Реферат: Хромирование в машиностроении

1.   ВВЕДЕНИЕ.

Создание первыхпроизводственных установок по хромированию относится к концу 20-х годовтекущего столетия. За истекший период времени хромовые покрытия, по сравнению сдругими гальваническими покрытиями, получили наиболее широкое распространение.Такое положение объясняется ценными свойствами хрома, позволяющими сочетать впокрытии красивый внешний вид и коррозионную стойкость с высокой твердостью иизносостойкостью.

Важной областью хромирования являютсязащитно-декоративные покрытия. Наряду с этим хромовые покрытия получили широкоераспространение в машиностроении для увеличения износостойкости новых деталеймашин и инструмента, а также для восстановления изношенных деталей. Последнееприобрело особенно большое значение при ремонте двигателей внутреннего сгоранияв связи с созданием технологии пористого хромирования.

Однако применение электролитического хромирования длявосстановления изношенных деталей машин ограничивается глубиной износа. Вслучаях, когда величина износа достигает 0,7 – 1,0 мм хромирование становитсянерациональным, так как при большой толщине слоя покрытия продолжительностьпроцесса осаждения велика, а осажденный металл имеет склонность к скалыванию.

В этих случаях может быть применено железнение.Твердость и износостойкость электролитического железа значительно ниже, чемхрома. Поэтому железненные детали подвергаются дополнительно хромированию илицементации.

2.   ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

 

Хром – элемент 6-й группы периодической системыэлементов Д.И. Менделеева. Его атомный номер 24, атомная масса 51,99. До хромани один элемент периодической системы не выделяется электролизом из водныхресурсов.

Физические свойства хрома следующие: температураплавления 1890 — 1900 оС; плотность (при 20 оС) 6,9 7,2г/см3; температурный коэффициент линейного расширения (при 20 оС)6,6 ´ 10-6  К-1; удельнаятеплоемкость 0,46 ´ 103 Дж /(кг ´ К).

Соединения шестивалентного хрома являются сильнымиокислителями. Все хромовые кислоты относятся к сильным; по мере усложнения ихсостава степень их диссоциации в разбавленных растворах возрастает. Оксид Cr2O3 обладаетамфотерными свойствами. Соединения Cr2++, обладающие основными свойствами, неустойчивы.

Электрически осажденный хром обладает рядом ценныхсвойств: высокой твердостью, износоустойчивостью, термостойкостью и химическойустойчивостью.

Хром обладает большой стойкостью против воздействиямногих кислот и щелочей: он нерастворим в растворах азотной и серной кислот, всоляной и горячей серной кислотах легко растворяется, на воздухе и поддействием окислителей пассивируется – на его поверхности образуется тонкаяокисная пленка. Хром положительный потенциал и не обеспечивает при наличии впокрытии пор электрохимической защиты от коррозии стальных деталей.

Хорошо полированная поверхность хрома имеет высокиедекоративные качества, которые отличаются стабильностью во времени: хром нетускнеет даже после нагрева до 670 – 720 К. Сернистые соединения на хром недействуют.

Хромовые покрытия применяют в следующих случаях:

1.    Для защитно-декоративных целей.Хромовое покрытие с подслоем меди и никеля хорошо защищает сталь от коррозии,придавая изделиям красивый внешний вид. Защитно-декоративному хромированиюподвергают детали автомобилей, велосипедов, приборов и т.п.

2.    Для увеличения отражательнойспособности. Отражательная способность хромового покрытия уступает лишьотражательной способности серебра и алюминия, однако вследствие более высокойстойкости против окисления отражательная способность хрома более стабильна.Хромовое покрытие поэтому широко используется в производстве зеркал,отражателей, прожекторов.

3.    Для увеличения износоустойчивости.Хромирование с этой целью используется в инструментальном производстве приотделке мерильных инструментов, фильер для волочения металлов и т.п. Большойэффект дает хромирование штампов и матриц при изготовлении различных изделий изрезины, пластмасс, кожи, стекла. В этом случае хромовое покрытие не толькообеспечивает износостойкость, но также исключает налипание прессуемыхматериалов к поверхности матриц. Хромовое покрытие значительно снижаетсмачиваемость стенок форм расплавленным стеклом или металлом. Значительноеповышение износостойкости трущихся поверхностей стенок цилиндров и поршневыхколец двигателей внутреннего сгорания достигается при применении процессовпористого хромирования.

4.    Для восстановления изношенныхразмеров. Наращивание слоя хрома на изношенные поверхности термообработанныхвалов, втулок позволяет восстановить размеры деталей и этим увеличить срокэксплуатации изделий.

Толщина хромовых покрытий устанавливается в зависимостиот условий эксплуатации и назначения покрытий по отраслевойнормативно-технической документации и имеет следующие значения, мкм:

Защитно-декоративные:

по никелевомуподслою ……………………………………………………………….0,5 — 1,5

для деталей измеди и ее сплавов…………………………………………………...…6,0 – 9,0

Повышающиеизносостойкость пресс-форм, штампов и т.п…………………………9 – 60

Восстанавливающиеизношенные размеры……………………………………………до 500

3. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ.

Электролитическое хромированиеприменяется для внешней отделки изделий, повышения износостойкости, для защитыот коррозии и в ряде других случаев.

Декоративные и защитно-декоративные покрытия хромомотличаются долговечностью. Поэтому многие изделия, и в особенности работающие втяжелых условиях эксплуатации, подвергаются декоративному хромированию:например, детали автомобилей, самолетов, вагонов, приборов, а также инструментыи изделия бытового характера.

Полированные хромовые покрытия обладают хорошейотражательной способностью. Коэффициент отражения света хромом достигает 70%.Эта величина несколько меньше, чем для серебра, но зато хром не тускнеет навоздухе. Поэтому хромирование используется в производстве различного типа фар идругих малоответственных светоотражателей. Наряду с этим, из хромовогоэлектролита возможно осаждение черного хрома, применяющегося для уменьшениякоэффициента отражения света.

Износостойкие хромовые покрытия применяются для многихинструментов и деталей машин, работающих на трение. К хромированию прибегаютпри покрытии новых деталей, а также при восстановлении изношенных, потерявшихразмеры во время работы на трение. Большое значение имеет исправление деталей,забракованных по размерам.

Номенклатура деталей, подвергаемых хромированию дляповышения износостойкости, достигает больших размеров: детали мерительныхинструментов, предельные калибры, режущий инструмент – метчики, сверла,развертки, фрезы, протяжки, долбяки и пр., инструмент для холодной обработкиметаллов давлением – волочильные глазки, пуансоны и матрицы для листовойштамповки, штампы для холодной штамповки и т.д.

Благодаря хромированию не только увеличивается срокслужбы деталей, но часто повышается качество выпускаемой продукции. Этонаблюдается при хромировании валиков бумагопрокатных станов, штампов ипрессформ для обработки неметаллических материалов и резины. Здесь важноезначение имеют химическая стойкость и плохая смачиваемость хрома, чтообеспечивает легкое отделение от формы и блеск отпрессованных деталей.

Применение износостойких хромовых покрытий длявосстановления изношенных деталей станков и двигателей внутреннего сгоранияпозволяет во много раз увеличить срок их службы. Примерами подобных деталеймогут служить шпиндели станков, шейки коленчатых валов, распределительныевалики, толкатели клапанов, поршневые пальцы, шейки валиков различных агрегатов и другие детали.

Важной областью использования износостойких хромовыхпокрытий является хромирование цилиндров или поршневых колец двигателейвнутреннего сгорания. Однако для этих деталей, работающих в условияхограниченной смазки и высоких удельных нагрузок, положительного эффекта отхромирования можно ждать лишь при покрытии пористым хромом.

Хромовые покрытия нашли применение также для защитыизделий от коррозии. Хром, осажденный при определенных условиях электролиза,обеспечивающих получение беспористых осадков при толщине слоя 40 – 50 мк,защищает стальные изделия от атмосферной коррозии и коррозии в морской воде.

4. РЕЖИМЫ ХРОМИРОВАНИЯ.

 

Они оказывают большое влияниена свойства хромового покрытия и на его качество.

Дляулучшения кроющей способности сульфатных электролитов сразу же после загрузкидеталей дается ток, в 1,5 раза превышающий расчетное значение (“толчок” тока);через 15-30 с значение тока снижается до номинального. При хромированиистальных деталей вначале дается ток противоположного направления для анодногорастворения окисных пленок, а затем “толчок” тока в прямом направлении, какуказано выше. “Толчок” тока особенно необходим при хромировании деталей изчугуна.

Табл. Режимы хромированияВид хромирования Температура, К

Плотность тока, А/дм2

Защитно-декоративное (блестящее)

Износостойкое (твердое)

Молочное

320-325

330-332

324-334

15-25

30-50

25-35

Пористое хромирование. Для хромовых покрытий, за исключение “молочных”,характерно наличие пор и сетки мелких трещин, которые снижают защитные свойствапокрытия. С целью улучшения условий для удержания смазочных масел в условияхбольших нагрузок на поверхность трудящихся деталей размеры пор и трещинувеличивают анодной обработкой в том же электролите, где происходило осаждениехрома.

Приготовление и корректирование электролитов.Для приготовления электролитов раздробленные кускихромового ангидрида помещают непосредственно в рабочую ванну, наполненную доуровня водопроводной водой, нагретой до температуры 330-350 К. Растворениехромового ангидрида ведут при непрерывном помешивании. 

5.    ПРИГОТОВЛЕНИЕ, КОРРЕКТИРОВАНИЕ И РАБОТА ХРОМОВЫХ ВАНН.

5.1.    ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА.

Химикатыдля хромирования. Электролиты для хромовыхванн приготовляются из двух основных компонентов – хромового ангидрида и сернойкислоты.

Хромовый ангидрид CrO3. Молекулярный вес 100. Удельный вес 2,7. По ГОСТ2548-44 в техническом хромовом ангидриде, применяемом для приготовленияэлектролитов, допускается содержание следующих примесей:

Серной кислоты не более 0,4%

Посторонних металлов в сумме неболее 0,007%

Хлора не более 0,0006%

Нерастворимого остатка не более0,22%

Хромового гидрида не менее 99,2%

Примесь азотной кислоты не допускается.

Выпускаемый отечественною промышленностью хромовыйангидрид представляет собой плавленую кристаллическую массу темно-красногоцвета. На воздухе хромовый ангидрид поглощает влагу.

Серная кислота H2SO4. Молекулярный вес 98,08. Удельный вес 1,84. Дляприготовления электролита используется чистая серная кислота, ГОСТ 4204-48. Впорядке исключения допускается применение технической кислоты.

Серная кислота бесцветна. Присутствие органическихпримесей может вызвать коричневый оттенок, что, однако, не мешает использованиюсерной кислоты для хромового электролита.

Составление электролита. Для приготовления электролита рассчитанное количествохромового ангидрида дробится на небольшие куски, загружается в ваннухромирования и заливается для лучшего растворения водой, подогретой до 60-80о.При этом можно использовать водопроводную воду, не загрязненную железом,однако, в районах с жесткой водопроводной водой для этих целей необходимопользоваться конденсатором или даже дистиллированной водой.

После растворения хромового ангидрида растворперемешивают и определяют в нем содержание CrO3 по удельному весу.

Раствор после тщательного перемешивания подвергаютанализу и, установив действительное содержание CrO3 и H2SO4,подсчитывают и дополнительно вводят недостающее количество компонентов.

Проработка электролита. Для нормального осаждения хрома рекомендуетсясодержание в электролите небольшого количества Cr3+, около 2-4 г/л. В готовом электролите производятпробное хромирование.

Замена хромового электролита производится через 1-2года и зависит от интенсивности эксплуатации ванны и загрязнения ее примесями.

При эксплуатации ванны следует учитывать, что впроцессе электролиза концентрация трехвалентного хрома в электролите изменяетсяв зависимости от конфигурации деталей. Так, при хромировании деталей, площадьпокрытия которых больше площади анода, например, при хромировании внутреннейповерхности цилиндра, концентрация трехвалентного хрома в электролитепостепенно возрастает. Если же площадь детали – катода значительно меньшеплощади анода, что имеет место при хромировании наружных цилиндрическихповерхностей, то содержание трехвалентного хрома в электролите понижается.

5.2. КОРРЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА.

Для поддержания постоянной концентрации CrO3и H2SO4 электролит периодически корректируют путемвведения в него новых порций хромового ангидрида и серной кислоты.

Количестводобавляемого в ванну хромового ангидрида определяется на основании удельноговеса электролита или результатам анализа. Добавление в ванну CrO3осуществляется ежедневно.

Корректированиеэлектролита серной кислотой производится значительно реже. Один раз в 7-10 днейэлектролит подвергают анализу на содержание трех- и шестивалентного хрома исерной кислоты. На основании анализа рассчитывают недостающее количество  H2SO4и вводят его в электролит. После этого электролит тщательно перемешиваюти дают ему отстояться. Поэтому серную кислоту рекомендуется вводить в ванну вовремя перерывов в работе.

5.3. АНОДЫ.

Материаломанодов для ванны хромирования служит чистый свинец или сплав, состоящий из92-93% свинца и 8-7% сурьмы. Аноды из сплава Pb или Sb в меньшей степени покрываются нерастворимой и непроводящейпленкой хромовокислого свинца, чем аноды из чистого свинца.

Во времяэлектролиза выделяющийся на аноде кислород, взаимодействуя со свинцом, образуетна его поверхности темно-коричневого цвета непроводящую пленку перекиси свинца.Сопротивление анода в процессе электролиза увеличивается и поэтому черезопределенные периоды работы ванны необходимо аноды чистить. При непрерывнойработе ванны и высоких плотностях тока очистку анодов производят один раз всмену или после окончания цикла электролиза.

Удалениеокисной пленки с анодов производится путем обработки их в соляной кислоте,разбавленной 1:1, или в 10-процентном растворе едкого натра. После этого анодыпромываются водой.

По формеаноды изготавливаются в большинстве случаев плоскими и цилиндрическими. Однаков следствие плохой рассеивающей способности хромового электролита, при покрытиидеталей с глубоким рельефом очертания анода должны определяться формой катода.

5.4. ВЛИЯНИЕПРИМЕСЕЙ.

По мереработы хромовой ванны в электролите могут накапливаться железо, медь инекоторые другие металлы.

Железо по мере накопления вэлектролите (главным образом вследствие анодного декапирования стальных ичугунных деталей), подобно трехвалентному хрому, суживает интервал полученияблестящих осадков. Допустимое содержание железа в электролите 8-10 г/л. Напрактике иногда содержание железа в электролите достигает 20-250 г/л, но приэтом сильно снижается выход хрома по току. Удалить из хромового электролитачрезвычайно сложно. Поэтому электролит с большим содержанием железа обычнозаменяют новым.

В настоящеевремя имеются указания на возможность осаждения железа желтой кровяной солью.Предполагается, что реакция между желтой кровяной солью и железом, находящимсяв хромовом электролите в виде окисной сернокислой соли, протекает по следующемууравнению:

3K4Fe (CN)6 + 2Fe2 (SO4)3= Fe4 [Fe (CN)6]3 + 6K2SO4

Дляудаления железа желтую кровяную соль, взятую из расчета 5,6 г на 1 г железа вэлектролите, растворяют в малом объеме воды и при перемешивании вливают вэлектролит небольшими порциями. Образующемуся осадку берлинской лазури даютотстояться, после чего электролит осторожно сливают. При этом важно избегатьвведения избытка желтой кровяной соли, в присутствии которого не образуетсяосадок берлинской лазури.

Действие,подобное железу, оказывают медь, цинк и другие металлы. Содержание меди вэлектролите допускается 5-7 г/л.

Необходимоиметь в виду, что ванны хромирования мало чувствительны к примесям другихметаллов. Поэтому при неполадках в работе ванны не следует искать причину взагрязнении ее теми или иными соединениями металлов.

Безусловновредное действие на процесс хромирования оказывает азотная кислота. Даже прималых количествах HNO3 в электролите, около0,1-0,2 г/л, осадки хрома получаются темные. Поэтому примесь азотной кислоты вэлектролите не допускается.

5.2.    РАБОТА ХРОМОВОЙ ВАННЫ.

Залогомуспеха при хромировании является правильность выбора режима электролиза, атакже соблюдение его при хромировании. Совершенно не допускаются отклонения отустановленной величины плотности тока и температуры электролита. Колебаниепоследней допускается в пределах +- 1о. Дляполучения одинаковой плотности тока, на одновременно загруженных в ваннудеталях необходимо руководствоваться следующими правилами. Подвески и контакты(крючки, крючки с прижимами и т.п.) должны изготавливаться из одинаковыхматериалов. Поперечное сечение токопроводящих частей подвесок должно бытьрассчитано на требуемую силу тока без значительного нагревания. Качествоконтактов при хромировании ввиду применения больших плотностей тока имеетисключительно важное значение. Поэтому поверхность контактов необходимо тщательноочищать от коррозии и всякого налета электролита.

Кроме того,расстояние между изделиями и анодами в ванне для всех подвесок должно бытьодинаковым. Несоблюдение этих требований может привести к неоднородностипокрытия по толщине слоя хрома, образованию так называемого “пригара” на однихдеталях и матовых осадков на других.

В процессехромирования не допускаются перерывы тока, так как при повторном наращиваниипроисходит отслаивание хрома. Это можно наблюдать либо непосредственно послехромирования, либо после механической обработки, в результате которой верхнийслой хрома осыпается. Повторное хромирование допустимо, если изделие послеперерыва тока подвергнуть анодному травлению в течение 30-40 сек. при плотноститока 25-30 а/дм2, а затем, изменив направление тока, продолжатьхромирование. При этом осаждение хрома следует начинать с относительно низкихкатодных плотностей тока (но не ниже 20-25 а/мд2), и постепенноувеличивать до установленной величины.

Прихромировании рельефных деталей рекомендуется в начале электролиза произвести“толчок тока”; это особенно целесообразно в отсутствии фигурного анода. Этотприем состоит в том, что электролиз начинают при плотности тока, примерно,вдвое больше, чем следует, а спустя 1-2 мин., величину ее постепенно снижают донормальной. Благодаря “толчку тока” удается осадить хром на углубленныхучастках изделия.

5.6. УДАЛЕНИЕПОКРЫТИЯ.

Недоброкачественныехромовые покрытия могут быть легко удалены с поверхности изделия.

Хромированныедетали, изготовленные из стали и сплавов на медной основе, обрабатывают прикомнатной температуре в соляной кислоте, разбавленной 1:1.Растворяется хром достаточно энергично; для ускоренияпроцесса раствор подогревается до 35-40о. Для удобства наблюдения зарастворением хрома детали следует загружать в ванну на сетках из винипласта.

Этот способнепригоден для деталей, насыщение которых водородом не допускается, например,для чугунных поршневых колец. Для таких деталей применяется способ, состоящий ванодном растворении хрома в щелочи.

Дляудаления хрома изделие завешивают на анодную штангу в ванне с 15-20-процентнымраствором каустической соды. Анодное травление производят при комнатнойтемпературе и анодной плотности тока 10-15 а/дм2. Катодами служатстальные пластины. В растворе не допускается присутствие ионов хлора,способствующих растворению основного металла детали.

Удалениехлора можно производить также путем анодного растворения покрытия в хромовомэлектролите. Однако делать это в ванне хромирования не рекомендуется ввидузагрязнения электролита железом и сильного увеличения концентрациитрехвалентного хрома. Этот способ может быть рекомендован для удаления хрома салюминиевых деталей. Образующаяся при этом на поверхности алюминия окиснаяпленка удаляется зачисткой ее наждачным полотном или растворением в щелочи.

5.7.ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ.

Соблюдениережима электролиза и своевременное корректирование электролита служат залогомполучения доброкачественного хромового покрытия. Низкое качество подготовкиповерхности перед покрытием и отступления от установленной технологии являютсяосновными причинами возникновения дефектов.

Дефектыпокрытий.

Вид дефекта Причины возникновения и способы устранения Отслаивание покрытия

а) Плохая механическая или химическая подготовка поверхности изделия перед покрытием.

Б) Деталь перед хромированием недостаточно прогрелась в электролите. Резко снизилась температура электролита, например вследствие добавления холодной воды во время электролиза. Резко увеличилась плотность тока.

В) Перерыв тока в процессе хромирования.

Отслаивание хрома вместе с подслоем никеля Недостаточное сцепление никеля с основным металлом детали; неправильный pH  никелевого электролита. Темные с коричневым оттенком и “пригаром” (частой сыпью) покрытия

Недостаточное содержание серной кислоты: отношение CrO3/H2SO4  около 200 и более

Серые с равномерной сыпью покрытия. Кроющая способность электролита снизилась. Высокое содержание в электролите трехвалентного хрома. Сильное загрязнение электролита железом или медью. Отсутствие хрома на углубленных участках поверхности изделия Плохая кроющая способность электролита. Необходимо произвести “толчок тока” перед покрытием. Отсутствие покрытия на отдельных участках поверхности изделия Экранирование участка поверхности изделия другим изделием на той же подвеске или соседней подвеской. Шелушение покрытия или отложение очень тонкого слоя хрома наряду с образованием грубых толстых осадков на неизолированных участках подвески Неудовлетворительный контакт между деталью и подвеской. Отсутствие хромового покрытия вокруг отверстий Не произведена зачеканка отверстий свинцом. Серое покрытие с сильно шероховатой поверхностью Значительная пористость основного металла Большое количество мелких точечных углублений Неправильное положение детали в ванне, препятствующее быстрому удалению пузырьков водорода с некоторых участков поверхности Серое покрытие на нижней части детали Малое расстояние между нижней частью детали и дном ванны. Нормальное расстояние между деталью и дном ванны должно составлять не менее 70-100 мм

6.    ТЕХНОЛОГИЯ ХРОМИРОВАНИЯ.

 

6.1.    ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ДЕТАЛЕЙ К ХРОМИРОВАНИЮ.

Подготовкаповерхности детали к защитно-декоративному и износостойкому покрытию хромомимеет много общего. Последовательность технологических операций следующая:

1)    механическая обработка поверхности (шлифование или полирование);

2)    промывка органическими растворителями для удаления жировых загрязнений ипротирка тканью;

3)    заделка отверстий и изоляция участков поверхности детали, не подлежащиххромированию;

4)    монтаж подвески;

5)    обезжиривание;

6)    промывка в воде;

7)    декапирование.

Требованияк механической подготовке. Перед покрытием поверхность деталиобрабатывается по тому классу чистоты, который указан для готовой детали.

Послемеханической обработки на поверхности детали не должно быть неметаллическихвключений, а также раковин, трещин и глубоких рисок, т.к. хром хорошовоспроизводит все эти дефекты.

Зачеканкаотверстий и изоляция поверхности. Отверстия, если таковые имеются наповерхности изделия, перед хромированием должны быть закрыты свинцом или другимстойким в хромовой кислоте материалом. В противном случае вокруг отверстияостаются не покрытые хромом участки. Зачеканка производится заподлицо схромируемой поверхностью. По окончании изоляции, подлежащие хромированиюучастки, необходимо тщательно очистить от загрязнения лаком. Поверхностьзачищают наждачным полотном №0 и 00.

Монтажподвески. При монтаже подвески на деталь необходимо проследить за тем,чтобы детали не закрывали друг друга и все участки их поверхности, повозможности, одинаково отстояли от поверхности анода.

Обезжиривание.При удалении с поверхности детали жировых загрязнений следует иметь в виду,что стальные закаленные тонкостенные детали, работающие при значительныхудельных нагрузках, не допускается обезжиривать на катоде;в этом случае применяется анодное обезжиривание или обезжиривание химическимспособом.

Декапирование.Перед хромированием стальные и чугунные детали подвергаются анодномудекапированию в течение 30-90 сек. при плотности тока 25-40 а/дм2.Изделия из меди и медных сплавов анодному декапированию не подвергаются.

6.2.    ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОЕ ХРОМИРОВАНИЕ.

Декоративномухромированию подвергаются детали из стали, меди, латуни, алюминия, алюминиевыхи цинковых сплавов.

Придекоративном покрытии стальных изделий хромом (ГОСТ 3002-45) хром являетсянаружным слоем многослойного покрытия: медь (осажденнаяв цианистом электролите) – медь (осажденная в кислом электролите) – никель –хром или никель – медь (кислая) – никель – хром.

6.3.    ПОКРЫТИЯ МОЛОЧНЫМ ХРОМОМ.

Приосаждении хрома на многослойное покрытие защита основного металла детали откоррозии осуществляется прослойкой из меди и никеля.

В рядеслучаев покрытие должно обеспечить не только защиту от коррозии, но и высокуюстойкость против механического износа. Получение такого хромового покрытияможет состоять в осаждении молочного хрома и увеличении толщины покрытия.

Напористость участков хрома сильное влияние оказывают режим электролиза и толщинапокрытия. При увеличении толщины покрытия пористость блестящего хромавозрастает, а пористость молочных осадков понижается. Поэтому молочные осадкихрома лучше защищают основной металл детали от коррозии, обладают более высокойкоррозионной стойкостью, чем блестящие осадки.

Неодинаковаякоррозионная стойкость хромовых осадков объясняется различной степеньюпассивности хрома на поверхности покрытия и по граням трещин.

Однако,несмотря на более высокую пассивность и химическую стойкость молочных осадковхрома по сравнению с блестящими, они плохо защищают деталь при одновременномдействии на нее коррозионной среды и знакопеременной нагрузки.

6.4.    ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ ХРОМОМ.

Износостойкоехромирование получило три основных направления: 1)повышение износостойкости новых деталей машин и инструмента, подвергающихся механическомуизносу в процессе работы; 2) восстановление размеровизношенных деталей и 3) исправление деталей, размеры которых оказалисьзаниженными при механической обработке.

Толщинахрома при износостойком покрытии хромом в большинстве случаев составляет 0,03-0,3мм, в отдельных случаях ее увеличивают до 1,0 мм. Как правило, слойохлажденного хрома должен иметь одинаковую толщину по всей поверхностипокрытия. Для достижения положительного эффекта в результате хромированиянеобходимы следующие условия.

Металлдетали, являющийся основой для слоя хрома, должен иметь достаточно высокуютвердость. Это особенно касается деталей, работающих при высоких удельныхнагрузках при сосредоточенном их действии на отдельных участках поверхностипокрытия.

При выборетехнологического процесса хромирования необходимо считаться с условиямиэксплуатации деталей. Если смазка трущихся поверхностей затруднена, а удельныенагрузки достаточно высоки, то следует применять покрытие пористым хромом. Вовсех прочих случаях прибегают к осаждению плотных хромовых покрытий.

Наиболеечасто износостойкому хромированию подвергаются стальные и чугунные деталимашин. Химический состав металла покрываемой детали редко служит препятствием кхорошему сцеплению. Однако следует иметь в виду, что стали с высокимсодержанием вольфрама и кобальта, а также высокоуглеродистые и высококремнистыечугуны нельзя покрывать хромом. Также трудно получить хорошее сцепление прихромировании деталей, поверхностный слой которых испытывает значительныевнутренние напряжения, например, в результате неправильно проведенной закалки.

6.5.    УСЛОВИЯ ХРОМИРОВАНИЯ.

Процессизносостойкого хромирования по сравнению с защитно-декоративным обладаетнекоторыми особенностями:

1)   Напряжение на клеммах ванны более (около 5,5 в), что являетсярезультатом применения менее концентрированных электролитов.

2)   Плотности тока, применяемые при хромировании, более высокие.

3)   Толщина слоя хрома несоизмеримо больше, что является причинойзначительной продолжительности процесса, достигающей в отдельных случаях 24час.

4)   Режим электролиза следует поддерживать в строго установленных пределах.Отклонения от установленной величины плотности тока и температуры электролита впроцессе электролиза могут вызвать дополнительные напряжения в слое осажденногохрома.

5)   Хромированию подвергаются обычно стальные и чугунные детали машин безпокрытия промежуточным слоем какого-либо другого металла.

Режимыхромирования, обеспечивающие получение блестящих (более твердых) и молочных(сравнительно мягких и эластичных) осадков, выбираются в зависимости отназначения деталей, условий их службы и требований, предъявляемых к покрытию.Ниже приведены основные режимы хромирования для получения осадков того илидругого типа:

а) приосаждении блестящего хрома:

Температура электролита ……………………………54 – 56о

Катодная плотность тока Dк………………………….30 – 50 а/дм2

Температура электролита…………………………….66 – 68о

Катодная плотность тока Dк………………………….80 – 100 а/дм2

б) приосаждении молочного хрома:

Температура электролита ……………………………68 – 72о

Катодная плотность тока Dк………………………….25 – 30 а/дм2

в) приосаждении молочно-блестящего (дымчатого) хрома:

Температура электролита ……………………………60 – 65о

Катодная плотность тока Dк………………………….30 – 35 а/дм2

При выборережима хромирования следует считаться с рельефностью детали и формойприменяемого анода, определяющими степень неравномерности распределения токамежду ближними и дальними участками детали.

Прихромировании может оказаться, что отдельные участки поверхности детали непокрываются хромом. Для предупреждения этого рекомендуются следующие меры.

Припокрытии хромом деталей, имеющих некоторый рельеф, или при одновременномпокрытии однотипных деталей, смонтированных на нескольких подвесках,хромирование следует начинать с толчка тока. При этом плотность тока должнабыть, примерно, в 1,5 раза больше заданной. Продолжительность толчка токасоставляет 2-3 мин., затем плотность тока постепенно, в течение несколькихминут, снижают до установленной величины.

Если потехническим причинам невозможно создание толчка тока, то хромирование следуетначинать хотя бы при установленной величине плотности тока или близкой к ней.Совершенно не допускается начинать электролиз с небольшой плотности тока, азатем повышать ее до требуемой величины.

Размерноехромирование. Сущность размерного хромирования состоит в том, что деталипокрываются слоем хрома точно до заданного размера и направляются впроизводство без последующей механической обработки. Размерное хромированиесоздает экономию в хромовом ангидриде и расходах на механическую обработку детали.При размерном хромировании требуется осадить слой хрома совершенно одинаковойтолщины и точно сохранить первоначальную форму детали, например, прихромировании цилиндрических деталей не допускается конусность или овальность.

Дляразмерного хромирования требуется применение фигурных анодов, специальныхподвесных приспособлений, позволяющих жестко монтировать детали и аноды, атакже изолирующих экранов. Монтаж должен выполняться таким образом, чтобы впроцессе электролиза концентрация силовых линий тока была одинаковой на всейповерхности хромируемой детали.

Значениевеличины выхода по току и плотности тока при хромировании позволяет точноопределить 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,

            Dk– катодная плотность тока в а/дм2,

      η – выход по току в %.

Однако дляполучения доброкачественного слоя хрома строго определенной толщины необходимо,чтобы поверхность покрытия не была шероховатой или пористой. Поэтому следуетобратить внимание на чистоту поверхности детали перед покрытием (отсутствиецарапин, пор и т.д.) и правильность состава электролита.

Если кпокрываемой детали предъявляется высокие требования в смысле чистотыповерхности и границ допуска на изготовление, то размерное хромированиепригодно только при сравнительно малых толщинах слоя хрома. Примером могутслужить гладкие калибры, хромируемые на толщину слоя 10-30 мк. Сравнительнотолстые покрытия возможно наносить при размерном хромировании деталей с болееширокой границей допусков, например, цилиндров двигателей внутреннего сгорания.Для этих деталей допускается некоторая конусность и эллипсность, величиныкоторых практически лежат около 0,01 мм.

Схемырасположения анодов стандартной формы при хромировании:

а– наружной; б – внутренней поверхности цилиндра.

Схемызавешивания деталей в ванну:

1-  изоляция; 2 — металлическая (стальная) шайба; 3 – дополнительный катодиз проволоки; 4 – слой осажденного хрома.

6.6.    ХРОМИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ.

Принепосредственном хромировании алюминиевых сплавов основной задачей являетсяподготовка поверхности детали к покрытию. Для этого деталь из алюминия илиалюминиевого сплава протирается тканью, смоченной бензином, и обезжиривается втечение 3-5 мин. в растворе: 50 г/л Na2CO3,50 г/л Na3PO4, 30 г/л жидкогостекла при T = 60-65о. После промывки вгорячей и холодной воде, деталь обрабатывают в цинкатном растворе (200 г/л ZnSO4 ´ 7H2O, 200 г/л NaOH) втечение 30-40 сек., затем промывают водой и производят обработку в разбавленном1:1 растворе HNO3 втечение 5-7 сек. Деталь промывается в воде и вновь погружается в тот жецинкатный раствор на 10 сек. После промывки деталь замешивается в ваннухромирования (желательно под током) и хромируется при обычных режимах. Хорошиерезультаты дает также гидропескоочистка с завешиванием деталей, покрытых мокрымпеском, под током в ванну хромирования.

6.7.    ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ХРОМИРОВАНИЯ.

Обзорспособов хромирования и областей его применения свидетельствуют о широкомиспользовании хрома в промышленности. Однако не все возможности технологиихромирования исчерпаны. В настоящее время исследования в области хромированияпроизводятся в различных направлениях.

Однако изтаких направлений имеет в виду интенсификацию и стабилизацию процессахромирования. Этот вопрос одновременно решается различными путями. Первый путьсостоит в повышении катодной плотности тока при хромировании до 200-300 а/дм2.Наряду с повышением катодной плотности тока для получения блестящих осадковхрома необходимо также увеличивать температуру электролита, т.е. придерживатьсярабочего интервала хромовой ванны. При этом скорость осаждения хрома возрастаетне только за счет применения более высоких плотностей тока, но также за счетувеличения выхода по току.

Второй путьсостоит в повышении выхода хрома по току при помощи понижения температурыхромирования и изменения состава ванны. Покрытие имеет серо-матовый цвет, нолегко полируется: пористость его ниже, а пластичностьвыше, чем у обычных хромовых покрытий.

Третий путьсостоит в изыскании возможности применения растворов с низкой валентностьюхрома, обеспечивающих к тому же высокий выход по току.

Наряду сэтим важное значение придается стабильной работе электролитов промышленногосостава. Так, НИИХИММАШ предлагает саморегулирующийся электролит, имеющийсостав: ромового ангидрида – 250 г/л, сернокислогостронция 5 г/л, кремнефтористоводородного натрия – 20 г/л, двухромовокислогокалия – 20 г/л. В таком электролите содержание сульфат иона автоматическирегулируется введением труднорастворимой соли стронция.

Второенаправление имее целью получение хромовых покрытий с более высокими свойствами.Сюда следует отнести работы по получению особенно твердых, износостойкиз икоррозионностойких покрытий посредством карбидизации слоя электролитическогохрома в парах бензина при T = 1050о. Большойинтерес представляют работы по получению хромовых покрытий, хорошо удерживающихна поверхности смазку, что достигается наложением при хромировании переменноготока на постоянный. Для получения пористого хрома высокого качества большоезначение имеют работы по осаждению пористых хромовых покрытий токами переменнойполярности.

Такимобразом, накопившихся к настоящему времени опыт по практическому применениюхромирования и новые исследования в этой области создают предпосылки длясовершенствования технологии процесса электролиза и дальнейшего улучшениясвойств хрома.

7.    ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.

 

Приприготовлении электролита и эксплуатации ванны хромирования необходимособлюдение правил техники безопасности. Хромовый электролит легко окисляеторганические вещества, поражает кожу и слизистые оболочки дыхательных путей.

Рабочие,обслуживающие хромовые ванны, должны снабжаться резиновой спецодеждой: фартуками, перчатками и сапогами. Для предохранения глазнеобходимо иметь защитные очки.

Ваннахромирования должна быть обеспечена безупречно действующей бортовойвентиляцией. Перед работой носовую полость необходимо смазывать мазью,состоящей из двух частей вазелина и одной части ланолина.

Припопадании хромовой кислоты на кожу рук, образовавшееся темное пятно следуетсмыть раствором, состоящим из одной части спирта, одной части соляной кислоты идвух частей воды.

Хромировочныйучасток цеха должен быть снабжен песком и огнетушителями. Бензин, керосин,ветошь, целлулоид и т.п. горючие и легковоспламеняющиеся материалы допускаетсяиметь на участке в количествах, необходимых лишь для текущей работы. Хранить ихследует в металлических плотно закрывающихся ящиках.

8.    ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

 

1.  Хромирование и железнение” авт. М.Б. Черкез.

Государственноенаучно-техническое издательство машиностроительной литературы.

2.  Краткий справочникгальванотехника” авт. А.М. Ямпольский и В.А. Ильин.Ленинград “Машиностроение” 1981г.

3.  “Гальванические покрытия в машиностроении”Справочник. Москва “Машиностроение” 1985г.

 

 

еще рефераты
Еще работы по металлургии