Хромирование

Данный процесс применяют в ремонтном производстве для компенсации износа деталей, а также для их упрочнения и улучшения антикоррозионных свойств.

Электролитический хром обладает высокими твёрдостью, износостойкостью, малым коэффициентом трения скольжения, хорошей коррозионной стойкостью и теплопроводностью, прочным сцеплением с основным металлом.

Недостатками хромирования являются: 1) низкий выход по току (a < 16 %); 2) малая производительность (до 0,03 мм/ч); 3) сравнительно небольшая максимальная толщина корки (до 0,4 мм), так как более толстая обладает плохими механическими свойствами; 4) высокая агрессивность и ядовитость хромовых электролитов; 5) снижение предела выносливости детали (до 20 %); 6) плохая смачиваемость маслом электролитического хрома.

Хромирование осуществляют в ваннах с подогревом. Изнутри такую ванну покрывают кислотостойким и теплопроводным материалом - чаще всего свинцом. Сверху оборудуют мощную приточно-вытяжную вентиляцию. А внутрь устанавливают анодную и катодную штанги.

Для хромирования применяют три типа электролитов:

1) сернокислый;

2) саморегулирующийся;

3) тетрохроматный.

Основной солью при хромировании является хромовый ангидрид (хромпик) CrO₃. В зависимости от его концентрации сернокислые электролиты подразделяют на три типа: 1) низкой концентрации, где CrO₃ составляет 120... 150 г/л; 2) средней концентрации, где CrO₃ 200... 250 г/л; 3) высокой концентрации (CrO₃ = 300... 350 г/л).

Для обеспечения наивысшего выхода по току a = 16 % необходимо иметь отношение серной кислоты к хромовому ангидриду , то есть, например, для электролита средней концентрации серной кислоты должно быть 2... 2,5 г/л.

Следует помнить, что электролиза хрома не будет, если в растворе нет трёхвалентного хрома Cr^{+ 3} в концентрации не менее 5 г/л. Для этого производят так называемую проработку электролита постоянным током плотностью D_a = 4... 6 А/дм² при температуре 45... 60° С и соотношении площадей катода и анода 3 / 5. Продолжительность этого процесса определяют из расчёта пропускания электричества 3... 4 А×ч через 1 литр электролита.

Электролит низкой концентрации имеет самый высокий выход по току, хорошую рассеивающую способность и обеспечивает твёрдые и износостойкие корки. Этот электролит применяют для восстановления деталей с повышенными требованиями износостойкости.

Электролит высокой концентрации имеет плохую рассеивающую способность и малый выход по току, но хорошую кроющую способность. Он более устойчив в работе и обеспечивает блестящие корки, то есть его применяют для получения защитно-декоративных покрытий.

Электролит средней концентрации по своим свойствам занимает промежуточное положение.

Качества хромовых покрытий зависят не только от состава электролита, но и других параметров режима процесса, а именно: 1) катодной плотности

тока D _к, А/дм²; 2) температуры электролита t _эл°. Изменяя эти параметры, в электролите любой концентрации можно получить три вида корок:

1) матовые (серые);

2) блестящие;

3) молочные.

Матовые корки отличаются высокой твёрдостью (9000... 12000 МПа). Они весьма хрупки. Имеют низкую износостойкость из-за очень плохой смачиваемости маслом. У данных покрытий образуется густая сетка мелких и неглубоких микротрещин. Отсюда и их название - серые или матовые.

Блестящие корки имеют твёрдость 6000... 9000 МПа, высокую износостойкость и повышенную хрупкость. Сеть микротрещин более разреженная, что определило их внешний вид и название.

Молочные корки имеют твёрдость 4000... 6000 МПа, высокую вязкость и износостойкость. Трещины отсутствуют.

В ремонтном производстве чаще всего получают блестящие и молочные хромовые покрытия деталей.

Для сернокислых электролитов при хромировании рекомендуют следующие режимы:

Электролит	1. Низкой концентрации	2. Средней концентрации	3. Высокой концентрации
Температура t эл° Плотность тока D к, А/дм2 Выход по току a %	50... 60 30... 100 15... 16	45... 60 20... 60 12... 14	40... 50 15... 30 10... 12

Все указанные хромовые корки неудовлетворительно смачиваются маслом, а из-за высокой твёрдости плохо прирабатываются. Поэтому для деталей, работающих при недостатке смазки и высоких нагрузках применяют специальные пористые покрытия. Их можно получить механическим, химическим или электрохимическим способом. Последний применяют чаще всего. Суть его заключается в растравливании (расширении) микротрещин получаемой корки путём изменения полярности тока в конце процесса хромирования. Рекомендуется следующий режим травления: D _a = 40 А/дм²; t _эл = 50... 60° С; длительность T _о = 6... 10 мин. При этом толщина покрытия (припуск на травление) уменьшается на 0,01... 0,02 мм. Затем корка хонингуется или тонко шлифуется и в течении 1,5... 2 часов пропитывается маслом при температуре 150... 200° С.

Главным недостатком сернокислых электролитов является необходимость периодической корректировки их состава из-за истощения, а также малый выход по току. Этих недостатков отчасти лишены саморегулирующиеся электролиты.

Чтобы электролит обладал свойством саморегуляции, то есть поддержания примерно на одном уровне концентрации солей, в него добавляют некоторые вещества, например, кремнефтористый калий K ₂ SiF ₃, сернокислый стронций SrSO ₄, углекислый кальций CaCO ₃, сернокислый кобальт CoSO ₄ и другие. Причём данные соли вводят в раствор в количествах существенно превышающих их растворимость. В результате значительная их часть находится в виде осадка на дне электролитической ванны. По мере отложения хрома на катоде, то есть на восстанавливаемой детали, изменяется концентрация CrO ₃ и происходит дополнительное растворение имеющихся солей. При этом автоматически поддерживается стабильность процесса хромирования до полного исчерпания основной соли - хромпика CrO ₃.

Рекомендуемый состав указанных электролитов и параметры режима хромирования представлены в таблице.

Компонент электролита и параметр режима	Стронций-калевый электролит	Кальций-кобальтовый электролит
CrO 3, г/л H 2 SO 4, г/л SrSO 4, г/л K 2 SiF 4, г/л CaCO 3, г/л CoSO 4, г/л t ° С D к, А/дм2 a, %	225... 300 – 5,5... 6,5 18... 20 – – 50... 65 40... 100 18... 20	380... 420 – – – 60... 75 18... 20 18... 25 100... 300 35... 40

Последний указанный электролит (кальций-кобальтовый) наиболее перспективен, так как менее токсичен и имеет в 10 раз большую скорость осаждения, но требует мощных источников электрического тока из-за высоких плотностей тока, а также имеется необходимость в системе охлаждения.

Для хромирования также используют тетрохроматный электролит, положительным качеством которого от ранее рассмотренных является значительно меньшая агрессивность, так как большая часть хромовой кислоты нейтрализуется щёлочью, образуя тетрохромат натрия Na ₂ O × 4 CrO ₃. Данный электролит имеет следующий состав: CrO ₃ = 350... 400 г/л; H ₂ SO ₄ = 2,5... 3,0 г/л; едкий натр NaOH = 40... 60 г/л. Параметры режима хромирования в данном случае следующие: температура t = 16... 25° С; D _к = 20... 80 А/дм²; a = 25... 30 %.

Высока кроющая способность данного электролита. Корки получаются относительно мягкими, пластичными с малой пористостью. Скорость осаждения хрома в два раза выше по сравнению с простыми сернокислыми электролитами. Следует иметь в виду, что при температуре выше 25° тетрохромат разлагается.