5. Защитно-декоративные покрытия

К защитно-декоративным покрытиям относят покрытия из никеля и хрома, которые, бу­дучи катодными по отношении к железу, не обеспечивают электрохимической защиты от коррозии, как цинк и кадмий. Однако при отсутствии сквозных пор, что достигается нанесе­нием покрытия толщиной 25-30 мкм либо нанесением под­слоя, катодные покрытия создают надежную защиту углеро­дистых сталей от коррозии.

Декоративные свойства никелевых и хромовых покрытий широко используют в различных отраслях промышленности для получения блестящей и полублестящей поверхности.

Никелевые покрытия. Основным компонентом электроли­тов для получения матовых осадков никеля является сульфат никеля. В раствор вводят также сульфат натрия или магния для получения пластичных и полируемых покрытий, а также бор­ную кислоту для поддержания устойчивого значения рН. Мато­вые никелевые покрытия обладают повышенной коррозион­ной стойкостью по сравнению с блестящими покрытиями.

В качестве электролитов блестящего никелирования ис­пользуются сульфатные с различными блескообразующими до­бавками. Сульфаматные и метансульфоновые электролиты позволяют получать никелевые покрытия с минимальными внутренними напряжениями. Из ацетатно-хлоридных элек­тролитов можно осаждать беспористые достаточно твердые осадки при толщине более 6 мкм с повышенной коррозионной твердостью.

Применяют также химический способ нанесения никеля на поверхность металлических изделий. Химически восстановлен­ному никелю присущи повышенная коррозионная стойкость и твердость. Химическое никелирование позволяет получать рав­номерные по толщине осадки, отличающиеся высокими деко­ративными свойствами и малой пористостью.

Хромовые покрытия. Стальные изделия могут быть защище­ны от атмосферной коррозии однослойным хромовым покры­тием толщиной не менее 40 мкм.

На детали из меди и медных сплавов осаждают хром по ни­келевому подслою. Детали из цинковых, алюминиевых, магни­евых сплавов покрывают хромом при нанесении многослойно­го покрытия.

Процесс хромирования сопровождается значительным вы­делением водорода, который частично проникает в стальную основу, ухудшая ее физико-механические свойства. Поэтому после хромирования часто проводят термообработку изделий при температурах 250-300 °С.

Изменяя режим электролиза, можно получать блестящие, матовые (серые) или молочные осадки хрома.

Блестящие осадки имеют наиболее высокую твердость, хоро­шее сцепление с основным металлом и наименьшую хрупкость.

Матово-серые осадки отличаются высокой хрупкостью.

Покрытия молочным хромом имеют высокую твердость, пластичность, значительно меньшую пористость и более высо­кую защитную способность.

Стальные детали приборов и машин, работающих в жестких условиях эксплуатации, покрывают двумя слоями хрома: ниж­ним — молочным и верхним - блестящим, что обеспечивает хо­рошую защиту от коррозии и высокую износостойкость при необходимых декоративных качествах.

На основе твердого хромового покрытия можно получить покрытие с хорошими антифрикционными качествами: с низ­ким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. С этой целью наносится нижний плотный и верхний пористый слой хрома, способствующий проникновению и удержанию мас­ла. Верхний пористый слой получают анодным травлением осажденного блестящего слоя в ванне хромирования. Анодное растворение хрома протекает по границам имеющихся тончай­ших трещин, вследствие чего они расширяются, образуя каналы.

Усталостная прочность стали в результате хромирования и сопутствующему ему наводороживанию снижается на 20—30 %, а иногда и значительно больше. Степень ее снижения зависит от свойств стали, толщины слоя хрома, температуры электроли­за и характера нагружения испытуемых образцов. Повышение предела выносливости хромированных деталей достигается проведением трехкратного отпуска при 200 °С: до хромирова­ния, после хромирования и после окончательной механиче­ской обработки.

Расширение функциональных характеристик хромовых покрытий создается соосаждением молибдена (до 1 %). По кор­розионным свойствам и внешнему виду сплав не уступает элек­тролитическому хрому, а по жаропрочности превосходит его. Износостойкость сплава в 1,5-2 раза выше, чем обычных хро­мовых покрытий.

Покрытия сплавом Сr - Ni - Fe (5,0-5,5 % Fe и 0,5-1,0 % Ni) обладают повышенной жаростойкостью к окислению. При тол­щине осадка 20 мкм на стальных деталях сплав выдерживает 300 ч в среде соляного тумана без появления очагов коррозии основы и изменения внешнего вида.

Ванадий, соосаждаемый с хромом, способствует повыше­нию твердости, пластичности и блеска электролитических сплавов на основе хрома, а также увеличивает их жаропроч­ность и коррозионную стойкость (за счет снижения пористо­сти в 3-4 раза). Покрытия имеют мелкокристаллическую структуру и, как правило, текстурированы. Внутренние напря­жения сплава хром — ванадий сравнительно невелики и состав­ляют 1000-1300 МПа. Такие покрытия при толщине 5 мкм обеспечивают антикоррозионную защиту стальной основы.

Широкое распространение в автомобильной промышлен­ности получили многослойные покрытия. Многослойные по­крытия: биникель, триникель и никель — никель — хром облада­ют высокой коррозионной стойкостью и электрохимически за­щищают сталь от коррозии.

Биникель - двухслойное никелевое покрытие, в котором первый нижний слой — полублестящий с малой пористостью, второй верхний - блестящий, содержащий серу. Верхний слой вследствие повышенного содержания серы электроотрицате­лен по отношению к нижнему и в контакте с агрессивной сре­дой электрохимически защищает его и стальную основу от кор­розии.

Триникель представляет собой трехслойное покрытие из нижнего полублестящего или матового никеля, промежуточно­го блестящего никеля с повышенным содержанием серы и на­ружного слоя полублестящего или блестящего никеля.

Трехслойные никелевые покрытия по своей коррозионной стойкости в 2—3 раза превосходят одно- и двухслойные. При этом коррозия в порах промежуточного слоя, служащего актив­ным анодом в системе, распространяется горизонтально вдоль границы среднего и верхнего слоев.

Для повышения защитных свойств и декоративного вида многослойных никелевых покрытий ввиду потускнения нике­ля в промышленной атмосфере, содержащей диоксид серы, на поверхность высокосернистого, или блестящего, слоя наносят микропористое хромовое покрытие толщиной 0,25—1 мкм. Вследствие множества пор в хромовом покрытии коррозия ни­жележащего слоя никеля как анода протекает равномерно по всей поверхности и, таким образом, проникновение ее вглубь замедляется. В качестве дополнительного подслоя под хромо­вое покрытие на поверхность блестящего никеля можно нано­сить композиционное никелевое покрытие (сил-никель) из электролита, содержащего дисперсные токонепроводящие час­тицы (каолин, корунд, оксид кремния). На таком подслое по­ристость хромового покрытия увеличивается до 10⁶—10⁸ пор/см², что еще в большей степени снижает скорость коррозии никеля.

Широко используемое ранее многослойное покрытие медь (20-30 мкм) - никель (10-20 мкм) - хром (0,25-1 мкм) лучше защищает сталь от коррозии, чем однослойное никелевое или хромовое. Однако при наличии сквозных пор в покрытиях за­щищаемый более электроотрицательный металл (сталь) может подвергаться коррозии.

К числу защитно-декоративных покрытий относятся также покрытия черного никеля, черного хрома, агатового хрома, покрытия сплавами.

Черное никелевое покрытие используют как с защитно-деко­ративной целью, так и для уменьшения коэффициента отраже­ния света. Оно нашло применение в оптической промышлен­ности и в некоторых отраслях машиностроения. У черного никеля низкие показатели коррозионной стойкости, пластич­ности и прочности сцепления с поверхностью. Поэтому приме­няют предварительное оловянирование или осаждение матово­го никеля. Двухслойное покрытие цинк — черный никель при­обретает высокую коррозионную стойкость. Часто черный ни­кель наносят на изделия из меди или латуни.

Черное хромирование применяется для защитно-декоратив­ной отделки деталей, поверхность которых наряду с коррози­онной стойкостью должна иметь низкий коэффициент отраже­ния света. По сравнению с другими покрытиями черного цвета черное хромовое покрытие отличается повышенной коррози­онной стойкостью. Наносят черный хром по подслою молочно­го или блестящего хрома или никеля. Черные хромовые покры­тия состоят на 75 % из металлического хрома и на 25 % из окси­дов хрома.

Сплав цинк — никель, содержащий 25—28 % никеля, является анодным по отношению к углеродистой стали и в то же время обладает такими же декоративными качествами, как и никель. Внедрение этого сплава вместо никеля дает большую эконо­мию за счет снижения содержания дорогого никеля.

Сплав олово — никель, содержащий 30—40 % никеля, может заменять декоративное хромирование с подслоем никеля.

Хорошей изностостойкостью обладают покрытия сплавами никель — вольфрам, никель — бор, которые по твердости не уступают хромовым покрытиям.

Сплав олово — медь с содержанием олова 40—45 % (белая бронза) по своим декоративным качествам не уступает серебря­ному покрытию.