Влияние термической обработки

На рисунке приведены зависимости изменения твердости от длительности отжига при различных температурах.

Этот вопрос имеет важное значение, поскольку он определяет пригодность хромированных металлов нести службу при высоких температурах. Поскольку покрытие наносится при относительно низкой температуре, взаимной диффузии хрома в основной металл и этого металла в хром не происходит, так что раздел между ними резко разграничен. Различное расширение покрытия и основного металла при нагревании и остывании локализуется сильнее и поэтому представляет большую опасность для такого покрытия, чем тогда, когда основной металл отделен от покрытия с постепенно изменяющимся составом.

Пластичность хромированного покрытия

Пластичность электролитического хрома существенно зависит от режима хромирования. Хрупкие осадки хрома (блестящие и матовые) характерны для низких температур электролита и высоких плотностей тока. Более пластичные покрытия получаются при высоких температурах и низких плотностях тока (молочные осадки). Блестящие, матовые и молочные осадки хрома переносят без разрушения упругие деформации основного металла, стали. Но уже при незначительной пластической деформации блестящие и матовые осадки растрескиваются, в то время когда молочные осадки в этих условиях не разрушаются.

Цинкование

Основной областью использования цинковых покрытий является защита стальных деталей от коррозии. Цинк является довольно коррозионностойким в атмосферных условиях. Так как потенциал цинка имеет более отрицательное значение, чем потенциал железа, то при контакте цинка с железом и наличии влаги образуется гальванический элемент, в котором железо служит катодом. Таким образом, покрытие цинком защищает сталь не только механически, но и электрохимически и даже в случае повреждения цинкового покрытия на небольшом участке коррозии железа не будет.

Цинкованию подвергают не только готовые изделия, но и стальные листы, ленту. Цинковое покрытие часто применяют для защиты от коррозии водопроводных труб и запасных емкостей. В мягкой воде цинковое покрытие защищает сталь хуже, чем в жесткой. В горячей непроточной воде (свыше 70 °С) цинковое покрытие не обеспечивает надежной защиты стали от коррозии, так как в этих условиях цинк защищает сталь лишь механически. Цинковое покрытие хорошо защищает стальные изделия от коррозионного воздействия бензина и серосодержащих жидкостей. При этом цинковое покрытие эффективнее, чем кадмиевое или свинцовое.

Применяемые в промышленности электролиты цинкования принято делить на простые кислые электролиты: сернокислые, солянокислые и бор фтористоводородные растворы, в которых цинк находятся в виде гидратированных ионов, и сложные комплексные, в которых оба металла присутствуют в виде отрицательных (анионы) или положительных (катионы) ионов. К комплексным электролитам относятся щелочноцианидные, аммиакатные, пирофосфатные и другие.

Из простых кислых электролитов наибольшее распространение получили сернокислые и меньшее борфтористоводородные. Для этих электролитов характерна низкая рассеивающая способность, поэтому они применяются главным образом для цинкования изделий простой формы. Допустимые катодные плотности тока и выход металла по току в кислых электролитах выше, чем в комплексных, следовательно и скорость процесса более высокая. Простые кислые электролиты чаще используют с добавками органических веществ, повышающих катодную поляризацию и улучшающих структуру осадков. Кроме того, часто к сернокислым электролитам добавляют блескообразующие вещества. Борфтористоводородные электролиты могут работать при значительно больших плотностях тока, чем сернокислые электролиты. Их используют при непрерывном цинковании проволоки и ленты. Одной из причин высокой допустимой плотности тока является высокая буферная емкость борфтористоводородных электролитов.

В цианидных электролитах цинк находится в виде комплексных анионов типа Me(CN)₄^2-. Кроме того, в щелочных цианидных электролитах цинк частично связан в виде комплекса Zn(OH)₄^2-. Для электроосаждения требуется высокая катодная поляризация, которая возрастает с увеличением содержания свободного цианида. Выход по току падает с повышением плотности тока. Обладая наивысшей рассеивающей способностью, осадки из цианидных электролитов получаются мелкозернистыми, с хорошим сцеплением с основой без введения в электролит специальных добавок. Анодный процесс в отличие от простых кислых электролитов также сопровождается высокой поляризацией и пассивированием анодов, что приводит к снижению анодного выхода по току. До конца 80х годов цианидные электролиты цинкования были одними из самых распространенных. Однако им присущи некоторые недостатки. Так, цианидные электролиты обладают высокой токсичностью: при взаимодействии свободного цианида с СО₂ в присутствии влаги воздуха в атмосферу выделяется HCN:

2KCN + СО₂ + Н₂О = 2HCN + К₂СО₃

Поэтому электролизеры должны быть оборудованы специальными устройствами для вентиляции, чаще всего бортовыми отсосами.

Вследствие карбонизации цианидные электролиты менее устойчивы по составу, чем кислые, и требуют частой корректировки.

Серьезным недостатком цианидных электролитов цинкования (без специальных добавок) является значительное наводороживание стальных деталей, что приводит к резкому ухудшению механических свойств деталей после покрытия: уменьшается пластичность, увеличивается хрупкость.

Большинство других комплексных электролитов цинкования рассматривается в основном с точки зрения возможности замены токсичных цианидных электролитов, а также возможности улучшения распределения металла на поверхности катода по сравнению с простыми кислыми электролитами. В связи с этим в последние годы активно разрабатываются новые щелочные цинкатные электролиты. Катодная поляризация в цинкатных электролитах без специальных добавок ПАВ сравнительно невелика, поэтому хорошие компактные осадки можно получать лишь в присутствии небольшого количества других металлов (Sn, Pb, Hg). Однако допустимые катодные плотности тока тоже очень небольшие (100 А/м²), вследствие чего такие электролиты распространения не получили. Также были разработаны цинкатные электролиты, в состав которых входят органические поверхностно-активные вещества, способствующие значительному повышению катодной поляризации и улучшению качества осадков цинка на катоде в широком интервале плотностей тока 50-1000 А/м². Рассеивающая способность цинкатных электролитов с добавкой ПАВ зависит от концентрации ионов цинка в электролите, но во всех случаях превосходит рассеивающую способность простых кислых электролитов благодаря большой электропроводимости, повышенной поляризуемости катода и снижению выхода по току с ростом плотности тока. Достоинствами цинкатных электролитов является нетоксичность и отсутствие коррозионной активности, простота состава и приготовления электролита.

В пирофосфатных электролитах металл входит в состав комплексных анионов преимущественно типа Me(Р₂О₇)₂^6-. Катодная поляризация в пирофосфатных электролитах выражена резче, чем в кислых электролитах, благодаря чему осадки на катоде получаются более равномерными по толщине слоя. Этому способствует также снижение выхода металла по току при повышении плотности тока. Характерной особенностью поведения анодов в пирофосфатных электролитах является их склонность к пассивированию, которая проявляется тем сильнее, чем ниже концентрация свободного пирофосфата калия или натрия и температура электролита.

В аммиакатных электролитах цинк присутствует в виде аммиачного комплексного катиона Me(NH3)n²⁺. Восстановление этих ионов протекает при более отрицательном потенциале, чем восстановление простых гидратированных ионов, однако при повышении плотности тока катодный потенциал изменяется: не так резко, как в цианидных и пирофосфатных электролитах.

Также получили распространение аммонийхлоридные электролиты, которые готовят из сульфата или оксида цинка и хлорида аммония. Эти электролиты в присутствии ПАВ могут успешно заменять сернокислые, а в некоторых случаях и цианидные электролиты. Выход металла по току близок к теоретическому и мало изменяется при повышении плотности тока в допустимых пределах (150 А/м²). Осадки хорошего качества выделяются из этих электролитов в присутствии определенных органических добавок. По рассеивающей способности аммиакатные электролиты лучше кислых (без специальных добавок), но уступают цианидным;; Аноды в аммиакатных электролитах растворяются в интервале рабочих плотностей тока (равных катодным) с высоким выходом по току.

Из комплексных электролитов с органическими лигандами были разработаны этилендиаминовые, моноэтаноламиновые, триэтаноламиновые, полиэтиленполиаминовые, гликоколевые, трилонатные и другие электролиты. Рассеивающая способность этих электролитов достаточно высокая. Процесс сопровождается повышенной поляризацией, а осаждаемые покрытия при определенных условиях получаются блестящими, однако следует отметить, что некоторые электролиты на основе аминопроизводных являются токсичными.