Хромирование стали – Хромирование стали | Мир сварки

alexxlab | 27.08.2020 | 0 | Вопросы и ответы

Содержание

Хромирование стали | Мир сварки

 Хромирование стали

Хромирование – вид химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стальных изделий хромом, как правило, при 900-1200 °С в соответствующей среде (таблица 1).

Хромированные изделия обладают повышенной окалиностойкостью до температуры 800 °С, высокой коррозионной стойкостью, а при содержании хрома в поверхностном слое 0,3–0,4 % – повышенной твердостью и износостойкостью. Хромированию можно подвергать изделия, изготовленные из любых марок стали.

Термодиффузионному хромированию подвергаются изделия после механической обработки. При этом необходимо учитывать приращение размеров в течение процесса насыщения, которое составляет 0,03 мм на диаметр.

Для определения качества хромированного слоя используются образцы-свидетели размерами 20×10×5 мм. С целью снижения деформаций изделия подвергаются между операциями механической обработки одному или нескольким стабилизирующим отжигам на снятие напряжений.

Таблица 1 — Состав хромирующих смесей
МатериалСостав хромирующей смеси (массовая доля, %)Температура хромирования, °СВыдержка, чГлубина хромированного слоя, мм
Среднеуглеродистая легированная теплостойкая. сталь (пружины, лабиринтные уплотнения)60 % металлического хрома,
39 % глинозема,
1 % йодистого аммония
1020–10508Не менее 0,01
Малоуглеродистая легированная сталь (детали узлов парораспределения турбин)1020–10808–10Не менее 0,025
Жаропрочные сплавы (уплотнительные кольца, втулки, клапаны, гайки, шпильки)70 % металлического хрома,
29 % глинозема,
1 % йодистого аммония
1100–11505–100,02–0,03

Тара для хромирования изготовляется из нержавеющей стали. Крупные изделия хромируются в ящиках, изготовленных для одной детали по ее форме и размерам, мелкие детали хромируются в ящиках партиями.

Хромирующая смесь может иметь различный состав по процентному содержанию отдельных составляющих в зависимости от материала изделий, подлежащих хромированию, и требуемой глубины хромированного слоя.

Приготовление хромирующей смеси осуществляется следующим образом: взвешиваются отдельные составляющие смеси, взвешенное количество хрома и окиси алюминия (глинозема) смешивается и просушивается при 60–100 °С в течение 1–2 ч, затем тщательно перемешиваются все составляющие вместе (металлический хром, получаемый в кусках, размельчается в шаровой мельнице до порошка), Хромирующая смесь может быть использована многократно при условии добавки 10 % свежей смеси. Хранение смеси – в сухом месте, в ящиках с крышками. При упаковке изделий в ящики расстояние между стенками ящика и изделиями должно быть не менее 25 мм. Перед укладкой изделий на дно ящика насыпается хромирующая смесь слоем 20–30 мм. После укладки изделий и свидетелей засыпается слой хромирующей смеси 30–40 мм. Поверхность закрывается листовым асбестом, затем надевается крышка. Герметизация осуществляется посредством заполнения герметизирующего желоба сухим песком или шамотным порошком.

Ящики загружаются в печь при температуре не выше 400 °С. До температуры 600 °С нагрев осуществляется со скоростью 100 °С/ч. Дальнейший нагрев – по мощности печи.

После процесса хромирования производят нейтрализацию остатков хромирующей смеси, остающейся на изделиях. Для этого изделия протираются чистыми концами и затем промываются в 10-процентном водном горячем растворе кальцинированной соды и в чистой воде. Промытые изделия должны быть хорошо просушены.

weldworld.ru

Возможно ли хромирование хромистой стали? - Химические и электрохимические технологии

В стандартных электролитах хромирования стали с высоким содержанием хрома плохо хромируются из-за пассивации поверхности. Если детали при 12-16 % хрома в них, еще как то хромируется, на нормальной ванне, то выше начинаются большие проблемы с покрытием. Для решения этой проблемы, применяют фтористые электролиты или используют специальные добавки.

 

Противокоррозийная устойчивость хромовых зависит от их пористости, основной металл под порами в покрытии интенсивно корродирует. Проблемы с коррозионной стойкостью связаны именно с высокой пористостью твердого хрома.

Для защиты от коррозии применяют двухслойное хромирование, первый слой молочный хром (он мало пористый), второй твердый. Либо опять же применяют добавки которые способствуют закрытию пор или позволяют получать вместо пор микротрещены (не сквозные).

 

Нержавеющие стали хромируют только для придания поверхности твердости и износостойкости.

Вы не совсем правы.

 

Вот лопатки турбин из стали 20Х13-Ш (12-14% хрома) с беспористым хромом и без покрытия (при температуре (95±5)°С в 3%-м растворе NaCl в течение 20 часов)

1. С беспористым хромом

 

2. Без хрома

С серной кислотой при отсутствии хромового покрытия все еще печальнее.

Стойкость покрытия при температуре (25±1) °С к статическому воздействию 10%-ного раствора H2SO4 в течение 5 часов

1. С беспористым хромом

 

2. Без хромового покрытия

Изменено пользователем gxcg

www.chipmaker.ru

Хромирование - это... Что такое Хромирование?

Декоративное хромирование мотоцикла.

Хромирование — диффузионное насыщение поверхности стальных изделий хромом, либо процесс осаждения на поверхность детали слоя хрома из электролита под действием электрического тока.

Слой хрома может наноситься для декоративных целей, для обеспечения защиты от коррозии или для увеличения твердости поверхности.

Описание процесса

Твердое хромирование

Деталь, подвергаемая хромированию, как правило, проходит через следующие шаги:

  • Очистка для удаления сильных загрязнений.
  • Тонкая очистка, для удаления следов загрязнений.
  • Предварительная подготовка (варьируется в зависимости от материала основы).
  • Помещение в ванну с насыщенным раствором и выравнивание температуры.
  • Подключение тока и выдержка до получения нужной толщины

Используемые при хромировании реагенты и отходы процесса чрезвычайно токсичны, в большинстве стран этот процесс находится под строгим регулированием.

Промышленное применение

В промышленности хромирование используется для снижения трения, повышения износостойкости, повышения коррозионной стойкости. Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость стали к газовой коррозии (окалиностойкость) при температуре до 800 °C, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как вода, морская вода и азотная кислота. Хромирование сталей содержащих свыше 0,3-0,4 %С, повышает также твёрдость и износостойкость. Твердость хрома составляет от 66 до 70 HRC. Толщина хромового покрытия обычно составляет от 0.075 до 0.25 мм, но встречаются и более толстые, и более тонкие слои. Поверхностные дефекты при хромировании усиливаются и поверхность подлежит последующей обработке, так как хромирование не дает эффекта выравнивания.[1]

Хромирование используют для деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, вентилей патрубков, а также деталей, работающих на износ в агрессивных средах.

Технология

Типичными являются следующие растворы для хромирования:

  1. Шестивалентный хром, чей основной ингредиент — хромовый ангидрид.
  2. Трехвалентный хром, чей основной ингредиент — Сульфат хрома или хлорид хрома. Ванны с трехвалентным хромом используются довольно редко из-за ограничений, накладываемых на цвет, яркость и толщину покрытия.[источник не указан 1248 дней]

Типичное содержание ванны с шестивалентным хромом:

Ограничения

После того, как шестивалентный хром в 90-е годы ХХ века был признан канцерогеном, в различных странах началась разработка методик его замены. Так, в США и Канаде начала работу Hard Chrome Alternetive team, HCAT. В 2003 году была принята и в 2006 году вступила в силу директива RoHS, которая существенно ограничила применение хромирования в Европе. Результатом стала замена хромирования на другие способы обработки, например, высокоскоростное газопламенное напыление во многих применениях.

См. также

Литература

  • Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990.

Примечания

  1. Degarmo, E. Paul; Black, J T. & Kohser, Ronald A. (2003), «Materials and Processes in Manufacturing» (9th ed.), Wiley, с. 793, ISBN 0-471-65653-4 .

dic.academic.ru

Хромирование Википедия

Декоративное хромирование мотоцикла

Хроми́рование — диффузионное насыщение поверхности стальных изделий хромом, либо процесс осаждения на поверхность детали слоя хрома из электролита под действием электрического тока. Слой хрома может наноситься для декоративных целей, для обеспечения защиты от коррозии или для увеличения твердости поверхности[1].

Описание процесса

Твердое хромирование

Деталь, подвергаемая хромированию, как правило, проходит через следующие шаги:

  • Очистка для удаления сильных загрязнений.
  • Тонкая очистка, для удаления следов загрязнений.
  • Предварительная подготовка (варьируется в зависимости от материала основы).
  • Помещение в ванну с насыщенным раствором и выравнивание температуры.
  • Подключение тока и выдержка до получения нужной толщины

Используемые при хромировании реагенты и отходы процесса чрезвычайно токсичны, в большинстве стран этот процесс находится под строгим регулированием.

Промышленное применение

В промышленности хромирование используется для снижения трения, повышения износостойкости, повышения коррозионной стойкости. Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость стали к газовой коррозии (окалиностойкость) при температуре до 800 °C, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как вода, морская вода и азотная кислота. Хромирование сталей содержащих свыше 0,3—0,4 %С, повышает также твёрдость и износостойкость. Твердость хрома составляет от 66 до 70 HRC. Толщина хромового покрытия обычно составляет от 0,075 до 0,25 мм, но встречаются и более толстые, и более тонкие слои. Поверхностные дефекты при хромировании усиливаются и поверхность подлежит последующей обработке, так как хромирование не дает эффекта выравнивания.[2]

Хромирование деталей пар трения, работающих в жёстких условиях (поршневые кольца, зеркало цилиндра ДВС), как показала практика, требует создания покрытия с порами сравнительно крупного размера, способными удерживать масло. Без этого противоизносные и противозадирные свойства покрытия даже хуже, чем у нехромированной детали. Для расширения естественных канальцев на поверхности покрытия используется кратковременное электрохимическое травление обратным током (деталь-анод).

Хромирование используют для деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, вентилей патрубков, а также деталей, работающих на износ в агрессивных средах.

Чёрное хромовое покрытие, полученное в ванне специального состава (не путать с декоративной виниловой плёнкой), отличается большим светопоглощением в сочетании с гладкостью и используется там, где необходимо отсутствие бликов (оптические приборы, автомобильные детали в поле зрения водителя и т.п.)

В отдельных случаях хромирование применяется для ремонта деталей путём наращивания сопрягаемой поверхности в случае прослабленной посадки. В настоящее время может использоваться как "гаражная" или "холодная" альтернатива плазменному напылению металла, аналогичного материалу детали.

Технология

Типичными являются следующие растворы для хромирования:

  1. Шестивалентный хром, чей основной ингредиент — хромовый ангидрид.
  2. Трехвалентный хром, чей основной ингредиент — Сульфат хрома или хлорид хрома. Ванны с трехвалентным хромом используются довольно редко из-за ограничений, накладываемых на цвет, яркость и толщину покрытия.[источник не указан 3467 дней]

Типичное содержание ванны с шестивалентным хромом:

Нарушение состава и температуры ванны легко приводит к разнообразным дефектам покрытия (пятна, матовость, отслаивание), разрушению свинцовой футеровки ванны. При превышении плотности тока на краях и углах деталей могут образовываться наросты-дендриты разнообразной формы - "сувениры из гальванического цеха".

Нанесение хрома на самопассивирующиеся металлы (алюминий, титан) затруднено и требует тщательной предварительной очистки травлением или производится по подслою другого металла (медь, никель). Может потребоваться подключение источника тока до помещения детали в ванну.

Хромирование стали по подслою улучшает антикоррозионные свойства покрытия, перекрывая естественные микропоры хрома; в то же время подслой никеля образует с хромом гальваническую пару и может корродировать сам по себе вплоть до отслаивания хрома. Для закрытия пор хрома может применяться насыщение поверхности плёнки лаками или маслами, в том числе при повышенной температуре или под вакуумом.

Полученный на деталях слой хрома, как правило, сравнительно хрупок, и для улучшения его свойств может применяться термообработка в виде длительной выдержки при температуре порядка 200°C.

Электролитическое хромирование пластмасс производится по предварительно напылённому или осаждённому слою другого металла, например, меди.

Ограничения

После того, как шестивалентный хром в 90-е годы XX века был признан канцерогеном, в различных странах началась разработка методик его замены. Так, в США и Канаде начала работу Hard Chrome Alternаtive team, HCAT. В 2003 году была принята и в 2006 году вступила в силу директива RoHS, которая существенно ограничила применение хромирования в Европе. Результатом стала замена хромирования на другие способы обработки, например, высокоскоростное газопламенное напыление во многих применениях.

См. также

Литература

  • Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990.

Примечания

wikiredia.ru

Хромирование легированных сталей - Справочник химика 21

    Основным потребителем хрома, молибдена и вольфрама является металлургия, где эти металлы используются при выработке специальных сталей. Как легирующий металл хром применяют для создания аустенитных нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов на основе меди, никеля и кобальта. Хромистые низколегированные стали (до 1,5% Сг) представляют собой материалы повышенной прочности. Инструментальные стали содержат больше хрома (до 12%), что придает им твердость и износостойкость. Содержание хрома свыше 12% обеспечивает высокую коррозионную стойкость сталей. Нержавеющие стали содержат часто кроме хрома и молибден, который увеличивает жаропрочность сталей и улучшает свариваемость. Большие количества хрома расходуются в процессах хромирования главным образом стальных изделий. Антикоррозионные и декоративные покрытия получают при нанесении хрома на подслой из никеля и меди. [c.290]
    Металлический хром находит разнообразное применение. Он входит в качестве основного легирующего компонента в состав многих важнейших видов конструкционных и нержавеющих сталей (хромистые, хромоникелевые стали). Некоторые сплавы хрома с цветными металлами (хромоникель, хромаль, фехраль и др.) являются основным материалом для изготовления нагревательных элементов лабораторных и производственных электропечей некоторых типов, бытовых электронагревательных приборов. Хром широко используется для поверхностного покрытия металлических изделий (хромирование) с целью повышения их стойкости к коррозии или для увеличения их поверхностной твердости и уменьшения поверхностного износа трущихся деталей. Хромирование применяется также для улучшения внешнего вида изделий и в других целях. [c.142]

    Так, например, хром и никель в нержавеющих сталях, диффундируя к поверхности, образуют оксидный слой, содержащий шпинель Ni r204 и частично шпинель РеСггО . Оксидный слой такого состава оказывается более устойчивым, чем просто оксид СГ2О3, образующийся на поверхности чистого хрома. Поверхностное легирование представляет собой насыщение поверхности данного сплава металлом, обладающим прочным оксидным слоем, — аллитирование, хромирование, силицирование и т. д. Оно осуществляется диффузионным путем из газовой фазы, содержащей пары или летучие соединения легирующего компонента, или нанесением слоя этого металла вакуумным напылением, плазменным напылением или даже наплавкой, но обязательно с последующей термообработкой изделия. При нанесении на поверхность данного металла легирующего компонента возможно образование между ними интерметаллидов. [c.540]

    Л - качеств понятие В каждом металле или сплаве из-за особенностей производств процесса или исходного сырья присутствуют неизбежные примеси Их не считают легирующими, т к они не вводились специально Напр, уральские железные руды содержат Си, керченские Аз, в сталях, полученных из этих руд, также имеются примеси соотв Си и Аз Использование луженого, оцинкованного, хромированного и др металлолома приводит к тому, что в получаемый металл попадают примеси 5п, 2п, 8Ь, РЬ, N1, Сг и др При Л металлов и ставов могут образовываться твердые р-ры замещения, вне трения или вычитания, смеси двух и более фаз (напр, Ag в Ре), интерметаллиды, карбиды, нитриды, оксиды, сульфиды бориды и др соед легирующих элементов с основой сплава ти между собой [c.581]

    Хром — один из наиболее важных легирующих элементов, применяемых в металлургии. Он входит в. состав многих марок качественных сталей, в том числе и нержавеющих. Вследствие высокой твердости и устойчивости на воздухе в значительных количествах расходуется на хромирование нестойких металлов, например в автомобильной промышленности, и для медицинских инструментов. Хромированием предохраняются металлы от окисления, действия агрессивных жидкостей, повышается их поверхностная твердость и. сопротивление износу. [c.252]

    Применение. Металлич. X. исиользуется для хромирования — нанесения покрытий, обладающих защитными и декоративными свойствами, а также в качестве важной легирующей добавки к сталям. Введение X. [c.372]

    В данной работе рассматривается способ получения глубокого хромирования, основанный на изучении влияния легирующих элементов на процесс диффузии. Известно [1], что некоторые легирующие эле.менты, введенные в определенном количестве в хромируемую низкоуглеродистую сталь, могут способствовать ускорению диффузии хрома и дают возможность получить диффузионный слой большой глубины. [c.107]

    В зависимости от природы легирующего элемента и его количества толщина диффузионного слоя мон ет изменяться в шн роких пределах (рис. 2) изменяется также и природа диффу зионного слоя. Прн хромировании стали, легированной Т1, Мп N5, наблюдается экстремальное значение толщины слоя соот ветственно при 0,96 1,8 2,1 вес. % легирующего элемента тогда как при легировании ванадием наблюдается непрерывное увеличение толщины слоя твердого раствора, которая достигает 230 мкм при 2,2% [c.108]

    Хром широко используется для хромирования железных и латунных изделий, как компонент сплавов, как легирующая добавка к специальным сталям. Чистый молибден используется для изготовления держателей ламп накаливания, вольфрам - для изготовления спиралей ламп накаливания. [c.280]

    Благодаря высокой твердости и благоприятным коррозионно-электрохимическим характеристикам карбида титана эти слои характеризуются большей износо- и коррозионной стойкостью, чем слои, полученные простым диффузионным хромированием углеродистых сталей. Кроме того, особенности образования внешней части карбидного слоя на завершающей стадии диффузионного легирования с использованием углерода основы открывают возможность модифицировать слой и такими элементами, как молибден, которые в железную матрицу практически не диффундируют. Наконец, вводя в легирующую смесь карби-дообразователи с низким атомным номером и малым радиусом (например, В), можно добиться дополнительного повышения плотности всего легированного слоя с увеличением его прочности и диффузионной непроницаемости. [c.213]

    Легирующие элементы Мп, V, N5, Т1 способствуют повышению жаростойкости низкоуглеродистой стали, причем влияние титана (0,96 вес. %) оказывается особенно заметным. По сравнению с хромированной нелегированной сталью 08кп введение титана увеличивает жаростойкость после хромирования в о раза. [c.113]

    Применение. Хром вводят как легирующую добавку в различные сорта стали (инструментальные, жаростойкие и др.). Из содержащих Сг сталей изготаЕ лпвают, в частности, лопатки газовых турбин и детали реактивных двигателен. Введение в сталь 13% Сг делает ее нержавеющей. Прн меньшем содержании хрома сталь приобретает высокую твердость н прочность. Хром входит в состав многих жаростойких сплавов, в том числе нихрома (80% 20% Сг), который обычно применяется в электронагревательных приборах (он выдерживает длительное нагревание до 1100°С), Сплав, содержащий 30% Сг, 5% А1, 0,5% 5] (остальное Ре), устойчив на воздухе до 1300 °С. Широко, используется хромирование различных изделий. [c.541]

    Металлический хро.м благодаря высокой температуре плавления и стойкости к воздействию окислителей и агрессивных сред широко применяют в качестве легирующих добавок к металлам. Многие хромовые стали отличаются высокой твердостью, прочностью и. пластичностью [388] их употребляют для изготовления инструментов и различных частей машин. Большое количество хрома используют для хромирования [388] специфические свойства силицидов хрома используют при раскислении сталей [91]. Соединения хрома применяют в лакокрасочной, химической, нефтеперерабатывающей, парфюмерной, фармацевтической и других отраслях промышленности [2. Старейши.м потребителем соединений хрома является текстильная промышленность. Большие количества бихромата натрия и хромовых квасцов расходуются [c.8]

    Хром широко используют в металлургии в качестве легирующей добавки к сталям и чугунам. В нефтеобрабатывающей промышленности применяют стали,, содержащие 5—6% хрома и обладающие повышенным сопротивлением коррозии, а в химической про.мышленности — до 30%. Хром является одним из основных компонентов жаропрочных и нержавеющих сталей. В машиностроении используют в качестве противокоррозионного и противоизносного покрытия. В сивременных двигателях внутреннего сгорания применяют хромированные поршневые кольца. Это позволяет по содержанию хрома в работавшем масле судить об износе колец. В тепловозных дизелях охлаждающую воду подвергают-хроматной обработке. В этом случае значительное количество хрома в работавшем масле свидетельствует о неисправности системы охлаждения. Концентрации хрома, определенные в работавших маслах различных автотракторных двигателей, приведены на рис. ПО. В отложениях масляных фильтров обычно содержится 0,001—0,6% хрома. [c.274]

    Получение и использование. В земной коре хрома довольно много 0.02%. Основной его минерал — хромовая шпинель, а руда — хромит илп хромистый л елезняк, из которого выплавляют феррохром. Получение хрома в чистом виде —процесс длительный и трудоемкий, поэтому применяют главным образом феррохром, который получают в дуговых печах непосредственно из хромита. Хром — важнейший легирующий элемент черной металлургии. Хромоникелевая сталь известна под названием нержавеющей стали. Хромирование —покрытие металлов тонким. слоем хрома — один из методов защиты металла от коррозии. Дихроматы КгСггО и хромовые квасцы КСг (804)2 применяются при дублении кожи (отсюда и название хромовые сапоги). Соли хрома, например, РЬСг04 идут на изготовление различных красителей-пигментов. В лаборатории широко используется хромпик —смесь насыщенного раствора дихромата калия с концентрированной серной кислотой. Этот состав легко отмывает любую грязь с поверхности стеклянной посуды. [c.355]

    В последнее время с целью экойомии дефицитных легирующих элементов, а также с целью повыщения устойчивости деталей в работе всё большее применение находят процессы, при которых происходит насыщение стали хромом (хромирование), алюминием (алитирование), кремнием (силицирование). [c.89]

    Развитие современной энергетики идет по пути повышения рабочих параметров. Но с повышением рабочих температур выше 600—625° С область применения перлитных сталей исчерпывается. Аустенитные же жаропрочные стали, например сталь ХН35ВТ, содержащая 53—61% легирующих элементов, хотя и обладают достаточно высокой жаропрочностью, но имеют низкую износостойкость, вследствие чего данные материалы не могут применяться в узлах трения без предварительного поверхностного упрочнения. Как уже указывалось, повышение износостойкости путем твердостного азотирования в данном случае совершенно непригодно из-за слишком высокого уровня рабочих температур, а процесс термодиффузионного хромирования — слишком трудоемок, малотехнологичен и дает на деталях с резким изменением сечения и сложной формы большой процент неисправимого брака (за счет высокотемпературного коробления). [c.91]

    Как указывает Хонегер который испытывал различные материалы, величина капель имеет большое значение одно сопло диаметром 1,5 тм производило в 5—10 раз большие разрушения, чем девять сопел диаметром 0,5 тт. В опытах Хонегера хорошее сопротивление показала 14%-ная хромистая сталь в закаленном состоянии 5%-ная никелевая сталь вела себя хуже, однако сопротивление этой стали несколько улучшалось при хромировании. В мягком состоянии нержавеющая сталь дала результаты не лучше латуни. Для участка сухого пара мягкие металлы, как например латунь, часто дают удовлетворительные результаты, а на участках высоких температур хорошие результаты показал монель-металл. В морских турбинах в настоящее время применяются легированные стали с большим содержанием легирующих элемен- [c.621]

    Концентрациошгые кривые изменения хрома и легирующих элементов в диффузионной зоне исследуемых сталей, прошедших хромирование при 1150° С в течение 6 час, приведены на рис. 3. Изменение концентрации хрома является типичным для случая образования слоя твердого раствора в процессе а превращения на изотерме процесса насыщения поверхности стали хромом. Характерным является весьма низкая концентрация хрома (около 0,6%) в /-фазе (или а-фазе) при комнатной температуре для всех рассматриваемых случаев, скачок концентрации хрома на границе раздела (а)-фаз в этом случае оказывается боль- [c.109]


chem21.info

Хромирование

Электролитическое хромирование в практических целях осуществляется исключительно из растворов электролитов на основе шестивалентной окиси хрома. Многочисленные попытки создать промышленно полезный электролит на основе соединений трехвалентного хрома, позволяющий получать хромовые покрытия, обладающие такими же технико-эксплуатационными свойствами, особенно для получения толстослойных твердых износостойких покрытий, не привели к положительным результатам.

Все электролиты хромирования содержат свободные кислотные радикалы, которые, действуя как не расходуемые катализаторы, способствуют осаждению хрома на катоде. Помимо этого, во всех электролитах хромирования на основе шестивалентного хрома обязательно присутствуют и ионы трехвалентного хрома. Допустимое содержание ионов трехвалентного хрома для каждого электролита хромирования, как правило, определяется в соответствии с технологическими особенностями процесса и требованиями, предъявляемыми к качеству и функциональным характеристикам хромового покрытия (блеску, твердости, износостойкости и др.). Вместе с тем, обычно рекомендуется поддерживать концентрацию трехвалентного хрома в электролите хромирования в интервале 3-5 г/л.

Электролитическое хромирование, проводимое на основе шестивалентных солей хрома, является высокотоксичным процессом, а используемые для этого электролиты являются агрессивными жидкостями, даже в разбавленных растворах. К тому же, во время электроосаждения хрома происходит усиленное газообразование и в воздух вместе с газом, в виде аэрозоля, поступает большое количество агрессивных веществ. Поэтому при работе с электролитами хромирования должны строго соблюдаться правила техники безопасности и приняты все необходимые меры предосторожности, а используемые ванны хромирования обязательно должны быть снабжены мощными отсасывающими устройствами и вентиляционными установками, очищающими воздух от вредных аэрозольных примесей.

В зависимости от условий проведения процесса электролиза различают три типа хромовых покрытий встречающихся на практике: это блестящие защитно-декоративные покрытия, отличающиеся небольшой толщиной покрытия и позволяющие получать блестящие осадки хрома, затем твердые износостойкие защитные покрытия, позволяющие получать хромовые покрытия большой толщины, с высокими значениями твердости и износостойкости, и молочные безпористые покрытия, использующиеся в основном как подслой, для улучшения коррозионной стойкости покрытий. По функциональному назначению хромовые покрытия можно разделить на защитно-декоративные, износостойкие и молочные. В данной статье мы коснемся только блестящих защитно-декоративных и молочных износостойких хромовых покрытий.

Блестящие защитно-декоративные хромовые покрытия имеют небольшую толщину, в пределах 0,2 - 0,7 мкм, наносятся обычно по подслою меди и никеля, и используются для повышения механической и коррозионной стойкости покрытия, для придания поверхности изделия улучшенных декоративных свойств. Молочные защитные хромовые покрытия осаждают на сталь, алюминий, титан и некоторые другие металлы и сплавы. Получаемые покрытия имеют большую толщину, порядка 10-100 мкм и используются для защиты рабочего инструмента, оптической аппаратуры, для покрытия валов полиграфических машин, турбинных лопаток и т.д.

Электролиты хромирования обладают самой низкой рассеивающей способностью из всех известных на сегодня электролитов. Осаждение хрома и нанесение хромового покрытия требует очень высокой токовой нагрузки в ванне, значительно более высокой, чем в других процессах гальваноосаждения. Это в свою очередь определяет выбор источника тока для хромирования или силового преобразователя, также значительно более мощного, чем для других процессов гальваноосаждения.

Для процесса блестящего декоративного хромирования в основном используют электролиты, содержащую высокую концентрацию хромового ангидрида. К преимуществам такихэлектролитов относится их более высокая электропроводность, а следовательно, возможность проводить осаждение хрома при пониженных плотностях тока, а также меньшая чувствительность к загрязнениям, по сравнению с разбавленными электролитами, используемыми для молочного хромирования. К недостаткам концентрированных электролитов можно отнести в первую очередь его «неэкологичность» (за счет более высокой концентрации ионов шестивалентного хрома, большее количество токсичных соединений хрома, которые выносятся в сточные воды, большие проблем с очисткой сточных вод и т.д.). Преимуществами разбавленных электролитов, используемых для матового хромирования являются прежде всего, меньшие затраты для очистки сточных вод, меньшие затраты для обезвреживания отработанных электролитов, а также более высокий выход по току. Помимо этого, в разбавленных электролитах процесс хромирования проводится при значительно более высокой силе тока (до 150 А/дм2), что позволяет повысить скорость осаждения и уменьшить продолжительность процесса хромирования. К недостаткам разбавленных электролитов относится их низкая электропроводность, для чего необходимо использовать более высоковольтные, чем обычно, источники тока, что соответственно ведет к большему расходу электроэнергии.

Блестящие защитно-декоративные хромовые покрытия не рекомендуется осаждать непосредственно на медную, латунную или бронзовую основу, или подслой из этих металлов, или сплавов. Связано это с тем, что при эксплуатации в атмосферных условиях медь взаимодействует с атмосферными газами с образованием углекислой и других солей меди. Образующиеся соли, скапливаясь в порах, резко ухудшают внешний вид хромового покрытия. В случаях, когда хром необходимо осаждать непосредственно на детали из меди, латуни или бронзы, толщина хромового покрытия должна быть не менее 4-5 мкм. Трехслойное декоративное хромовое покрытие, в связке Cu-Ni-Cr (медь-никель-хром) обладает достаточно высокими защитными и антикоррозионными свойствами. Первый тонкий медный подслой обеспечивает прочность сцепления покрытия с основой. Второй, толстый слой меди, повышает коррозионную стойкость и защитную способность покрытия, и позволяет уменьшить толщину осадка дорогостоящего никеля, при этом сохранить необходимые коррозионные свойства всего покрытия. При этом важно, чтобы, помимо выравнивающих добавок в электролит меднения входили также эффективные блескообразующие добавки, позволяющие получать не только гладкие, но и блестящие осадки меди. На такой блестящий слой меди и осаждают блестящее никелевое покрытие из электролитов никелирования, также содержащих блескообразующие и выравнивающие добавки. Важная роль в защитно-декоративных свойствах покрытия Cu-Ni-Cr принадлежит последнему слою блестящего хрома. Так как в отличие от никеля, который со временем пассивируется и имеет желтоватый оттенок, блестящий хром не тускнеет и имеет красивый голубоватый оттенок, а само хромовое покрытие обладает более лучшими декоративными свойствами. Помимо этого, в западных странах никель вообще запрещено использовать как конечное декоративное покрытие, если с ним возможен прямой контакт человека, так, как было обнаружено, что никель является сильным аллергеном.

Самыми распространенными электролитами хромирования являются электролиты, состоящие из окиси хрома и серной кислоты. Они бывают разбавленные, стандартные и концентрированные.

Номер ванны CrO3, г/л Катализатор или добавка, г/л Температура, °С Плотность тока, А/дм2 Выход по току, %
1 130-175 1,3 - 1,75 H2SO4 40-70 15-105 16-18
2 220-250 2,2 - 2,5 H2SO4 40-70 15-105 12-14
3 275-300 2,75 - 3,0 H2SO4 40-70 15-105 8-10

У разбавленных электролитов наилучшая рассеивающая способность, но электролит не очень устойчив по составу, а хромированные осадки склонны к шероховатости. Наиболее часто используется стандартный электролит хромирования, т.к. имеет более широкий диапазон плотностей тока, а колебания по составу не значительны. Концентрированный электролит хромирования имеет самую низкую рассеивающую способность, а осадки отличаются наименьшей твердостью, но имеют высокую декоративность.

В некоторых случаях в электролит добавляют катионы цинка. Такие электролиты используются для нанесения износостойких покрытий на деталях, работающих в условиях воздействия сред повышенной агрессивности. Для повышения рассеивающей способности электролита и улучшения физико-химических свойств хромовых покрытий, в электролит вводятся органические добавки. Недостатком органических веществ является их взаимодействие с хромовой кислотой, что приводит уже в начале процесса электролиза к накоплению излишнего количества трехвалентного хрома в электролите.

Во всех технических электролитах, содержащих хромовую кислоту, для обеспечения стабильности процесса хромирования, важно поддерживать правильное соотношение между концентрациями хромовой кислоты и каталитической добавкой. Величину отношения концентрации хромовой кислоты к полной концентрации каталитических кислотных радикалов, необходимо поддерживать в пределах от 50:1 до 200:1, но лучше всего подходить пропорция 100:1 (концентрации здесь выражены в граммах СrО3, Н2SO4).

Процесс осаждения хрома и свойства получаемого хромового покрытия во многом зависят от режима осаждения хрома, т. е. от катодной плотности тока и температуры электролита. Наиболее ясное представление о примерных граница х режимов электролиза, обеспечивающих получение серого, блестящего и молочного осадков хрома, дает диаграмма плотности тока и температуры (DK—t), изображенная на рисунке 1.

Серый осадок хрома появляется на катоде при низких температурах электролиза (35...50°С) и широком диапазоне плотностей тока. Осадки блестящего хрома обладают высокой твердостью (6000... 9000 Н/мм2), высокой износостойкостью и имеют меньшую хрупкость. 


Рис. 1. Зоны хромовых осадков.

Молочный хром получается при более высокой температуре электролита (выше 70°С) и более широком широком интервале плотностей тока. Молочные осадки отличаются пониженной твердостью (4400.. 6000 Н/мм2), но обладают пластичностью и имеют повышенную коррозионную стойкость.

Сверхсульфатный электролит хромирования

Сверхсульфатный электролит хромирования рекомендуется для скоростного осаждения толстослойных, блестящих и износостойких хромовых покрытий (до 500 мкм).

Состав сверхсульфатного электролита хромирования, г/л:

Хромовый ангидрид (CrO3) 250-300 г/л

Серная кислота (H2SO4) 8-10 г/л

Хром трехвалентный (в пересчете на Сг203) 20-22.

Температура электролита должна быть не ниже 500С, а плотность тока во время процесса хромирования более 55 А/дм2. Из сверхсульфатного электролита в широком интервале температур и плотностей тока (до 300 А/дм2) осаждаются износостойкие, твердые хромовые покрытия.

Рекомендуемые режимы электролиза:

Сверхсульфатный электролит хромирования имеет крайне низкую рассеивающую способность. Поэтому он рекомендуется только для нанесения хромовых покрытий на цилиндрические детали: штоки, валы, цилиндры и т.д., при использовании специальной оснастки, обеспечивающей концентрическое (коаксиальное) расположение детали и анода. Рекомендуемый состав анодов: РЬ 79­86%; Sb 4-6%; Sn 10-15%

Саморегулирующийся сульфатный электролит хромирования

Саморегулирующийся сульфатный электролит подобен стандартному электролиту хромирования, т.к. в его состав входит только один анион катализатор - сульфат. Различие заключается лишь в том, что сульфаты вводятся в электролит не в виде серной кислоты, а в виде трудно растворимой соли - сульфата стронция. Содержание сульфатов в электролите регулируется благодаря ограниченной растворимости этой соли. Состав саморегулирующегося сульфатного электролита хромирования, г/л:

Хромовый ангидрид (Сг03) 250;

Сернокислый стронций (SrS04) 6-8;

Двуокись кремния (SiO;) 10-15.

Режим работы электролита:

Блестящие твердые покрытия: Плотность тока 60-95 А/дм2. Температура 60-650С.

Молочные толстослойные покрытия: Плотность тока 20-50 А/дм2.Температура 78-800С.

Саморегулирующийся сульфатно-кремнефторидный электролит хромирования

В саморегулирующемся сульфатно-кремнефторидномэлектролите анионами-катализаторами являются ионы S042- и SiF62-. Основные преимущества данного электролита по сравнению с сульфатным электролитом, заключается в большей стабильности состава, несколько более высокой рассеивающей способности, более высоком выходе по току и более широкому интервалу допустимых температур, и плотностей тока, обеспечивающих получение блестящих осадков хрома. При использовании данного электролита легче решается проблема получения прочного сцепления хрома с блестящим никелевым покрытием, нержавеющей сталью. Объясняется это тем, что фторсодержащие электролиты обладают значительно большей активирующей способностью, чем электролиты без фтора. Процесс хромирования в этих электролитах менее чувствителен к перерывам тока.

Главным недостатком саморегулирующихся кремнефторидных электролитов хромирования является их повышенная агрессивность по сравнению со стандартными электролитами, особенно по отношению к медным сплавам, стали и к свинцовым анодам. Скорость растворения металлов в саморегулирующемся электролите хромирования, а следовательно, и скорость накопления в нем ионов железа или меди выше, чем в сернокислом. При плохой рассеивающей способности электролита участки хромируемых деталей, на которых реализуется более низкая плотность тока, более медленно покрываются хромом и подвергаются, с одной стороны, травлению электролитом, а с другой - сильному наводораживанию.

Состав саморегулирующего сульфатно-кремнефторидного электролита, г/л:

хромовый ангидрид (CrO3) — 250--300:

сернокислый стронций (SrSO4)— 5,5 -6,5

кремне­фтористый калий (K2SiF6) — 18- 20

Тетрахроматный электролит хромирования

Тетрахроматный электролит имеет довольно необычный для электролитов хромирования состав - наряду с хромовой и серной кислотами он содержит достаточно большое количество щелочи, которая частично нейтрализует кислоту. Несмотря на это, при электроосаждении хрома из тетрахроматного электролита сохраняются все особенности процесса, характерные для остальных электролитов хромирования. К особенностям тетрахроматного электролита относится то, что он обладает более высокой, чем у всех остальных электролитов хромирования, рассеивающей способностью. Достоинством этого электролита хромирования является то, что хром из него осаждается при комнатной температуре (18-25оС) с высоким выходом по току. При повышении температуры тетрахромат распадается и электролит теряет свои специфические свойства. Поэтому в процессе работы очень важно постоянно контролировать и поддерживать низкую температуру, при необходимости охлаждая раствор электролита.

К электролитам тетрахроматного типа относятся и электролиты, в которых вместо щелочи используют углекислый кальций. В некоторых случаях рекомендуется добавлять в электролит 0.5-10 г/л вольфраматов или солей магния, в присутствии которых осаждаются хромовые покрытия, обладающие лучшей полируемостью.

Состав тетрахроматного электролита хромирования, г/л:

Хромовый ангидрид (СrO3) -350-400

Едкий натр (NaOH) - 40-60

Серная кислота (H2SO4) - 2.5-2.7

Хром трехвалентный (на Cr2O3) - 10-15

Температура электролита -18-250С. Плотность тока -10-80 А/дм2

Тетрахроматный электролит используется исключительно для получения защитно-декоративных покрытий. Ввиду того, что электролиз ведется при комнатной температуре, осадки получаются серыми. Однако, благодаря низкой твердости и достаточно высокой пластичности, они могут быть отполированы до зеркального блеска, характерного для блестящих декоративных хромовых покрытий. Относительно высокая рассеивающая способность тетрахроматного электролита позволяет применять его для нанесения хромовых покрытий на пресс-формы, используемыех, например, для изготовления деталей из пластмасс.

Хромовые покрытия, полученные из тетрахроматного электролита, имеют значительно более низкую пористость по сравнению с хромом из сульфатных электролитов, но для получения износостойких покрытий тетрахроматные электролиты не используются. Хромовые покрытия из тетрахроматного электролита толщиной 5-10 мкм можно применять для местной защиты поверхности стальных деталей, при газовой цементации или нитроцементации.

Электролиты черного хромирования

Черное хромирование применяется для покрытия оптических систем и деталей, которые должны иметь хорошую теплоотдачу в пространство. Толщина слоя черного хрома составляет 1,5-2,0 мкм. Покрытие черного хромирования обладает хорошей термостойкостью, и в отличии черного никеля или черных оксидных покрытий, являются износостойкими.

Состав электролита и режим осаждения №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8
Хромовый ангидрид 250 200 250-400 250 150-400 250 250 200 400
Уксусная кислота - 6.5 5 - _
3 .
Ванадат аммония - 20 - - _ _
Оксалат железа - - - - 15-75 - - -
Карбамид 2.5
Фторид хрома
Борная кислота - - - - 15 _
Нитрат натрия 3-5 - - 5 _
Гексафторалюминат натрия 0.2 - - - 0.1 - - -
Плавиковая кислота - - - - - - 0.21
Кремнефторис товодородная кислота - - - 1.25 - - -
Хромин 2-3 - - 1.53 - - -
Температура,°С 18-25 10-30 10-30 18-25 18-25 15-25 60-70 18-40
Плотность тока, А/дм2 15-30 50-100 50-100 10-60 10-50 10-50 20-30 50-120

Продолжительность процесса черного хромирования составляет 4-6 минут.

Примеси в электролите хромирования.

Присутствие в электролитах хромирования посторонних примесей может приводить к ухудшению качества хромового покрытия. Причиной появления примесей часто является нарушение самой технологии хромирования. Следует подчеркнуть, что наименьшее накопление вредных примесей происходит в электролитах, используемых для блестящего декоративного хромирования. Это объясняется тем, что из-за недолгой продолжительности процесса блестящего хромирования, подвески с деталями постоянно выносят на своей поверхности электролит с примесями. А необходимость регулярно доливать или воду, или свежую порцию электролита, приводит к разбавлению раствора электролита и предотвращает накопление в нем примесей в опасных концентрациях.

Осаждение хрома на алюминий и его сплав

Хром осаждают на детали из алюминия или его сплавов в основном в тех случаях, когда необходимо повысить их износостойкость, термостойкость или улучшить антифрикционные свойства. Непосредственное хромирование алюминия и его сплавов невозможно, что объясняется наличием на поверхности алюминия инертной оксидной пленкой прочно сцепленной с основой. Эта пленка повышает антикоррозионные свойства алюминиевой поверхности, но одновременно препятствует получению необходимого сцепления с ней хромовых и любых других гальванических покрытий. Если удалить эту пленку и опустить алюминий в раствор соли, какого-либо металла, то из-за высокого электроотрицательного потенциала алюминия на его поверхности будут контактно выделяться содержащиеся в растворе более электроположительные металлы, например медь, никель, хром, олово, или кадмий и т.п. А как известно, контактное осаждение не позволяет получать удовлетворительное сцепление покрытия с основой. Поэтому, как и в случае с титаном, для электроосажления на алюминий применяются специальные технологии.

В промышленности применяются две их разновидности:

- Активация (удаление оксидной пленки с одновременным легким подтравливанием) поверхности алюминия и одновременное осаждение на его поверхности прочно сцепленного с основой тонкого слоя металла, служащего в качестве подслоя для последующего нанесения слоя покрытия;

- Анодное оксидирование алюминия с целью формирования на нем оксидной пленки определенной структуры и толщины, которые обеспечивают надежное сцепление с ней последующего покрытия.

«Цинкатная»щелочная обработка заключается в обработке алюминиевых изделий в растворе цинката, содержащего раствор щелочи и оксида цинка. Процесс осуществляется, путем опускания алюминиевой детали на несколько секунд в раствор цинката при температуре 18-25°С. При этом имеющаяся оксидная пленка вытравливается с поверхности алюминия и, одновременно на ее месте формируется тонкий слой цинка. В принципе уже на этот слой можно наносить хромовое покрытие. Однако для улучшения сцепления рекомендуют первый слой цинка удалять, растворяя его в растворе азотной кислоте (300-500 г/л). Затем, после тщательной промывки, детали опять погружают в цинкатный раствор на 10-15 сек. Такой метод называется «двойной цинкатной обработкой» или «двойным цинкатом». Для получения более плотных, компактных с лучшими антикоррозионными свойствами пленок, рекомендуют добавлять в цинкатный раствор хлорид железа и сегнетову соль.

impgold.ru

Хромирование (Cr)

Хромирование (поверхностное насыщение хро­мом) проводят для повышения коррозионной стойкости, кислостостойкости, окалиностойкости (до 850° С) и т. д. Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей по­вышает твердость и износостойкость.

Хромирование чаще всего проводят в порошкообраз­ных смесях (50% металлического хрома или феррохро­ма, 49% окиси алюминия и 1% хлористого аммония). Процесс осуществляется при температуре 1000—1050°С. Диффузионный слой, получаемый при хромировании уг­леродистых сталей, состоит из карбидов хрома. Толщина хромированного слоя достигает 0,15—0,20 мм при длительности процес­са 6—15 ч. Чем больше углерода в стали, тем меньше толщина слоя.

Значительно реже применяется газовое хромирова­ние. Процесс проводят в среде, содержащей пары CrCl2. Пары CrCl2 получают пропусканием осушенных Н2 и НС1 через феррохром или хром при температуре 980°С. За 3-5 ч получают слой толщиной 0,06-0,10 мм.

Иногда применяют хромирование в вакууме. Изде­лия засыпают кусочками (диаметром 1—3 мм) хрома в стальном или керамическом тигле и помещают в ваку­умную печь. При высокой температуре (960—1000° С) хром испаряется и диффундирует в сталь.

Хромирование применяют для пароводяной армату­ры, клапанов, вентилей, а также деталей, работающих в агрессивных средах.

Борирование (b)

Борированием называется насыщение стали бо­ром. Борирование проводят с целью повышения стой­кости против абразивного износа. Толщина борированных слоев не превышает 0,3 мм.

Широкое распространение получил метод электро­лизного борирования в расплавленных солях, содержа­щих бор. Деталь служит катодом в ванне с расплавлен­ной бурой. Температура процесса 900—950° С. Процесс можно вести и без электролиза в ваннах с рас­плавленными хлористыми солями, в ко­торые добавляют порошкообразный ферробор или кар­бид бора.

Применяют также и метод газового борирования. В этом случае насыщение бором проводят в среде диборана в смеси с водородом при температуре 850—900° С.

Борированию подвергают втулки грязевых нефтяных насосов, штамповый инструмент и т. д.

Силицирование (Si)

Силицированием называется процесс насыще­ния поверхности стали кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стой­кость в морской воде, в различных кислотах и повышен­ную износостойкость. Кроме того, силицирование резко повышает окалиностойкость молибдена и некоторых других металлов и сплавов.

Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в α-железе. Силицированный слой не­смотря на низкую твердость и значитель­ную пористость после пропитки маслом при температуре 170—200° С имеет повышенную износостойкость.

Силицирование можно проводить в порошкообраз­ных смесях, состоящих из 60% ферросилиция, 39% оки­си алюминия и 1 % хлористого аммония, но наиболее часто применяют газовое силицирование. При газовом силицировании при температуре 1000°С в течение 2—4 ч образуется слой толщиной 0,5—1,0 мм.

Силицированию подвергают детали, применяемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной про­мышленности.

В последние годы разработаны и получают промыш­ленное внедрение новые процессы поверхностного насы­щения металлов — титанирование и цинкование.

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о