Хромирование

Что такое хром?

Хром — серебристо-белый металл с синеватым оттенком. Он обладает высокой твердостью и хорошо сопротивляется механическому износу.

Хром принадлежит к числу электроотрицательных металлов, его стандартный электродный потенциал E0 (Cr0/Cr3+) равен -0,74В. В атмосферных условиях хром сохраняет цвет и блеск длительное время, что объясняется образованием на его поверхности тонкой, но очень прочной оксидной пленки. Высокой склонностью к пассивации и наличием этой пленки объясняется значительная коррозионная стойкость хромовых покрытий. В окислительных средах хром пассивируется легче, чем на воздухе и его потенциал сдвигается от стандартного в анодную область до +0,2В. Стационарный электродный потенциал хрома положительнее, чем у железа. Поэтому хромовые покрытия по отношению к стальным изделиям являются катодом.

Хром устойчив во влажной атмосфере, в атмосфере сероводорода и сернистого газа, в растворах серной, азотной, фосфорной и органических кислот, щелочей. В растворах соляной кислоты и горячей концентрированной серной хром растворяется из-за разрушения оксидной пленки.

В соединениях хром чаще всего трехвалентен и шестивалентен. Соединения шестивалентного хрома являются сильными окислителями. Хромовый ангидрид при растворении в воде образует смесь хромовых кислот H2CrO4 и H2Cr2O7. Именно из них чаще всего и производят хромирование.

В растворе хромовой кислоты имеются анионы CrO42-, HCrO4-, Cr2O72-:

• при рН > 7–8 преобладают CrO42-;

• при рН < 2-3 – Cr2O72-.

Электрохимический эквивалент хрома в хромовой кислоте составляет 0,323 г/А*ч. Но, так как выход по току металла в таких электролитах часто не превышает 10-12 %, то фактически за 1 А*ч выделяется 0,032-0,038 г хрома, т.е. в 30 раз меньше, чем никеля, в 37 раз меньше, чем меди, в 125 раз меньше, чем серебра. Единственной возможностью некоторой компенсации этого недостатка является повышение плотности тока.

В растворах трехвалентного хрома электрохимический эквивалент хрома вдвое больше, выход по току — в 4-5 раз больше, чем в хромовой кислоте.

Многочисленные попытки использовать для промышленного применения электролиты на основе трехвалентных соединений, однако, не нашли успеха, особенно для осаждения толстых износостойких покрытий.

Далее будут рассмотрены только растворы на основе шестивалентного хрома.

Электрохимическое осаждение хрома существенно отличается от других гальванических процессов:

• В большинстве электролитов, применяемых в гальванотехнике, основным компонентом является соль осаждаемого металла. При хромировании главным компонентом является хромовая кислота. • В хромовом электролите должны присутствовать в определенном соотношении посторонние анионы: SO42-, F- или SiF62-. • Минимальная плотность тока, при которой начинается выделение хрома, в несколько сот раз выше, чем в других процессах электроосаждения металлов. • Электроосаждение хрома более чувствительно к изменению температуры и плотности тока по сравнению с другими гальваническими процессами. Изменение этих параметров оказывает существенное влияние не только на количественные показатели (выход по току и др.), но и на структуру и свойства осадков хрома. • В отличие от других процессов электроосаждения металлов выход по току при хромировании резко снижается по мере повышения температуры.

Итак, основными особенностями процесса хромирования являются высокий отрицательный потенциал восстановления дихромат-анионов, низкий выход металла по току, высокие рабочие плотности тока и очень низкая рассеивающая способность электролита.

Виды гальванических покрытий

В современном мире для гальванического покрытия могут быть использованы различные металлы. Они дают тонкую пленку, которая обладает надежной защитой.

Сегодня выделяют:

Гальваническое покрытие медью

Данная процедура получила название медирование. Благодаря меди можно создать на поверхности самых разных металлов прочную защитную пленку. Чаще всего для проведения данной процедуры использует медный купорос.

Гальваническое покрытие золотом

В настоящее время большое распространение получила процедура золочения. Она заключается в том, чтобы раствором покрыть металлическую поверхность придания ей боле дорого внешнего вида и для защиты от появления коррозии.

Гальваническое покрытие хромом

Обработка металлов хромом делает их более прочными и устойчивыми к условиям, которые предлагает агрессивная внешняя среда. Благодаря данному элементу на поверхности образуется тонкая пленка, которая обладает защитными и эстетическими качествами.

Гальваническое покрытие серебром

Нередко в промышленных условиях применяется серебрение. При этом на поверхности металлов появляется серебристая пленка, которая придает металлам немалое количество полезных характеристики. К тому же покрытые серебром изделия всегда выглядят дорого.

Гальваническое покрытие никелем

Покрытие данным элементом обладает экономичностью. Использование данного метода обработки металлов является оптимальным для придания металлическому материалу устойчивости к внешним воздействиям окружающей среды.

Гальваническое покрытие цинком

Данная процедура получила названием цинкование. Благодаря ней на поверхности металлов образуется тонкая пленка цинка, которая предотвращает образование ржавчины. К тому же такое покрытие придает блеск изделиям.

Гальваническое покрытие оловом

Олово применяется для нанесения на такие металлы, как: алюминий, цинк, сталь и медь. Оно придает им прочность и твердость.

Неметаллические покрытия

Неметаллические защитные покрытия применяются для изоляции металлических изделий от воздействия внешней среды (в первую очередь, влаги) и придания им эстетичного внешнего вида.

К неметаллическим относятся полимерные, резиновые, лакокрасочные, эмалевые, оксидные и др. покрытия.

Полимерные покрытия

На сегодняшний день данный вид покрытия металла является наиболее популярной альтернативой оцинковке и окраске изделий.

Детали, обработанные полимерными веществами, имеют долгий срок службы, эстетичный внешний вид, отличные электроизоляционные, высокотемпературные и противоизносные свойства.

В качестве напыляемого материала чаще всего выступают полиэстер, пластизоль, полиуретаны, поливинилдефторид и некоторые другие.

По структуре они похожи на краски, однако вместо пигмента содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ: дисульфида молибдена, графита, политетрафторэтилена (ПТФЭ) и пр. Эти компоненты равномерно распределены в полимерной связующем, в качестве которого могут выступать эпоксидные, акриловые, титанатовые и другие смолы.

Например, в России такие покрытия разрабатывает .

Основным предназначением АФП MODENGY являются:

Средне- и тяжелонагруженные узлы трения скольжения (направляющие, зубчатые передачи, подшипники и т.д.)
Детали ДВС (юбки поршней, подшипники скольжения, дроссельная заслонка и др.)
Пластиковые и металлические компоненты автомобилей (замки, петли, пружины, скобы, механизмы регулировки в салоне автомобиля и т.д.)
Резьбовые соединения и крепеж
Трубопроводная арматура
Другие пары трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) MODENGY наносятся однократно на весь срок службы узлов трения, что позволяет полностью отказаться от регулярно восполняемых масел и пластичных смазок.

Высокая популярность АТСП обусловлена их высокой несущей способностью, низким коэффициентом трения, широким диапазоном рабочих температур, устойчивостью к воздействию воды и химикатов, работоспособностью в запыленной среде, условиях радиации и вакуума.

Тонкий слой защитного покрытия практически не влияет на исходную точность размеров детали.

Эмалирование

Эмаль – это тонкое покрытие на металле, обладающее антикоррозионными свойствами. Получают его с помощью высокотемпературной обработки стекловидного порошка, смешанного с водой.

Локальный обжиг детали производится в печи или при помощи горелки. В зависимости от вида и цвета покрытия температура обжига может колебаться от +700 °C до +900 °C. Необходимо помнить, что стекловидный слой эмали нельзя подвергать грубым механическим воздействиям, так как он достаточно хрупок и легко повреждается.

Оксидирование

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.

Оксидирование бывает анодным, химическим, термическим, плазменным, лазерным (последнее доступно только в промышленных условиях).

Окрашивание

Данный метод антикоррозионной защиты металла хорошо известен каждому. Однако лакокрасочные покрытия не отличаются термостойкостью и износостойкость, повредить их очень легко.

Основным преимуществом окрашивания является низкая стоимость и достаточно простая технология. Достаточно провести тщательную подготовку поверхности и придерживаться рекомендаций по нанесению используемого материала.

Срок службы лакокрасочных покрытий зависит от условий эксплуатации деталей. При высоких нагрузок и температурах их не применяют, используя чаще всего в качестве декоративного слоя.

Возврат к списку

Возможные дефекты

При осмотре всех плоскостей металла после гальванического хромирования могут быть обнаружены специфические недостатки, которые чаще всего связаны с составом электролита и плотностью тока, но могут иметь и другие причины. Если хром не оседает на металл, то это может быть связано с недостаточной плотностью тока, избытком серной кислоты, завышенной температурой раствора или окислением анода. Если хромовое покрытие отслаивается от металла, то причиной этого может быть плохая очистка его поверхности и колебание токовых параметров в процессе хромирования. При превышении плотности тока на выступающих частях детали могут образовываться наросты, а поверхность хромированного металла становится матовой и неровной. При слишком маленькой плотности тока покрытие становится жестким и имеет «молочный» вид.

Методика хромирования металла своими руками

Тому, кто собирается освоить хромирование металла в бытовых условиях, в первую очередь необходимо четко усвоить, что этот химический процесс связан с применением особо токсичных веществ, опасных для здоровья и наносящих вред природной среде. Поэтому ни о какой гальванике в домашних условиях не может быть и речи. Для хромирования необходимо подобрать нежилое помещение и по возможности оборудовать его хотя бы какой-нибудь вентиляцией. Также стоит заранее позаботиться об утилизации отработанного раствора и промывочной воды. Все работы следует выполнять в спецодежде и с применением средств индивидуальной защиты, используемых на химпроизводствах.

Оборудование для хромирования металла достаточно несложно изготовить самому. В большинстве случаев в его состав входят:

стеклянная или пластиковая емкость;
теплоизоляция и герметичная крышка рабочей емкости;
нагревательный элемент с терморегулятором;
источник питания мощностью 1 кВт и напряжением 10÷12 В;
свинцовый анод с клеммой;
приспособление для подвешивания и зажим для крепления детали с клеммой;
емкости для травления и промывки, провода, подставка и прочее второстепенное оборудование.

Компоновка такого комплекта для хромирования зависит от размеров и особенностей входящих в него элементов и делается «на глазок», с дополнениями и изменениями по ходу изготовления. О токовых режимах лучше заранее почитать в специализированных изданиях или пообщаться со знающими людьми на профильных форумах. Там же можно обсудить вопрос влияния хрома на свойства стали и других металлов, т. к. у хромированной детали несколько изменятся механические характеристики.

Подготовка поверхности к хромированию

Подготовка металла к хромированию ничем не отличается от приготовлений к любому другому гальваническому процессу. В первую очередь необходимо убрать остатки покрытий и ржавчину с хромированной поверхности. Первое выполняется с помощью металлических щеток и наждачной бумаги или же (если есть такая возможность) абразивоструйной обработкой. Для удаления ржавчины с металла можно также использовать механические методы, но лучше воспользоваться ортофосфорной кислотой.

Хромирование алюминия и его сплавов требует особого подхода к предварительной обработке поверхности этих металлов, т. к. на них всегда присутствует устойчивая оксидная пленка. Последовательность их подготовки к гальванике выглядит так:

Промывка всей поверхности металла в бензине.
Удаление следов бензина в горячей мыльной воде.
Травление в смеси азотной и плавиковой кислот (соотношение пять к одному).
Ополаскивание в холодной воде.
Помещение изделия в гальваническую ванну.

Все операции следует выполнять в непрерывной последовательности, а погружать металл в электролит нужно под током.

Приготовление электролита

Основными компонентами всех электролитов для хромирования металлов являются хромовый ангидрид и серная кислота. В промышленных гальванических растворах применяют различные добавки, но для домашнего мастера на первое время достаточно этих двух. При приготовлении электролита сначала в воде разводится серная кислота из расчета 1.5–2.5 г/л, а затем добавляется хромовый ангидрид в количестве 150–250 г/л. Точную пропорцию можно подобрать только экспериментально, оценивая результат хромирования поверхности металла (см. также ниже о возможных дефектах).

Гальваническое хромирование применяется:

cached

Восстановление исходных размеров изношенных частей и деталей

donut_small

Увеличение отражательной способности зеркал, прожекторов и отражателей

all_out

Защитно-декоративная отделка деталей из металла, когда на матовое хромовое покрытие наносится на подслой меди и никеля

settings

Покрытие поверхностей деталей и пар трения, которые подвергаются регулярному механическому воздействию (поршневые кольца, подшипники, штампы) для улучшения их износостойкости

Варианты обработки

Никелирование

Нанесение покрытия из никеля на металлические предметы – несложный процесс, в результате которого ваши изделия получат роскошный блестящий вид, станут более стойкими к дождю и прочим явлениям.

От вас потребуется:

Приготовить электролит для гальваники, смешав сульфат никеля, натрий, магний, хлористый натрий (поваренная соль) и борную кислоту. Проверьте рН, он должен быть в диапазоне 4–5.
Разогрейте электролит до 25 градусов.
Поместите в емкость изделие и подключите ток 1,2 А/кв. дм.
Примерное время – около получаса.

Указанное время зависит от таких факторов, как размер изделия, плотность тока и температура электролита. Чем больше время, тем толще получится слой наносимого никеля. По окончании промойте предмет и отполируйте любой полировочной мазью.

На видео: химическое никелирование.

Хромирование

Один из самых популярных способов придания прочности и внешнего вида изделиям из металла – хромирование. Пусть дома добиться высокой прочности не удастся, для этого нужен ток плотностью 100 А/кв. дм., декоративное покрытие нанести вы все же сможете.

Покрытие из хрома пористое. Перед его применением предмет покрывают медью или никелем. Зато домашнее хромирование позволяет добиться большего разнообразия оттенков, что достигается разной температурой электролита: чем она выше, тем более блестящим получится покрытие.

Статья по теме: Особенности и преимущества горячего цинкования

Процесс хромирования в домашних условиях выглядит следующим образом:

Аноды из свинца, олова и сурьмы (85%/11%/4%).
Погрузите изделие в электролит нужной вам температуры и подождите около получаса.
Промойте в слабом растворе пищевой соды, просушите, отполируйте.

На видео: декоративное хромирование в домашних условиях.

Технология

Типичными являются следующие растворы для хромирования:

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.

Это интересно: Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом — читаем во всех подробностях

Техника безопасности

Чтобы не навредить своему организму, следует соблюдать технику безопасности:

Перед хромированием нужно наладить вентиляцию, убрать из рабочей зоны горючие смеси.
При приготовлении электролита, рабочем процессе использовать защитные перчатки, очки, респиратор.
Купить специальные пакеты для химических отходов, в которые нужно упаковывать остающийся мусор после обработки.
Помещение должно быть очищено от любой органики. В противном случае предметы будут испорчены.

Врачи рекомендуют смазывать внутреннюю часть носа ланолином с вазелином. Компоненты смешиваются в пропорции 1:2. Это поможет защитить организм от воздействия вредных испарений.

Гальваническое хромирование применяется в разных сферах промышленности. С его помощью восстанавливается внешний вид изделий, улучшаются их технические характеристики

Обработку можно провести в домашних условиях, но важно правильно смешивать химические компоненты

Техника безопасности

Чтобы не навредить своему организму, следует соблюдать технику безопасности:

Перед хромированием нужно наладить вентиляцию, убрать из рабочей зоны горючие смеси.
При приготовлении электролита, рабочем процессе использовать защитные перчатки, очки, респиратор.
Купить специальные пакеты для химических отходов, в которые нужно упаковывать остающийся мусор после обработки.
Помещение должно быть очищено от любой органики. В противном случае предметы будут испорчены.

Обработку можно провести в домашних условиях, но важно правильно смешивать химические компоненты

Необходимое оборудование

Гальваника своими руками может быть качественно выполнена с использованием даже самого простейшего оборудования, которое есть в арсенале многих мастеров. В первую очередь следует подобрать источник постоянного тока, который обязательно должен быть оснащен регулятором выходного напряжения. Наличие такого регулятора необходимо для того, чтобы иметь возможность плавно и в широких пределах изменять мощность вашего самодельного устройства для гальваники.

В качестве источника питания в домашних условиях очень удобно использовать выпрямитель электрического тока, который можно собрать самостоятельно (или приобрести серийную модель). Многие умельцы, выполняющие нанесение гальванического покрытия в домашних условиях, в качестве источника тока применяют серийные сварочные аппараты.

Для домашней гальваники подойдет стабилизированный блок питания с регулируемым напряжением (1,5–12 В)

Гальваническая ванна своими руками также может быть изготовлена без особых проблем. В качестве такой ванны можно использовать любую емкость из стекла или пластика, при этом необходимо учитывать, что в такую емкость для гальваники должна помещаться как обрабатываемая деталь, так и требуемое количество электролита

Очень важно также, чтобы ванна была достаточно прочной и могла выдерживать высокую температуру, величина которой может доходить до 80°

Аноды, используемые для осуществления гальваники в домашних условиях, выполняют сразу несколько важных функций:

подводят в электролит электрический ток и обеспечивают равномерное распределение последнего по обрабатываемой поверхности;
возмещают убыль наносимого на изделие металла, расходуемого из химического состава электролита;
способствуют протеканию некоторых окислительных процессов.

Гальваника дома не может быть осуществлена без использования нагревательного прибора, при помощи которого электролит доводится до требуемой рабочей температуры. Очень удобно, когда интенсивность нагрева, обеспечиваемого таким устройством, может регулироваться. Если ориентироваться на опыт домашних умельцев, которые уже имеют опыт нанесения гальванических покрытий в домашних условиях, можно порекомендовать использовать в качестве нагревательного прибора небольшую электроплитку или обычный утюг с регулировкой степени нагрева подошвы.

Процедура хромирования деталей

Хромирование https://npkhrom.ru/hromirovaniya/ заключается в разных вариантах нанесения хромирующего слоя, которые отличаются в зависимости от способа удержания друг с другом. Дифференцируют следующие способы:

Адгезионное удержание (механическое).
За счёт использования металлических связей, при этом различают:

диффузию в приграничной зоне;
диффузию по всей поверхности.

Процедура хромирования состоит из нескольких этапов:

Подготовительный. Эта стадия подразумевает выполнение таких работ, которые способствуют качественному закреплению и удержанию на обрабатываемой поверхности в течение длительного периода времени слоя хрома. Перед проведением хромирования изделие шлифуют, а при необходимости и полируют. После всех видов обработок деталь необходимо промыть, высушить и отполировать мягкой ветошью. Части деталей, которые не будут хромироваться (отверстия, полости), следует изолировать.

Далее детали закрепляются на специальных приспособлениях, на которых они помещаются в место обработки, и производится их обезжиривание. Процедура декапирования даёт возможность существенно увеличить степень адгезии.

Нанесение хромирующего слоя. Хромирование изделий возможно производить тремя способами:

в холодном виде;
в разогретом виде;
при помощи диффузии.

К примеру, электролитический метод подразумевает помещение изделий в ёмкость с соответствующим раствором. При этом рабочие температурные показатели раствора находятся в прямой зависимости от его состава. При этом следят, чтобы требуемая температура поддерживалась на протяжении всей процедуры. Это является гарантией однородности структуры покрытия и его равномерности.

В этом процессе обрабатываемые детали выступают в качестве анода. Длительность проведения обработки зависит от предполагаемого диаметра покрывающего слоя. Он может варьироваться от 0,003 мм до 0,025 мм.

Заключительный. Завершающим этапом является сушка обработанных изделий. Если с этой целью применяется сушильный шкаф, то длительность процедуры при температурном режиме 85-100 градусов составляет 5-10 минут. Если для сушки применяется обдув сжатым воздухом, то потребуется всего 0,5-3 минуты (температурный режим составляет 18-25 градусов).

Повысить прочность и твёрдость полученного слоя помогает его термообработка. Для этого изделия выдерживают в печи несколько часов (температурный режим составляет 200 градусов).

Суть процесса

Хромирование — технологический процесс металлизации изделий хромом. Благодаря ему улучшаются технические характеристики материала, укрепляются поверхностные слои.

Главные достоинства процедуры:

Основание восстанавливается, становится более прочным. Повышается показатель износоустойчивости.
Закрываются трещины, не превышающие по толщине 1 мм.
Грязь, пыль хуже липнут к хромированной поверхности.
Улучшаются декоративные качества обработанных деталей.

Изделие погружается в ванную с хромовой кислотой, через которую пропускается напряжение. Обрабатываемая заготовка выполняет роль катода. Пассивными анодами являются стенки емкости, дополнительные пластины, которые изготавливаются из сплава сурьмы с оловом.

Хромированный диск (Фото: Instagram / funchrome)

Оборудование для хромирования

Рынок предлагает разнообразное оборудование для нанесения хромового слоя как отечественного производства, так и зарубежного. Частное зарубежное предпринимательство подвигло разработчиков на создание компактных установок, которые легко разместить в гараже или маленькой мастерской.

Непрофессиональное оборудование только имитирует качественное хромирование, качество при этом не столь хорошее. Работы проводятся в следующей последовательности:

очищение от старого покрытия; шлифовка; обезжиривание; нанесение грунтовки; нанесение хрома распылением; сушка; защита лаком от повреждений.

Но независимо от типа используемого оборудования во время процесса хромирования происходят физические и химические реакции, которые сопровождаются выделением продуктов распада.