3. Хромування деталей

Зі всіх гальванічних процесів, вживаних в авторемонтному виробництві, найширше застосування одержало хромування, яке застосовується для компенсації зносу деталей, а також як антикорозійне і декоративне покриття.

Широке застосування хромування пояснюється високою твердістю (Н = 4... 12ГПа) електролітичного хрому і його великою зносостійкістю, яка в 2...3 рази перевищує зносостійкість загартованої сталі 45.

Електролітичний хром має високу кислотостійкість і теплостійкість, а також міцно зчіплюється майже з будь-якими металами.

Разом з достоїнствами процес хромування має і недоліки, до числа яких слід віднести:

• порівняльно низьку продуктивність процесу (не більш 0,03 мм/год) через малі значення електрохімічного еквівалента (0,324 г/А-год) і виходу металу по струму (12... 15%);

• неможливість відновлення деталей з великим зносом, оскільки хромові покриття товщиною більше 0,3 .. . 0,4 мм мають знижені механічні властивості;

• відносно високу вартість процесу хромування.

Як електроліт при хромуванні застосовується водний раствор хромового ангідриду (СгОз) і сірчаної кислоти. Концентрація хромового ангідриду може змінюватися в електроліті в межах 150... 400 кг/м³.

Концентрація сірчаної кислоти повинна відповідати відношенню Н₂SО₄: СгО₃ = 1 : 100 [1 : (80... 125)].

Електроліти низької концентрації (150 кг/м³ СгО₃ і 1,5 кг/м³ Н₂SО₄) мають вищий вихід хрому по струму, хорошу розсіюючу здатність і забезпечують отримання твердіших і зносостійких покриттів, але вимагають частішого коректування складу через порушення необхідного кількісного співвідношення хромового ангідриду і сірчаної кислоти.

Ці електроліти доцільно застосовувати при відновленні деталей з підвищеними вимогами до зносостійкості.

Електроліти високої концентрації (350 кг/м³ СгО₃ і 3,5 кг/м³ Н₂SO₄) мають погану розсіюючу здатність і знижений вихід металу по струму, але володіють хорошою криючою здатністю, більш стійкі в роботі і забезпечують отримання блискучих хромових покриттів з високою здатністю, відображення.

Ці властивості електролітів високої концентрації зумовили їх широке застосування для отримання захисно-декоративних покриттів.

Електроліти середньої концентрації (250 кг/м³ СгО₃ і 2,5 кг/м³ Н₂SO₄) по своїх властивостях займають проміжне положення в порівнянні з двома попередніми.

Їх застосовують як при зносостійкому, так і при захисно-декоративному хромуванні, тому вони і одержали найменування універсальних електролітів.

При хромуванні використовують нерозчинні аноди, виготовлені із сплаву свинцю з сурмою (6%). Катодом, як завжди, при гальванічному процесі є деталь. В процесі хромування на катоді відбуваються відновлення шестивалентного хрому (СгОз) до тривалентного (Сг₂Оз), відкладення металевого хрому і виділення водню.

На аноді при цьому протікають окислювальні процеси:

• окислення тривалентного хрому до шестивалентного

• і виділення кисню.

Для нормальної роботи електроліту в його складі повинні бути іони тривалентного хрому в кількості, яка визначається співвідношенням Сг₂Оз: СгОз = 0,015 ... 0,020.

Накопичення в свіжоприготованому електроліті необхідної кількості тривалентного хрому досягається шляхом його опрацьовування під струмом при площі катодів, в 2...3 рази перевищуючої площу анодів.

Для того, щоб вміст тривалентного хрому в електроліті залишався незмінним, необхідно в процесі хромування деталей стежити за тим, щоб площа анодів була в 1,5... 2 рази більше площі катодів.

Склад електроліту при експлуатації ванни хромування безперервно змінюється за рахунок витрати хромового ангідриду на відкладення металевого хрому, тому його необхідно періодично контролювати і коректувати.

Властивості хромових покриттів залежать від режиму хромування і перш за все від густини струму Дк і температури електроліту tел.

Змінюючи співвідношення густини струму і температури електроліту, можна одержати три види хромових покриттів, відмінних своїми властивостями:

• матові (сірі),

• блискучі

• і молочні

Блискучі хромові покриття відрізняються високою твердістю (Н = 6...9 ГПа), підвищеною зносостійкістю і крихкістю. На поверхні покриттів є сітка пересічних тріщин.

Молочні покриття мають також високу зносостійкість, велику в'язкість і знижену твердість (Н= 4...6 ГПа).

Сітка тріщин на цих покриттях відсутня.

Матові покриття хрому відрізняються дуже високою твердістю (Н = 9... 12 ГПа), крихкістю і зниженою зносостійкістю.

Хромові покриття знижують втомну міцність деталей на 20... 30%, що також пояснюється наявністю в них розтягуючих внутрішніх напруг. Покриття, одержані в універсальному електроліті при температурі 5О...6О°С і катодної густини струму 50... 80 А/дм², роблять якнайменший вплив на втомну міцність деталей, оскільки в таких покриттях внутрішні напруги реалізуються у вигляді дрібних тріщин.

Хромування деталей виробляється в спеціальних ваннах, внутрішня поверхня яких покривається кислотостійким матеріалом (рольним свинцем, вініпластом).

Ванна має водяну сорочку з паровим або електричним підігрівом електроліту і бортову вентиляцію для відсмоктування шкідливих випаровувань. На верхній поверхні бортів ванни встановлюють в ізоляторах струмопровідні штанги, на які при хромуванні завішують деталі і анодні пластини.

Підтримка температури електроліту на необхідному рівні здійснюється терморегулятором. Застосовуються також пристрої для

автоматичного регулювання густини струму.

Пористе хромування. Гладке хромове покриття погано утримує на своїй поверхні мастило, що викликає підвищений знос зв'язаних деталей. Цей недолік усувається при застосуванні пористого хромування.

Вживаний в даний час спосіб отримання пористого хрому заснований на властивості хромових електролітів при певних режимах хромування давати на поверхні покриття сітку мікроскопічних тріщин.

Ці тріщини дуже малі, тому і здатність їх утримувати мастило невелика. Розміри тріщин і, отже, їх маслоємкість можна збільшити шляхом, анодного труїння хромових покриттів в електроліті для хромування.

При анодному труїнню відбувається розчинення хрому. Особливо інтенсивно цей процес протікає по тріщинах, які внаслідок цього розширяються і заглиблюються. Поверхня покриття виходить порізаною сіткою каналів.

Розрізняють два види пористого хрому

• канальчатий

• і точковий

Канальчатий хром одержують шляхом анодного труїння молочно-блискучих хромових покриттів.

Його застосовують при відновленні поверхонь деталей, що працюють в умовах обмеженого мастила.

Точковий хром одержують шляхом анодного труїння матово-блиску-

чих покриттів хрому.

Точковий хром застосовують при відновленні деталей, до яких пред'являються вимоги хорошої приробленності.

Хромування в саморегульованому електроліті.

Основними недоліками сірчанокислого хромового електроліту є:

• низька продуктивність унаслідок малих значень виходу металу по струму і необхідність частого коректування складу через порушення співвідношення кількості хромового ангідриду і сірчаної кислоти.

Ці недоліки можуть бути усунені при хромуванні в саморегульованому електроліті, до складу якого входять:

хромовий ангідрид 200. .. 300 кг/м³, сірчанокислий стронцій (SгЗО₄ )

5... 6 кг/м³ і кремнефторістий калій (К₂SiF₆) 18. ..20 кг/м³.

Цей електроліт володіє властивістю при певній температурі розчиняти таку кількість сірчанокислого стронцію і кремнефторістого калія, яка необхідна для нормального протікання процесу хромування (наприклад, якщо електроліт містить 250 кг/м³ СгО₃, то в розчині міститиметься 2,5 кг/м³ SгЗО₄).

Оскільки ці речовини в електроліті представлені в надмірній кількості, то частина їх випадає з розчину в осад на дно ванни.

При роботі ванни кількість СгО₃ в електроліті падатиме.

При цьому автоматично зменшуватиметься і зміст SгЗО₄ і К₂SiF₆.

Коли концентрація СгОз падає нижче за допустиму норму (200 кг/м³), в електроліт вводять додаткову кількість хромового ангідриду. При цьому знов відбувається автоматичне регулювання складу електроліту за рахунок розчинення знаходяться на дні ванни в твердому стані SгЗО₄ і К₂SiF₆.

Режим хромування в саморегульованому електроліті:

густина струму 50... 100 А/дм², температура електроліту 5О...7О°С, напруга струму 12 В.

Перевагами хромування в саморегульованому електроліті є:

• автоматичне коректування складу електроліту;

• підвищена продуктивність процесу за рахунок вищого виходу хрому по струму (18.. .20%);

• ширша зона отримання блискучих опадів;

• хороша розсіююча здатність;

• підвищена зносостійкість покриття.

До числа його недоліків слід віднести підвищену агресивність, у зв'язку з чим ускладнюється захист поверхонь деталей, що не хромуються, і виникає необхідність застосовувати аноди із сплаву свинцю і олова.

Хромування в тетрахроматном електроліті.

Тетрахроматний електроліт був запропонований у зв'язку з необхідністю підвищення продуктивності процесу хромування.

До складу цього електроліту входять:

• хромовий ангідрид (СгОз) 350... 400 кг/м³;

• сірчана кислота (Н₂SО₄) 2... 2,5 кг/м³;

• їдкий натр (NaОН) 40... 60 кг/м³

• і цукор 1...3 кг/м³.

Тетрахроматним цей електроліт був названий тому, що при введенні в нього їдкого натра утворюється тетрахромат натрію (Ма₂О*4СгОз) по реакції:

2NaОН+4СгО₃  4СгО3 + Н2О



.

Режим хромування відрізняється підвищеною густиною струму (60...80 А/дм²) і низькою температурою електроліту (16...24°С).

При підвищенні температури електроліту вище 24 °С тетрахромат натрію розпадається, і електроліт втрачає свої властивості.

Оскільки температура електроліту може підвищитися в результаті проходження струму, то в конструкції ванни повинне бути передбачене охолоджування.

Тетрахроматний електроліт має високу розсіюючу здатність і вихід хрому по струму до 28... 30%. Покриття відрізняються відсутністю пір, низькою твердістю (Н = 3,5.. .4,0 ГПа) і доброю приробленністю.

Враховуючи властивості покриття, хромування в тетрахроматних електролітах рекомендується застосовувати для відновлення деталей з невисокою поверхневою твердістю і для отримання захисно-декоративних покриттів.