Хромирование

В настоящее время ни один из гальванических способов получения покрытий не имеет столь разнообразного применения, как хромирование. Установки для хромирования имеются почти на всех крупных машиностроительных и металлургических заводах.

Главными особенностями электролитического хрома, которые и послужили причиной столь широкого его распространения, являются высокая химическая стойкость и сопротивление механическому износу.

Хром в ряде напряжений стоит в группе электроотрицательных металлов, но благодаря сильно выраженной способности пассивироваться он приобретает свойства благородных металлов. Органические кислоты на него не действуют. Он хорошо противостоит азотной кислоте. В атмосфере воздуха хром совершенно не меняет цвета, в противоположность серебру на него не действует сероводород.

Осажденный на отполированную поверхность хром имеет зеркальный блеск и серебристый цвет с голубым отливом. Хромовые покрытия жаростойки и начинают изменять цвет только при температуре выше 480-500⁰С. Отражательная способность хромовых осадков несколько ниже серебряных, но зато отличается постоянством – со временем не меняется.

Твердость полученных при надлежащих условиях хромовых осадков значительно превосходит твердость других гальванических покрытий и составляет при пересчёте по шкале Бринеля от 500 до 1000 кг/мм² в зависимости от толщины осадка и условий электролиза. Хромовые покрытия удается получить сплошными в самых тонких слоях - долях микрона. Измеренная методом царапания твердость электролитического хрома по минералогической шкале равна примерно 9, то есть твёрдость хрома уступает лишь алмазу и корунду.

Осадить электролитическим путем хром можно практически на все металлы, однако электролитически осажденные на хром покрытия без специальных методов активирования поверхности осаждения отличаются плохим сцеплением с основным металлом - хромом.

Свойства хромовых покрытий определяют их широкое применение. Различают две основные цели, преследуемые хромированием: декоративный вид поверхности и сопротивление механическому износу.

Для защиты от механического износа трущихся поверхностей хромирование применяют в машиностроении, авиамоторостроении, на транспорте. Хромированию успешно поддаются цилиндры двигателей внутреннего сгорания, поршневые кольца. Сопротивление износу хромированных цилиндров по сравнению с нехромированными повышается в несколько раз. С большим успехом хромирование применяют для предельных калибров, срок службы при этом продлевается в 5 - 10 раз. Предварительно калибры соответствующим образом обрабатывают, причём доводку размера делают с учётом наращивания хромового слоя определённой толщины. После износа остатки хрома снимают с калибров и вновь наносят равномерное покрытие. В инструментальном деле хромирование применяют для таких инструментов как свёрла, метчики, развёртки.

Хром широко используют вместо серебра при производстве рефлекторов. Имея более низкий коэффициент отражения, чем серебро, хром имеет то преимущество, что не тускнеет со временем.

В производстве стекла хром применяют для покрытия форм, благодаря чему значительно увеличивается срок их службы. Большой эффект даёт хромирование штампов и матриц при изготовлении изделий из кожи, резины и пластических масс. Здесь сочетаются химические и физические свойства хрома – его механическая прочность.

При производстве клише и стереотипов хромирование поверх никеля значительно увеличивает срок их службы, хромовый слой не превышает 5 мкм и по мере износа может возобновляться.

Несмотря на высокую химическую стойкость, хром не всегда обеспечивает надёжную защиту железа от коррозии. Причиной этого является, как уже указывалось то, что в гальванической паре сталь-хром при нарушении целостности покрытия и воздействии коррозионно активной среды железо является анодом и может подвергаться растворению. Поэтому вместо непосредственного хромирования применяется предварительное никелирование или более практичное и экономичное тройное покрытие медь-никель-хром. Толщина слоя хрома при этом может быть незначительной - около 1 мкм. Однако этого достаточно для защиты от коррозии.

В больших масштабах таким методом сейчас хромируют блестящие части автомобилей, велосипедов, трамвайных и железнодорожных вагонов, детали различных измерительных приборов, водо- и паро- проводную аппаратуру, часы, бытовые приборы и т.д. для придания декоративного вида изделию и надежной защиты от коррозии. Толщина слоя хрома при защитно-декоративном хромировании составляет доли микрона, редко 1 мкм.

Хромирование является весьма специфическим процессом и отличается рядом особенностей по сравнению с другими гальваностегическими способами получения покрытий. В большинстве электролитов, применяемых в гальванотехнике, основным компонентов является соль осаждаемого металла, при хромировании таковым является хромовый ангидрид CrO_3, который при растворении в воде образует хромовую и двухромовую кислоты (H₂CrO₄ и H₂Cr₂O₇). В электролите существует равновесие:

Cr₂O₇^2- + H₂O «2 СrO₄^2- + 2H⁺ (4.18)

При электродных потенциалах отрицательнее 1 В при 20 ⁰С электроосаждение хрома происходит в результате восстановления по реакции:

CrO₄^2- + 6e + 8H⁺ ® Cr⁰ + 4H₂O (4.19)

Одновременно происходит образование Cr³⁺ по реакции:

Cr₂O^7- + 6e + 14H⁺® Cr³⁺ + 7 H₂O (4.20)

и выделение водорода:

2H⁺ + 2e ® H₂ (4.21)

Выделение металлического хрома происходит только при наличии в электролите посторонних анионов SO₄^2-, F^-, SF₄^2- и др. в определенном соотношении. Как видно из приведённых реакций, лишь небольшая доля тока тратится на процесс непосредственного осаждения хрома 13-25 % (реакция 4.19), стальной ток идет на побочные процессы (реакции 4.20, 4.21).