2.2.4 Хромирование

Хромовые покрытия широко применяют для защиты от коррозии и механического износа различных машин и аппаратов.

Хромовые покрытия бывают защитно-декоративные и функциональные. Хром по отношению к стали является катодом, и при их контакте разрушаться будет сталь. Поэтому хромовые покрытия на стали должны быть сплошными и беспористыми.

Стальные изделия могут быть защищены от коррозии в атмосферных условиях однослойным хромовым покрытием толщиной не менее 40 мкм.

Для деталей из меди и медных сплавов осаждают хром по никелевому подслою. Детали из цинковых, алюминиевых, магниевых сплавов покрывают хромом после нанесения многослойного покрытия.

Основными компонентами электролитов для хромирования явля­ются оксид хрома (VI) Cr₂O₃ и серная кислота. В водном растворе соединения Cr (VI) образуют смесь, состоящую из кислот Н₂Cr₂О₇ и Н₂CrО₄. В растворе эти кислоты находятся в динамическом рав­новесии:

2Н₂СгО₄ Н₂Сг₂О₇ + Н₂О

При электролизе на катоде одновременно происходит восстановление Сг⁺⁶ до Сг⁺³ и до металлического хрома, а также разряд ионов водорода. Выход по току хрома не превышает 15-25 %. Хромирова­ние — очень сложный процесс. Хром выделяется на катоде только при очень высоких плотностях тока (1000-3000 А/м²). Причем для каждой температуры имеется минимум плотности тока, ниже кото­рого хром не осаждается [17].

Изменяя режим электролиза можно получить 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: нижний — молочный и верхний — блестящий. Это обеспечивает хорошую за­щиту от коррозии и высокую износостойкость при необходимых декоративных качествах.

Хромирование черное 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.

Традиционные процессы получения хромовых покрытий из растворов, содержащих соединения Cr (VI), экологически опасны. ПДК для Cr (VI) равно 0,02 мг/л, а для Cr (III) — 0,07 мг/л. В связи с этим отработанные гальвано стойки проходят сложную систему очистки. Первоначально соединения Cr (VI) восстанавливают до Cr (III). Если процесс восстановления проводят химическим путем, то приме­няют бисульфит натрия — NaHSО₃. Для полного восстановления соединений Cr (VI) требуется 5-7-кратный избыток бисульфита и рН = 2÷2,5. В процессе очистки часть NaHSО₃ разлагается с выделением SO₂, что приводит к дополнительному загрязнению атмосферы. Заключительная стадия очистки состоит в подщелачивании раствора до рН = 8,0-8,5 и осаждении Сг(ОН)₃ вместе с другими примесями в осадок.

С целью улучшения экологической ситуации очень привлекательно выглядит идея получения осадков хрома их электролитов, содержа­щих соединения Cr (III). На этом пути возникают трудности, связан­ные с низким рН гидратообразования Cr(ОН)₃, инертностью аквакомплексов , образованием прочных внутриорбитальных комплексов и сложной конструкцией электролизера [17].

Разработанные электролиты на основе соединений Cr (III) не позволяли получить толстые слои. При достижении толщины в несколько микрон выделение хрома прекращается. Введение в раствор слабых лигандов, таких как муравьиная или малоновая кислоты, а также ряда добавок позволяет получать толстые осадки хрома (до 100-200 мкм). Использование новых электролитов дало возмож­ность проводить осаждение хрома с выходами по току до 25-45 % и скоростью 0,8-1,6 мкм/мин вне зависимости от времени.

В процессе электролиза растворов, содержащих ионы Сг³⁺, со­единения Cr (VI) оказывают вредное влияние. Это требует усложнения конструкции электролизера и разделения диафрагмой или мембраной анодного и катодного пространства, так как шестивалентные ионы хрома (Сr⁶⁺) в основном образуются в результате химического взаимодействия с озоном, выделяющимся на аноде. Применение новых оксидных материалов, имеющих высокое перенапряжение для реакции образования соединений Cr (VI), позволило резко снизить выход по току Сr⁶⁺ и избежать конструктивного усложнения электролизера.

Таким образом, открываются перспективы для промышленного освоения новых передовых технологий нанесения защитных хромовых покрытий [17].