Хромирование в машиностроение

     Для размерного хромирования требуется применение фигурных анодов, специальных подвесных приспособлений, позволяющих жестко монтировать детали и аноды, а также изолирующих экранов. Монтаж должен выполняться таким образом, чтобы в процессе электролиза концентрация силовых линий тока была одинаковой на всей поверхности хромируемой детали.

     Значение  величины выхода по току и плотности  тока при хромировании позволяет  точно определить время, необходимое  для осаждения требуемой толщины  стоя хрома. Расчет производится по формуле 

     τ = 1314           мин., 

     где τ – время в мин.,

             δ – толщина  покрытия в мк,

             D_k – катодная плотность тока в а/дм²,

              η – выход  по току в %. 

     Однако  для получения доброкачественного слоя хрома строго определенной толщины  необходимо, чтобы поверхность покрытия не была шероховатой или пористой. Поэтому следует обратить внимание на чистоту поверхности детали перед покрытием (отсутствие царапин, пор и т.д.) и правильность состава электролита.

     Если  к покрываемой детали предъявляется  высокие требования в смысле чистоты  поверхности и границ допуска на изготовление, то размерное хромирование пригодно только при сравнительно малых толщинах слоя хрома. Примером могут служить гладкие калибры, хромируемые на толщину слоя 10-30 мкм. Сравнительно толстые покрытия возможно наносить при размерном хромировании деталей с более широкой границей допусков, например, цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Для этих деталей допускается некоторая конусность и эллипсность, величины которых практически лежат около 0,01 мм. 

     Расположение  деталей и анодов в ванне. При одинаковом межэлектродном расстоянии на всех участках хромируемой поверхности соотношение между током, протекающим по кратчайшему расстоянию между катодом и анодом (создающим равномерное покрытие), и током, распространяющимся во всем объеме электролита (создающим краевой эффект), зависит как от межэлектродного расстояния, так и от положения детали относительно анода и уровня электролита.  

     Положение детали в ванне важно при хромировании наружных поверхностей и не влияет на хромирование внутренних цилиндрических поверхностей, если оно производится в правильно сконструированном анодно-катодном устройстве. 

     Расположение  детали глубоко в ванне при  еще более глубоко находящемся  нижнем крае анода создает наиболее неравномерное распределение тока на детали, так как значительная часть тока проходит через объем электролита над деталью и под ней.

     

     Можно значительно улучшить распределение  тока, если верхний край детали расположить  непосредственно под уровнем  электролита (устраняется отвлечение тока через верхний объем электролита), а нижний край анода, поднять выше нижнего края детали (увеличится сопротивление току, отвлекаемому в нижний объем электролита). При хромировании поверхностей простой формы (цилиндр, плоскость) для достижения наиболее равномерного покрытия необходимо анод расположить параллельно хромируемой поверхности при минимальном межэлектродном расстоянии. Упрощенным вариантом этого, требования является расположение плоских анодов со всех сторон хромируемой цилиндрической детали.

     

     Действие  межэлектродного расстояния проявляется  особенно сильно при его изменениях в пределах величин, соизмеримых  с размерами электродов, и имеет  значение для характерных при  износостойком хромировании деталей  с простым рельефом (цилиндрических и плоских) 
 

     

     Для деталей с развитым рельефом, характерным  для защитно-декоративного покрытия, с повышением межэлектродного расстояния улучшается распределение покрытия по рельефной поверхности в соответствии с кроющей способностью электролита. 

     Возможность практически полного исключения концентрации тока даже на остриях путем расположения их непосредственно под уровнем электролита показана на рисунке.

     

     На  следующем рисунке изображены некоторые  характерные схемы монтажа при  хромировании внутренней и наружной поверхностей деталей.

      1-экран, 2- газовые  пузырьки. 

     Для равномерного осаждения хрома на внутренних гранях и в углах детали анод должен иметь оттянутые углы (а). При хромировании внешней поверхности  для предупреждения образования  грубых "пригорелых" осадков хрома на углах детали аноду следует придать форму хромируемой детали (б), а напротив ее углов установить непроводящие ток экраны.

     При хромировании деталей, отличающихся сложной  формой (пресс-формы, штампы и т.п.), как  правило, используют фигурные аноды (в), воспроизводящие очертания хромируемой поверхности.

     На  рисунке (в) деталь расположена неверно, так как скапливающиеся на нижней поверхности газовые пузырьки нарушают хромирование этой поверхности.

     При хромировании внутренней поверхности  цилиндра анод помещают внутри соосно с хромируемой поверхностью. Однако в данном случае необходимо иметь в виду, что при слишком маленьком анодно-катодном расстоянии, при высоких плотностях тока и небольшом объеме электролита, заключенного между электродами, происходит сильное насыщение газами его верхних слоев. Вследствие этого, толщина осажденного хрома в верхней части цилиндра получается меньше, чем в нижней. Для предупреждения неравномерного осаждения хрома по высоте длинных цилиндров хромирование следует выполнять в проточном электролите.

     Особое  значение для понижения краевого эффекта имеет применение защитных катодов и изолирующих экранов. На следующем рисунке приведены  некоторые приемы их использования, а также способ устранения краевого эффекта путем изоляции межэлектродного объема от остального электролита и его уменьшение за счет сокращения межэлектродного расстояния. 
 

       

     а - схема краевого эффекта; б - защитные катоды при местном хромировании вала; в - проволочный защитный катод  у края фасонной детали; г - защитный катод у нижнего края цилиндра (верхний край под уровнем электролита); д - схема экранирования вала от влияния фланца и краевого эффекта; е - экранирование нижней части вала (верхняя находится под уровнем электролита); ж - изоляция межэлектродного объема от остального электролита; з - снижение краевого эффекта при уменьшении межэлектродного расстояния.

     1 - изоляция; 2 - хромируемая поверхность; 3 - защитный катод

     Защитные  катоды. Эффективным методом устранения краевого эффекта является применение защитных катодов около участков с повышенной концентрацией тока. Защитный катод - это проводник, соединенный электрически с хромируемой деталью и обычно укрепленный на детали таким образом, чтобы отвлечь от краев хромируемой поверхности на себя избыточный ток. Степень отвлекающего действия защитного катода регулируется его расстоянием от хромируемой поверхности, формой и размерами. Чаще всего защитному катоду придают форму хромируемой поверхности и размещают его на детали так, чтобы он был продолжением этой поверхности (б - г).

     При местном хромировании цилиндрических деталей не хромируемые участки, смежные с хромируемыми, закрывают  свинцовой или алюминиевой фольгой, которая является защитным катодом, устраняющим утолщение хрома  на краях хромируемой поверхности (б). При необходимости усиления действия защитного катода нужно отогнуть его край на 2-5 мм.

     С помощью защитных катодов можно  достичь высокой равномерности  хромового покрытия даже при неблагоприятном  расположении детали в ванне. Однако этот метод имеет существенный недостаток, так как при нем дополнительно расходуется ток и хромовый ангидрид на покрытие защитного катода.

     Защитные  экраны. При регулировании распределения  тока на хромируемой поверхности  при помощи экранов из электроизоляционных  материалов, не расходуется дополнительно ток и хромовый ангидрид. Такой экран представляет собой перегородку на пути тока, увеличивающую местное сопротивление для его прохождения и тем самым ослабляющую плотность тока на данном участке. Но кроме устранения избытка тока, экран может способствовать равномерному распределению тока на детали, у которой хромируемые участки влияют друг на друга. Покрытие изоляцией (экраном) одного участка устраняет его влияние на другой. Например, при хромировании вала с фланцем торцевая поверхность фланца, обращенная к валу, отвлекает от него ток, что ведет к неравномерному покрытию вала около фланца. Это влияние полностью устраняется, если фланец покрыт изоляцией (экраном), как это показано на рисунке (д). 

  ХРОМИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ. 

     При непосредственном хромировании алюминиевых сплавов основной задачей является подготовка поверхности детали к покрытию. Для этого деталь из алюминия или алюминиевого сплава протирается тканью, смоченной бензином, и обезжиривается в течение 3-5 мин. в растворе: 50 г/л Na₂CO₃, 50 г/л Na₃PO₄, 30 г/л жидкого стекла при T = 60-65^о. После промывки в горячей и холодной воде, деталь обрабатывают в цинкатном растворе (200 г/л ZnSO₄ ´ 7H₂O, 200 г/л NaOH) в течение 30-40 сек., затем промывают водой и производят обработку в разбавленном 1:1 растворе HNO₃ в течение 5-7 сек. Деталь промывается в воде и вновь погружается в тот же цинкатный раствор на 10 сек. После промывки деталь замешивается в ванну хромирования (желательно под током) и хромируется при обычных режимах. Хорошие результаты дает также гидропескоочистка с завешиванием деталей, покрытых мокрым песком, под током в ванну хромирования.

КОНТРОЛЬ

Метод контроля внешнего вида покрытий.

 

      Метод основан на выявлении дефектов поверхности  покрытия внешним осмотром и применении для деталей  любой формы и габаритных размеров.

Контроль проводят осмотром деталей невооруженным  глазом в помещении с освещенностью  не менее 300 лк на расстоянии 25 см от контролируемой поверхности.

Необходимость применения оптических приборов с указанием  кратности  увеличения должна быть оговорена в технической документации на изделие. 

Методы  контроля прочности сцепления покрытий. 

      Метод нанесения сетки царапин  применяют  для  определения прочности сцепления  покрытий, толщиной не более 20 мкм. На поверхности  контролируемого покрытия стальным острием наносят 4-6 параллельных линий глубиной до основания металла на расстоянии от 2.0 до 3.0 мм друг от друга и 4-6 параллельных линий, перпендикулярных к ним.

Линии проводят в одном направлении. На контролируемой поверхности не должно наблюдаться отслаивания покрытия. 

Методы  контроля защитных свойств неметаллических  неорганических покрытий. 

        При применении метода погружения  детали  погружают в испытательный  раствор. 

    Фосфатные  покрытия на стали, предназначенные  для наполнения маслами и смазками, контролируют погружением детали в раствор № 47.

№ раствора –47;

Вид покрытия –  фосфатное;

Основной металл – сталь, чугун;

Компоненты: натрий хлористый;

Концентрация: 30 г/л;

Время выдержки – 15 мин.

Признак неудовлетворительного покрытия: Появление точек коррозии основного металла.

 

8. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ХРОМИРОВАНИЯ

 

     Современные сложные технологические производства во всех отраслях промышленности широко используют различные гальванические процессы. Находят применение такие процессы, как нанесение покрытий, травление, электрохимические методы размерной обработки, обезжиривание и др. Реализация гальванических процессов осуществляется в ваннах, или в среде проточного электролита. В процессе эксплуатации рабочие жидкости интенсивно загрязняются продуктами электролиза в виде шлама, ионами тяжелых металлов, жировыми загрязнениями после промывочных операций.