основного компонента в ванне — хромово­го ангидрида постепенно уменьшается по следующим причинам: из-за нерастворимости анодов хром выраба­тывается из ванны; электролит уносится из ванны изде­лиями, поступающими на промывку; значительные количества электролита уносятся вентиляционным устройст­вом. Суммарные потери очень велики, и необходимо через определенное время пополнять ванну хромовым ангидридом.

Как уже указывалось при описании подготовки ван­ны, необходимо через определенное время замерять и фиксировать плотность электролита. Исходя из данных табл. 6, можно с достаточной точностью для условий мас­терской определить концентрацию хромового ангидрида. Прямое же измерение концентрации хромового ангидрида в рабочей ванне непросто из-за ее температуры. Более целесообразно отобрать пробы из ранее приготовленного электролита, находящегося в рабочей ванне, в измери­тельный цилиндр, и лишь после полного остывания изме­рить его плотность.

Если окажется, что необходима добавка хромового ангидрида, то возникают такие же затруднения, как и при составлении ванны, а именно неопределенность в отно­шении загрязнения хромового ангидрида серной кисло­той. Простой, но не дешевый способ заключается в осаж­дении серной кислоты карбонатом бария и добавлении очищенного таким образом хромового ангидрида в ванну без опасения превышения концентрации серной кис­лоты. Если это невозможно, то необходимо периодически восполнять недостаток хромового ангидрида, наблюдая одновременно при работе ванны, нет ли избытка серной кислоты.

Концентрация серной кислоты влияет на работу ван­ны для хромирования. Химический анализ является наи­лучшим показателем правильного или неправильного со­отношения между серной кислотой и хромовым ангидри­дом. (Опытный работник гальванической мастерской, однако, может больше рассказать, исходя из собственных наблюдений).

Бронзовые и радужные налеты на поверхности хро­мированных изделий свидетельствуют о малой концентра­ции серной кислоты, и, следовательно, добавлять ее необходимо малыми порциями вплоть до исчезновения налета, одновременно доливая концентрированную серную кислоту: 10 см3 на 100 л ванны. Перед доливкой кислоту следует, соблюдая осторожность, разбавить дистиллиро­ванной водой в отношении 1 : 5. После каждой добавки кислоты ванну перемешивают и проводят пробное хромирование.

При функциональном хромировании на поверхности покрытий могут возникнуть мелкие углубления или на­росты в виде песчинок. Серную кислоту следует добав­лять как рекомендовано выше.

Избыток серной кислоты ухудшает кроющую способ­ность ванны, приводит к снижению катодного выхода по току и к появлению матовых пятен на поверхности дета­лей. Визуально избыток кислоты проявляется по дискрет­ному проявлению пены, вследствие сильного газовыделеиия на поверхности изделия.

Избыток серной кислоты нейтрализуют карбонатом бария. На каждый грамм серной кислоты требуется ~2 г карбоната. Его добавляют порциями в виде водяной кашицы к горячей ванне при постоянном перемешивании и включенной вентиляции. Следует помнить, что карбо­нат бария реагирует медленно и часть его остается в ван­не, приводя к дальнейшей нейтрализации серной кисло­ты в виде сульфата бария. На практике следовало бы вводить карбонат бария малыми порциями и наблюдать при этом, как улучшается работа ванны.

Могут однако быть определенные затруднения с при­обретением карбоната бария, необходимого для устране­ния избытка кислоты. В таких случаях можно поступить следующим образом. Из рабочей ванны отливают опре­деленное количество раствора и взамен доливают дистил­лированную воду с растворенным в ней хромовым ан­гидридом в количестве, необходимом для поддержания нормальной концентрации рабочей ванны. Можно пред­положить, что хромовый ангидрид настолько сильно загрязнен серной кислотой, что вместо улучшения ситуации может наступить ее ухудшение. Единственным советом является применение хромового ангидрида с известным химическим составом.

Отлитый из рабочей ванны раствор можно использо­вать для побочных целей, например, для травления сплавов меди после доливки в него серной кислоты (~10 см3/л).

Для правильной работы ванны следует соблюсти соответствующее соотношение между поверхностью анода и поверхностью загружаемых изделий. Поверхность ано­дов должна быть в полтора раза больше. Если обстоя­тельства заставляют применять меньшие аноды, напри­мер, при хромировании внутренних поверхностей труб, то со временем в ванне накапливается избыточное количество трехвалентного хрома, что значительно ухудшает качество покрытий: они становятся матовыми, шероховатыми и хрупкими при одновременном ухудшении крою­щей способности ванны.

Малое количество трехвалентного хрома (5 г/л) по­лезно влияет на работу ванны, кроме того, при составлении новой ванны добавляют сахар, который приводит к восстановлению шестивалентного хрома до трехвалент­ного. Сахар растворяется в воде и в таком виде долива­ется в ванну малыми порциями при постоянном перемешивании, так как ванна разогревается. Иногда вместо сахара применяют денатурат, но эта замена не полезна для работы хромовой ванны.

Снижение концентрации трехвалентного хрома — до­вольно трудоемкая операция. На анодных штангах ос­тавляют полный комплект анодов, а на катодную вешают несколько стальных прутков. Плотность катодного тока должна достигать ~60 А/дм2, анодного — <10 А/дм2, а температура ванны ~60 °С. Переработка ванны длит­ся от нескольких до десятков часов. С целью исключения этой длительной операции следует заботиться о стабили­зации оптимальных условий хромирования ежедневно, т. е. поддерживать отношение поверхности анодов к по­верхности загрузки ~2 : 1.

О загрязнении хромовой ванны избыточным трехва­лентным хромом можно судить по цвету ванны. Очень тем­ная окраска раствора, отобранного в стеклянный сосуд, свидетельствует о превышении концентрации вредного вещества и о необходимости регенерации ванны.

Вопрос о загрязнении ванны для хромирования примесными металлами выглядит иначе, чем в случае других ванн. Ванна для хромирования выдерживает без боль­ших осложнений загрязнения железом, медью и цинком даже при нескольких (10—20) граммах на литр. Это не означает, что можно безнаказанно и постоянно допускать рост концентрации примесных металлов, тем более, что для устранения этих загрязнений не существует простых способов.

Ванна загрязняется хлоридами, когда для нее используют водопроводную воду из городской сети или такой водой доливают испарившуюся часть ванны. Немалый также вклад привносит и промывная вода, поступающая с изделий, погружаемых для хромирования.

Хлориды сужают область блеска и могут способствовать травлению металла подложки. Они служат также причиной чрезмерной коррозии анодов или свинцовой обкладки ванны. Хлориды можно удалять, добавляя в ванну оксид серебра, что не окупается, так как значи­тельно дешевле было бы разбавить ванны дистиллиро­ванной или деминерализованной водой.
Окончательная обработка хромированных изделий
После выгрузки из ванны для улавливания большие и тя­желые изделия остаются еще теплыми и поэтому их про­мывают в теплой воде, так как очень холодная вода мо­гла бы привести к возникновению трещин в хромовом слое.

После демонтажа подвесок изделие обычно уже ох­лаждено и его можно ополаскивать в проточной холод­ной воде. Пятна засохшего раствора ванны смывают 5 %-ным карбонатом натрия.

При функциональном хромировании выделяется зна­чительное количество водорода, проникающего в покры­тие и даже в подложку. Это вызывает так называемую во­дородную хрупкость.

С целью устранения водорода применяют 2—4 ч выдержку при 180—200 °С в печи или ванне с веретенным маслом. Не следует помещать хромированные изделия в уже нагретую до 200 °С печь, а начинать нагрев нужно со значительно более низкой температуры, например, с 60 °С, постепенно повышая температуру до заданной и только с этого момента надо отсчитывать время выдержки.

Термическая обработка — очень важная операция, оказывающая большое влияние на шлифование хромо­вого слоя. При восстановлении деталей машин их обычно хромируют с избытком и, следовательно,возникает необходимость шлифования с целью получения заданных размеров.

Шлифование хромового слоя должен выполнять спе­циалист по механической обработке хрома, так как не­правильное выполнение этой операции может привести к шелушению покрытия, в результате чего необходимо полное удаление хрома и повторение всего процесса за­ново, а повторное хромирование более сложно.


Аноды для хромирования
Для хромирования применяют нерастворимые аноды, из сплава свинца с оловом или сурьмой. Чистый свинец ме­нее пригоден, так как он более склонен к покрытию тол­стой и плохо проводящей пленкой хромата свинца. В галь­ванических мастерских, занятых хромированием, при­меняют преимущественно сплав PbSb7, содержащий 7 % Sb.

Форма анода влияет на его работу в ванне. Лучшими являются круглые или овальные аноды, которые однако необходимо отливать самостоятельно. При необходимос­ти применяют плоские аноды шириной ~50 мм и тол­щиной 10—15 мм. Тонкие и широкие аноды с технической точки зрения невыгодны, так как на их задней поверхно­сти трудно получить анодный ток, необходимый для под­держания анода в активном состоянии.

Закрепление анода на штанге имеет существенное зна­чение. Часто применяемый способ, заключающийся в загибке анода и навешивании на штанге не обеспечивает хорошего прохождения тока. К аноду следует прочно припаять крюк из медной полосы шириной ~30 мм и толщиной 6—8 мм с резьбой под винт для прижима его к плоской токовой штанге. Полезно покрыть соединение химически стойким лаком.

Новые аноды следует формовать следующим образом. На катодную штангу навешивают стальные полосы, включают ток, добавляют напряжение до 5 В, а на анодных штангах размещают аноды один за другим, повышая постепенно напряжение до 8 В. В этих условиях проводят электролиз в течение часа, что достаточно для образова­ния слоя диоксида свинца черно-бронзового цвета, ха­рактерного для анодов, работающих нормально.

Если на анодах образуется желтый налет, то его сле­дует устранить, сначала смягчая в 25%-ном растворе поваренной соли, в течение ночи, затем, устраняя шлам стальными щетками. При сухой очистке анодов образуется очень вредная для человеческого организма пыль. Очищенные аноды, как и новые, обрабатывают током под большим напряжением.

В случае длительного перерыва в работе, например, по случаю отдыха, аноды следует вынуть из ванны, про­мыть и протереть волосяной щеткой, высушить и оставить на воздухе. Во время более коротких перерывов в работе, например, в течение ночи, изъятие анодов обременительно, поэтому их оставляют в ванне, а перед началом хро­мирования активируют, т. е. работают ~30 мин.при на­пряжении 8 В после навешивания на катодной штанге стальных листов или прутков.

Вспомогательные аноды изготовляют из легкоизгибаемого тонкого свинцового листа или свинцовой проволо­ки. Иногда вспомогательные аноды изготовляют из ста­ли или никеля, но они служат один раз, так как сильно травятся во время электролиза.
Снятие хромовых покрытий
Широко применяемый способ снятия хрома заключается в химическом его растворении 50 %-ной НСl при 30—35 °С.

Тонкие декоративные покрытия, осажденные на блес­тящем никеле, растворяются очень быстро, о чем свиде­тельствует прекращение выделения газовых пузырьков. После промывки никелированные изделия можно хроми­ровать заново.

Более толстые покрытия функционального хрома уда­ляют в соляной кислоте под контролем, так как чрезмерно длительная выдержка в кислоте может привести к глу­бокому травлению стальной подложки.

Электролитический метод анодного удаления хрома состоит в обработке в ванне, содержащей NaOH (100—150 г/л), при 20—30 °С, 4—6 В и катодах из стали.

Если ванна для анодного удаления хрома загрязнена хлоридами, что часто наблюдается при использовании во­допроводной городской воды, то нарушается гладкость стальной подложки, особенно при удалении толстых функ­циональных покрытий.

Для удаления декоративного хрома на никелевом подслое анодная обработка непригодна, так как приво­дит к пассивированию никеля. В некоторых мастерских хромовые покрытия удаляют в промышленной ванне для хромирования, навешивая хромированные изделия на анодную штангу. Эта технология нежелательна, так как хром растворяется в виде трехвалентного металла и пос­ле определенного времени ухудшает работу хромовой ванны.


Стандарты на многослойные покрытия (польские стандарты опущены — mbr)
Прогресс в области декоративного покрытия
Технологию нанесения многослойных покрытий на стали меняли как раз в основном, в автомобильной промыш­ленности, где к декоративной и защитной функциям по­крытий некоторых деталей предъявляются очень высокие требования.

В течение долгих лет считалось, что коррозионная стойкость многослойных покрытий зависит, в основном, от толщины и качества никелевых и медных слоев, а тонкий хромовый слой должен предупреждать потемнение и механическое истирание. Однако оказалось, что хромо­вое покрытие существенно влияет на защитные свойства многослойных покрытий.


Хромовые покрытия без трещин
Никель образует с хромом гальваническую коррозион­ную пару, в которой хром является катодом, а никель — анодом. В декоративных хромовых покрытиях, получае­мых традиционным методом, имеются трещины, достига­ющие никелевой подложки. В результате этого образует­ся система с большой поверхностью катода и малой по­верхностью анода. Коррозия действует самым активным образом в местах больших поверхностных дефектов, при­водя к местному разрушению никеля вплоть до поверх­ности медного подслоя и далее до стальной подложки.

Из теоретического анализа вытекает, что наиболее эф­фективно было бы покрывать никель плотным, без трещин слоем хрома, как это описано в специальной лите­ратуре. Однако оказалось, что такие покрытия разруша­ются во время эксплуатации под влиянием механических напряжений и резких изменений температуры.


Микропористые хромовые покрытия
Противоположностью плотным без трещин покрытиям являются микропористые покрытия (с микронесплошностями). В ПНР применяют методы нанесения микропо­ристых покрытий: на слой блестящего никеля, осажден­ный по известной технологии, наносят тонкий слой в спе­циальной ванне, содержащей мелкие нерастворимые частицы, которые под влиянием сильного перемешивания находятся во взвешенном состоянии. Определенное коли­чество этих частиц внедряется в никелевое покрытие. На таким образом приготовленную поверхность нано­сят тонкий слой хрома, в котором возникают поры в тех местах, где в никелевом покрытии имеются неэлектропро­водные твердые частицы. В результате получают хромо­вое покрытие с микропористой структурой. На поверхности в l/см2 может быть ~2500 микропор. Для такого хромирования пригодны обычные ванны с сульфатным катализатором.

Никелевая ванна с включениями твердых частиц в про­мышленности носит название «Nickel-Seal». Более под­робную информацию об этом можно получить в Институте точной механики, где, разработана ванна KG—76 mp, позволяющая получать микропористые хромовые покрытия.


< galvano.narod.ru >

Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2023
обратиться к администрации

    Главная страница