Хромирование деталеи?: виды покрытий и технологии

Хромирование | Механизм и технология гальванического процесса | Виды, структура и свойства хрома.

Хром — серебристо-белый металл с синеватым оттенком. Он обладает высокой твердостью и хорошо сопротивляется механическому износу.

Хром принадлежит к числу электроотрицательных металлов, его стандартный электродный потенциал E0 (Cr0/Cr 3+ ) равен -0,74В. В атмосферных условиях хром сохраняет цвет и блеск длительное время, что объясняется образованием на его поверхности тонкой, но очень прочной оксидной пленки. Высокой склонностью к пассивации и наличием этой пленки объясняется значительная коррозионная стойкость хромовых покрытий. В окислительных средах хром пассивируется легче, чем на воздухе и его потенциал сдвигается от стандартного в анодную область до +0,2В. Стационарный электродный потенциал хрома положительнее, чем у железа. Поэтому хромовые покрытия по отношению к стальным изделиям являются катодом.

Хром устойчив во влажной атмосфере, в атмосфере сероводорода и сернистого газа, в растворах серной, азотной, фосфорной и органических кислот, щелочей. В растворах соляной кислоты и горячей концентрированной серной хром растворяется из-за разрушения оксидной пленки.

Хромирование — процесс нанесения на поверхность изделия тонкого слоя металлического хрома для придания требуемых характеристик. Если говорить о гальваническом хромировании, осаждение металла происходит из электролита под действием электрического тока.

Хромовые покрытия широко применяются для придания изделию исключительной износо- и жаростойкости, а также для уменьшения коэффициента трения. Часто используются для придания высокодекоративного внешнего вида.

Х – защитно-декоративное хромирование

Х. тв – твердое хромирование

Х. мол – молочное хромирование

Х. м – матовое хромирование

Х. ч – хромирование черное

Chromium coating – анл. обозначение

Толщина (оптимальная, возможно осадить больше)

3-6мкм – для декоративного хромирования

15-100мкм – для твердого хромирования

24-100мкм – для молочного хромирования

15-100мкм – для матового хромирования

1мкм (не нормируется) – для черного хромирования

7500 МПа – декоративное

11000 МПа – твердое

5400-6000 МПа – молочное

3500 МПа – матовое

2940-3430 МПа – черное

Удельное электрическое сопротивление при 18°C

Допустимая рабочая температура

В соединениях хром чаще всего трехвалентен и шестивалентен. Соединения шестивалентного хрома являются сильными окислителями. Хромовый ангидрид при растворении в воде образует смесь хромовых кислот H2CrO4 и H2Cr2O7. Именно из них чаще всего и производят хромирование деталей.

В растворе хромовой кислоты имеются анионы CrO4 2- , HCrO4 – , Cr2O7 2- :

Электрохимический эквивалент хрома в хромовой кислоте составляет 0,323 г/А*ч. Но, так как выход по току металла в таких электролитах часто не превышает 10-12 %, то фактически за 1 А*ч выделяется 0,032-0,038 г хрома, т.е. в 30 раз меньше, чем никеля, в 37 раз меньше, чем меди, в 125 раз меньше, чем серебра. Единственной возможностью некоторой компенсации этого недостатка является повышение плотности тока.

В растворах трехвалентного хрома электрохимический эквивалент хрома вдвое больше, выход по току – в 4-5 раз больше, чем в хромовой кислоте.

Многочисленные попытки использовать для промышленного применения электролиты на основе трехвалентных соединений, однако, не нашли успеха, особенно для осаждения толстых износостойких покрытий.

Далее будут рассмотрены только растворы на основе шестивалентного хрома.

Электрохимическое осаждение хрома существенно отличается от других гальванических процессов:

  • В большинстве электролитов, применяемых в гальванотехнике, основным компонентом является соль осаждаемого металла. При хромировании главным компонентом является хромовая кислота.
  • В хромовом электролите должны присутствовать в определенном соотношении посторонние анионы: SO4 2- , F- или SiF6 2- .
  • Минимальная плотность тока, при которой начинается выделение хрома, в несколько сот раз выше, чем в других процессах электроосаждения металлов.
  • Электроосаждение хрома более чувствительно к изменению температуры и плотности тока по сравнению с другими гальваническими процессами. Изменение этих параметров оказывает существенное влияние не только на количественные показатели (выход по току и др.), но и на структуру и свойства осадков хрома.
  • В отличие от других процессов электроосаждения металлов выход по току при хромировании резко снижается по мере повышения температуры.

Итак, основными особенностями процесса хромирования являются высокий отрицательный потенциал восстановления дихромат-анионов, низкий выход металла по току, высокие рабочие плотности тока и очень низкая рассеивающая способность электролита.

2. Механизм гальванического хромирования.

2.1 Катодные реакции.

Механизм электроосаждения хрома очень сложен. Во время хромирования на катоде одновременно протекают процессы:

  • осаждения хрома;
  • выделения водорода;
  • восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного;
  • образования на поверхности катода тонкой пленки, состоящей из продуктов восстановления хромовой кислоты и активного аниона.

Установлено, что электролит должен содержать определенное количество активных анионов, без которых металлический хром не выделяется вообще.

Максимальное значение выхода хрома по току достигается при строго определенном соотношении между концентрацией Н2Сr2O7 и постороннего аниона.

Схематичное изображение катодных поляризационных кривых при хромировании приведено на рисунке 1. Без добавки посторонних анионов, например, сульфатов, характер кривой плавный (1), так как на электроде во всем интервале плотностей тока выделяется водород. При введении в электролит серной кислоты форма кривой усложняется (2).

Рисунок 1 — Схематическое изображение катодных поляризационных кривых при хромировании.

Так, в присутствии сульфат-анионов кривая состоит из двух ветвей, отличающихся характером электродных реакций. При этом на участке ab происходит восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного, на участке cd протекают одновременно три процесса — восстановление шестивалентного хрома до металла, восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного и восстановление ионов водорода.

Анионы-активаторы изменяют поверхностное состояние катода и таким образом влияют на электродные процессы. В области кривой ab поверхность становится более активной, а в области cd наблюдается торможение реакции восстановления. Пассивность катода связана с появлением на поверхности электрода пленки из продуктов электролиза, которая лимитирует протекание одних реакций и способствует протеканию других. Обильность образования водорода объясняется низким перенапряжением его выделения на хроме.

Читайте также:
Цветовая гамма красок – как подобрать тона при декоре помещения?

Рассмотрим основные процессы в механизме хромирования более подробно:

а. Выделение газообразного водорода:

б. Принятие электронов шестивалентным хромом с получением двух- и трехвалентных катионов с последующим осаждением металлического хрома:

Cr2O7 2- + 7H2O + 6e ↔ 2Cr3 + + 14OH – , E0 = +1,33 B;
Cr2O7 2- + 7H2O + 12e ↔ 2Cr0 + 14OH – , E0 = +0,40 B;
Cr 3+ + e ↔ Cr 2+ , E0 = -0,41 B;
Cr 3+ + 3e ↔ Cr0 , E0 = -0,74 B;
Cr 2+ + 2e ↔ Cr0 , E0 = -0,91 B.

Прежде всего должно происходить частичное восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного состояния, совместно возможно протекание процессов восстановления ионов водорода и ионов хрома до металлического состояния. Что касается двухвалентного хрома, то наличие этих ионов в свободном состоянии в хромовой кислоте — сильном окислителе, маловероятно.

Исследователи, касающиеся вопросов восстановления шестивалентного хрома до металла, придерживаются двух основных взглядов:

  • Первые допускают возможность ступенчатого восстановления шестивалентного хрома до металла.
  • Вторые считают возможным непосредственное восстановление шестивалентных ионов хрома до металла.

Все исследователи согласны с тем, что на катоде при хромировании образуется особая пленка сложного состава, если покрываемая основа склонна к пассивации.

в. Синтез сложной двухслойной пленки.

Тонкий внутренний слой этой пленки аналогичен пассивным слоям (0,0001 мм), а внешний включает в себя хром в различных валентных состояниях и ионы-активаторы (до 0,025 мм). Общий состав и структура катодной пленки зависят от состава и структуры покрываемой основы. Например, на меди катодная пленка вообще не образуется, т.к. медь легко растворяется в электролите, а на железе и никеле она особенно выражена ввиду усиленной пассивации этих металлов хромовой кислотой. Катодная пленка имеет коллоидную природу, состав ее может меняться при изменении плотности тока и температуры электролита. В целом она может содержать: до 67 % шестивалентного хрома, до 23 % трехвалентного хрома, до 12% сульфат-ионов. Толщина пленки увеличивается с увеличением концентрации постороннего аниона. От свойств пленки зависит структура покрытия, а от структуры – его свойства. Именно на этом этапе формируются механические и химические отличия различных осадков хрома. Так, например, структура катодной пленки при низких плотностях тока и высокой температуре создает благоприятные условия для получения молочного хрома.

Детально механизм воздействия посторонних анионов на процесс хромирования не выяснен. Существуют две гипотезы, объясняющие их влияние:

  • По первой из них анионы являются активаторами, вызывающими активацию катодной поверхности. В отсутствие этих ионов поверхность покрывается соединениями Сr 3+ , что препятствует полному восстановлению Н2Сr2О7 и осаждению на катоде металлического хрома.
  • По второй гипотезе посторонние анионы образуют с Н2Сr2О7 реакционные комплексы, обладающие большей способностью к восстановлению последней.

На основании ряда исследований с использованием радиоактивного изотопа Cr 3+ был сделан вывод, что электроосаждение хрома происходит из его шестивалентных ионов. При этом установили, что при наличии в электролите Cr 3+ в виде его трехвалентных соединений осадок получался нерадиоактивным. Уже отмечалось, что из растворов coлей трехвалентного хрома качественных осадков получить не удается. Boзможно, что в электрическом поле у катода такие анионы, как Cr2O7 2- и Cr2O4 2- , деформируются, поворачиваясь своим положительным ядром к катоду. При достаточно большом потенциале Cr(VI) может быть вырван из аниона с переходом в металлическую решетку. Скорость этой электрохимической реакции определяется перенапряжением и концентрацией CrO4 2- у поверхности катода. Рассматривая структуру Cr2O7 2- , не трудно заметить, что деформация их ионов и вырывание Cr(VI) должны быть затруднены. Поэтому вполне возможно, что первым процессом, идущим при низких плотностях тока, является восстановление анионов Cr2O7 2 – до Cr 3+ -ионов с одновременным подщелачиванием растворов. По достижении предельного тока для разряда Cr2O7 2- начинается выделение водорода, в таком случае имеет место дальнейшее подщелачивание раствора. В результате этого рН католита достигает 5-7, и тогда у катода начинают преобладать ионы CrO4 2- , которые, деформируясь, могут восстанавливаться как частично, так и полностью:

Роль SO4 2- , вероятно, сводится к растворению гидроокиси хрома или других коллоидных соединений, создаваемых трехвалентным хромом, т.к. они могут образовывать растворимый комплекс Cr4(SO4)4(H2O) 2+ . В катодном процессе ионы SO4 2- не участвуют, т.к. непосредственные измерения показывают, что их концентрация в прикатодном пространстве в процессе электролиза не меняется. Большое количество ионов SO4 2- ухудшает ocаждение, так как при этом, видимо, CrO4 2- могут вытесняться ими с поверхности, и выхoд по току снижается.

2.2 Анодные реакции на нерастворимых анодах.

При хромировании деталей применяют нерастворимые аноды. Это объясняется тем, что хром растворяется на аноде с бОльшим выходом по току, чем осаждается на катоде, и переходит в раствор в виде ионов разной валентности.

Анодные реакции при хромировании с участием нерастворимых свинцовых анодов следующие:

В процессе электролиза аноды покрываются слоем оксида свинца (IV) РbО2, который является катализатором процесса Сr 3+ → Cr 6+ и защищает аноды от разрушения. При определенном соотношении анодной и катодной плотностей тока можно установить равновесие, при котором на аноде будет окисляться такое же количество трехвалентного хрома, какое попадает в электролит из катодной зоны.

3. Основные электролиты и режимы хромирования деталей.

В зависимости от режима электролиза и состава электролита могут быть получены осадки хрома с различными свойствами. В зависимости от условий электролиза образуются три типа хромовых покрытий:

  • Серые осадки (обладают низкими физико-химическими свойствами и не находят практического применения);
  • Блестящие осадки (отличаются высокими значениями твердости и износостойкости);
  • Молочные осадки (наименее пористые и наиболее пластичные).

Кроме этого, из специальных типов электролита можно получать черные покрытия.

Читайте также:
Технология утепления кирпичной стены

3.1 Универсальный раствор для хромирования.

Как правило, на практике применяют «универсальные» сульфатные электролиты хромирования. К ним относят: разбавленный, стандартный и концентрированный электролиты. Все перечисленные электролиты хромирования содержат хромовые кислоты Н2СrО4 и Н2Сr2О7 соответственно и анионы SO4 2- в виде серной кислоты, а также соединения трехвалентного хрома. Характеристика электролитов приведена в таблице 1.

Хромирование деталей

Хромирование деталей

В качестве декоративной отделки отдельных деталей сегодня используется большое количество веществ. Немалое количество из них сделано на основе хрома.

Процесс хромирования

Хромирование представляет собой процесс насыщения поверхностей из металлических материалов хромом. Также данный процесс может означать образование на поверхности отдельных деталей, сделанных из металлов, хромированного осадка, который необходим для декоративной цели. На поверхность металлов хром осаживается под воздействием электрического тока.

Важно: Использование процесса хромирования необходимо не только для того, чтобы сделать поверхность отдельных деталей более привлекательной с эстетической точки зрения, но и для того, чтобы защитить металлы от образования коррозии.

Благодаря хромирования на поверхности образуется тонкий слой защитного вещества, которое делает структуру металла более прочной. Именно поэтому хромированные детали могут прослужить долгие годы. Декоративное хромирование способно продержаться длительное время.

Процесс хромирования деталей

Процесс хромирования деталей

Процесс хромирования является достаточно время затратным Ведь необходимо все делать аккуратно.

Весь процесс можно разделить на несколько этапов, которые заключаются в:

На данном этапе хромирования осуществляется удаление сильный загрязнений с поверхности металлов, что слой хрома лег ровно и аккуратно.

Данный шаг предполагает удаление оставшихся следов загрязнений, чтобы они не мешали проведению дальнейших работ.

  • Предварительной подготовке.

В зависимости от материала, на который будет наноситься состав хрома, зависит то, какие меры следует предпринимать для того, чтобы подготовить его для проведения дальнейших работ.

  • Помещении в ванну с подготовленным раствором.

Хромирование

На данном этапе хромирования металлические изделия помещаются в ванну с подготовленных составом, состоящим из хрома и других вспомогательных элементов. Здесь осуществляется температурное выравнивание.

  • Подключении тока.

Этот шаг заключается в том, чтобы подключить к раствору с материалом для хромирования ток определенной силы. Обработка током происходит для образования на поверхности металла слоя хрома определенной толщины.

Во время хромирования выделяется большое количество токсичных веществ, которые могут навредить здоровью человека.

Внимание: Сегодня имеется большое количество стран в мире, в которых данный процесс хромирования находится под тщательным контролем.

Составы для хромирования

Для хромирования используются следующие виды растворов:

  • Раствор шестивалентного хрома. Его главным компонентом является хромовый ангидрид.
  • Раствор трехвалентного хрома. В него главным образом входит сульфат хрома или хлорид хрома. Такой раствор применяется достаточно редко. Такая ситуация складывается по причине того, что есть некоторые ограничения на толщину покрытия, его оттенок и насыщенность цвета.
Таблица 1. Составы электролитов для хромирования.
Компоненты Составы электролита, г/л
Разбавленного Универсального Концентрированного
хромовый ангидрид 150 250 350
серная кислота 1,5 2,5 3,5
катодная плотность тока, А/дм2 45–100 15–60 10–30
температура раствора, °С 55–60 45–55 35–45
Таблица 2. Состав хромирующих смесей для стали.
Материал Состав хромирующей смеси (массовая доля, %) Температура хромирования, °С Выдержка, ч Глубина хромированного слоя, мм
Среднеуглеродистая легированная теплостойкая. сталь (пружины, лабиринтные уплотнения) 60 % металлического хрома,

Виды хромирования

Виды хромирования

В современном мире представлено большое количество разновидностей хромирования.

Выделяются следующие виды данного процесса:

  • Гальваническое хромирование

Данный способ хромирования представляет собой метод нанесения на поверхность металлов или пластмассовых материалов специального покрытия методом использования электрического тока. Благодаря этому достигает оснащение обрабатываемого материала уникальных свойств. Они заключаются в: утолщении поверхности, устойчивости к образованию ржавчины, в приобретении привлекательного внешнего вида. Во время использования гальванического хромирования используется трехслойное нанесение металлического вещества. Из-за того, что хром вступает в реакцию с другими металлами, он оседает на поверхности и придает ей блеск.

  • Химическое хромирование.

При использовании данного метода хромирования не применяется электрический ток. Весь процесс основан на реакции, которая проявляется между реагентами. При этом очень важно перед обработкой отдельных деталей методом покрытия хромированным составом нанести тонкий слой меди. Для этой цели используется смесь из: сернокислой меди, концентрированной серной кислоты, дистиллированной воды. Для хромирования используется следующий состав: фтористый хром, гипофосфат натрия, охлажденная уксусная кислота, раствор едкого натрия, лимоннокислый натрий, дистиллированная вода.

  • Хромирование золочение.

Данный вид хромирования подразумевает нанесение на поверхность металлов тонкого слоя золотого металла. Делается это не только для достижения наилучшего декоративного эффекта, но и для защиты материала от появления коррозии. Золочение делает материал более плотным и износостойким.

Хромирование в домашних условиях

Хромирование в домашних условиях

В современном мире встречается немалое количество людей, которые осуществляют домашнее хромирование. Благодаря этому можно значительно сэкономить на обработке хромом отдельных металлических или пластмассовых деталей.

Важно: Процесс гальванического хромирования недоступен в нашей стране для домашнего использования. Его использование является уголовно наказуемым.

С теоретической точки зрения можно произвести хромирование дома, но для этого придется приложиться большое количество усилий. Для этой цели необходимо приобрести большое количество ванн и растворов для проведения процесса. На это уйдет масса времени и средств. Не рекомендуется проводить процедуру хромирования в домашних условиях путем обработки растворов и материалов электрическим током, потому что при этом выделяются токсины, способные нанести вред окружающей среде.

В домашних условиях можно воспользоваться химическим видом хромирования. При этом очень важно изготовить раствор меди хрома. Только после этого можно приступать к обработке металлических и неметаллических изделий.

Во время проведения процедуры хромирования необходимо позаботиться о технике безопасности, как и в промышленных условиях.

Хромирование в домашних условиях видео

Статьи по теме

Металлизированная краска

Металлизированная краска

Настоящего золота или серебра в современных металлических печатных красках, конечно же, нет. Но они очень удачно имитируют благородные металлы, так как на треть состоят из металлических пигментов серебристого или золотистого цвета.

Цинкование металла

Цинкование металла

Для защиты от коррозии сегодня создано большое количество методов. Они направлены на то, чтобы с помощью специальных растворов или веществ на поверхности металлических изделий появлялась тонкая защитная пленка, которая препятствует попаданию на металл кислорода и продуктов, имеющихся в агрессивной среде.

Грунтовка по металлу

Грунтовка по металлу

В современно мире существует большое количество материалов, которые используются для защиты от появления коррозии. Она покрывают металлическую поверхность тонким слоем пленки, которая не дает железу и другими видам металлов окисляться.

Лекция 11. Хромирование. Свойства и области применения хромовых покрытий

Хромирование является одним из наиболее распространенных и имеющих большое значение гальванических процессов. Хромовые покрытия в отношении их функционального применения являются одними из наиболее универсальных. Хромовые покрытия повышают твердость и износостойкость поверхности изделий, инструмента и их применяют для восстановления изношенных деталей.

Хромирование получило широкое применение в промышленности для повышения твердости и сопротивления механическому износу таких изделий, как измерительный и режущий инструменты, валы, оси и цилиндры двигателей, лопатки водяных и паровых турбин. Большой эффект дает хромирование штампов и матриц при изготовлении различных изделий из пластических масс.

В ряду напряжений хром стоит в ряду электроотрицательных металлов, но вследствие сильно выраженной способности к пассивированию, он приобретает свойства благородных металлов и показывает высокую стойкость против коррозии в атмосферных условиях и многих химических средах. Связано это с наличием на его поверхности пассивирующей пленки оксидной природы, которая при малейшем повреждении легко восстанавливается. Защитное действие ее сохраняется при повышенной температуре, что позволяет использовать хромирование для защиты от окисления деталей, эксплуатирующихся при температуре до 700 – 800С.

Электролитическое хромирование широко применяется для защиты от коррозии и с целью декоративной отделки поверхности деталей. Хромовые покрытия, являясь химически стойкими, отличаются пористостью, вследствие наводораживания, и в связи с этим, хромовое покрытие, нанесенное непосредственно на поверхность стали (без подслоек) не обеспечивает надежной защиты от коррозии. Поэтому перед хромированием для уменьшения пористости и повышения защитной способности хрома наносят подслой меди или никеля или тройное покрытие медь – никель – хром.

В некоторых случаях пористость хромовых покрытий используется для увеличения срока службы трущихся изделий, требующих постоянной смазки. Пористое хромовое покрытие впитывает смазочный материал, обеспечивая тем самым смазку без непрерывной подачи ее извне.

Некоторые особенности процесса хромирования

Электрохимические осадки хрома можно получать из растворов как трех-, так и шестивалентных соединений хрома. В промышленности применяют пока только шестивалентные соединения хрома – раствор хромовых кислот, в которых металл находится в виде анионов ,и. Основой электролитов хромирования является хромовая кислота с добавкой активирующих ионов, большей частью.

Электроосаждение хрома из раствора хромовой кислоты является одним из наиболее сложных процессов в гальваностегии. Он имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с выделением многих других металлов: высокий отрицательный потенциал восстановления хромат-ионов, низкий выход по току (15 – 30 % в зависимости от t и ik), высокие плотности тока, обязательное присутствие в растворе некоторых посторонних анионов, необходимость применения нерастворимых анодов, очень низкая (отрицательная) рассеивающая способность электролита.

С повышением концентрации основного компонента электролита – хромовой кислоты – выход по току заметно снижается; в других гальванических процессах выход по току в большей или меньшей степени повышается по мере увеличения концентрации соли осаждающегося металла. С повышением температуры хромового электролита выход по току резко понижается, в большинстве других процессов выход по току повышается по мере повышения температуры. С повышением плотности тока выход по току значительно повышается.

Все эти особенности связаны с составом применяемого электролита и с процессами, протекающими на электродах при прохождении через систему электрического тока.

При электролизе в электролитах хромирования на катоде одновременно идут реакции восстановления шестивалентных ионов хрома до низшей валентности, выделение осадка металла, разряд ионов водорода. Хотя механизм восстановления ионов хрома является предметом многих исследований, чрезвычайная сложность явлений, сопровождающих процесс хромирования, не позволяет пока считать решение этого вопроса окончательным.

Большинство исследователей связывает восстановление хромовой кислоты с образованием на катоде фазовой пассивирующей пленки, при наличии которой потенциал значительно смещается в сторону отрицательных значений, достигая потенциала восстановления ионов хрома до металла. При этом большое влияние оказывает присутствие в растворе посторонних анионов.

Получение качественных осадков хрома возможно лишь при наличии в электролите активирующих ионов , F – , , которые служат активаторами процесса. Выделения хрома без добавок не происходит из-за пассивации катода, на котором выделяется только водород.

В зависимости от потенциала меняется как характер, так и скорость электрохимических реакций. Последнее иллюстрируется поляризационными кривыми, полученными потенциостатическим методом в растворе хромовой кислоты (250 г/л CrО3) без добавок и с добавкой 2,5 г/лH2SO4при 18С (рис. 11.1).

Характер и скорость процесса в электролитах без добавок и с добавками посторонних анионов резко отличаются. В отсутствие добавок уже при низкой плотности тока потенциал катода значительно смещается в сторону отрицательных значений (рис. 11.1, кр. 1) и при достижении – (0,86 – 0,90) В выделяется лишь один водород на металле, покрытом пассивирующей пленкой оксидной природы. В присутствии постороннего аниона, играющего роль активатора (рис.11.1, кр. 2) скорость процесса вначале возрастает (участок аб), что говорит о депассивирующем действии добавки и активном состоянии поверхности. На этом участке идет неполное восстановлениеCr 6+ до Cr +3 по уравнению:

+ 14H + + 6→ 2Cr 3+ + 7H2O (11.a)

Рис. 11.1 Зависимость плотности тока от потенциала при электролизе 2,5 моль/л раствора хромовой кислоты без добавок (1) и с добавкой 0,025 моль/л H2SO4 (2) на хромовом катоде при 18С (потенциостатический метод)

Значение предельного тока до перегиба поляризационной кривой (б) повышается с увеличением концентрации ионов . Следующий участок кривой (бс), показывающий падение тока при росте потенциала, говорит о том, что наряду с протеканием первой реакции на катоде образуется фазовая пассивирующая пленка, включающая хроматы и пассивирующие ионы. При потенциала -1,1 В на участкеbс, наряду с реакцией (11.a), скорость которой постепенно снижается, происходит выделение водорода

2H3O + + 2→H2 + 2H2O (11.б)

На этом участке в присутствии посторонних анионов возможно также химическое восстановление хромат-ионов атомарным водородом до Cr 3+ . По данным М.А.Шлугера, катодная пленка содержит 66 – 67%Cr 6+ , 22 – 23%Cr 3+ , 10 – 12%- толщина ее около 0,1 мкм и может несколько увеличиваться с повышением концентрации в электролите ионов-активаторов.

Формирование этой пленки сопровождается ростом поляризационного сопротивления электрода, следствием чего является сдвиг катодного потенциала до значений, при которых возможно выделение хрома. Фазовая пленка, затрудняя более выгодные в энергетическом отношении реакции (11.а), (11.б) создает благоприятные условия протекания реакции восстановления Cr 6+ до Cr 0 .

При режиме второго подъема поляризационной кривой (cd)имеют место три одновременно протекающие реакции: восстановлениеCr 6+ до Cr 3+ , выделение металла и восстановление Cr 6+ до Cr 0 .

+ 14H + + 12→ 2Cr + 7H2O (11.в)

Рассматривая роль в этих процессах ионов-активаторов полагают, что они ограничивают образование на металле пленки оксидной природы, которая понижает его реакционную способность, и открывают таким путем возможность протекания реакции при более отрицательном значении потенциала, характерным для выделения осадка хрома. Предполагается также, что в присутствии могут образовываться сульфатно-хроматные комплексы, более склонные к катодному восстановлению, чем хромовая кислота в отсутствие добавки.

Отмечается, что сульфат-ионы и другие посторонние анионы могут рассматриваться как катализаторы, которые могут образовывать с хромат-ионами и положительным золем гидроокиси хрома промежуточные химические соединения, восстановление которых на катоде облегчается из-за их адсорбированного состояния (катодная пленка).

Хромирование – декоративное покрытие металла хромом: технология, виды

Под термином «хромирование» может пониматься как диффузионное насыщение поверхности обрабатываемого изделия слоем хрома, так и нанесение хрома по гальванической технологии. Существует также более общий термин – «металлизация». Под ним подразумевается нанесение на обрабатываемую поверхность слоя металла, в роли которого может выступать в том числе и хром.

Истинные фанаты хромирования не прочь покрыть хромом все, что только можно

Истинные фанаты хромирования не прочь покрыть хромом все, что только можно

Среди гальванических методов нанесения металла покрытие хромом является наиболее популярным. Именно поэтому термин «металлизация» часто используется в качестве синонима слова «хромирование».

Для чего нужен хромовый слой

Нанесение слоя хрома может выполняться для улучшения декоративных характеристик изделия из металла (декоративное хромирование), а также для защиты металлической детали от коррозии и придания ее поверхности большей твердости. Таким образом, за счет хромирования можно не только улучшить механические и декоративные характеристики изделия, но и значительно продлить срок его эксплуатации.

Множество разнообразных хромированных изделий можно встретить как в быту, так и в разных отраслях промышленности. Использование изделий из металла, на поверхность которых нанесен слой хрома, актуально в тех случаях, когда они будут эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия агрессивных сред и интенсивного трения.

Восстановление хромированного покрытия возвращает былой внешний вид и продлевает срок службы конструкции

Восстановление хромированного покрытия возвращает былой внешний вид и продлевает срок службы конструкции

В бытовых условиях наиболее активно используются следующие изделия с хромированным покрытием:

  • мебельная фурнитура;
  • элементы для оформления домашних и офисных интерьеров;
  • автомобильные диски и детали транспортного средства;
  • сувенирная продукция;
  • сантехническое оборудование.

Хромированный бензобак

В промышленности технология хромирования применяется в следующих целях:

  • при производстве изделий по порошковой технологии;
  • при изготовлении пресс-форм, используемых для изготовления изделий из резины и полимерных материалов;
  • при производстве отражателей различного назначения;
  • для повышения твердости поверхностного слоя и износостойкости режущего, а также специального измерительного инструмента;
  • для придания исключительных декоративных характеристик кузовным и другим деталям транспортных средств;
  • для обработки деталей, эксплуатируемых в условиях постоянного трения и негативного воздействия внешней среды (элементы парового оборудования и теплосетей, детали автомобильных двигателей и морских судов).

Промышленная гальваническая линия, предназначенная для нанесения твердого хрома на изделия из сталей и цветных металлов

Промышленная гальваническая линия, предназначенная для нанесения твердого хрома на изделия из сталей и цветных металлов

Хромированные детали отличаются следующими характеристиками:

  • высокой устойчивостью к коррозии;
  • микротвердостью, показатели которой достигают значений 950–1100 единиц по шкале HV;
  • высокой пористостью покрытия, его износо- и жаростойкостью;
  • низким коэффициентом трения сформированного покрытия;
  • большим разбросом толщины хромового слоя (5–300 мкм и даже более).

Перечисленные характеристики, которых можно добиваться с помощью хромирования стали и других металлов, делает такую технологию настолько популярной. Перечислять все сферы, где активно используется процесс хромирования, можно достаточно долго.

Разновидности металлизации по способу взаимодействия металлизируемой поверхности с наносимым металлом

Разновидности металлизации по способу взаимодействия металлизируемой поверхности с наносимым металлом (нажмите для увеличения)

Основные методы

На сегодняшний день выделяют следующие виды хромирования, каждый из которых отличается своими преимуществами и недостатками:

  • хромирование, выполняемое по гальванической технологии;
  • диффузионное хромирование, проводимое в герметичной емкости при высокой температуре;
  • вакуумное хромирование, требующее использования специальной камеры, в которой создается вакуум;
  • каталитическое хромирование, предполагающее, что на поверхность обрабатываемого изделия наносятся специальные жидкости без кислот;
  • химическое хромирование изделий из стали и других металлов, которое по технологии выполнения напоминает обычную покраску;
  • хромирование по гальванической технологии.

Гальваническое хромирование

Покрытия, получаемые в результате гальванического хромирования, могут быть нескольких типов.

Нанесение покрытий данного типа осуществляется при использовании тока, отличающегося высокой плотностью (более 100 А/дм 2 ). Температура электролитического раствора не должна превышать значения 40°. Слой хрома, нанесенный по данной технологии, делает поверхность изделия более твердой, но в то же время и более хрупкой.

Покрытия данного типа наносятся с использованием тока, плотность которого находится в интервале 30–100 А/дм 2 и в растворе с температурой в пределах 45–60°. Поверхностный слой металла, на который хромовое покрытие нанесено по данной технологии, приобретает исключительно высокую твердость и износостойкость, а также зеркальный блеск.

Для получения хромированных покрытий данного типа используется ток минимальной плотности (до 25 А/дм 2 ). Данный метод хромирования деталей не позволяет получать на них покрытия высокой твердости. Слой хрома, наносимый на поверхность изделия в таких случаях, напоминает очень эластичную массу, в структуре которой практически отсутствуют поры.

Для выполнения такого хромирования необходим трех- или шестивалентный хром. При хромировании металла с применением трехвалентного хрома в качестве основного компонента электролитического раствора используется хромовый ангидрид. При применении шестивалентного хрома в роли такого элемента выступает хлорид или сульфат хрома.

Составы электролитов для хромирования

Составы электролитов для хромирования

Растворы, выполненные на основе шестивалентного хрома, содержат в своем составе следующие компоненты:

  1. серную кислоту – 2,25–3 г/л;
  2. хромовый ангидрид – 225–300 г/л;
  3. свинец, который обычно входит в состав анода в сочетании с сурьмой или оловом, – 4–6%.

Большое значение для качества наносимого хромированного покрытия имеет пропорция серной кислоты и хромового ангидрида в используемом электролитическом растворе. Как правило, такое соотношение стараются выдерживать в пределах 1:100. Если оно будет меньше, то поверхность хромируемой детали не будет отличаться высоким качеством, на ней могут возникать отслоения, матовость и различные пятна. Например, если для хромирования используется электролитический раствор, в котором серная кислота и хромовый ангидрид содержатся в соотношении 1:50, то хромовое покрытие не получит достаточно высокой кроющей и рассеивающей способности.

Режимы хромирования и материалы для анодов

Режимы хромирования и материалы для анодов

Важными параметрами при нанесении хромированного покрытия также являются плотность электрического тока (не выше 310 кА/дм 2 ) и температура электролитического раствора (45–60°). Если увеличить плотность тока, то на угловых и торцевых элементах хромируемой детали могут формироваться дендриты, которые значительно ухудшают декоративные характеристики изделия.

Кроме свинцовых анодов, химический состав которых дополнен сурьмой (не более 6%), для выполнения хромирования сегодня используются аноды из титана, покрытого платиновым слоем. При проведении хромирования желательно не применять растворимые аноды: для изготовления таких элементов лучше использовать листы или стержни из металла, сечение которых составляет порядка 1,5 см.

Для погружения изделий в ванну используются специальные контактные приспособления

Для погружения изделий в ванну используются специальные контактные приспособления

Аноды для хромирования, изготовленные из свинца, необходимо регулярно чистить при помощи металлической щетки, так как на их поверхности постоянно образуется хромовокислый налет. В том случае, если для нанесения хрома используются титановые аноды, покрытые слоем платины, такую чистку выполнять не потребуется. Если аноды, при помощи которых осуществляется хромирование изделий из стали и других металлов, не применяются в течение нескольких дней, их необходимо извлечь из электролитического раствора и держать все это время в воде.

Как подготовить изделие

Технология декоративного хромирования (как и нанесение слоя хрома в защитных целях) предусматривает тщательную подготовку изделия. Такая подготовка заключается в выполнении таких процедур, как:

  • шлифовка обрабатываемой поверхности, а также ее тщательная полировка;
  • промывка изделия и протирание его мягкой тканью;
  • изолирование тех участков поверхности, где хромировка не требуется;
  • обезжиривание хромируемой детали;
  • декапирование изделия, которое позволяет улучшить адгезию наносимого хромового слоя с основным металлом;
  • размещение изделия в электролитическом растворе при помощи специального кронштейна.

Шлифовка изделия перед хромированием

Шлифовка изделия перед хромированием

В отдельных случаях технология декоративного хромирования предусматривает предварительное травление обрабатываемой поверхности и нанесение на нее слоя другого металла (меди или никеля), что способствует увеличению прочности хромового покрытия.

Как проводят процедуру хромирования

Сама технология декоративного хромирования заключается в следующем.

  • Изделие после предварительной подготовки помещается в емкость с электролитическим раствором, в которой уже находится анод.
  • Раствор, в который погружают изделие, должен быть предварительно нагрет до требуемой рабочей температуры. Следует иметь виду, что рабочая температура электролитического раствора должна поддерживаться на протяжении всего процесса хромирования. Это необходимо для того, чтобы обеспечить хорошую адгезию наносимого слоя, а также его однородность по структуре и толщине.
  • В зависимости от того, какой толщины должен быть хромированный слой, определяют время нахождения изделия в электролитическом растворе.

Рекомендуемые режимы сушки хромированных изделий

Рекомендуемые режимы сушки хромированных изделий

Технология декоративного хромирования предусматривает также выполнение термообработки детали (этот этап нужен для того, чтобы хромовое покрытие было более твердым и прочным). Изделие, на поверхность которого уже нанесен слой хрома, выдерживают в течение нескольких часов в нагревательной печи при температуре порядка 200°.

На видео ниже подробно показан процесс гальванического хромирования с комментариями в виде субтитров.

Химический способ

В настоящее время активно применяется технология декоративного хромирования, не предполагающая использования электролитического раствора. Таким способом, суть которого заключается в том, что хром из рабочего раствора осаждается на поверхности обрабатываемого изделия, выполняется хромирование алюминия и других металлов, а также деталей из полимерных материалов.

Рабочий раствор, используемый для выполнения такого хромирования, готовится на основе хромосодержащего реагента, дистиллированной воды и гипофосфита натрия. В процессе хромирования, которому подвергается алюминиевый или любой другой сплав, гипофосфит натрия восстанавливает хром из его солей, и металл оседает тонким слоем на поверхности обрабатываемого изделия. За счет того, что в используемых для выполнения такого хромирования химических реагентах содержится фосфор, готовый хромовый слой, частично насыщаемый данным элементом, отличается достаточно высокой прочностью.

Составы растворов для химического хромирования

Составы растворов для химического хромирования

Химический способ нанесения хромового покрытия отличается не только простотой реализации, но и большей экологической безопасностью, если сравнивать его с другими технологиями хромирования. Такой способ, при помощи которого можно хромировать алюминий, сталь и даже полимерные материалы, используют даже в домашних условиях.

Выполняя хромирование деталей автомобиля или других изделий по химической технологии, следует иметь в виду, что готовое покрытие получается матовым и отличается непривлекательным сероватым оттенком. Чтобы придать такому покрытию характерный хромовый блеск, необходимо провести финишную полировку.

При помощи технологии хромирования изделиям из различных металлов и полимерных материалов можно придавать не только защитные свойства, но и исключительные декоративные характеристики. Например, возможно нанесение на различные детали черного хрома, покрытие из которого делает их внешний вид эффектным и презентабельным.

Хромирование деталей

Хромирование деталей – это процесс металлизации хромом с целью придания поверхности физико-механических и химических свойств и характеристик, которые отличаются от исходного материала детали.Хромирование используется с целью повышения коррозионностойкости, эрозионностойкости, механической стойкости, декоративной отделки и прочего.

Хромирование деталей

Процесс хромирования деталей

Способы нанесения слоя хрома на поверхность металлизируемой детали отличаются методами схватывания (удержания) между собой. Классифицировать их можно следующим образом:

  1. адгезионное схватывание (за счет механического воздействия);
  2. за счет металлических связей:
    1. диффузионная зона в пределах границы двух поверхностей;
    2. диффузионная зона всего покрывающего слоя.

    Технология хромирования подразумевает несколько этапов:

    • подготовительный;
    • процесс нанесения;
    • заключительный.

    Подготовительный этап. На этой стадии выполняются те типы работ, которые позволят слою хрома надежно закрепиться и удерживаться на поверхности длительное время. Перед хромированием изделий они подвергаются шлифовке, а при необходимости полируются. После финишной операции изделия промываются, сушатся и протираются мягким материалом. Те поверхности (отверстия, внутренние полости), которые не подлежат металлизации, подвергаются изолированию. Детали устанавливаются (вывешиваются) на приспособлении, которое предназначено для введения деталей в зону обработки. Производится обязательный процесс обезжиривания. Выполняется декапирование, позволяющее повысить способность к адгезии.

    Процесс нанесения хрома на поверхность. Технология хромирования деталей, в зависимости от метода нанесения, происходит тремя видами:

    1. в холодном состоянии;
    2. в нагретом состоянии;
    3. диффузией.

    Декоративное хромирование детали

    Например, во время электролитического метода изделия помещаются в ванну с раствором-электролитом. Рабочая температура электролита зависит от его состава. Заданная температура должна сохраняться на протяжении всего процесса, что гарантирует однородную структуру наносимого слоя и равномерную толщину. Металлизируемые изделия выполняют роль анода. Продолжительность процесса хромирования напрямую зависит от требуемой толщины покрытия. После нанесения хрома изделия подвергаются сушке. Если сушку проводить в сушильном шкафу, то ее продолжительность составит 5-10 минут при температуре 85°С-100°С. Если сушку проводить методом обдува сжатым воздухом, то ее продолжительность составит 0,5-3 минут при температуре 18°С-25°С. Для повышения прочности и твердости покрытого слоя он подвергается термической обработке. Продолжительность выдерживания в печи составляет несколько часов при температуре порядка 200°С. Толщина покрытия, нанесенного на сталь колеблется от 0,003 мм до 0,025 мм. Если использовать изменение полярности тока (реверс), то толщину хромирования доводят до 0,03 мм.

    Виды хромирования

    Согласно классификации процесс металлизации, происходящий за счет механического сцепления, относится к первой группе, а за счет атомарных механических связей – ко второй группе. Вторая группа делится на две подгруппы: 2а – приграничная диффузия; 2б – полная диффузия. В группу 1 входят следующие методы хромирования:

    • электротехническое покрытие;
    • электродуговое или газопламенное распыление (пульверизация);
    • химическое нанесение;
    • вакуумное нанесение в холодной среде.

    Результат хромирования детали

    К группе 2 относятся: 2а:

    • плазменное напыление;
    • электрофорез;
    • вакуумное нанесение в нагретой среде;
    • электротехническое покрытие с последующим отжигом;
    • осаждение чистого металла из соединений карбонатов в газовой среде;
    • диффузионное нанесение элементов.

    Твердое хромирование

    Твердое хромирование нашло широкое применение при изготовлении деталей, подвергающихся высокому износу, активной коррозии в агрессивных средах, при восстановлении металлических деталей, для увеличения срока эксплуатации инструментов (режущего, измерительного), а также для декоративной отделки изделий изготовленных из неметаллических материалов. Твердое хромирование проводят следующими методами:

    • гальваническим (описан выше);
    • каталитическим, при котором хром восстанавливается на поверхности из солей аммиака и серебра;
    • вакуумным, при котором реагент, нанесенный на обрабатываемую поверхность диффузионную активность при отрицательном давлении;
    • термохимическим, который можно сравнить с цементацией изделий.

    Термохимическим методом хромирование производят в карбюризаторе, состоящем из измельченного хрома и каолина в пропорции 55-45%. Для предотвращения окисления хрома при высоких температурах через ящики с деталями и карбюризатором продувают водород. Продолжительность хромирования составляет три часа. За это время толщина слоя достигает при температуре 1300°С 0,15 мм, а при температуре 1400°С 0,8 мм.

    Хромирование электролизом

    Хромирование электролизом заключается в легком выведении водорода по сравнению с хромом из электролита. Электролитом выступает хромовая кислота. Ванны оборудуются свинцовыми нерастворимыми анодами.

    Широкое использование получил сульфатный электролит на основе хромового ангидрида с серной кислотой CrO3:H2SO4.

    Концентрация раствора подбирается исходя из характера покрытия и сложности формы детали. При невысокой температуре металлизации (не выше 35°С) хромированная поверхность имеет серый матовый оттенок. Интенсивность и плотность тока не влияет на процесс. При повышении температуры до 65°С и плотности тока поверхность получается блестящей. Дальнейшее повышение температуры и плотности тока (до 30 А/дм2) хром имеет молочный оттенок.

    Также качество покрытой поверхности зависит от концентрации электролита. Хромированное покрытие, полученное при использовании концентрации до 150 г/л отличается высокой твердостью и износостойкостью. Высококонцентрированные электролиты, до 450 г/л используются для декоративных покрытий.

    Гальваническое хромирование

    Гальваническое хромирование – наиболее распространенный современный способ хромирования. Осуществляется двумя способами: в среде электролита и диффузионным. Электролитический способ аналогичен хромированию электролизом, они отличаются лишь режимами проведения процесса. Диффузионный способ – это процесс насыщения поверхности при определенных условиях из нанесенных реагентов. Отделанные детали обладают: прочностью и твердостью, вязкостью и упругостью, износо-, жаро-, коррозионностойкостью.

    Оборудование для хромирования

    Рынок предлагает разнообразное оборудование для нанесения хромового слоя как отечественного производства, так и зарубежного. Частное зарубежное предпринимательство подвигло разработчиков на создание компактных установок, которые легко разместить в гараже или маленькой мастерской. Непрофессиональное оборудование только имитирует качественное хромирование, качество при этом не столь хорошее. Работы проводятся в следующей последовательности: очищение от старого покрытия; шлифовка; обезжиривание; нанесение грунтовки; нанесение хрома распылением; сушка; защита лаком от повреждений.

    Широко на производстве используется электролитическое (гальваническое) хромирование. Для этого используются специальные ванны, электроустановки, система вентиляции, моющие и сушильные установки. При горячем способе нанесения хрома используются печи и вакуумные установки.

    Но независимо от типа используемого оборудования во время процесса хромирования происходят физические и химические реакции, которые сопровождаются выделением продуктов распада.

    Сфера применения технологии

    Декоративное хромирование деталей позволяет повысить визуальные характеристики изделий как из металлов, так и из различного вида пластмасс, стекла и прочих материалов. Для быта хром используется для покрытий:

    • мебельной фурнитуры;
    • интерьерах помещений и дизайнерских проектах;
    • сувениры;
    • сантехника.

    Хромирование деталей автомобилей

    Сантехническое оборудование обязательно хромируется для защиты от водного окисления (коррозии), будь то недорогой силумин или дорогая латунь с бронзой. Промышленность использует хромирование для повышения стойкости деталей, работающих в условиях большого трения:

    • поршни;
    • компрессионные кольца;
    • ролики;
    • оси.

    Также хромирование используется при изготовлении инструмента и оснастки:

    • прессовые штампы;
    • режущий инструмент;
    • мерительный инструмент.

    Технология хромирования позволяет продлить жизнедеятельность элементов механизма или придать изделиям притягательный вид.

    Хромирование – декоративное покрытие металла хромом: технология, виды

    покрытие металла хромом

    Правильная реализация одной из выбранных технологий позволяет:

    • Защитить металлические детали от разрушения под воздействием резких температурных перепадов, а также от тлетворного влияния ржавчины.
    • Восстановить исходную геометрию, что даст возможность существенно продлить ресурс изделия (если глубина износа не превышает 1 мм).
    • Улучшить отражающие характеристики, что актуально при производстве осветительных приборов, так как помогает повысить видимость знаков и/или элементов корпуса.
    • Повысить износостойкость за счет снижения силы трения при физическом контакте или термическом расширении; в итоге опасные или однозначно негативные внешние воздействия не так влияют на основной материал заготовки.

    Основные проблемы при хромировании и методы их решения

    1. Отсутствие покрытия на углубленных участках изделия – возникает из-за низкой плотности тока в углубленных местах, избытке серной кислоты в составе электролита.

    Решение: использовать фигурные аноды, начало процесса хромирования (1-2 минуты) проводить при вдвое повышенной плотности тока – дать толчок тока, снизить содержание серной кислоты – добавить в электролит воды или хромового ангидрида.

    1. Покрытие матовое или пригорелое (обычно на выступающих частях изделий) – возникает из-за высокой плотности тока при данной температуре, пассивирования анодов или недостаточного прогрева деталей перед процессом.

    Решение: корректировать соотношение плотности тока и температуры, увеличить расстояние между анодами и катодами, очистить аноды, контролировать прогрев деталей перед погружением в ванну хромирования.

    1. Темные разводы, полосы, точки на поверхности изделий – недостаточная концентрация в растворе электролита серной кислоты

    Решение: добавить в раствор серной кислоты.

    1. Темный цвет покрытия – высокое содержание трехвалентного хрома, недостаток кислоты, низкая температура электролита в процессе хромирования.

    Решение: кроме прогрева электролита и добавления серной кислоты следует проработать электролит током.

    1. Покрытие отслаивается – некачественное обезжиривание поверхности изделия, резкое повышение плотности тока при снижении температуры.

    Решение: откорректировать температурный режим хромирования, улучшить подготовку поверхности изделия.

    1. Зернистость или вздутия – наличие в электролите твердых частиц и (или) некачественная подготовка изделия к гальванической обработке.

    Решение: фильтрация электролита и контроль качества подготовки деталей.

    Технология хромирования деталей

    Сегодня выделяют 3 ее варианта:

    • Гальванический метод (в среде из электролита) – под влиянием тока (при подаче нужного напряжения) атомы Cr равномерно оседают на проводящей поверхности; тем самым они образуют новый слой, причем стойкий как к механическим повреждениям, так и к различным агрессивным средам.
    • Химический способ – сводится к восстановительной реакции Cr, протекающей (благодаря реагентам) в солевом растворе. Фосфор поможет устранить серый оттенок, смесь на основе меди, воды и серной кислоты надежно закроет те места, которые не нужно обрабатывать. Просто нанесите ее на те участки, где не должно быть покрытия. Использование средств индивидуальной защиты при этом обязательно.
    • Декоративный – здесь особенность в том, что слой тончайший, для его нанесения применяется специальная кисть, и нужен он в первую очередь для красоты, хотя некоторую защиту от коррозии он тоже обеспечивает. Если в качестве присадки выбирается что-то драгоценное, метод также называют золочением или металлизацией серебром.

    Это основные виды хромирования, наиболее удобные, востребованные, часто применяемые на практике. Которому их них отдать предпочтение? Это зависит от многих факторов, но чаще всего от того, какого результата необходимо достичь (что за толщины добиться), и насколько однородным должен быть новообразованный слой. Производительность труда тоже важна: чем объемнее и габаритнее заготовка, тем быстрее должен быть метод.

    И самое главное: гальванический способ в России допустимо использовать только в промышленных условиях, и то заручившись рядом необходимых лицензий и разрешений, в противном случае последует наказание, вплоть до уголовного.

    Хромирование в теории и на практике

    Хром – металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Атомная масса хрома – 52,0, валентность – 2, 3, 6, плотность – 7,1 г/см3, температура плавления – 18900С. Твердость хромового покрытия варьируется в пределах от 3 до 18ГПа и зависит от состава электролита и режима техпроцесса.

    Хромирование занимает особое место среди гальванических покрытий и находит применение во многих областях. К достоинствам хромирования относят высокую твердость покрытия (в среднем выше чем у закаленной стали), стойкость хромированных деталей к коррозии и воздействию агрессивной среды, жаростойкость, а также красивый внешний вид.

    Хромированная деталь автомобиля

    В зависимости от назначения хромовые покрытия подразделяют на декоративные и функциональные. Декоративные покрытия наносят в виде тонкого (менее 1 мкм) слоя на подслой меди или никеля. Обработанные таким образом изделия кроме привлекательного внешнего вида (блестящий светлый металлик) приобретают стойкость к коррозии. Функциональные покрытия наносят непосредственно на металл, толщина таких покрытий может достигать нескольких миллиметров. Практическое применение функционального хромирования – покрытие инструмента, шаблонов, пресс-форм, ремонт изношенных деталей, снижение трения сопряженных деталей и т. д. Хром устойчив во влажной атмосфере, в сероводороде, растворах щелочей, азотной кислоты и органических кислот. В атмосфере из-за сильно выраженной способности к пассивации хром длительное время сохраняет цвет и блеск. Существуют черные хромовые покрытия, которые, в основном, применяются для придания изделиям защитно-декоративных свойств.

    Оборудование для хромирования поверхностей

    Если говорить о вариантах, которые реально реализовать дома (в гараже, личной мастерской), то вам понадобится:

    • Ванна – любой достаточно вместительный резервуар, но обязательно химически стойкий и теплоизолированный (снаружи).
    • Источник стабильной подпитки электродов – рассчитанный на подачу тока силой 50 А, оснащенный регулятором напряжения и обладающий мощностью не более 1 кВт.
    • Термодатчик, заранее откалиброванный и фиксирующий измерения в диапазоне 0…+100 0С.
    • Нагреватель, выполненный из материала, не боящегося кислых сред.
    • Пластинка из свинца, которая послужит анодом; внимание, закрепить ее потребуется на некотором расстоянии от стенок емкости, чтобы подводить к ней провод было максимально безопасно.

    Можно упростить себе задачу и купить заранее подготовленный химический набор, содержащий все необходимые реагенты и даже инструкцию по их использованию.

    Как покрыть металл хромом?

    Для выполнения данной работы следует подобрать просторное и обязательно нежилое помещение. Также требуется заранее подготовить оборудование, средства индивидуальной защиты (респиратор, очки для глаз, плотную одежду), компоненты для приготовления смеси.

    Раствор важно делать именно в пластиковой емкости, в противном случае стенки резервуара могут окислиться, что нарушит реакцию. Для катода подойдет олово или пластинка свинца. Ванну допустимо брать любой формы, хоть прямоугольную, хоть цилиндрическую – главное, чтобы она вмещала требуемый объем жидкости. Хотя излишки, в принципе, можно хранить в любой герметично закрывающейся канистре или бочке, только недолго.

    Обратите внимание, хромирование деталей – это ответственный процесс, для успешного проведения которого (и получения результата должного качества) следует обеспечить:

    • Постоянное и стабильное напряжение.
    • Правильные пропорции электролита.
    • Подходящий температурный режим (неустанно контролируйте его).
    • Воздействие тока на изделие в течение заданного времени.
    • Предварительную подготовку детали.

    Только при соблюдении всех вышеперечисленных условий вы можете надеяться, что получите по-настоящему ровный слой достаточной толщины, обладающий всеми необходимыми защитными свойствами. Но пусть работа не кажется слишком сложной – немного практики, и вы сможете выполнять ее непросто самостоятельно, а безошибочно.

    Отдельно скажем о том, что такое хромирование стали – это процесс, который в общем случае проходит следующим образом:

    Читайте также: Как просверлить чугунную дверцу в печке. Как правильно просверлить отверстие в чугунной ванне. Подробная инструкция по сверлению чугуна

    1. Активируете поверхность заготовки – погружаете ее на 5-20 минут в раствор HCl (чем она больше и сложнее ее форма, тем дольше должно быть время).
    2. Промываете предмет, чтобы удалить с него остатки соляной кислоты.
    3. Высушиваете и погружаете в емкость с электролитом.
    4. Подключаете источник тока – плюсом к аноду, минусом – к обрабатываемому объекту.
    5. Оставляете изделие на 3 часа (в среднем), после чего достаете из ванны и шлифуете.

    Именно таким образом обрабатываются различные функциональные узлы автомобилей, например, колесные диски.

    Подготовка детали

    Если по всем правилам проводить покрытие сталей хромом, технология предусматривает:

    • Предварительную очистку от загрязнений.
    • Аккуратное снятие уже образовавшейся ржавчины с помощью наждачки.
    • Удаление остатков масел и жирных пятен средствами бытовой химии.

    В случае с любыми другими металлами предпринятые меры должны быть аналогичными.

    Как смешать электролит

    Необходимо сделать раствор, и в этом нет ничего сложного – просто возьмите ингредиенты в следующей пропорции:

    • 150-250 г/л – ангидрида.
    • 1,5-2,5 г/л – серной кислоты.

    Только помните, что первый компонент очень токсичен (несет смертельную опасность), поэтому выполнять все операции необходимо в защитной одежде, очках, респираторе.

    Чтобы впоследствии вам было, в чем осуществлять хроматирование стали (или другого металла), следует:

    • Заполнить до половины стеклянную емкость водой, предварительно доведенной до температуры в 60 0С.
    • Добавить ангидрид, объем которого должен соответствовать вышеприведенной пропорции, и аккуратно взбалтывать до тех пор, пока он не растворится полностью.
    • Долить H2O вплоть до наполнения резервуара.
    • Ввести сюда же серную кислоту, строго не превышая дозу, и осторожно перемешать.

    Старайтесь приготовить ровно столько электролита, сколько требуется для проведения всех операций. Его остатки стоит как можно раньше утилизировать, ведь они содержат канцерогены, а значит, случайно попав в организм, способны спровоцировать кожные болезни или даже развитие опухоли. В течение какого-то короткого времени раствор разрешается хранить, но строго в герметичной таре, со стенками которой он точно не вступит в реакцию.

    Этапы хромирования: процесс пошагово

    Рассмотрим процедуру более подробно – итак, для нанесения покрытия нужно:

    1. Подогреть токопроводящий раствор до температуры в +52 0С и дать ему немного настояться.
    2. Подготовить ванну, то есть зафиксировать в ней анод, а потом закрепить изделие – так, чтобы оно было в равной степени удалено от всех стенок – и довести до тех же +52 0С.
    3. Залить электролит в резервуар.
    4. Подавать напряжение в течение 20-60 минут, в зависимости от формы и габаритных размеров заготовки, а также от объема емкости.
    5. Вытянуть предмет, промыть его, хорошенько просушить – на чем-то чистом, и так, чтобы он точно не соприкасался с какими-либо посторонними объектами.

    Чтобы обеспечить качественное нанесение хромового покрытия металла декоративным способом, необходимо соблюсти следующие условия:

    1. Оснастить рабочее помещение хорошей системой вентиляции.
    2. Подобрать подходящий инструмент – кисть с ворсом в 2,5 см, – сделать на нем обмотку из свинцовой проволоки и зафиксировать его в торце ванны.
    3. Прикрепить анод напротив – с другой стороны резервуара.
    4. Наполнить емкость электролитом.
    5. Подключить источник питания (в роли которого отлично выступит понижающий трансформатор) – чтобы начать хромировать, его нужно подсоединить плюсом к установленному ранее диоду, минусом – к заготовке (которая в данном случае является катодом).
    6. Нанести на изделие проводящий раствор, причем равномерно, обработав каждый нужный участок кистью по 15-20 раз.
    7. Выключить подачу тока.
    8. Достать предмет, аккуратно смахнуть с него остатки жидкости, просушить; случайно налипшие посторонние частицы допустимо удалить воздушным потоком от компрессора (главное, чтобы при этом не было контактов с какими-то посторонними объектами).

    Причины возникновения дефектов

    Практическое назначение хромирования – создать именно равномерное защитное покрытие, но достичь этого удается не всегда. Слой может получиться с шероховатостями, порами и другими недостатками. Почему? В силу одной, нескольких или всех из следующих причин:

    • Правильная пропорция компонентов при приготовлении раствора не была соблюдена.
    • Электрические параметры при подаче не соответствовали норме.
    • Температурный режим был нарушен.
    • Предварительная очистка заготовки выполнена некачественно.
    • Изделие было изготовлено без травления, из материала, склонного к самопассивации.

    Естественно, вероятность появления брака существенно выше при проведении операций дома, а не на производстве. Но в чем же он проявляется? Итак, если технология хромирования металла будет реализована неправильно, вы можете увидеть:

    • Отсутствие блеска или присутствие буровато-коричневых пятен – возникает при превышении содержания ангидрида или при малом количестве серной кислоты в растворе.
    • Неравномерность цвета – наблюдается при превышении рекомендованной силы тока или при нарушении терморежима.
    • Образование наружных раковин – обычно они появляются из плохой предварительной очистки (полировки) заготовки.
    • Слой толще на одних участках и тоньше на других – значит напряжение было чересчур высоким.
    • Покрытие недостаточно прочное, проминается при физическом воздействии – в процессе хромирования деталь не прогрели до необходимой температуры.
    • Есть трещины – наверняка применялся электролит, в котором железа сверх нормы (она составляет 0,15 кг/л).
    • В некоторых точках осаждение вообще не произошло – это свидетельствует о том, что в проводящем растворе присутствуют нитраты.
    • Отслаивание – наблюдается, если напряжение при подаче колебалось, что привело к понижению рабочей температуры.

    Естественно, дефектов может быть сразу несколько, но даже один из них убедительно говорит о наличии проблемы, и о том, что процедуру нужно повторить, и на сей раз правильно.

    Финишная обработка изделий

    Обработку изделий после покрытия хромом проводят следующим образом: по окончании процесса изделия извлекают из ванны хромирования и промывают в холодной, а затем в горячей воде. Нормализацию проводят в 3% растворе соды, затем опять промывают и сушат. Детали, предназначенные для работы под воздействием больших нагрузок или в агрессивной среде, дополнительно прогревают в течение 1,5 – 2 часов при температуре 150-2000С для удаления водорода, что способствует повышению прочности хромового покрытия и увеличивают прочность сцепления хрома с основным металлом. Изделия, покрытые хромом с декоративными целями нагреву не подлежат.

    В случае необходимости изделия проходят дополнительную механическую обработку – полирование.

    Опасность для здоровья

    Да, хромированный металл – это материал, защищенный от коррозии, но наносить столь полезное покрытие необходимо с величайшей осторожностью. Потому что один из двух главных компонентов электролита, а именно ангидрид (CrO3) очень токсичен. Как в виде кристаллов, так и растворенный в воде и образующий кислоты, он является источником канцерогенов.
    Соли и оксиды Cr малолетучи, но это не должно успокаивать, так как в результате нагрева (под воздействием электролита) они могут испаряться, примешиваться к водным парам и после оседать на коже.

    Именно поэтому так важно работать в очках, респираторе, перчатках и спецодежде – чтобы вредные вещества попадали на ткань. Помните, если столь вредное вещество впитается сквозь поры, попадет в организм через слизистые оболочки или каким-то другим путем, это чревато развитием серьезнейших заболеваний, вплоть до опухолей. Поэтому соблюдать технику безопасности необходимо просто неукоснительно.

    Мы поэтапно рассмотрели, как происходит хромирование деталей, как к нему подготовиться, о чем нужно помнить при проведении процесса. Теперь, когда вы понимаете все риски химического осаждения в домашних условиях, мы призываем подойти к процедуре с максимальной ответственностью и осторожностью.

    Контроль качества хромовых покрытий

    Для определения толщины слоя хромового покрытия используют стандартные химические или физические методы контроля. Качество покрытия оценивают прежде всего визуально – покрытие должно быть ровным и гладким, без наростов и прогара.

    Данная обзорная статья предназначена для ознакомления заказчика с процессом хромирования и помощи в принятии решения о нанесении на свои изделия того или иного типа покрытия. Администрация благодарит технолога участка гальваники Скворцова С. И. за предоставленные знания.

    Возможно Вас заинтересуют статьи:
    Хромирование автомобильных дисков

    В статье подробно описан процесс хромирования автомобильных дисков и других автозапчастей своими руками в гаражной мастерской. Приведен состав…

    Серебрение в домашних условиях

    Серебрение — это процесс нанесения тонкого серебряного слоя на поверхность обрабатываемого изделия. Серебряное покрытие обладает высокими…

    Гальваника в домашних условиях

    В зависимости от требований, предъявляемых к покрываемым изделиям различают три вида гальванических покрытий – защитно-декоративные покрытия,…

    Никелирование

    Никелирование изделий из любых марок сталей, алюминиевых сплавов и титана. Многослойные декоративные и функциональные покрытия. Электрохимическая…

    Хромирование: польза, технологии, риски

    Хром (Cr) – 24-й элемент периодической системы Менделеева. В чистом виде он представляет собой голубовато-белый металл, имеющий характерный металлический блеск. На воздухе хром пассивируется – на его поверхности появляется плотная плёнка, защищающая его от коррозии и потемнения. Учёные применили это свойство на практике – они разработали технологии хромирования, позволяющие покрыть предметы тонким слоем хрома, придать им эффектный блеск и сделать стойкими к негативным внешним воздействиям.

    • привлекательный внешний вид;
    • высокая твёрдость;
    • нечувствительность к коррозии;
    • износостойкость;
    • жаропрочность.

    Типы покрытий из хрома

    Хромовые покрытия, наносимые на изделия, по назначению делятся на функциональные и декоративные.

    Функциональные покрытия из хрома повышают механическую и коррозионную стойкость форм, инструментов, элементов клапанов, частей паросилового оборудования, валов полиграфических машин и других деталей, работающих под нагрузкой. Они замедляют их износ и увеличивают срок их службы. Такие покрытия, толщина которых достигает нескольких миллиметров, наносятся на изделия из стали, титана, алюминия, иных металлов и сплавов.

    Хромирование бытовых приборов

    Рисунок 1. Хромирование бытовых приборов.

    Декоративные покрытия из хрома придают изделиям привлекательный блеск и, как и функциональные, защищают их от коррозии. Их наносят на видимые детали кузовов автомобилей, полотенцесушители, смесители и иные сантехнические изделия, статуэтки и многие другие предметы, которые должны эффектно выглядеть. Толщина декоративных хромовых покрытий невелика – как правило, она варьируется от 0,2 до 0,7 мкм. Во многих случаев хром наносится не на материал изделия, а на предварительно созданный подслой из никеля и меди.

    Покрытие из хрома в сантехнике

    Рисунок 2. Покрытие из хрома в сантехнике.

    Электролитическое хромирование

    Перед обработкой изделие тщательно очищают, полностью удаляя с него загрязнения. После этого переходят к хромированию по той или иной технологии. Большое распространение получила электролитическая обработка.

    Очищенную деталь помещают в кислотоупорный резервуар с водяной рубашкой, наполненный электролитом – как правило, на основе шестивалентного хрома. В состав электролита входят серная кислота и хромовый ангидрид строго определённой плотности.

    • при температуре около 50°С на детали образуется красивое декоративное покрытие из хрома;
    • при температуре 55-60°С получают прочное, коррозионно- и износостойкое функциональное покрытие.
    • при 25 А / кв. дм выполняют обработку изделий в декоративных целях;
    • при 60 А / кв. дм получают функциональное покрытие из хрома.

    Ток, протекающий через электролит, запускает процесс электролиза. В жидкой смеси серной кислоты и хромового ангидрида выделяются катионы хрома. Они осаждаются на поверхности обрабатываемого изделия, образуя покрытие с требуемыми свойствами.

    Слой хрома, образующийся на деталях при электролизе, хрупок. Чтобы сделать его прочнее, изделия в некоторых случаях подвергают длительной термической обработке при температуре приблизительно 200°С.

    Диффузное хромирование

    Обрабатываемая деталь и смесь для металлизации, состоящая из феррохрома и шамота, помещаются в печь. В ней они нагреваются до высокой – варьирующейся от 700 до 1400 – температуры. Атомы хрома, выделяющиеся из смеси, диффундируют (проникают) в поверхностный слой изделия, формируя прочное и долговечное покрытие. Чтобы реакция шла быстрее, используют хлористый аммоний, образующий активные летучие соединения хрома.

    Вакуумное хромирование

    У этой технологии есть ещё одно название – PVD-процесс. Она применяется для создания покрытий на алюминиевых изделиях. Обрабатываемую деталь и металлический хром помещают в вакуумную камеру. Здесь металл нагревается до температуры, при которой начинается его испарение. Атомы хрома оседают на защищаемой поверхности. Слой, который они образуют, в большинстве случаев тонкий и непрочный, поэтому его дополнительно покрывают лаком.

    Химическое хромирование

    Эта технология применима для обработки как металлических изделий, так и предметов из диэлектриков. В первую очередь обрабатываемую поверхность тщательно очищают и обезжиривают. При необходимости на ней создают дополнительный слой – например, из меди. Резервуар заполняют водным раствором для хромирования, содержащим соли хрома. Жидкость нагревают до определённой – как правило, равной 80°С – температуры. Обрабатываемое изделие помещают в резервуар и выдерживают в нём несколько часов. В ходе хромирования из раствора солей восстанавливается хром, который затем оседает на поверхности детали, формируя на ней защитный слой. В последнюю очередь обработанное изделие промывают и просушивают.

    Во многих случаях покрытие из хрома, получаемое химическим методом, имеет недостаточную прочность. Для её увеличения изделие подвергают термической обработке при высокой – как правило, варьирующейся от 300 до 400°С – температуре. Происходит диффузия атомов хрома, и созданное покрытие прочно соединяется с материалом детали.

    Гидрофобизация

    Чтобы сделать покрытие из хрома максимально стойким к коррозии, выполняют его гидрофобизацию. Хромированные поверхности обрабатывают растворами солей жирных кислот. На изделии адсорбируются молекулы используемого соединения, при этом покрытие становится гидрофобным – значительно уменьшается его смачиваемость водой и растворами на её основе. Капли, попадающие на обработанное изделие, легко стекают с него – вероятность появления очагов коррозии резко уменьшается.

    Существующие риски и их устранение

    • персонал использует индивидуальные средства защиты – специальную одежду, перчатки, фартуки, респираторы, очки;
    • с сотрудниками проводят инструктаж по технике безопасности;
    • в помещениях организуют эффективную вентиляцию;
    • сточные воды подвергают тщательной очистке с целью обезвреживания токсичных соединений хрома.

    Учёные разрабатывают технологии, способные стать альтернативой хромированию и уменьшить или полностью устранить перечисленные риски. Одной из них стало скоростное газоплазменное напыление, которое разработали в ответ на ограничение хромирования, введённое в Европе директивой RoHS в 2003 году.

    телефоны:
    8 (800) 200-52-75
    (495) 366-00-24
    (495) 504-95-54
    (495) 642-41-95

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: