Хромирование: технологии, способы, фото, видео, процесс, виды, состав

 

Содержание статьи

Как можно самостоятельно хромировать детали в домашних условиях?

Необязательно быть химиком со стажем, чтобы провести хромирование деталей в домашних условиях своими руками. Данный метод доступен рядовому умельцу, не нуждается в привлечении профессиональных знаний и потому остается популярным способом обработки. Технология позволяет получить блестящую поверхность на металлической, пластмассовой, стеклянной или деревянной основе, не теряющую своего блеска под влиянием воздуха и воды.

Существуют схожие операции получения дополнительного металлического слоя: цинкование, никелирование, серебрение. Хромировка деталей (процесс нанесения хрома на изделие) включает несколько функций:

  1. Защитную. Слой хрома устойчив к температурным перепадам; он улучшает физико-химические характеристики поверхности, защищая ее от окисления, предавая предметам (деталям автомобилей, велосипедов, приборов) дополнительную прочность.
  2. Декоративную. Результатом гальванизации становится привлекательный внешний вид любого транспортного средства. Декоративное хромирование выгодно преображает детали интерьера — крепежные элементы потолочных карнизов, фурнитуру (ручки дверей или мебельные), декоративные подставки, сувениры.
  3. Восстанавливающую. Продлевает срок службы изношенной поверхности валов, втулок (если глубина износа не превышает 1 мм), тем самым увеличивая срок эксплуатации.
  4. Повышает износоустойчивость двигателей внутреннего сгорания (осаждается на трущиеся поверхности), всевозможных штампов и матриц, мерильных инструментов.
  5. Улучшает отражательные свойства (хромирование отражателей фар, производство прожекторов, технических и бытовых зеркал).

Технологии хромирования

Хромирование в домашних условиях может осуществляться несколькими способами:

  • Гальванический (электролитический) метод. Атомы хрома из раствора электролита осаждается на поверхность заготовки под действием электрического тока. Наиболее популярный, способ имеет широкую сферу применения, включая создание изделий, обладающих отражающими свойствами. Гальваническое осаждение хрома позволяет добиться качественного покрытия, устойчивого к механическим и химическим повреждениям.
  • Химический (каталитический). Метод основан на взаимодействии реагентов и восстановлении хрома из своих солей; электрический ток не применяется. Получаемый слой первоначально имеет серый цвет и нуждается в полировке. Химическое хромирование, из-за присутствия среди реагентов фосфора, позволяет покрывать качественным твердым слоем изделия сложной формы, включающие полости.
  • Диффузионный метод (напыление хрома осуществляется с использованием гальванической кисти). Хромирование деталей в домашних условиях диффузным методом — компактный способ обработки, не требующий организации ванны. Контроль толщины и качества покрытия возможен непосредственно во время операции.

Подготовка рабочего места

Металлизация хромом — химический процесс, сопровождающийся выделением токсичных (канцерогенных) веществ, наносящих вред здоровью человека и природной среде. Поэтому для гальваники в домашних условиях подбирается нежилое, безупречно проветриваемое помещение. Лучшим выбором является гараж или отдельно стоящая мастерская с эффективной принудительной вентиляцией (вытяжкой). Следует продумать утилизацию отходов.

 

Хромовый электролит выделяет летучие соединения, способные вступать в контакт и разрушать любую органику. Пары несут опасность для кожи и слизистых оболочек. Для защиты от испарений используют очки и маску-респиратор.

Хромирование в домашних условиях проводится в спецодежде, сапогах и фартуке. Руки защищают плотными латексными или резиновыми перчатками. Перед работой рекомендуется смазать носовую полость мазью, состоящей из вазелина и ланолина (в отношении 2 к 1).

Оборудование

Чтобы провести хромирование своими руками в домашних условиях на достойном уровне, часть инвентаря предлагается изготовить из подручных средств. В число предметов, составляющих набор для хромирования гальваническим путем, входит:

  1. Гальваническая ванна – сосуд из пластика, стекла, полиэтилена или пропилена (устойчивый к продолжительному воздействию агрессивной среды); подойдет и эмалированный. Для небольших предметов идеальна стеклянная банка. Для качественного электролиза выбранную посуду необходимо теплоизолировать (поместить в деревянный ящик, обитый изнутри стеклотканью с дополнительным утеплением минеральной или стекловатой).
  2. Источник питания – должен иметь характеристики: силу тока 50 А, допустимое напряжение 12 В, общую мощность не более 1 кВт.
  3. Нагревательное устройство для электролита, выдерживающее контакт с агрессивной средой (керамический ТЭН) соответствующей мощности. Допустимо использовать внешний подогреватель.
  4. Термометр, калиброванный до 100° по Цельсию.
  5. Крышка, герметично притертая к сосуду с электролитом (не металлическая).
  6. Электроды – анодом служит свинцовая пластина. Она погружается в емкость, катод присоединяется к хромируемому образцу. В роли катода удобно использовать зажим, удерживающий деталь. Последняя размещается в электролите так, чтобы не допустить касания стенок, дна и анода.

 

Источник питания

Для гальваники в домашней лаборатории подойдет заземленный источник постоянного тока с регулируемым напряжением 1,5-12 В, с максимальным током 20 А (для регулировки выходной мощности удобно пользоваться реостатом).

 

 

Выбор сечения соединительных проводов делают с учетом максимальной нагрузки (силы тока). Для хромирования мелких деталей используют провода с сечением 2,5 мм.

Состав и методика подготовки электролита

В смеси для осаждения хрома содержится:

  • Дистиллированная (из аптеки) либо водопроводная (прокипяченная и отстоянная, идеально — фильтрованная) вода.
  • Хромовый ангидрид (CrO3), из расчета 250 г на 1 л воды.
  • Серная кислота (H2SO4) – 2-2.5 г/л (с удельной плотностью 1,84 г/см3).

Порядок приготовления:

  1. Сосуд наполовину заполнить водой, разогретой до 60º С.
  2. Всыпать хромовый ангидрид; добиться полного растворения, размешивая.
  3. Долить оставшуюся воду, осторожно добавить кислоту, перемешать.
  4. Электролит выдерживается 3,5 часа под номинальным током (для выравнивания плотности).
При соблюдении всех правил электролит становится темно-коричневым, после чего смесь отстаивается в прохладном помещении 1 сутки.

Подготовка поверхности

Чем лучше подготовить поверхность изделия, тем меньше проблем возникнет во время гальванического хромирования и качественнее будет покрытие.

  • Предварительная механическая и химическая очистка. Удаляются сильные загрязнения (лак, краску, пятна ржавчины). Ржавчину с поверхности металла можно удалить травлением в кислоте, остатки краски — наждачной бумагой.
  • Тонкая очистка. Следы загрязнений тщательно удаляются чистым куском материи.
  • Обезжиривание. Для процедуры нужен раствор из 150 г едкого натра, 50 г кальцинированной соды и 5 г силикатного клея (расчет на 1 литр воды). Предмет выдерживается в растворе 20-60 минут при 90° С; на время влияет сложность формы.

Хромирование

  1. Электролит подогревается до 52±2°С (во время процесса поддерживается неизменный температурный режим).
  2. В сосуд (с закрепленным анодом) помещается деталь с прикрепленным катодом и прогревается до уравнивания температур.
  3. Подается напряжение. Время осаждения составляет от 20 минут до 1-2 часов, что определяется формой предмета.
  4. Деталь вынимается, промывается в дистиллированной воде (несколько раз) и сушится 3 часа; во время сушки прикасаться к ней нельзя. По такой методике хромируют детали из стали, латуни, бронзы.

Способ хромирования пластика дома

Чтобы обеспечить хромирование пластика в домашних условиях, целесообразно изготовить гальваническую кисть (метод применим и для металлических изделий):

  • Щетина (подойдет от малярной кисти) диаметром 20-25 мм плотно обматывается свинцовым проводом. Ее закрепляют с торца сосуда цилиндрической формы, который заправляется электролитом. Удобно использовать емкость, сделанную из оргстекла (контроль уровня раствора). В другом торце крепится диод.
  • В схеме используется понижающий трансформатор (12 В, 0,8-1 А). Минус трансформатора крепится на хромируемый предмет (зажимом «крокодил»). Плюс идет на анод диода, катод диода подсоединяется к обмотке щетины.
  • Слой жидкости наносится на обрабатываемую поверхность плавными равномерными движениями; каждый участок проходится кистью не менее 20 раз, не отрывая ее от поверхности.
  • По завершении гальванотехники предмет промывают и сушат; грязь убирают компрессором.

Видео: уникальная методика хромирования в домашних условиях.

Возможные дефекты и их причины

  1. Хром не оседает на заготовке. Причина может заключаться в слабом контакте, пленке окислов или маленьком расстоянии между электродами. Процесс нарушается из-за неверно подобранного сечения проводников, избытка серной кислоты, малой плотности тока или слишком горячего электролита.
  2. Блеск поверхности отсутствует или неравномерный (с потемнениями и пятнами). Не соблюден температурный режим электролита и концентрация реактивов. Превышена сила тока.
  3. Наблюдаются наросты металлического хрома на углах предмета. Плотность тока выше рекомендованной.
  4. Дефекты (раковины) на хромировке. Плохая очистка. Избыточный ток, задержка водорода.
  5. Отслоение покрытия. Некачественное обезжиривание, скачки напряжения, плотности тока или температуры.
Процесс того, как сделать хромирование деталей своими руками, привлекает доступностью и очевидной экономией средств. Не надо иметь специальное образование, чтобы провести хромирование комплекта дисков или всего кузова, получить оригинальные ручки для дверей или шкафа.

Украсить пластик слоем хрома в домашней мастерской не сложнее, чем металл. Залогом блестящего результата станет доскональное соблюдение правил безопасности и внимание к деталям технологического процесса.

Технология хромирования деталей

Хромирование — это ряд процессов диффузионного насыщения поверхностей металлических заготовок с помощью хрома, в результате чего они обретают зеркальную поверхность. В официальной литературе такую технологию также называют «металлизацией». Однако последнее название, скорее всего, обобщает все способы изменения характеристик поверхности металлических и неметаллических предметов с помощью тонкого металлического слоя.

Освоив технологию хромирования, вы сможете проводить ряд уникальных работ в домашних условиях. Это позволит вам поменять внешний облик мотоцикла или автомобиля, а также изготовить множество стильных и современных вещей, например: ручки для шкафов или дверей, подставки, крепежные элементы, карнизы, кашпо и другие декоративные изделия, которые превратят ваш интерьер в нечто невероятное.

 

Краткое описание процесса

И хоть стандарты современной жизни диктуют свои правила, люди по-прежнему с особым интересом относятся к красивым и блестящим вещам, как это делали их предки много столетий назад. Изящные детали кузовов транспортных средств, блестящие изделия в ванных комнатах и кухнях, оригинальные статуэтки и яркие покрытия домов — всё это пользуется очень большой популярностью, поэтому спрос на хромирование деталей неуклонно растёт.

В настоящее время практикуется несколько способов металлизации заготовок. Среди них:

  • Оцинкование;
  • Покрытие хромом;
  • Покрытие алюминием.

Использование цинка положительно сказывается на антикоррозийных свойствах стальных и металлических заготовок, в результате чего их эксплуатационный срок стремительно растёт.

Алюминий также улучшает антикоррозийные свойства, поэтому его наносят на оборудование, которое вынуждено работать в температурном режиме до 900 градусов Цельсия. В числе таких приборов — детали и механизмы для добычи нефтяных продуктов и перекачки газа, комплектующие печных систем, а также множество других изделий.

Что касается покрытия хромом, то такая методика является хорошим способом создания красивых декоративных покрытий, позволяющая скрыть все производственные дефекты и придать изделию более изящный вид. К тому же хромирование улучшает ряд эксплуатационных характеристик, а именно:

  • Улучшает антикоррозийные свойства;
  • Увеличивает твердость металла;
  • Улучшает защитные характеристики от эрозии;
  • Повышает жаропрочность;
  • Улучшает износостойкость;
  • Делает внешний вид изделия более привлекательным;
  • Позволяет создавать качественные покрытия с заданными параметрами.

Особенности технологии

Нанесение хрома на металлические заготовки принято называть химическим хромированием. Технологию применяют для улучшения декоративных и функциональных свойств металлических изделий. Сам процесс может выполняться посредством следующих методик:

  1. Гальванический метод.
  2. Химический.
  3. Посредством напыления.

Если говорить о нанесении хрома на поверхность заготовки с помощью первого метода, то это можно делать двумя путями: диффузным и электролитическим. Чтобы вводить обе разновидности гальваники, нужно запастись специальными резервуарами с кислотоупорным покрытием и водяными рубашками.

Электролитическое хромирование построено на принципе электролиза металлов. В процессе обработки электрический ток подаётся через электролит, представленный в виде специального раствора из солей хрома, кислоты или щелочи. По мере прохождения тока выделяются катионы хрома. В итоге они остаются на обрабатываемой поверхности.

Средние параметры хромирования гальваническим методом выглядят следующим образом:

  1. Хромовый ангидрид 250 г/л.
  2. Серная кислота — 2,5 г/л.
  3. Температурные показатели — 50 градусов Цельсия для декоративной обработки, и 55−60 градусов Цельсия для улучшения функциональных качеств.
  4. Плотность тока — 25 А/дм2 для декоративной обработки, а также 60 А/Дм2 для достижения функциональных свойств.

Чтобы выполнить качественную гальванику, нужно правильно подобрать температуру электролита и плотность тока. Такие параметры оказывают влияние на внешний вид и функциональные свойства нанесенного слоя.

Не забывайте, что любое увеличение температуры снижает выход хрома по току, а увеличение плотности действует противоположным образом.

При низкой температуре и постоянной плотности тока получаемое покрытие становится серым. Если плотность тока не меняется, а температуры остаются высокими, это позволяет получить молочный оттенок.

Диффузный метод гальванической обработки

Применять метод термической обработки стали с помощью хромирования, что положительно сказывается на эксплуатационных свойствах поверхности, придавая материалу прочность, твердость, вязкость, износостойкость, упругость, жаро- и коррозийную стойкость. При соблюдении определенного температурного режима, поверхность конкретной заготовки поддаётся воздействию реагентов, а посредством диффузии происходит насыщение поверхностного слоя хромом. Диффузионная обработка незаменима при нанесении на поверхностный слой кремния, углерода, азота и алюминия.

Термическое хромирование с помощью порошков подразумевает применение смесей, которые состоят из феррохрома и шамота. Подобный состав принято называть солянок кислотой. Ещё одна разновидность диффузной обработки заключается в конденсации паров хрома.

Химическое хромирование

При выполнении химической обработки применяется ряд следующих реагентов:

  • Хлористый хром;
  • Гипофосфат натрия;
  • Лимоннокислый натрий;
  • Уксусная ледяная кислота;
  • Двадцатипроцентный раствор едкого натра;
  • Вода H2О.

При проведении реакции выдерживается температурный показатель 80 градусов Цельсия. Перед тем как нанести хромовое покрытие на стальную заготовку, они предварительно покрываются слоем меди. В итоге заготовки моют в воде и тщательно высушивают. Используя раствор кислощелочного происхождения, проводят химическую металлизацию диэлектриков.

Кроме этого, в современном мире широко распространен ещё один тип химической металлизации — вакуумное хромирование или PVD-процесс. Метод обеспечивает комплексную конденсацию паров хрома на поверхностном слое заготовки. Это происходит в специальных вакуумных камерах, где металл нагревается до температуры испарения, а затем оседает в виде тумана на конкретную деталь. Толщина слоя хрома настолько крошечная, что его дополнительно покрывают лаком с целью защиты от царапин. Подобная методика используется при хромировании алюминиевых изделий.

Обработка посредством напыления

Защитные напыляемые покрытияНапыление деталей хромом (каталитическое хромирование) осуществляется с помощью реакции «серебряного зеркала». В качестве реагентов используются комплексные серебряные слои в щелочных растворах аммиака. Роль восстановителя выполняет раствор инвертного сахара, гидразина или формалина.

При одновременном напылении серебра и восстановителя металлическая заготовка обретает красивое белоснежное зеркальное покрытие.

Для таких изделий характерна отличная отражательная способность. На следующем этапе каталитического хромирования происходит покрытие заготовки защитным лаком с добавлением красящего светостойкого тонера. Такое средство получается с помощью смешивания фиолетового, синего и черного цветов в соотношении 3:1:1.

Обработка посредством «серебряного зеркала» состоит из нескольких процессов:

  1. Термическое напылениеАнализ и подготовительный этап. Необходимо подготовить поверхность детали, очистив её и промыв специальным средством. Чтобы улучшить адгезию, поверхность предварительно шлифуют с помощью шлифовальной бумаги с показателями зернистости Р500−600.
  2. Использование глянцевой основы. Подготовленный материал покрывается черным глянцевым покрытием, которое полностью исключает желтизну зеркального слоя. Сушку нанесенных лаков осуществляют в температурном режиме 20−25 градусов Цельсия без использования дополнительных сушильных приборов. Для высушивания заготовку оставляют на 8 часов. Если речь идёт о сушке в окрасочно-сушильной среде с температурным режимом 60 градусов, то там достаточно 45 минут просушивания.
  3. Следующий этап заключается в сушке.
  4. Затем происходит травление поверхности заготовки для улучшения адгезии серебра, а также очистка материала с помощью дистиллированной воды.
  5. Дальше выполняют сенсибилизацию или специальную обработку поверхностного слоя с помощью активатора. Таким образом поверхность покрывается защитной пленкой.
  6. На следующем этапе осуществляют металлизацию с помощью серебра.
  7. Затем на заготовку наносят защитный лак, который надёжно защищает обработанную поверхность от потускнения и потери эксплуатационных свойств из-за длительного использования и агрессивных воздействий.

Подготовка к хромированию металла

Подготовительный этап заключается в выполнении нескольких обязательных действий:

  1. Хромирование покрытий Подготовка поверхности заготовки посредством шлифовки и полировки.
  2. Очистка от загрязнений с помощью специального средства и дистиллированной воды и протирка ветошью.
  3. Полное изолирование поверхности, куда не нужно наносить хром, заделка отверстий (если не нужно покрывать внутренние полости).
  4. Установка изделия на специальную подвеску.
  5. Полное обезжиривание.
  6. Промывка водой.
  7. Декапирование.

Роль шестивалентного хрома выполняет хромовый ангидрид, трёхвалентного — сульфат или хлорид хрома.

Гальваническую ванну покрывают серной кислотой, а после помещения обрабатываемой заготовки в раствор поддают ток с определенными показателями плотности.

Также необходимо соблюдать подходящий температурный режим раствора в ванной, который устанавливается с учётом особенностей хромирования.

При использовании терморежима необходимо придерживаться одних и тех же температурных показателей на протяжении всего мероприятия. Любые отклонения от установленного стандарта могут привести к ухудшению адгезионных свойств покрытия, в результате чего гальваника потеряет правильную структуру, а на поверхностном слое появятся различные дефекты, такие как разводы, наросты и сталактиты.

Продолжительность гальванической обработки определяется требуемой толщиной хромированного слоя.

В процессе обработки из раствора выделяется ряд вредных паров, поэтому все мероприятия нужно проводить с учетом всех тонкостей техники безопасности и с использованиием средств персональной защиты.

В отдельных условиях металлизацию проводят лишь после травления или нанесения на заготовку другого металла, например, меди или никеля. Таким образом осуществляется укрепление полученного слоя.

Чтобы заделать образованные поры хрома, деталь дополнительно покрывают маслом или лаком. Образовавшуюся хромовую пленку дополнительно защищают термической обработкой, в процессе чего заготовку выдерживают под воздействием высоких температур (около двухсот градусов Цельсия) на протяжении некоторого времени.

Подвиды хромирования

Детали хромированные Как уже говорилось выше, гальваническое хромирование позволяет создать эффективный защитно-декоративный слой и придать поверхности особенные свойства.

Хромированный металл декорируется и с помощью других металлов, включая медь или никель. В таком случае эксплуатационные показатели, а именно срок службы и сохранность блеска хрома существенно улучшаются. Также материал обретает отличные антикоррозийные свойства, поэтому он не поддаётся вредным воздействиям.

 

Твердое хромирование незаменимо в тех случаях, если речь идёт о желании улучшить износостойкость и твердость, уменьшив показатели трения на обрабатываемой заготовке.

В таком случае использовать другой металл не нужно. Выдержка в ванной отличается большой продолжительностью, что необходимо для получения определенной толщины слоя.

На отмену от декоративной металлизации, твердая подразумевает дополнительное использование специальных лаков или масел.

Теперь вы знаете, в чём заключаются все особенности металлизации деталей с помощью хрома. При соблюдении последовательности действий, можно успешно провести такое мероприятие в домашних условиях.

Хромирование

Электролитическое хромирование в практических целях осуществляется исключительно из растворов электролитов на основе шестивалентной окиси хрома. Многочисленные попытки создать промышленно полезный электролит на основе соединений трехвалентного хрома, позволяющий получать хромовые покрытия, обладающие такими же технико-эксплуатационными свойствами, особенно для получения толстослойных твердых износостойких покрытий, не привели к положительным результатам.

Все электролиты хромирования содержат свободные кислотные радикалы, которые, действуя как не расходуемые катализаторы, способствуют осаждению хрома на катоде. Помимо этого, во всех электролитах хромирования на основе шестивалентного хрома обязательно присутствуют и ионы трехвалентного хромаДопустимое содержание ионов трехвалентного хрома для каждого электролита хромирования, как правило, определяется в соответствии с технологическими особенностями процесса и требованиями, предъявляемыми к качеству и функциональным характеристикам хромового покрытия (блеску, твердости, износостойкости и др.). Вместе с тем, обычно рекомендуется поддерживать концентрацию трехвалентного хрома в электролите хромирования в интервале 3-5 г/л.

Электролитическое хромирование, проводимое на основе шестивалентных солей хрома, является высокотоксичным процессом, а используемые для этого электролиты являются агрессивными жидкостями, даже в разбавленных растворах. К тому же, во время электроосаждения хрома происходит усиленное газообразование и в воздух вместе с газом, в виде аэрозоля, поступает большое количество агрессивных веществ. Поэтому при работе с электролитами хромирования должны строго соблюдаться правила техники безопасности и приняты все необходимые меры предосторожности, а используемые ванны хромирования обязательно должны быть снабжены мощными отсасывающими устройствами и вентиляционными установками, очищающими воздух от вредных аэрозольных примесей.

В зависимости от условий проведения процесса электролиза различают три типа хромовых покрытий встречающихся на практике: это блестящие защитно-декоративные покрытия, отличающиеся небольшой толщиной покрытия и позволяющие получать блестящие осадки хрома, затем твердые износостойкие защитные покрытия, позволяющие получать хромовые покрытия большой толщины, с высокими значениями твердости и износостойкости, и молочные безпористые покрытия, использующиеся в основном как подслой, для улучшения коррозионной стойкости покрытий. По функциональному назначению хромовые покрытия можно разделить на защитно-декоративные, износостойкие и молочные. В данной статье мы коснемся только блестящих защитно-декоративных и молочных износостойких хромовых покрытий.

Блестящие защитно-декоративные хромовые покрытия имеют небольшую толщину, в пределах 0,2 — 0,7 мкм, наносятся обычно по подслою меди и никеля, и используются для повышения механической и коррозионной стойкости покрытия, для придания поверхности изделия улучшенных декоративных свойств. Молочные защитные хромовые покрытия осаждают на сталь, алюминий, титан и некоторые другие металлы и сплавы. Получаемые покрытия имеют большую толщину, порядка 10-100 мкм и используются для защиты рабочего инструмента, оптической аппаратуры, для покрытия валов полиграфических машин, турбинных лопаток и т.д.

Электролиты хромирования обладают самой низкой рассеивающей способностью из всех известных на сегодня электролитов. Осаждение хрома и нанесение хромового покрытия требует очень высокой токовой нагрузки в ванне, значительно более высокой, чем в других процессах гальваноосаждения. Это в свою очередь определяет выбор источника тока для хромирования или силового преобразователя, также значительно более мощного, чем для других процессов гальваноосаждения.

Для процесса блестящего декоративного хромирования в основном используют электролиты, содержащую высокую концентрацию хромового ангидрида. К преимуществам такихэлектролитов относится их более высокая электропроводность, а следовательно, возможность проводить осаждение хрома при пониженных плотностях тока, а также меньшая чувствительность к загрязнениям, по сравнению с разбавленными электролитами, используемыми для молочного хромирования. К недостаткам концентрированных электролитов можно отнести в первую очередь его «неэкологичность» (за счет более высокой концентрации ионов шестивалентного хрома, большее количество токсичных соединений хрома, которые выносятся в сточные воды, большие проблем с очисткой сточных вод и т.д.). Преимуществами разбавленных электролитов, используемых для матового хромирования являются прежде всего, меньшие затраты для очистки сточных вод, меньшие затраты для обезвреживания отработанных электролитов, а также более высокий выход по току. Помимо этого, в разбавленных электролитах процесс хромирования проводится при значительно более высокой силе тока (до 150 А/дм2), что позволяет повысить скорость осаждения и уменьшить продолжительность процесса хромирования. К недостаткам разбавленных электролитов относится их низкая электропроводность, для чего необходимо использовать более высоковольтные, чем обычно, источники тока, что соответственно ведет к большему расходу электроэнергии.

Блестящие защитно-декоративные хромовые покрытия не рекомендуется осаждать непосредственно на медную, латунную или бронзовую основу, или подслой из этих металлов, или сплавов. Связано это с тем, что при эксплуатации в атмосферных условиях медь взаимодействует с атмосферными газами с образованием углекислой и других солей меди. Образующиеся соли, скапливаясь в порах, резко ухудшают внешний вид хромового покрытия. В случаях, когда хром необходимо осаждать непосредственно на детали из меди, латуни или бронзы, толщина хромового покрытия должна быть не менее 4-5 мкм. Трехслойное декоративное хромовое покрытие, в связке Cu-Ni-Cr (медь-никель-хром) обладает достаточно высокими защитными и антикоррозионными свойствами. Первый тонкий медный подслой обеспечивает прочность сцепления покрытия с основой. Второй, толстый слой меди, повышает коррозионную стойкость и защитную способность покрытия, и позволяет уменьшить толщину осадка дорогостоящего никеля, при этом сохранить необходимые коррозионные свойства всего покрытия. При этом важно, чтобы, помимо выравнивающих добавок в электролит меднения входили также эффективные блескообразующие добавки, позволяющие получать не только гладкие, но и блестящие осадки меди. На такой блестящий слой меди и осаждают блестящее никелевое покрытие из электролитов никелирования, также содержащих блескообразующие и выравнивающие добавки. Важная роль в защитно-декоративных свойствах покрытия Cu-Ni-Cr принадлежит последнему слою блестящего хрома. Так как в отличие от никеля, который со временем пассивируется и имеет желтоватый оттенок, блестящий хром не тускнеет и имеет красивый голубоватый оттенок, а само хромовое покрытие обладает более лучшими декоративными свойствами. Помимо этого, в западных странах никель вообще запрещено использовать как конечное декоративное покрытие, если с ним возможен прямой контакт человека, так, как было обнаружено, что никель является сильным аллергеном.

Самыми распространенными электролитами хромирования являются электролиты, состоящие из окиси хрома и серной кислоты. Они бывают разбавленные, стандартные и концентрированные.

Номер ванны CrO3, г/л Катализатор или добавка, г/л Температура, °С Плотность тока, А/дм2 Выход по току, %
1 130-175 1,3 — 1,75 H2SO4 40-70 15-105 16-18
2 220-250 2,2 — 2,5 H2SO4 40-70 15-105 12-14
3 275-300 2,75 — 3,0 H2SO4 40-70 15-105 8-10

 

У разбавленных электролитов наилучшая рассеивающая способность, но электролит не очень устойчив по составу, а хромированные осадки склонны к шероховатости. Наиболее часто используется стандартный электролит хромирования, т.к. имеет более широкий диапазон плотностей тока, а колебания по составу не значительны. Концентрированный электролит хромирования имеет самую низкую рассеивающую способность, а осадки отличаются наименьшей твердостью, но имеют высокую декоративность.

В некоторых случаях в электролит добавляют катионы цинка. Такие электролиты используются для нанесения износостойких покрытий на деталях, работающих в условиях воздействия сред повышенной агрессивности. Для повышения рассеивающей способности электролита и улучшения физико-химических свойств хромовых покрытий, в электролит вводятся органические добавки. Недостатком органических веществ является их взаимодействие с хромовой кислотой, что приводит уже в начале процесса электролиза к накоплению излишнего количества трехвалентного хрома в электролите.

Во всех технических электролитах, содержащих хромовую кислоту, для обеспечения стабильности процесса хромирования, важно поддерживать правильное соотношение между концентрациями хромовой кислоты и каталитической добавкой. Величину отношения концентрации хромовой кислоты к полной концентрации каталитических кислотных радикалов, необходимо поддерживать в пределах от 50:1 до 200:1, но лучше всего подходить пропорция 100:1 (концентрации здесь выражены в граммах СrО3, Н2SO4).

Процесс осаждения хрома и свойства получаемого хромового покрытия во многом зависят от режима осаждения хрома, т. е. от катодной плотности тока и температуры электролита. Наиболее ясное представление о примерных граница х режимов электролиза, обеспечивающих получение серого, блестящего и молочного осадков хрома, дает диаграмма плотности тока и температуры (DK—t), изображенная на рисунке 1.

Серый осадок хрома появляется на катоде при низких температурах электролиза (35…50°С) и широком диапазоне плотностей тока. Осадки блестящего хрома обладают высокой твердостью (6000… 9000 Н/мм2), высокой износостойкостью и имеют меньшую хрупкость. 


Рис. 1. Зоны хромовых осадков.

Молочный хром получается при более высокой температуре электролита (выше 70°С) и более широком широком интервале плотностей тока. Молочные осадки отличаются пониженной твердостью (4400.. 6000 Н/мм2), но обладают пластичностью и имеют повышенную коррозионную стойкость.

Сверхсульфатный электролит хромирования

Сверхсульфатный электролит хромирования рекомендуется для скоростного осаждения толстослойных, блестящих и износостойких хромовых покрытий (до 500 мкм).

Состав сверхсульфатного электролита хромирования, г/л:

Хромовый ангидрид (CrO3) 250-300 г/л

Серная кислота (H2SO4) 8-10 г/л

Хром трехвалентный (в пересчете на Сг203) 20-22.

Температура электролита должна быть не ниже 500С, а плотность тока во время процесса хромирования более 55 А/дм2. Из сверхсульфатного электролита в широком интервале температур и плотностей тока (до 300 А/дм2) осаждаются износостойкие, твердые хромовые покрытия.

Рекомендуемые режимы электролиза:

Сверхсульфатный электролит хромирования имеет крайне низкую рассеивающую способность. Поэтому он рекомендуется только для нанесения хромовых покрытий на цилиндрические детали: штоки, валы, цилиндры и т.д., при использовании специальной оснастки, обеспечивающей концентрическое (коаксиальное) расположение детали и анода. Рекомендуемый состав анодов: РЬ 79­86%; Sb 4-6%; Sn 10-15%

Саморегулирующийся сульфатный электролит хромирования

Саморегулирующийся сульфатный электролит подобен стандартному электролиту хромирования, т.к. в его состав входит только один анион катализатор — сульфат. Различие заключается лишь в том, что сульфаты вводятся в электролит не в виде серной кислоты, а в виде трудно растворимой соли — сульфата стронция. Содержание сульфатов в электролите регулируется благодаря ограниченной растворимости этой соли. Состав саморегулирующегося сульфатного электролита хромирования, г/л:

Хромовый ангидрид (Сг03) 250;

Сернокислый стронций (SrS04) 6-8;

Двуокись кремния (SiO;) 10-15.

Режим работы электролита:

Блестящие твердые покрытия: Плотность тока 60-95 А/дм2. Температура 60-650С.

Молочные толстослойные покрытия: Плотность тока 20-50 А/дм2.Температура 78-800С.

Саморегулирующийся сульфатно-кремнефторидный электролит хромирования

В саморегулирующемся сульфатно-кремнефторидномэлектролите анионами-катализаторами являются ионы S042 и SiF62. Основные преимущества данного электролита по сравнению с сульфатным электролитом, заключается в большей стабильности состава, несколько более высокой рассеивающей способности, более высоком выходе по току и более широкому интервалу допустимых температур, и плотностей тока, обеспечивающих получение блестящих осадков хрома. При использовании данного электролита легче решается проблема получения прочного сцепления хрома с блестящим никелевым покрытием, нержавеющей сталью. Объясняется это тем, что фторсодержащие электролиты обладают значительно большей активирующей способностью, чем электролиты без фтора. Процесс хромирования в этих электролитах менее чувствителен к перерывам тока.

Главным недостатком саморегулирующихся кремнефторидных электролитов хромирования является их повышенная агрессивность по сравнению со стандартными электролитами, особенно по отношению к медным сплавам, стали и к свинцовым анодам. Скорость растворения металлов в саморегулирующемся электролите хромирования, а следовательно, и скорость накопления в нем ионов железа или меди выше, чем в сернокислом. При плохой рассеивающей способности электролита участки хромируемых деталей, на которых реализуется более низкая плотность тока, более медленно покрываются хромом и подвергаются, с одной стороны, травлению электролитом, а с другой — сильному наводораживанию.

Состав саморегулирующего сульфатно-кремнефторидного электролита, г/л:

хромовый ангидрид (CrO3) — 250—300:

сернокислый стронций (SrSO4)— 5,5 -6,5

кремне­фтористый калий (K2SiF6) — 18- 20

Тетрахроматный электролит хромирования

Тетрахроматный электролит имеет довольно необычный для электролитов хромирования состав — наряду с хромовой и серной кислотами он содержит достаточно большое количество щелочи, которая частично нейтрализует кислоту. Несмотря на это, при электроосаждении хрома из тетрахроматного электролита сохраняются все особенности процесса, характерные для остальных электролитов хромирования. К особенностям тетрахроматного электролита относится то, что он обладает более высокой, чем у всех остальных электролитов хромирования, рассеивающей способностью. Достоинством этого электролита хромирования является то, что хром из него осаждается при комнатной температуре (18-25оС) с высоким выходом по току. При повышении температуры тетрахромат распадается и электролит теряет свои специфические свойства. Поэтому в процессе работы очень важно постоянно контролировать и поддерживать низкую температуру, при необходимости охлаждая раствор электролита.

К электролитам тетрахроматного типа относятся и электролиты, в которых вместо щелочи используют углекислый кальций. В некоторых случаях рекомендуется добавлять в электролит 0.5-10 г/л вольфраматов или солей магния, в присутствии которых осаждаются хромовые покрытия, обладающие лучшей полируемостью.

Состав тетрахроматного электролита хромирования, г/л:

Хромовый ангидрид (СrO3) -350-400

Едкий натр (NaOH) — 40-60

Серная кислота (H2SO4) — 2.5-2.7

Хром трехвалентный (на Cr2O3) — 10-15

Температура электролита -18-250С. Плотность тока -10-80 А/дм2

Тетрахроматный электролит используется исключительно для получения защитно-декоративных покрытий. Ввиду того, что электролиз ведется при комнатной температуре, осадки получаются серыми. Однако, благодаря низкой твердости и достаточно высокой пластичности, они могут быть отполированы до зеркального блеска, характерного для блестящих декоративных хромовых покрытий. Относительно высокая рассеивающая способность тетрахроматного электролита позволяет применять его для нанесения хромовых покрытий на пресс-формы, используемыех, например, для изготовления деталей из пластмасс.

Хромовые покрытия, полученные из тетрахроматного электролита, имеют значительно более низкую пористость по сравнению с хромом из сульфатных электролитов, но для получения износостойких покрытий тетрахроматные электролиты не используются. Хромовые покрытия из тетрахроматного электролита толщиной 5-10 мкм можно применять для местной защиты поверхности стальных деталей, при газовой цементации или нитроцементации.

Электролиты черного хромирования

Черное хромирование применяется для покрытия оптических систем и деталей, которые должны иметь хорошую теплоотдачу в пространство. Толщина слоя черного хрома составляет 1,5-2,0 мкм. Покрытие черного хромирования обладает хорошей термостойкостью, и в отличии черного никеля или черных оксидных покрытий, являются износостойкими.

Состав электролита и режим осаждения №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8
Хромовый ангидрид 250 200 250-400 250 150-400 250 250 200 400
Уксусная кислота 6.5 5 _   3 .
Ванадат аммония 20 _   _  
Оксалат железа 15-75
Карбамид             2.5  
Фторид хрома                
Борная кислота   15 _  
Нитрат натрия 3-5     5 _  
Гексафторалюминат натрия 0.2 0.1
Плавиковая кислота   0.21
Кремнефторис товодородная кислота 1.25  
Хромин 2-3   1.53
Температура,°С 18-25 10-30 10-30 18-25 18-25 15-25 60-70 18-40
Плотность тока, А/дм2 15-30 50-100 50-100 10-60 10-50 10-50 20-30 50-120

Продолжительность процесса черного хромирования составляет 4-6 минут.

Примеси в электролите хромирования.

Присутствие в электролитах хромирования посторонних примесей может приводить к ухудшению качества хромового покрытия. Причиной появления примесей часто является нарушение самой технологии хромирования. Следует подчеркнуть, что наименьшее накопление вредных примесей происходит в электролитах, используемых для блестящего декоративного хромирования. Это объясняется тем, что из-за недолгой продолжительности процесса блестящего хромирования, подвески с деталями постоянно выносят на своей поверхности электролит с примесями. А необходимость регулярно доливать или воду, или свежую порцию электролита, приводит к разбавлению раствора электролита и предотвращает накопление в нем примесей в опасных концентрациях.

Осаждение хрома на алюминий и его сплав

Хром осаждают на детали из алюминия или его сплавов в основном в тех случаях, когда необходимо повысить их износостойкость, термостойкость или улучшить антифрикционные свойства. Непосредственное хромирование алюминия и его сплавов невозможно, что объясняется наличием на поверхности алюминия инертной оксидной пленкой прочно сцепленной с основой. Эта пленка повышает антикоррозионные свойства алюминиевой поверхности, но одновременно препятствует получению необходимого сцепления с ней хромовых и любых других гальванических покрытий. Если удалить эту пленку и опустить алюминий в раствор соли, какого-либо металла, то из-за высокого электроотрицательного потенциала алюминия на его поверхности будут контактно выделяться содержащиеся в растворе более электроположительные металлы, например медь, никель, хром, олово, или кадмий и т.п. А как известно, контактное осаждение не позволяет получать удовлетворительное сцепление покрытия с основой. Поэтому, как и в случае с титаном, для электроосажления на алюминий применяются специальные технологии.

В промышленности применяются две их разновидности:

— Активация (удаление оксидной пленки с одновременным легким подтравливанием) поверхности алюминия и одновременное осаждение на его поверхности прочно сцепленного с основой тонкого слоя металла, служащего в качестве подслоя для последующего нанесения слоя покрытия;

— Анодное оксидирование алюминия с целью формирования на нем оксидной пленки определенной структуры и толщины, которые обеспечивают надежное сцепление с ней последующего покрытия.

«Цинкатная»щелочная обработка заключается в обработке алюминиевых изделий в растворе цинката, содержащего раствор щелочи и оксида цинка. Процесс осуществляется, путем опускания алюминиевой детали на несколько секунд в раствор цинката при температуре 18-25°С. При этом имеющаяся оксидная пленка вытравливается с поверхности алюминия и, одновременно на ее месте формируется тонкий слой цинка. В принципе уже на этот слой можно наносить хромовое покрытие. Однако для улучшения сцепления рекомендуют первый слой цинка удалять, растворяя его в растворе азотной кислоте (300-500 г/л). Затем, после тщательной промывки, детали опять погружают в цинкатный раствор на 10-15 сек. Такой метод называется «двойной цинкатной обработкой» или «двойным цинкатом». Для получения более плотных, компактных с лучшими антикоррозионными свойствами пленок, рекомендуют добавлять в цинкатный раствор хлорид железа и сегнетову соль.