Электролитическое хромирование

      Самое важное в пуске хромовой ванны  – не допустить избытка или  недостатка серной кислоты. Не следует  приливать в ванну сразу все  рассчитанное количество серной кислоты, так как обычно хромовый ангидрид сам содержит в качестве примеси H₂SO₄, избыток которой явится причиной плохой работы ванны (черные пятна непокрытой поверхности и т.д.). Недостаток серной кислоты также вызывает образование пятен, но эти пятна имеют коричневый оттенок. В ванну приливают сначала половину рассчитанного количества кислоты, затем завешивают аноды и включают ток. В качестве катодов берут какие-нибудь чистые стальные детали или пластинки и устанавливают в ванне плотность тока и температуру, соответствующие осаждению блестящего покрытия. Если получается блестящий осадок серебристого цвета и хром равномерно покрывает деталь, то кислоты больше не добавляют. Если же на хромированной поверхности имеются белые или черные точки (в виде зернышек мака), следует добавить еще половину оставшегося количества серной кислоты. Иногда необходимо приливать все рассчитанное количество H₂SO₄ или даже больше, пока не будут устранены черные точки; после этого ванна готова к работе.

      Анализ  хромовой  ванны на содержание CrO₃ и H₂SO₄ делают 1-2 раза в неделю, в зависимости от загрузки ванны и сложности выполняемой работы. Анализы на содержание Cr₂O₃, железа и других примесей делают не реже одного раза в месяц. Избыток Cr₂O₃ (более 8 г/л) и особенно железа суживает интервал блестящих осадков хрома, делает их матовыми, шероховатыми и хрупкими. При снижении в этом случае содержания серной кислоты наблюдается улучшение осадка, но ванна работает только при плотности тока 25-40 а/дм². Такое же влияние оказывает избыток соединений и других металлов (медь, цинк, алюминий, натрий и др.). Допустимое содержание серной кислоты – минимальное 0,5%, максимальное 2% от содержания хромового ангидрида. Содержание соединений железа – до 10 г/л, азотной кислоты – 0,2 г/л. При содержании меди 8-10 г/л ванна выходит из строя. Наиболее вредной является примесь азотной кислоты, небольшие количества которой вызывают темные, недоброкачественные осадки. При загрязнении ванны органическими примесями (масло) электролит приобретает зеленый цвет.

Таблица 2

Виды  осадков хрома  при различных  режимах

      Ванны низкой концентрации имеют узкий рабочий интервал, но высокий выход по току и хорошую кроющую способность. Возможно применение больших плотностей тока. Однако состав электролита вследствие малой концентрации легко изменяется, и раствор требует постоянной корректировки. Осадки, полученные из таких ванн, склоны к наростам на краях и обладают повышенной твердостью. Электролиты малой концентрации наиболее пригодны для твердого хромирования.

      Ванны средней концентрации дают блестящие осадки в более широком интервале, но имеют более низкий выход по току. Кроющая способность ванн удовлетворительная. Применяемые плотности тока – в пределах 25-35 а/дм². Раствор устойчив и колебания режима ванн незначительны. Осадки твердые, более равномерные, менее склонные к отслаиванию.

      Ванны высокой концентрации имеют широкий рабочий интервал, но еще более низкий выход по току. Кроющая способность ванн несколько понижена. Применяемые обычно плотности тока составляют 10-20 а/дм². Раствор отличается постоянством. Осадки менее твердые и весьма равномерные. Эти ванны применяют только для защитно-декоративного хромирования.

Аноды и уход за ними

      В ванне хромирования с обычным  составом электролита применяют  аноды из свинца или сплава свинца с сурьмой, состоящего из 92-93% свинца и 8-7% сурьмы. В процессе электролиза поверхность анодов покрывается темной перекиси свинца и оранжевого хромовокислого свинца. Образование хромовокислого свинца протекает особенно энергично во время перерывов в работе. Поэтому при длительных простоях ванны анод извлекают из электролита и опускают в воду.

      Аноды периодически очищают от плохо проводящей ток пленки путем крацевания стальными  щетками, доводя их поверхность до металлического блеска. Чтобы облегчить удаление твердой пленки, аноды обрабатывают в разбавленной соляной кислоте (1:1) или в горячем (50-60^оС) растворе едкого натра, содержащем 100 г/л NaOH, и промывают водой. Разрыхленная таким путем пленка легко удаляется щетками. Период между двумя чистками анодов составляет 10-15 дней при нанесении декоративных покрытий и работе на малых плотностях тока и 6-10 часов при нанесении износостойких покрытий и непрерывной работе при высоких плотностях тока.

      Как правило, аноды для хромирования наружных поверхностей деталей имеют  форму полосы шириной 5-8 см. и толщиной 3-6 мм.

      При покрытии внутренней поверхности цилиндрических деталей анодам придают форму  цилиндра. Для цилиндров небольшого диаметра (до 50-60 мм.) применяют сплошные литые цилиндрические аноды из сплава свинца с сурьмой или оловом. При хромировании цилиндров большого размера, например цилиндров двигателей внутреннего сгорания диаметром от 80 до 800 мм. и более, для уменьшения веса аноды делают пустотелыми.

      На  окислительно-восстановительные процессы оказывает влияние также и  площадь анодов или анодная плотность  тока. С точки зрения окислительной  способности анодов лучше поддерживать на них низкую плотность тока. В табл. 3 приводятся результаты параллельного испытания при одинаковых условиях железных и свинцовых анодов разной площади.

Таблица 3

Результаты  испытаний железных и свинцовых анодов в хромовом электролите

      Из  данных таблицы видно, что по сравнению  с материалом площадь анодов незначительно  влияет на конечное равновесие.

Корректирование электролита

      Состав  хромовокислых электролитов в процессе электролиза непрерывно изменяется. Поддержание постоянной концентрации CrO₃ и H₂SO₄ в электролите осуществляется путем периодического введения в него новых порций хромового ангидрида и серной кислоты. Количество добавляемого в ванну CrO₃ определяется на основании удельного веса электролита или по результатам анализа. При непрерывной работе ванны добавление CrO₃ осуществляется ежедневно. Корректирование электролита серной кислотой производится значительно реже. Один раз в 7-10 дней электролит подвергают анализу и на основании его рассчитывают недостающее количество серной кислоты и вводят ее в электролит. После этого электролит тщательно перемешивают и дают ему отстояться. При высоком содержании серной кислоты в электролите избыток ее необходимо удалить.

      В процессе электролиза концентрация хрома в электролите может  повышаться или понижаться в зависимости  от соотношения площади катода и  анода. При хромировании деталей, площадь покрытия которых больше площади анода, например при хромировании внутренней поверхности цилиндра, концентрация хрома в электролите постепенно возрастает. Если же площадь детали – катода значительно меньше площади анода, что имеет место при хромировании наружных поверхностей деталей, то содержание хрома в электролите понижается. Чтобы не допускать значительного увеличения концентрации хрома в электролите, отношение между катодной и анодной поверхностями рекомендуется поддерживать в пределах от 1:1 до 1:2. Если содержание хрома все же не соответствует норме, то необходима проработка электролита током.

      При хромировании вода из электролита быстро испаряется, что видно по снижению уровня электролита в ванне. Поэтому  через каждые 2-3 часа работы в ванну  добавляется недостающий объем воды. При этом используется промывная вода из ванны улавливания хромового ангидрида. В этой ванне производится первая промывка деталей после хромирования, что позволяет уловить большую часть хромового электролита, выносимого из ванны.

      Нарушение состава ванны и большие потери хромовой кислоты, достигающие примерно 30%, происходит вследствие уноса мельчайших капелек электролита газами, выделяющимися на электродах в процессе электролиза. При длительном процессе хромирования значительного сокращения потерь достигают путем создания на поверхности электролита слоя, состоящего из небольших кусочков пенопласта (объемом 3-5 см³) или небольших закрытых стеклянных, полихлорвиниловых или полиэтиленовых трубочек. Толщина такого слоя составляет 3-5 см.

      Значительному снижению уноса хромового ангидрида в вентиляционную систему и уменьшению потерь электролита при выгрузке деталей из ванны способствует продукт «хромин». Хромин вводится в обесточенную ванну в виде таблеток из расчета 3 г/л., что приводит к обильному пенообразованию. После растворения таблеток пена может исчезнуть и появиться вновь при включении тока. Применение хромина позволяет снизить расход хромового ангидрида на корректирование электролита на 50%, а также значительно улучшить рассеивающие способности электролита.

Влияние примесей

      Хромовые  электролиты мало чувствительны  к присутствию небольших количеств  примесей других металлов. В процессе работы в электролите накапливаются  железо, медь и некоторые другие металлы. Железо по мере накопления в электролите суживает интервал получения блестящих осадков. Допустимое содержание железа в электролите 8-10 г/л. На практике иногда допускают значительное превышение этой величины (в 2-2,5 раза), но при этом снижается выход хрома по току. Удалить железо из хромового электролита практически невозможно. Поэтому электролит с большим содержанием железа обычно заменяют новым.

      Медь, цинк и другие металлы оказывают  действие, подобное железу. Содержание меди в электролите допускается 5-7 г/л.

      Вредное действие оказывает на процесс хромирования азотная кислота. Даже при малых количествах HNO₃ в электролите (около 0,1-0,2 г/л) осадки хрома получаются темные. Наряду с этим свинцовая обкладка ванны при воздействии на нее даже небольших порций азотной кислоты, содержащейся в электролите, заметно разрушается.

Особенности подготовки деталей

      Перед хромированием все детали подвергаются механической и химической обработке. Порядок выполнения основных операций, связанных с подготовкой поверхности  деталей к покрытию, для всех видов  хромирования является общим:

1. механическая обработка поверхности (шлифование или полирование);
2. промывка органическими растворителями для удаления жировых загрязнений и протирка тканью;
3. заделка отверстий и изоляция участков поверхности детали, не подлежащих хромированию;
4. монтаж подвески;
5. обезжиривание;
6. промывка в воде;
7. декапирование;
8. подвешивание деталей и анодов в ванну;
9. электролиз.

      Механическая  обработка. Механическая обработка деталей пред покрытием осуществляется в соответствии с классом чистоты, установленным для готовой продукции.

      Поверхность детали перед защитно-декоративным покрытием должна быть тщательно  отполирована. Полирование перед  хромированием не рекомендуется вести при больших скоростях вращения круга или очень жирной пасте.

      При нанесении покрытий большой толщины выступающие части деталей – углы и ребра рекомендуется округлять, что предупреждает образование хрупких легко обламывающихся наростов хрома.

      Заделка отверстий и изоляция поверхности. Хромирование деталей с открытыми отверстиями приводит к тому, что участки поверхности вокруг отверстий остаются не покрытыми хромом. Избежать этого можно путем заделки отверстия каким-либо стойким в электролите материалом – свинцом, текстолитом и др.

      Участки детали, не подлежащие хромированию, а  также подвески за исключением мест контактов должны быть изолированы. Изоляционные материалы, применяемые при хромировании, должны быть химически стойкими в обезжиривающих растворах и должны выдерживать, не разрушаясь, катодную обработку в хромовом электролите при температуре 50-70^оС в течение длительного времени.