книги из ГПНТБ / Основы гальванотехники П. М. Вячеславов. 1960- 9 Мб

работка ванны током в течение 3—4 час. из расчета 6—8 а-ч!л. Такая проработка позволяет накопить в электролите небольшое количество трехвалентных ионов хрома (2—4 г/л), присутствие которых благо­ приятно сказывается на процессе осаждения хрома. Проработка током производится при температуре 40—60° со случайными катодами. Общая площадь их должна быть в 2-3 раза больше площади анодов. После проработки ванны производят пробное хроми­ рование, и электролит готов к работе.

Таблица 9

Соотношение между удельным весом (при 18° С)

иконцентрацией хромового ангидрида

врастворе

В процессе эксплуатации ванны содержание трех­ валентного хрома может сильно изменяться. Если пло­ щадь катода больше площади анода, то оно увеличи­ вается, и наоборот. Значительное накопление трехва­

вает напряжение на ванне. Для поддержания концен­ трации трехвалентного хрома в нормальных пределах следует поддерживать отношение между катодной и анодной поверхностями в пределах от 1:1 до 1:2.

В случае значительного накопления трехвалентного хрома производится проработка ванны током в усло­ виях, когда площадь анодов в несколько раз больше площади катодов.

119

Так как ванна работает с нерастворимыми анодами, то требуется периодическое добавление в ванну но­ вых порций хромового ангидрида. Так же произво­ дится корректирование электролита серной кислотой. Если необходимо удалить избыток серной кислоты, то в электролит добавляют углекислый барий из рас­ чета 2 г ВаСО3 на 1 г удаляемой серной кислоты. Каждые 10 дней электролит анализируют на содержа­ ние трех- и шестивалентного хрома.

В хромовую ванну следует также каждые 2—3 часа добавлять воду, которая сильно испаряется. С этой целью рекомендуется использовать промывные воды. При хромировании по никелю для получения хоро­ шего сцепления никелевого подслоя с хромом необхо­ димо свести к минимуму продолжительность времени между операциями.

Для осаждения блестящего хрома в защитно-деко­ ративных целях применяют следующий состав элек­ тролита (в г/л):

Режим работы: катодная плотность тока 10—25 а)дм2, температура 45—55° С.

Для увеличения рассеивающей способности этого электролита рекомендуется добавка борной кислоты в количестве 10—15 г/л. Такой электролит целесо­ образно использовать при декоративном хромирова­ нии рельефных изделий.

В последние годы было проведено много исследо­ ваний по изучению условий осаждения хрома из хо­ лодных электролитов, что упрощает процесс электро­ лиза и облегчает применение колокольных и барабан­ ных ванн. Для получения блестящих и светлых осадков хрома при низкой температуре в электролиты вводят фтористые соли аммония и натрия.

Так, например, для холодного хромирования реко­ мендуется следующий электролит (в г/л):

120

18—25°С и катодной плотности тока 5—10 а/дм2. Вы­ ход по току составляет при этом 10—16%.

Основным недостатком холодных хромовых элек­ тролитов является их неустойчивость в работе. В про­ цессе электролиза содержание фтористой соли в элек­ тролите понижается, поэтому через каждые 150 а-ч{л пропущенного количества электричества необходимо корректировать электролит по фтористому натрию.

Доброкачественные покрытия из этой ванны полу­ чаются только в тонких слоях. Аноды рекомендуется изготовлять из сплава, состоящего из 93% свинца и 7% сурьмы.

Для декоративной отделки, а также для специаль­ ных целей (например, понижение коэффициента отра­ жения света) применяются также черные осадки хрома.

В электролитах для „черного хромирования" не допускается наличие сульфатов, которые в случае их присутствия должны быть удалены с помощью бария.

Состав электролита (в г/л) для черного хромиро­ вания таков:

Хромовый ангидрид . . . 250 Азотнокислый натрий . . 5

Режим работы: температура 20° С, катодная плот­ ность тока 50 а/дм2.

Вместо азотнокислого натрия в электролит можно ввести борфтористоводородную кислоту в количестве 0,7 г/л (считая на 40%-ную кислоту).

Режим процесса для этого электролита следующий:

Катодная плотность тока................ 20—25 а/дм2 Температура электролита................ 40—50° С

Продолжительность электролиза . 20—30 мин.

Изделия, покрытые „черным" хромом, после про­ мывки в воде и сушки пропитываются маслом.

Взамен многослойного покрытия медь — никель— хром в последнее время весьма широкое применение получило осаждение молочных осадков хрома, обла­ дающих малой пористостью и, следовательно, хорошо защищающих металл от коррозии. Молочные осадки хрома осаждают непосредственно на сталь.

Состав электролитов и режимы процессов для мо­ лочного хромирования приведены в табл. 10.

121

Находит применение также комбинированное двух­ слойное покрытие хромом — молочным и блестящим. Двухслойное покрытие, в частности, нашло примене­ ние для стальных изделий и изделий из цинкового сплава, которые покрывать трехслойным осадком за­ труднительно. Комбинированное покрытие целесо­ образно применять для изделий, работающих в усло­ виях высокой влажности. Хромирование производится последовательно в двух ваннах с одинаковым соста­ вом электролита: хромового ангидрида — 250 г/л, сер­ ной кислоты—2,5 г/л.

Первым осаждается слой молочного хрома при температуре 70° С и катодной плотности тока 30 а/дм2, затем деталь переносят, не промывая, во вторую ванну,

чения качественных хромовых покрытий из тетрахроматного электролита следующего состава (в г/л):

Режим работы: температура 18—20°, катодная плот­ ность тока 20—80 а/дм2, выход по току 30—35%- Хромовые покрытия из этого электролита по своим свойствам приближаются к осадкам молочного хрома.

4. Технология износостойкого хромирования

Технология износостойкого хромирования значи­ тельно отличается от технологии защитно-декоратив­ ного хромирования. При износостойком хромировании

122

случае не применяется. Износостойкое хромирование применяется для покрытия новых деталей машин и инструментов, подвергающихся механическому износу в процессе работы, для восстановления размеров изно­ шенных деталей и для исправления деталей, размеры которых оказались заниженными при механической обработке.

Чаще всего износостойкому хромированию под­ вергаются стальные и чугунные детали машин. Сле­ дует иметь в виду, что стали с высоким содержанием вольфрама и кобальта, а также высокоуглеродистые и высококремнистые чугуны нельзя покрывать хромом, так как при этом не обеспечивается хорошее сцепле­ ние основы и покрытия.

Толщина слоя хрома при износостойком хромиро­ вании колеблется от 0,03 до 1,0 мм. В большинстве случаев желательно, чтобы слой хрома по всей поверх­ ности имел одинаковую толщину.

Однако хромовые электролиты, обладая плохой рассеивающей способностью, дают неравномерные по толщине осадки, что приводит к большим затратам времени и труда при последующем механическом вы­ равнивании толщины. Чтобы уменьшить неравномер­ ность покрытия, применяют дополнительные катоды, не проводящие ток экраны, аноды специальной формы, изоляцию части поверхности и т. д.

На равномерность отложения хрома большое влия­ ние оказывает относительное расположение деталей и анодов в ванне. Глубина их погружения в электро­ лит должна быть примерно одинаковой.

При износостойком хромировании особое внимание

контакт как с покрываемым изделием, так и с катод­ ной штангой ванны. Сечение и контактная часть при­ способления должны быть рассчитаны на прохожде­ ние требуемой силы тока. При работе подвеска не должна разогреваться. Перед электролизом необхо­ димо проследить за тем, чтобы все участки поверх­ ности изделия, подлежащие хромированию, одинаково отстояли от анодов. Для этого создают специальные

123

конструкции для жесткого крепления катода и анода, подобно тому, как это изображено на рис. 9.

Состав электролита при износостойком хромиро­ вании тот же, что и для декоративного хромирова­ ния. Но поскольку менее концентрированные электро­ литы работают с большим выходом по току, предпо-

Рис. 9. Приспособление для хромирования:

А — анод; К — катод; И — изоляция.

чтительнее вести процесс с разбавленным электро­ литом.

Обычно для износостойкого хромирования приме­ няют электролит, содержащий 100—180 г/л хромового

ведена до 100 а/дм2 (при температуре электролита

134

В гальванотехнике весьма часто употребляется термин „размерное хромирование11. Под этим терми­ ном понимается износостойкое хромирование детали, которая покрывается слоем хрома точно до задан­ ного размера и направляется в производство без по­ следующей механической обработки. При размерном хромировании перед гальванотехникой стоит задача точно сохранить первоначальную форму изделия, осадив слой хрома одинаковой толщины по всей по­ верхности. Преимуществом размерного хромирования

димость в последующей механической обработке. Размерное хромирование возможно лишь при приме­ нении специальных анодов и подвесных приспособле­ ний, позволяющих произвести жесткий монтаж де­ талей и анодов, причем на толщину не более 10—15 мк.

В некоторых случаях обычное износостойкое хро­ мирование не обеспечивает хороших результатов, особенно при работе изделий в жестких условиях, например при высоких удельных давлениях или по­ вышенных температурах. В этих условиях требуется непрерывная смазка изделий.

Однако обычный электролитический хром очень плохо смачивается маслом, что приводит к сухому или полусухому трению, а значит и к преждевремен­ ному выходу деталей из строя. Поэтому возникла необходимость искусственно создавать на хромиро­ ванной поверхности каналы, которые обеспечивали бы постоянный приток масла и улучшали смазку тру­ щихся деталей. Это обеспечивается применением по­ ристого хромирования.

Процесс пористого хромирования является разно­ видностью износостойкого хромирования и заклю­ чается в специальной дополнительной обработке хро­ мированной поверхности изделия с целью создания на ней большого числа пор и каналов. В настоящее время покрытие пористым хромом широко исполь­ зуется для цилиндров и поршневых колец двигателей.

Пористые хромовые покрытия могут быть полу­ чены различными способами: механическим, химиче­ ским, электрохимическим.

В промышленности наибольшее распространение

125

получил электрохимический способ, сущность кото­ рого заключается в анодном травлении осажденного слоя блестящего хрома, имеющего сетку тончайших трещин. При этом растворение хрома происходит главным образом по граням трещин, вследствие чего они постепенно расширяются. Чтобы хорошо удержи­ вать смазку и противостоять истиранию, каналы и по­ ры должны обладать достаточной глубиной и шириной.

В гальванотехнике принято говорить о степени пористости покрытия, понимая под этим отношение площади, занятой каналами или порами, ко всей пло­ щади покрытия.

Наибольшая износоустойчивость покрытия отве­ чает оптимальной степени пористости, а последняя зависит от состава электролита, режима хромирова­ ния, а также от количества электричества, израсхо­ дованного на процесс анодного травления.

На характер сетки каналов влияют отношение CrO3:H2SO4, катодная плотность тока и температура электролита. При уменьшении величины отношения CrO3:H2SO4 сетка каналов пористого хрома стано­ вится гуще, а ширина каналов увеличивается. Это от­ ношение рекомендуется поддерживать в пределах 105—110. Уменьшение катодной плотности тока вы­ зывает образование более густой сетки каналов при одновременном уменьшении их ширины и глубины. Оптимальная величина плотности тока при пористом хромировании лежит в пределах 40—60 а^дм2.

Температура электролита оказывает наиболее силь­ ное влияние на степень пористости. Ширина каналов пористого хрома возрастает с увеличением темпера­ туры электролита, а степень пористости понижается. Наибольшая степень пористости соответствует тем­ пературе 48—50°.

Анодное травление производится в хромовом элек­ тролите того же состава, что и для хромирования.

грязняется железом. Целесообразно применение для этих целей также раствора NaOH (15%-ного) при температуре 15 — 25°.

Скорость образования каналов пористого хрома при анодной обработке зависит от интенсивности

126

процесса травления, т. е. от количества электриче­ ства, протекающего через 1 дм2 поверхности, или, иными словами, процесс можно контролировать по

Основные неполадки при хромировании приведены в табл. 11.

6. Химический анализ электролита для хромирования

Определение шестивалентного хрома. 1 мл элек­ тролита помещают в коническую колбу на 500 мл, разбавляют водой до 200 мл, добавляют 10 мл серной кислоты (уд. веса 1,84) и избыток 0,1 н. раствора соли Мора (до перехода окраски из желтой в зеленую). Избыток соли Мора оттитровывают 0,1 н. раствором перманганата калия до появления розового окраши­ вания.

. Содержание СгО3 подсчитывают по следующей формуле:

, (al — b) н-33,3

СгО3 г/л = ------ £------- ,

где а —количество соли Мора, взятой для определе­ ния, в мл;

b — количество раствора перманганата калия, за­ траченного на титрование, в мл;

/— соотношение между солью Мора и перманга­ натом;

127

Таблица 11

Неполадки при работе ванн хромирования

128