Автор: Черкез М.Б.
Теги: гальванотехника обработка металлов издательство машиностроение библиотека гальванотехника цинкование
Год: 1958
Текст
chipmaker.ru
М. Б. ЧЕРКЕЗ
Chipmaker.ru
ХРОМИРОВАНИЕ
И ЖЕЛЕЗНЕНИЕ
МАШ ГИ 3
chipmaker, ru
G* / ।
4-
иблиотечка гальванотехника
Выпуск 6
M. Б. ЧЕРКЕЗ
ХРОМИРОВАНИЕ
И ЖЕЛЕЗНЕНИЕ
Под редакцией
канд. хим. наук доцента П. М. ВЯЧЕСЛАВОВА
10,0 г-о- -
с д
- >ПГ ИБиР
| 1бшчаоо [..'ноша ]
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ литературы
МОСКВА 1958 ЛЕНИНГРАД
chipmaker.ru
В серин брошюр „Библиотечка гальванотехника"
излагаются основные сведения из области гальваниче-
ских процессов, а также обобщается опыт отечественной
и зарубежной техники.
Библиотечка рассчитана на квалифицированных
рабочих, лаборантов и мастеров гальванических цехов.
Полный перечень брошюр библиотечки публикуется
в конце каждого выпуска.
В настоящей брошюре в кратком изложении описаны
свойства электролитических осадков хрома и железа,
процессы их осаждения, технология нанесения защитно-
декоративных и износостойких покрытий, основные
способы хромирования и железнения, а также приве-
дены примеры хромирования и железнения типовых
деталей и области применения этих покрытий.
Рецензент инж. Л. Л- Богорад
Редакционная коллегия: канд. хим. наук доц. П. М. Вячеславов (председатель),
канд. техн, наук С. Л- Грилихес, инж. А. М. Ямпольский
Редактор выпуска А. М. Ямпольский
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА
Редакция литературы по конструированию
и эксплуатации машин
Заведующий редакцией инж. Ф. И. Фетисов
Chipmaker.ru
ПРЕДИСЛОВИЕ
Создание первых производственных установок по хромирова-
нию относится к концу 20-х годов текущего столетия. За истекший
период времени хромовые покрытия, по сравнению с другими
гальваническими покрытиями, получили наиболее широкое распро-
странение. Такое положение объясняется ценными свойствами
хрома, позволяющими сочетать в покрытии красивый внешний
вид и коррозионную стойкость с высокой твердостью и износо-
стойкостью.
Важной областью хромирования являются защитно-декора-
тивные покрытия. Наряду с этим хромовые покрытия получили
широкое распространение в машиностроении для увеличения
износостойкости новых деталей машин и инструмента, а также для
восстановления изношенных деталей. Последнее приобрело осо-
бенно большое значение при ремонте двигателей внутреннего сго-
рания в связи с созданием технологии пористого хромирования.
Одцако применение электролитического хромирования для
восстановления изношенных деталей машин ограничивается глуби-
ной износа. В случаях, когда величина износа достигает 0,7—
1,0 мм хромирование становится нерациональным, так как при
большой толщине слоя покрытия продолжительность процесса
осаждения велика, а осажденный металл имеет склонность
к скалыванию.
В этих случаях может быть применено железнение. Твердость
и износостойкость электролитического железа значительно ниже,
чем хрома. Поэтому железненные детали подвергаются дополни-
тельно хромированию или цементации.
В настоящей брошюре кратко изложены' процессы при элек-
тролитическом осаждении хрома и железа, условия ведения
электролиза и основные виды хромирования и железнения.
Автор
1»
chipmaker.ru
* ГЛАВА I
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО
ХРОМА
Chiomaker.ru
1. СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ХРОМА
Электролитический хром — металл серебристо-белого цвета
с синеватые оттенком. Ниже приведены наиболее важные свой-
ства хрома:
Атомный вес . 52,01
Удельный вес . ... ......... 6,9—7,1
Температура плавления . 1830°С
Теплопроводность при 20э............... ... 0,165 кал/см- сек-град
Коэффициент линейного расширения при 20° 4,5-10—’
Удельное сопротивление................ 3,85-10—’ ом-см
Электрохимический эквивалент . . 0,323 г/а-час
Нормальный потенциал:
Сг/Сг2+........................ —0,5о в
Сг/Сг3+ - - • • 0,41 в
Среди некоторых других свойств электролитического хрома
следует указать на высокую коррозионную стойкость, низкий коэф-
фициент трения, высокую твердость и износостойкость покрытия.
Наряду с положительными свойствами имеются отрицательные,
как, например, хрупкость осадков хрома, плохая смачиваемость
покрытия маслом и др. Наличие трещин в хромовом покрытии
в одних случаях является положительным, а в других — отрица-
тельным свойством хрома.
Коррозионная стойкость. Приведенные значения нормальных
потенциалов показывают, что хром относится к числу электро-
отрицательных и сравнительно активных металлов. На воздухе
и в окислительных средах хром легко пассивируется, благодаря
чему приобретает свойства благородных металлов.
Хром обладает коррозионной стойкостью по отношению ко
многим кислотам, щелочам и солям. Так, органические кислоты,
сера, сероводород, слабая серная кислота, азотная кислота, угле-
кислые щелочи и некоторые другие вещества не действуют на
хром. В соляной и горячей концентрированной серной кислоте
хром легко растворяется.
Пассивная пленка на поверхности хрома, отличающаяся малой
толщиной и высокой прозрачностью, хорошо предохраняет покры>-
тие от потускнения, благодаря этому на возтухе осадки хаома
chipmaker.ru
сохраняют свой блеск и окраску. При действии высоких темпера-
тур окисляемость хрома возрастает незначительно; только при
температуре 500° на поверхности покрытия появляется цвет по-
бежалости.
Будучи сам химически стойким, хром, вместе с тем, не создает
надежной защиты железа от коррозии. В гальванической паре
железо — хром анодом является железо, катодом — хром. Поэтому
при наличии пористости железо подвергается коррозии.
Сцепление. При тщательной подготовке поверхности деталей
перед покрытием и строгом соблюдении всех условий электролиза
сцепление хрома со сталью, чугуном, никелем, медью или латунью
отличается высокой прочностью.
Прочность сцепления хрома со сталью при испытании на
сдвиг достигает 30 кг/мм2. Однако надежность сцепления между
хромом и другими металлами может быть достигнута только при
осаждении хрома на эти металлы; при осаждении этих же метал-
лов на хроме сцепление оказывается неудовлетворительным.
Прочность электролитического хрома. Предел прочности хрома
на растяжение сильно уменьшается при увеличении толщины слоя
покрытия. Для толщины слоя хрома 0,1 мм и различных режимов
электролиза ов =50—60 кг/мм2, при увеличении толщины слоя
хрома до 0,5 мм предел прочности падает до 16—30 кг/мм2.
Усталостная прочность стали после хромирования понижается
в тем большей степени, чем больше толщина покрытия; при тол-
щине слоя хрома до 0,2 мм усталостная прочность понижается на
20—25%. В результате термической обработки в течение 3 час.
при температуре 100—200° предел усталости несколько восстана-
вливается.
Более ощутимое восстановление предела усталости наблюдается
при температуре термической обработки 500—600°. В исследова-
тельских работах [1]1 показано, что у образцов стали 45 и 35, хро-
мированных на толщину слоя 0,05—0,06 мм, в результате отпуска
при температуре 600° в течение 2 час. предел усталости восста-
новился на 85—99%.
Снижение предела усталости хромированных деталей приписы-
вается большим остаточным растягивающим напряжением, возни-
кающим в слое электролитического хрома. Величина их возрастает
с увеличением слоя покрытия и при толщине хрома 30 мк дости-
гает 37 кг/мм2.
Твердость и хрупкость хрома. Твердость электролитического
хрома, выраженная в единицах Бринеля, достигает 1000—1100Нв.
По сравнению с электролитическим хромом, конструкционные
материалы, применяемые для изготовления ряда ответственных
деталей машин, имеют более низкую твердость. Например, серый
чугун для цилиндров двигателей внутреннего сгорания (марки
СЧ24—СЧ48) имеет твердость 150—275 Нв, цементированная
1 Цифры в квадратных скобках означают порядковый номер литературы,
приведенной в конце брошюры.
6
сталь — около 600 Нв, азотированная сталь — 700—750 Нв. При
рода высокой твердости электроосажденного хрома объясняется,
главным образом, мелкозернистостью структуры осадка и особен-
ностью механизма осаждения его на катоде. Опубликованные
в литературе исследования показали, что в процессе формирова-
ния осадка на катоде образующаяся первоначально неустойчивая
кристаллическая форма хрома переходит затем в более устойчи-
вую. Это явление, сопровождающееся уменьшением объема
осадка, приводит к взаимному наклепу кристаллов и, как след-
ствие этого, к высокой твердости и хрупкости хрома.
При оценке эксплуатационных свойств хрома следует учиты-
вать, что температура среды, в которой работает хромированная
деталь, может оказать влияние
По данным исследований [2],
твердость электролитическо-
го хрома при нагревании
его до температуры 250—300°
уменьшается незначительно.
Заметное понижение твердости
наблюдается при более высо-
ких температурах нагрева.
Данные, приведенные на
фиг. 1, показывают, что замет-
ное понижение твердости элек-
тролитического хрома начи-
нается при температуре 370—
390°. Изменения в величине
на твердость хрома.
Фиг. 1. Зависимость твердости электро-
литического хрома от температуры термо-
обработки при выдержке 1 час.
твердости хрома при постоян-
ной температуре нагрева наблюдаются лишь в течение первых
1,5 часа термической обработки Дальнейшая выдержка при дан-
ной температуре не оказывает влияния на твердость хрома, вели-
чина которой остается практически постоянной.
•Хромированные детали, работающие при динамических на-
грузках, должны подвергаться термической обработке при тем-
пературе 150—200°. При этом из хрома удаляется до 5/3 содер-
жавшегося в нем водорода и уменьшается хрупкость покрытия.
Следует иметь в виду, что пластические свойства хрома сильно
зависят от условий электролиза. В этом отношении особенно важ-
ное значение имеет температура электролита, при изменении ко-
торой возможно получение электролитических осадков хрома от
хрупких до относительно вязких, выдерживающих, не разрушаясь,
значительные деформации. Хрупкие осадки хрома осаждаются при
низких температурах электролита или слишком высоких плотно-
стях тока, вязкие —при сравнительно высоких температурах и
умеренных плотностях тока.
Коэффициент трения. Электролитический хром обладает низким
коэффициентом трения. Это, очевидно, объясняется мелкозерни-
стой структурой его осадков.
7
Ниже приводятся коэффициенты трения — скольжения некото-
рых трущихся пар при ограниченной смазке:
Хром по хрому .... 0,12
Хром по стали .............................. 0,16
Сталь по стали ................. . . ... 0,20
Хром по чугуну........................... . . . 0,06 0,08
Пористый хром по чугуну . ........ . . 0,06
Чугун по чугуну . ................................. . 0,09—0,10
Баббит по хрому .............. ....................... 0,13
Баббит по стали................................. .... 0,20
Из приведенных данных видно, что хромовые покрытия сни-
жают коэффициент трения поверхностей сопряженно работающих
деталей, что уменьшает теплообразование при трении.
Смачивание хрома. Обычные хро-
Фиг. 2. Рабочая поверхность
хромированного цилиндра дви-
гателя после стендовых испы-
таний.
Однако использование
мовые покрытия плохо смачиваются
маслом: например, капля масла, нане-
сенная на поверхность хрома, не рас-
текается. Вследствие этого трущиеся
хромированные поверхности, работаю-
щие при больших удельных давлениях,
оказываются поставленными в условия
полусухого трения.
Этот недостаток хрома устраняется
путем создания на его поверхности
сетки сообщающихся между собой ка-
налов. Такое покрытие получило на-
звание пористого хрома.
Износостойкость хрома. Основные
свойства электролитического хрома —
высокая твердость, низкий коэффи-
циент трения, жаростойкость и корро-
зионная стойкость — обеспечивают де-
талям, покрытым хромом, высокую
износостойкость. При правильно вы-
бранных условиях электролиза износо-
стойкость детали в результате ее хро-
мирования возрастает в 5—10 раз.
износостойких хромовых покрытий
ограничивается величиной удельных нагрузок на рабочую поверх-
ность детали. Наибольший эффект от применения хромирования
возможен при работе с умеренными удельными нагрузками, т. е.
примерно до 25 кг!мм2.
Обычные хромовые покрытия не могут быть применены для
тяжело нагруженных трущихся деталей машин, нормальная ра-
бота которых возможна только при достаточной смазке. Напри-
мер, поверхность хромированного цилиндра двигателя внутрен-
него сгорания большой мощности после стендовых испытании ока-
зывается сильно разрушенной. Как видно из фиг. 2, рабочая по-
8
верхность хромированного цилиндра покрыта глубокими рисками,
что делает его непригодным для дальнейшей эксплуатации. В по-
добных случаях вместо обычных хромовых покрытий применяются
покрытия пористым хромом.
2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИИ
Электролитическое хромирование применяется для внешней
отделки изделий, повышения износостойкости, для защиты от кор-
розии и в ряде других случаев.
Декоративные и защитно-декоративные покрытия хромом отли-
чаются долговечностью. Поэтому многие изделия, и в особенности
работающие в тяжелых условиях эксплуатации, подвергаются де-
коративному хромированию: например, детали автомобилей, само-
летов, вагонов, приборов, а также инструменты и изделия быто-
вого характера.
Полированные хромовые покрытия обладают хорошей отража-
тельной способностью. Коэффициент отражения света хромом до-
стигает 70%. Эта величина несколько меньше, чем для серебра,
но зато хром не тускнеет на воздухе. Поэтому хромирование
используется в производстве различного типа фар и других мало-
ответственных светоотражателей. Наряду с этим, из хромового
электролита возможно осаждение черного хрома, применяющегося
для уменьшения коэффициента отражения света.
Износостойкие хромовые покрытия применяются для многих
инструментов и деталей машин, работающих на трение. К хроми-
рованию прибегают при покрытии новых деталей, а также при
восстановлении изношенных, потерявших размеры во время ра-
боты на трение. Большое значение имеет исправление деталей,
забракованных по размерам.
Номенклатура деталей, подвергаемых хромированию для по-
вышения износостойкости, достигает больших размеров: детали
мерительных инструментов, предельные калибры, режущий инстру-
мент— метчики, сверла, развертки, фрезы, протяжки, долбяки
и пр., инструмент для холодной обработки металлов давлением —
волочильные глазки, пуансоны и матрицы для листовой штам-
повки, штампы для холодной штамповки и т. д.
Благодаря хромированию не только увеличивается срок службы
деталей, но часто повышается качество выпускаемой продукции
Это наблюдается при хромировании валиков бумагопрокатных
станов, штампов и прессформ для обработки неметаллических
материалов и резины. Здесь важное значение имеют химическая
стойкость и плохая смачиваемость хрома, что обеспечивает лег-
кое отделение от формы и блеск отпрессованных деталей.
Применение износостойких хромовых покрытий для восстано-
вления изношенных деталей станков и двигателей внутреннего
сгорания позволяет во много раз увеличить срок их службы. При-
мерами подобных деталей могут служить шпиндели станков, шейки
коленчатых валов, распределительные валики, толкатели клапа-
9
chipmaker.ru
нов, поршневые пальцы, шейки валиков различных агрегатов и
другие детали.
Важной областью использования износостойких хромовых по-
крытий является хромирование цилиндров или поршневых колец
двигателей внутреннего сгорания. Однако для этих деталей, рабо-
тающих в условиях ограниченной смазки и высоких удельных на-
грузок, положительного эффекта от хромирования можно ждать
лишь при покрытии пористым хромом.
Хромовые покрытия нашли применение также для защиты из-
делий от коррозии. Хром, осажденный при определенных условиях
электролиза, обеспечивающих получение беспористых осадков при
толщине слоя 40—50 мк, защищает стальные изделия от атмосфер-
ной коррозии и коррозии в морской воде.
ГЛАВА II
УСЛОВИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ
ХРОМА
Chipmaker.ru
3. ПРОЦЕССЫ НА ЭЛЕКТРОДАХ
Для выделения хрома на катоде практическое применение по-
лучили растворы шестивалентных соединений хрома. Хромовые
электролиты, используемые в промышленности для защитно-деко-
ративного и износостойкого хромирования, представляют собой
растворы хромового ангидрида (СгО3) с введением небольших до-
бавок серной кислоты (H2SO4). Водный раствор хромового анги-
дрида средней концентрации представляет собой сильную кислоту
(НгСгоО;). При понижении концентрации СгО3 в растворе появля-
ются также ионы СгСц •
Электролиз в растворах хромовой кислоты осуществляется
с нерастворимыми анодами. Применение растворимых хромовых
анодов невозможно ввиду того, что анодный выход хрома по току
в 6—8 раз выше катодного. Кроме того, при анодном растворении
хрома в раствор наряду с шестивалентным хромом переходит
трехвалентный. Благодаря этому в электролите непрерывно возра-
стает общая концентрация хрома и накапливаются значительные
количества трехвалентных его соединений, что .нарушает нормаль-
ное течение электролиза.
Аноды изготовляют из свинца или сплава свинца с сурьмой,
имеющего значительно большую химическую стойкость в хромо-
вом электролите.
Чтобы правильно управлять электролизом при хромировании,
важно иметь представление о процессах, протекающих в ванне.
Сложность процессов, протекающих на электродах при элек-
тролитическом осаждении хрома, не позволяет считать этот во-
прос полностью изученным. Процессы, протекающие на катоде,
в основном состоят в ступенчатом восстановлении хромовой кис-
лоты и сопровождаются выделением металлического хрома и
водорода на катоде и кислорода на аноде.
Часть разряжающегося на аноде кислорода вступает в реак-
цию со свинцом, в результате чего поверхность его покрывается
перекисью свинца. Остальной кислород удаляется в виде газа.
Осаждение хрома из раствора одной хромовой кислоты невоз-
можно. Объясняется это тем, что процесс электролиза в растворе
чистой хромовой кислоты сопровождается образованием на по-
верхности катода плотной коллоидной пленки из основных хромо-
11
chipmaker.ru
вокислых соединений хрома. Такая пленка, играя роль изоли-
рующей перегородки, препятствует отложению хрома на катоде.
Прибавление к раствору хромового ангидрида небольших порций
серной кислоты способствует разрыхлению пленки, и восстановле-
ние хромовой кислоты до металлического хрома идет свободно.
Подобное же действие оказывают соли серной кислоты и фтори
стые соли NaF и KF.
Электроосаждение хрома происходит при значительном отри-
цательном потенциале и низком водородном перенапряжении,
вследствие чего процесс электролиза сопровождается обильным
выделением водорода. Этим объясняется чрезвычайно низкий
(10—16%) выход хрома по току на катоде в хромовокислом элек-
тролите.
Таким образом, при электролитическом хромировании на осаж-
дение хрома потребляется лишь небольшая часть расходуемой
электроэнергии. Большая ее часть (75—80%) расходуется на по-
бочный процесс — электролиз воды, около 10% —на восстановле-
ние шестивалентного хрома в трехвалентный (т. е. на компенсацию
противоположного процесса, протекающего на аноде и состоящего
в окислении трехвалентного хрома в шестивалентный) и только
10—15% электроэнергии идет по прямому назначению — на выде-
ление металла.
4. СОСТАВ ХРОМОВОГО ЭЛЕКТРОЛИТА
Составы хромовых электролитов обычно отличаются друг от
друга лишь концентрацией основных компонентов — хромового
ангидрида и серной кислоты. При этом следует иметь в виду, что
на качество покрытия оказывают влияние не столько абсолютные
количества хромового ангидрида и серной кислоты, входящие
в состав электролита, сколько их относительное содержание. Опти-
мальное отношение д => 100, т. е. хромового ангидрида в элек-
тролите должно быть в 100 раз больше, чем серной кислоты
Допустимое при хромировании колебание отношения находится
в пределах 90-^120.
Содержание хромового ангидрида в электролите может коле-
баться в широких пределах без существенного влияния на каче-
СгОз
ство покрытия, но при сохранении постоянным отношениясг.-.
В гальванотехнике имеют применение электролиты с содержа-
нием СгО.) от 150 до 350 г/л. Наиболее часто используемый элек-
тролит содержит СгО3 в количестве 250 г/л.
Однако изменение концентрации хромовой кислоты оказывает
влияние на электропроводность, выход хрома по току, рассеиваю-
щую и кроющую способность электролита.
Увеличение концентрации СгО3 в электролите несколько повы-
шает электропроводность раствора и, как следствие этого, пони-
жает напряжение на ванне и расход энергии.
Наряду с этим увеличение содержания СгО3 в электролите, как
видно из фиг. 3, вызывает понижение выхода хрома по току.
Хромовокислые электролиты отличаются чрезвычайно плохой
рассеивающей способностью.
При повышении концентрации СгО3 рассеивающая способность
электролита ухудшается. Объясняется это тем, что при низких
концентрациях хромовой кислоты выход хрома по току более вы-
сокий и, что самое главное, мало изменяется при увеличении плот-
ности тока. Наоборот, при повышении концентрации СгО3 в рас-
творе улучшается кроющая способность хромового электролита.
Фиг. 3. Зависимость выхода хрома по току от концентрации и температуры
электролита при различных плотностях тока:
1 — 15 а/дм2; 2 — 45 а/дм2\ 3 — 120 а/дм2; 4 — 10 а/дм2; 5 — 45 а/дм2; 6 — 85 а/дм2.
Наиболее удовлетворительную кроющую способность обеспечивают
растворы с содержанием СгО3 около 300 г/л.
При выборе электролита необходимо считаться с тем, что ра-
бота с менее концентрированными растворами позволяет сокра-
тить излишние потери хромового ангидрида. Такие потери свя-
заны с выносом электролита при выгрузке изделий из ванны,
а также с уносом его газами, выделяющимися на электродах.
В промышленности наиболее часто применяются следующие
хромовые электролиты.
1. Электролит с низкой концентрацией хромового ангидрида
содержит: 150 г/л СгО3 и 1,5 г/л H2SO4. По сравнению с другими
хромовыми электролитами он отличается лучшей рассеивающей
способностью, более высоким выходом по току, в среднем около
16%, и малыми потерями хромового ангидрида в процессе элек-
тролиза. Твердость осадков хрома, полученных в этих электроли-
тах, наиболее высокая. Неудобство работы с ними заключается
в быстром изменении состава электролита в процессе электролиза.
Электролиты с низкой концентрацией СгО3 используются, главным
образом, для износостойкого (или твердого) хромирования.
2. Электролит с высокой концентрацией хромового ангидрида
содержит: 300—400 г/л СгО3 и 3,0—4,0 г/л H2SO4. Этот электро-
лит отличается более низкой рассеивающей способностью, относи-
тельно низким выходом по току (10—12%) и устойчивостью в pa-
13
r.ru
боте. Благодаря высокой кроющей способности он применяется
для декоративного хромирования.
3. Электролит со средней концентрацией хромового ангидрида
содержит: 200—250 г/л СгО3 и 2,0—2,5 г/л H2SO4. Выход по току
13—15%. По своим свойствам этот электролит является промежу-
точным между электролитами 1 и 2.
Этот электролит получил наиболее широкое распространение
в промышленности. Он применяется для твердых износостойких
и защитно-декоративных покрытий хромом. Благодаря этому элек-
тролиты с содержанием 200—250 г/л СгО3 называются универ-
сальными.
5. РЕЖИМ ЭЛЕКТРОЛИЗА
Процесс хромирования и свойства осажденного хрома зависят
от катодной плотности тока и, особенно, от температуры электро-
лита, которая так влияет на структуру, свойства и внешний вид
хрома, что в процессе электролиза не допускаются отклонения от
установленной величины более чем на 1—2°.
Низкий выход хрома по току и высокая валентность соедине-
ний хрома, из которых производится выделение его на катоде,
определяют медленность наращивания хрома на детали.
Применяемые при хромировании плотности тока лежат в пре-
делах 10-^100 а/дм2. В настоящее время имеется тенденция
к использованию более высоких плотностей тока — до 200 а!дм? и
выше.
Продолжительность осаждения слоя хрома толщиной 1 мк при
среднем выходе по току 13% приведена в табл. 1.
Таблица I
Продолжительность осаждения слоя хрома
Катодная плотность тока DK в а/дм" 10 15 20 25 30 40 50 60 80 100
Время в мин. 9.8 6,5 4.9 3.9 3,3 2.5 2.0 1.6 1.2 1.0
Режим электролиза при хромировании оказывает большое
влияние на выход хрома по току. Например, повышение катодной
плотности тока и понижение температуры электролита при хроми-
ровании увеличивают выход хрома по току. Как показано на
фиг. 3, величина выхода по току при уменьшении температуры
хромирования резко увеличивается. Однако при сильном пониже-
нии температуры хромирования наблюдается сильное увеличение
хрупкости осадков хрома, покрытие сильно растрескивается и от-
слаивается. Поэтому нижняя граница температуры электролита
при хромировании лежит на уровне 45°. Наиболее высокие темпе-
ратуры процесса хромирования не превышают 75°.
14
Одним из важных свойств электролитического хрома является
высокая твердость его. Режим электролиза оказывает сильное
влияние на твердость осадков хрома. Данные [3], приведенные на
фиг. 4, показывают, что величина твердости осадков хрома одно-
временно зависит и от катодной плотности тока, и от темпера-
туры электролита. При повышении температуры электролита ве-
личина твердости хромового покрытия для всех значений плотно-
сти тока имеет минимум и максимум, смещающиеся при увеличе-
нии плотности тока в сторону более высоких температур электро-
Фиг. 4. Зависимость твердости осадков
хрома от температуры и плотности тока
при хромировании:
1—10 а/дм*;2—20 а/дм*; 5—50 а/дм*; 4 —100 а/дм*;
5 — 500 а/дм*. Состав электролита: СгО8 — 250 г/л;
H,S04 — 2.5 г/л.
лиза. Изменяя режим электролиза, можно получать осадки хрома
с различной твердостью в пределах от 500 до 1000 Нв.
Внешний вид осадков хрома зависит от катодной плотности тока
и температуры при электролизе. Измеряя режим электролиза, мож-
но получать так называемые молочные, блестящие и матовые осадки
хрома. Для декоративных покрытий важно, чтобы осадки хрома
были блестящие, так как хром очень трудно поддается полирова-
нию. Получение осадков блестящего хрома возможно в опреде-
ленном интервале плотностей тока и температуры. На фиг. 5 изо-
бражены примерные границы режимов электролиза, обеспечиваю-
щие получение матовых (или серых), блестящих и молочных
осадков хрома.
Осаждение на катоде матовых осадков происходит при низких
температурах электролиза (около 35—40°) и любой плотности
тока. Однако увеличение плотности тока расширяет интервал тем-
ператур, при которых возможно образование матовых осадков
15
chipmaker.ru
хрома. Покрытия, полученные при этих режимах электролиза, от-
личаются высокой хрупкостью.
Блестящие осадки хрома получаются при средних температу-
рах электролиза 45—65° и широком диапазоне плотностей тока.
Осаждение блестящего хрома возможно и при более высоких тем-
пературах электролиза, но из разбавленных электролитов и при
высоких плотностях тока. Блестящий хром имеет наиболее высо-
кую твердость, хорошее сцепление с основным металлом детали
и меньшую хрупкость.
Осадки молочного хрома откладываются при высоких темпера-
турах электролиза (выше 65°) и широком диапазоне плотностей
тока. Покрытия молочным хромом, по сравнению с другими, имеют
Фиг. 5. Зоны хромовых покрытий:
I — блестящий хром: II — молочный хром: III — серый хром; IV — зона переходных осадков;
концентрация СгОл в электролите: а — 150 г/л, б — 250 г/л; в — 350 г/л.
невысокую твердость, эластичность, значительно меньшую пори-
стость и более высокую химическую стойкость.
При малых значениях плотности тока, в среднем — 4—5 а/дм2
(фиг. 5), металл на катоде не откладывается. При этих условиях
протекают два процесса: 1) восстановление шестивалентного хрома
в трехвалентный Сгб+ -J- Зе -> Сг3' и 2) выделение водорода 2Н' 4-
+ 2е -> Н2.
Режим электролиза оказывает большое влияние на структуру
осадков хрома. В зависимости от условий электроосаждения,
хром кристаллизуется в двух основных формах: хром с простран-
ственно центрированной кубической решеткой (устойчивая форма)
и хром, имеющий гексагональную решетку (неустойчивая форма).
В процессе формирования осадка на катоде гексагональный
хром преобразуется в кубический; наряду с этим из кристалли-
ческой решетки выделяется некоторое количество атомарного во-
дорода. Происходящее преобразование сопровождается уменьше-
нием объема кристалла, следствием этого является сжатие катод-
16
ного металла и возникновение^ в хромовом покрытии растягиваю-
щих остаточных напряжений. Когда величина возникающего
в металле напряжения превосходит предел прочности хрома, по-
следний растрескивается и, как видно на фиг. 6, а, поверхность
его покрывается сеткой тончайших трещин.
В процессе электроосаждения хрома образование трещин про-
исходит в первые же моменты покрытия. При дальнейшем осаж
дении металла последующие слои хрома под влиянием возникаю-
щих в них напряжений растрескиваются так же, как и предыду-
щие. Поэтому хромовое покрытие (фиг. 6, б) состоит из большого
числа слоев, в которых трещины перекрывают друг друга.
Фиг. 6. Электролитический хром:
а — поверхность; б поперечный разрез (Х200).
При увеличении температуры электролиза количество гексаго-
нального хрома в осадке уменьшается и, как следствие этого,
уменьшается количество трещин в хромовом покрытии. Блестящие
осадки хрома имеют густую сетку трещин, которая постепенно
уменьшается по мере перехода к молочным. Хромовые осадки,
полученные при температуре электролиза выше 75°, почти не имеют
сетки трещин. На основании опытных дан-
ных [2] установлена и графически изобра-
жена (фиг. 7) граница для получения
осадков, имеющих сетку трещин.
В технике гальванических покрытий при-
менение получили блестящие осадки хрома
с сеткой трещин и молочные — без сетки
трещин. Следует отметить, что в одном и
том же электролите, изменяя лишь режим
W 50 № 70 №
feuntipamypa^C
Фиг. 7. Граница режимов
электролиза, определяю-
щая получение осадков
хрома с сеткой трещин.
электролиза, возможно получить отличаю-
щиеся коренным образом друг от друга
хромовые покрытия.
Для декоративных покрытий хромом
применяются плотности тока от 10 до
50 а'дм2 и температуры при электролизе
от 45 до 50’’. Эти режимы хромирования
при тонких слоях покрытия обеспечивают
получение гладких и
блестящих осадков хрома.
Для износостойких покрытий с большой толщиной слоя приме-
няются блестящие осадки хрома, полученные при плотностях тока
2 Вып. № 6 84 3 В О Д f
_ЛЕНТЕГ1 ЛОПРИБ0Р* 1
r.ru
от 30 до 100 а/дм? и температурах электролиза 55- 65 , обеспечи-
вающих покрытию высокую твердость
Молочные хромовые покрытия, для осаждения которых темпе-
ратуру при электролизе поддерживают на уровне 65—72°, а плот-
ность тока от 15 а/дм2 и выше, применяют в целях защиты от
коррозии и в некоторых случаях для повышения износостойкости
деталей.
6. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОРИСТОГО ХРОМА
Пористо-хромовыми покрытиями называются хромовые покры-
тия, имеющие на поверхности сетку трещин, сообщающихся между
собой и достаточно широких для проникновения в них масла.
Такую сетку трещин принято называть сеткой каналов пористого
хрома.
Без наличия сетки тончайших первичных трещин в электроли-
тическом хроме невозможно получение сетки каналов пористого
хрэма, применяемого для покрытия деталей, требующих при Гре-
ции хорошей смазки.
В Советском Союзе способ пористого хромирования разрабо-
тан в 1943 г и впервые применен для восстановления цилиндров
двигателей. В дальнейшем структура и свойства пористого хрома
подверглись детальному изучению [4, 5,6 и др.].
Сущность получения пористого хрома заключается в электро-
литическом (анодном) травлении ранее осажденного слоя блестя-
щего хрома, имеющего сетку тончайших трещин. Происходящее
при этом растворение хрома протекает в основном по граням тре-
щин, вследствие чего они постепенно расширяются. Такие расши-
ренные трещины, в отличие от первичных трещин на хроме, при-
нято называть каналами пористого хрома. На фиг. 8, а предста-
влен образец пористого хрома с наиболее распространенным
типом так называемой канальчатой пористости.
Каналы пористого хрома обладают капиллярными свойствами,
что позволяет получить смачивание поверхности хрома маслом.
Благодаря хорошей смазке понижается истирание детали не
только покрытой пористым хромом, но и сопряженно работающей
с ней.
Среди разновидностей пористого хрома, получаемого электро-
химическим путем, можно указать на так называемый точечный
пористый хром, образец которого представлен на фиг. 8,6. Этот
тип пористого хрома имеет большое число углублений в виде бес-
форменных пор, в которых хорошо удерживается масло.
Пористый хром канальчатого типа может быть также получен
химическим способом, например, травлением в 15—20-процентном
растворе соляной кислоты. Наряду с этим существует механиче-
ский способ создания пористости. Для этого на поверхности де-
тали резцом прокладываются канавки или дробеструйной обра-
боткой создаются точечные углубления. После хромирования по-
верхность детали обычно шлифуют, удаляя слой хрома толщиной
18
0.02—0,05 мм. Глубина полученных пор может быть от 0,05 до
0,1 мм, занятая ими площадь покрытия составляет 20—50%. Хими-
ческий и механический способы создания пористости менее эффек-
тивны, чем электрохимический, и в промышленности почти не
используются.
Детали, покрытые пористым хромом, обладают высокой изно-
состойкостью, но применяется он только там, где это диктуется
технической и экономической целесообразностью. В настоящее
время покрытия пористым хромом широко используются для ци-
линдров и поршневых колец двигателей.
Фиг. 8. Пористый хром:
а - канальчатого типа; б — точечного типа ('<200).
Далеко не любая сетка каналов способна придать хромовому
покрытию износостойкость. Чтобы хорошо удерживать смазку и
противостоять истиранию, каналы пористого хрома должны обла-
дать достаточной глубиной и шириной, а покрытие — оптимальной
степенью пористости. Под степенью пористости понимается отно-
шение площади, занятой каналами, ко всей площади покрытия.
Определенная густота сетки, ширина и глубина каналов явля-
ются основой для достижения высокой износостойкости пористого
хрома. В свою очередь эти факторы зависят от состава электро-
лита, режима хромирования, а также от количества электричества,
израсходованного на процесс анодного травления. К условиям
хромирования, влияющим на характер сетки каналов, необходимо
СгОд
отнести отношение ггегл » катодную плотность тока н темпера-
туру электролита.
При уменьшении величины отношения н сетка каналов
пористого хрома становится гуще, а сами каналы несколько шире.
Для практической работы по пористому хромированию отношение
ГпОт рекомендуется поддерживать в пределах от 105 до НО,
что обеспечивает получение оптимальной сетки пористости. Л1ак-
симальные отклонения отношения не должны выходить за пределы
120—95.
о*
19
r.ru
Уменьшение катодной плотности тока при хромировании вызы-
вает образование более густой сетки каналов пористого хрома.
Наряду с этим ширина и глубина каналов становится меньше.
Оптимальная величина .плотности тока при пористом хромирова-
нии лежит в пределах 40—60 а/дм2.
Наиболее сильное влияние на степень пористости покрытия ока-
зывает температура электролита при хромировании.
В табл. 2 приведены данные, выражающие зависимость ши-
рины каналов и степени пористости от температуры электролита.
Таблица 2
Влияние температуры электролита на степень пористости и ширину каналов
Температура электролита ' в СС Толщина покрытий в мм Степень пористости в % Ширина каналов в мк
75 0,10 1 1-2 14—16
65 0,12 8- 9 8-10
57 0,09 18—22 7-8
48 0,14 25—27 6—7
43 U.14 17—18 3—5
Примечание. Ун лита: 22U г/л СгОа; 2,1 при анодном травлении азанные в таблице Bej г/л H2S04 и плотно — 50 а/дм** т = 5 мин шчины получены при сти тока: при хромир составе электро- ! ювании—50 а/дм*;
Как видно из табл. 2, ширина каналов пористого хрома воз-
растает с увеличением температуры электролита, а степень пори-
стости понижается. Следует заметить, что наиболее высокий про-
цент пористости соответствует температуре хромирования 48—50°,
при повышении температуры электролита сетка каналов стано-
вится более редкой. При температуре хромирования 75° на поверх-
ности покрытия наблюдаются лишь отдельные трещины. Таким
образом, изменяя температуру электролита при хромировании от
50 до 75°, можно получать хромовые покрытия как с большой
степенью пористости, так и практически беспористые. Учитывая
большое влияние температуры электролита на степень пористости
хрома, необходимо строго следить за температурным режимом
электролиза, допуская отклонения лишь + 1° от установленной ве-
личины.
Скорость формирования сетки каналов пористого хрома при
анодной обработке покрытия целиком зависит от интенсивности
процесса травления. Чем выше анодная плотность тока при трав-
лении, тем большего эффекта можно достичь за одинаковые проме-
жутки времени. Наряду с этим, на деталях, хромированных при
одних и тех же условиях электролиза, возможно получить одина-
ковую сетку каналов и при разных анодных плотностях тока. Для
этого при анодном травлении необходимо через электролит про-
20
пускать одно и то же количество ампер-часов, т. е. сохранять
постоянным произведение Dar (где Da — анодная плотность тока,
а т — продолжительность анодной обработки). Обычно процесс
анодного травления производят при плотности тока 40—50 а/дм?
с выдержкой 5—12 мин. Для анодного травления используют хро
мовый электролит или 20-процентный раствор NaOH. В последнем
случае каналы сетки получаются более узкими.
На характер сетки каналов существенное влияние оказывает
также механическая обработка хрома при выполнении ее перед
анодным травлением.
В зависимости от назначения деталей и требований, предъ-
являемых к состоянию хромированной поверхности, механическая
обработка после хромирования производится либо перед анодным
травлением, либо после него, или совсем не производится. Полу-
чаемые при этом сетки каналов пористого хрома имеют различ-
ную степень пористости, ширину и глубину каналов.
На фиг. 9 представлены структуры пористого хрома, полученные
на поверхности одного и того же цилиндрического образца, одна
Фиг. 9. Зависимость структуры пористого хрома от механи-
ческой обработки:
а — поверхность хрома перед анодным травлением не шли-
фовалась; б — шлифовалась.
половина которого после хромирования подвергалась шлифованию,
а вторая оставалась нешлифованной. При этом степень пористости
хрома, шлифованного перед анодным травлением, примерно, в 1,5—
2,0 раза выше, а ширина и глубина каналов, наоборот, несколько
ниже, чем на нешлифованной поверхности. Кроме того, шлифован-
ная поверхность имеет более равномерную сетку и ширину каналов.
Для получения на поверхности шлифованного хрома наиболее
развитой сетки каналов произведение Da т должно находиться
в пределах 300—350 а • мин.
Покрытие пористым хромом, как правило, состоит из двух слоев:
нижнего — плотного и верхнего — пористого. Только при относи-
тельно небольшом слое хрома — около 0,10 мм — можно получить
глубину каналов, соответствующую толщине покрытия. При боль-
шей толщине слоя пористость имеется лишь в верхнем слое хрома.
Тем не менее после износа пористого слоя работа детали на трение
продолжается вполне удовлетворительно. Предполагается, что пори-
21
.ru
стая часть хрома необходима только для приработки трущихся по-
верхностей.
Для получения хорошо прирабатывающейся поверхности пори-
стого хрома рекомендуется степень пористости поддерживать в пре-
делах 25—45% при ширине каналов не менее 6—7 мк.
Контроль пористого хрома осуществляется, главным образом,
внешним осмотром поверхности при помощи лупы и сравнения ее
с эталонными образцами. Более подробно этот вопрос освещен
в выпуске 12 «Библиотечки».
ГЛАВА HI
ПРИГОТОВЛЕНИЕ, КОРРЕКТИРОВАНИЕ И РАБОТА
ХРОМОВЫХ ВАНН
Chipmaker.ru
7. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА
Химикаты для хромирования. Электролиты для хромовых ванн
приготовляются из двух основных компонентов хромового анги-
дрида и серной кислоты.
Хромовый ангидрид СгО3.Молекулярный вес 100. Удель-
ный вес 2,7. По ГОСТ 2548—44 в техническом хромовом ангидриде,
применяемом для приготовления электролитов, чопускается содер-
жание следующих примесей:
Серной кислоты не более . . •. . . 0,4%
Посторонних металлов в сумме не более 0,07%
Хлора не более.................................... . 0.006%
Нерастворимого остатка не бсмее . . 0,22%
Хромового ангидрйда не менее 09,2%
Примесь азотной кислоты не допускается. При комнатной темпе-
ратуре растворимость СгО3 в воде составляет 600 г/л.
Выпускаемый отечественной промышленностью хромовый ангид-
рид представляет собой плавленую кристаллическую массу темно-
красного цвета. На воздухе хромовый ангидрид поглощает влагу.
Хранят его в герметически закрытых стальных барабанах емкостью
по 25—150 кг.
Серная кислота H.SOj. Молекулярный вес 98,08. Удель-
ный вес 1,84. Для приготовления электролита используется чистая
серная кислота, ГОСТ 4204—48. В порядке исключения допускается
применение технической кислоты.
Серная кислота бесцветна. Присутствие органических примесей
может вызвать коричневый оттенок, что, однако, не мешает исполь-
зованию серной кислоты для хромового электролита. Выпускается
серная кислота в бутылях, расфасовкой по 35 кг.
Составление электролита. Для приготовления электролита рас-
считанное количество хромового ангидрида дробится на небольшие
куски, загружается в ванну хромирования и заливается для луч-
шего растворения водой, подогретой до 60—80°. При этом можно
использовать водопроводную воду, не загрязненную железом,
однако; в районах с жесткой водопроводной водой для этих целей
необходимо пользоваться конденсатом или даже дистиллирован-
ной водой.
23
I chipmaker.ru
После растворения хромового ангидрида раствор перемешивают
и определяют в нем содержание СгО3 по удельному весу. Для этого
пробу электролита доводят до температуры' 15° и определяют удель-
ный вес при помощи ареометра. Для перевода данных отсчета по
шкале ареометра на величину концентрации СгОз в растворе
(в г/л) можно воспользоваться графиком (фиг. 10), построенным
для температуры раствора 15°.
После определения концентрации СгО3 добавляют серную
кислоту, разливая ее тонкой струей по всей поверхности электро-
лита, и производят перемешивание. При этом должно быть учтено
Концентрация,г/л
Фиг. 10. Определение концентрации СгО3 по удель-
ному весу электролит! при температуре 15°.
содержание H2SO4 в хромовом ангидриде, достигающее 0,4%. При
содержании в электролите 250 г/л СгО3 в каждый литр такого рас-
твора вместе с хромовым ангидридом вводится 1 г H2SO4.
В электролит не следует вводить сразу все рассчитанное коли-
чество кислоты: сначала вводят примерно Vs этого количества.
Раствор после тщательного перемешивания подвергают анализу
и, установив действительное содержание СгО3 и H2SO4, подсчиты-
вают и дополнительно вводят недостающее количество компонентов.
Проработка электролита. Для нормального осаждения хрома
рекомендуется содержание в электролите небольшого количества
Ст3+, около 2—4 г/л. Существует мнение [7 и др.], что присутствие
в электролите малых количеств Сгз+ является необходимым. Для
того чтобы накопить в электролите некоторое количество трехва-
лентного хрома, производится проработка током. Ванну подогре-
вают до температуры 45—60°, завешивают на анодные штанги не-
большое количество свинцовых плоских анодов, а на катодные —
значительно большее количество плоских стальных катодов, общая
площадь которых должна в 2—3 раза превышать площадь анодов.
Благодаря этому плотность тока на катоде при проработке элек-
тролита в 2—3 раза меньше, чем на аноде; величину ее поддержи-
вают около 4—6 а/дм2.
При низкой катодной плотности тока основные процессы на
катоде состоят в разряде водорода и восстановлении шестивалент-
ного хрома в трехвалентпый. Вследствие этого в электролите на-
капливается некоторое количество трехвалентного хрома.
Электролит прорабатывают током в течение 3—4 час., исходя
из расчета 6— 8 а-чпе/л. и контролируют содержание в нем трех-
24
валентного хрома. Обычно концентрация трехвалентного хрома
в электролите, считая на Сг20з, не должна превышать 3—4% от
содержания хромового ангидрида.
В готовом электролите производят пробное хромирование.
Замена хромового электролита производится через 1—2 года и
зависит от интенсивности эксплуатации ванны и загрязнения ее при-
месями. При накоплении в электролите примеси железа в количе-
стве 10 г/л его заменяют новым.
При эксплуатации ванны следует учитывать, что в процессе
электролиза концентрация трехвалентного хрома в электролите
изменяется в зависимости от конфигурации деталей. Так, при хро-
мировании деталей, площадь покрытия которых больше площади
анода, например, при хромировании внутренней поверхности ци-
линдра, концентрация трехвалентного хрома в электролите посте-
пенно возрастает. Если же площадь детали — катода значительно
меньше площади анода, что имеет место при хромировании наруж-
ных цилиндрических поверхностей, то содержание трехвалентного
хрома в электролите понижается.
Увеличение содержания трехвалентного хрома в электролите
понижает электропроводность раствора и суживает интервал полу-
чения блестящих осадков. При значительном накоплении Сг2'О3
в электролите, более 15—17 а/л, напряжение на ванне возрастает
на 1,5—2 в. Это особенно следует иметь в виду при работе с низко-
вольтным источником тока.
Чтобы не допускать значительного увеличения концентрации
трехвалентного хрома в электролите, отношение между катодной и
анодной поверхностями рекомендуется поддерживать в пределах
от 1 : 1 до 1 :2. Если содержание Сгз+ все же не соответствует
норме, то необходима проработка электролита. Для окисления трех-
валентного хрома проработку производят при большой площади
анодов и малой площади катодов; анодная плотность тока соста-
вляет, примерно, 1,5—2 а/дм2.
Кроме того, при хромировании деталей с внутренней и наружной
поверхностями покрытия рекомендуется завешивать в ванну те и
другие детали попеременно. Это в известной мере уменьшает коле-
бания трехвалентного хрома в электролите.
8. КОРРЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА
Для поддержания постоянной концентрации СгО3 и H2SO4 элек-
тролит периодически корректируют путем введения в него новых
порций хромового ангидрида и серной кислоты.
Количество добавляемого в ванну хромового ангидрида опреде-
ляется на основании удельного веса электролита или по результа-
там анализа. Добавление в ванну СгО3 осуществляется ежедневно.
Корректирование электролита серной кислотой производится
значительно реже. Одни раз в 7—10 дней электролит подвергают
анализу на содержание трех- и шестивалентного хрома и серной
кислоты. На основании анализа рассчитывают недостающее коля-
25
r.ru
чество H2SO4 и вводят его в электролит. После этого электролит
тщательно перемешивают и дают ему отстояться. Поэтому серную
кислоту рекомендуется вводить в ванну во время перерывов в работе.
При высоком содержании серной кислоты в электролите, избы-
ток ее необходимо удалить. Осаждение H2SO4 производится путем
введения в разогретый ДО' 50—60 электролит хромовокислого
бария, гидрата окиси бария или свежеосаждеииого углекислого
бария. Количество углекислого бария определяют из расчета 2 г на
1 г удаляемой серной кислоты. Электролит перемешивается, а затем
отстаивается в течение суток. Образовавшийся сернокислый барий
оседает на дно ванны.
Ввиду высокой температуры элекзролиза при хромирования,
вода из электролита быстро испаряется, что заметно по уровню
электролита в ванне. Для поддержания объема электролита по-
стоянным, через каждые 2—3 часа работы ванны добавляется не-
достающий объем воды'. При этом прежде всего используется про-
мывная вода и» ванны улавливания хромового ангидрида.
Под этим названием подразумевается отдельная ванна (выло-
женная внутри винипластом) с непроточной холодной водой. В ней
производится первая промывка деталей после хромирования, что
позволяет уловить большую часть хромового электролита, выноси-
мого деталями из ванны хромирования.
9 АНОДЫ
Материалом анодов для ванны хромирования служит чистый
свинец или сплав, состоящий из 92—93% свинца и 8—7% сурьмы'.
Аноды из сплава РЬ и Sb в меньшей степени покрываются нерас-
творимой и непроводящей пленкой хромовокислого свинца, чем
аноды из чистого свинца.
Во время электролиза выделяющийся на аноде кислород,
взаимодействуя со свинцом, образует на его поверхности темно-
коричневого цвета непроводящую пленку перекиси свинца. Сопро-
тивление анода в процессе электролиза увеличивается и поэтому
через определенные периоды работы ванны необходимо аноды чи-
стить. При непрерывной работе ванны и высоких плотностях тока
очистку анодов производят один раз в смену или после окончания
цикла электролиза. Если анодные плотности тока при хромировании
невысокие, аноды чистят через 3—6 суток.
Удаление окисной пленки с анодов производится путем обра-
ботки их в соляной кислоте, разбавленной 1:1, или в 10-процент-
ном растворе едкого натра. После этого аноды промываются водой,
а оставшаяся на поверхности окисная пленка легко удаляется ме-
таллическими щетками.
По форме аноды в большинстве случаев изготовляются плоскими
и цилиндрическими. Однако вследствие плохой рассеивающей спо-
собности хромового электролита, при покрытии деталей с глубо-
ким рельефом очертания анота должны определяться формой
катода.
26
10. ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ
По мере работы хромовой ванны в электролите могут накапли-
ваться железо, медь и некоторые другие металлы.
Железо по мере накопления в электролите (главным образом
вследствие анодного декапирования стальных и чугунных деталей),
подобно трсхвалентному хрому, суживает интервал получения бле-
стящих осадков. Допустимое содержание железа в электролите
8—10 г/л. На практике иногда содержание железа в электролите
достигает 20—25 г/л, но при этом сильно снижается выход хрома
по току. Удалить железо из хромового электролита чрезвычайно
сложно. Поэтому электролит с большим содержанием железа
обычно заменяют новым.
В настоящее время имеются указания на возможность осажде-
ния железа желтой кровяной солью. Предполагается, что реакция
между желтой кровяной солью и железом, находящимся в хромо-
вом электролите в виде окисной сернокислой соли, протекает по
следующему уравнению:
ЗКД-е (CN)6 + 2Fe2 (SOJ., = Fe4 (Fe (CN)J3 + 6K2S()4.
Для удаления железа желтую кровяную соль, взятую из расчета
5,6 г на 1 г железа в электролите, растворяют в ма том объеме воды
и при перемешивании вливают в электролит небольшими порциями.
Образующемуся осадку берлинской лазури дают отстояться, посте
чего электролит осторожно сливают. При этом важно избегать вве-
дения избытка желтой кровяной соли, в присутствии которого не
образуется осадок берлинской лазури.
Действие, подобное железу, оказывают медь, цинк и другие ме-
таллы. Содержание меди в электролите допускается 5—7 г/л.
Необходимо иметь в виду, что ванны хромирования мало чув-
ствительны к примесям других металлов. Поэтому при неполадках
в работе ванны не следует искать причину в загрязнении ее теми
или иными соединениями металлов.
Безусловно вредное действие на процесс хромирования оказы-
вает азотная кислота. Даже при малых количествах HNO3 в элек-
тролите, около 0,1—0,2 г/л, осадки хрома получаются темные. По-
этому примесь азотной кислоты в электролите не допускается.
11. РАБОТА ХРОМОВОЙ ВАННЫ
•
Залогом успеха при хромировании является правильность вы-
бора режима электролиза, а также соблюдение его при хромиро-
вании. Совершенно не допускаются отклонения от установленной
величины плотности тока и температуры электролита. Колебание
последней допускается в пределах +1°. Для получения одинако-
вой плотности тока, на одновременно загруженных в ванну дета-
лях необходимо руководствоваться следующими правилами. При
загрузке партии деталей нужно, чтобы форма и размеры деталей
и подвесных приспособлений были одинаковыми, Подвески и
27
контакты (крючки, крючки с прижимами и т. и.) должны изгото-
вляться из одинаковых материалов. Поперечное сечение токоподво-
дящих частей подвесок должно быть рассчитано на требуемую силу
тока без значительного нагревания. Качество контактов при хромиро-
вании ввиду применения больших плотностей тока имеет исключи-
тельно важное значение. Поэтому поверхность контактов необходимо
тщательно очищать от коррозии и вязкого налета электролита.
Кроме того, расстояние между изделиями и анодами в ванне
для всех подвесок должно быть одинаковым. Несоблюдение этих
требований может привести к неоднородности покрытия по толщине
слоя хрома, образованию так называемого «пригара» на одних
деталях и матовых осадков на других.
В процессе хромирования не допускаются перерывы тока, так
как при повторном наращивании происходит отслаивание хрома.
Это можно наблюдать либо непосредственно после хромирования,
либо после механической обработки, в результате которой верхний
слой хрома осыпается. Повторное хромирование допустимо, если
изделие после перерыва тока подвергнуть анодному травлению
в течение 30—40 сек. при плотности тока 25—30 а/дм2, а затем,
изменив направление тока, продолжать хромирование. При этом
осаждение хрома следует начинать с относительно низких катодных
плотностей тока (но не ниже 20—25 а/дм2), и постепенно увели-
чивать до установленной величины.
При хромировании рельефных деталей рекомендуется в начале
электролиза произвести «толчок тока»; это особенно целесообразно
в отсутствии фигурного анода. Этот прием состоит в том, что элек-
тролиз начинают при плотности тока, примерно, вдвое большей, чем
следует, а спустя 1—2 мин., величину ее постепенно снижают до
нормальной. Благодаря «толчку тока» удается осадить хром на
углубленных участках изделия.
12. УДАЛЕНИЕ ПОКРЫТИЯ
Недоброкачественные хромовые покрытия могут быть легко
удалены с поверхности изделия.
Хромированные детали, изготовленные из стали и сплавов на
медной основе, обрабатывают при комнатной температуре в соля-
ной кислоте, разбавленной 1:1. Растворяется хром достаточно
энергично; для ускорения процесса раствор подогревается до
35—40°. Для удобства наблюдения за растворением хрома детали
следует загружать в ванну на сетках из винипласта.
Этот способ непригоден для деталей, насыщение которых водо-
родом не допускается, например, для чугунных поршневых колец.
Для таких деталей применяется способ, состоящий в анодном рас-
творении хрома в щелочи.
Для удаления хрома изделие завешивают на анодную штангу
в ванне с 15—20-процентным раствором каустической соды. Анод-
ное травление производят при комнатной температуре и анодной
плотности тока 10— 15а/дл«2 Катодами служат стальные пластины.
28
В растворе не допускается присутствие ионов хлора, способствую-
щих растворению основного металла детали.
Удаление хрома можно производить также путем анодного рас-
творения покрытия в хромовом электролите. Однако делать это
в ванне хромирования не рекомендуется ввиду загрязнения электро-
лита железом и сильного увеличения концентрации трехвалентного
хрома. Этот способ может быть рекомендован для удаления хрома
с алюминиевых деталей. Образующаяся при этом на поверхности
алюминия окисная пленка удаляется зачисткой ее наждачным по-
лотном или растворением в щелочи.
13. ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Соблюдение режима электролиза и своевременное корректирова-
ние электролита служат залогом получения доброкачественного
хромового покрытия. Низкое качество подготовки поверхности
перед покрытием и отступления от установленной технологии
являются основными причинами возникновения дефектов. Наиболее
часто встречающиеся виды дефектов приведены! в табл. 3.
Таблица 3
Дефекты покрытий
Вид дефекта
Отслаивание покрытия
Chipmaker.ru
Причины возникновения я способы
устранения
а) Плохая механическая или хими-
ческая подготовка поверхности изде-
лия перед покрытием.
б) Деталь перед хромированием
недостаточно прогрелась в электро-
лите. Резко снизилась температура
электролита, например вследствие
добавления холодной воды во время
электролиза. Резко увеличилась плот-
ность тока
в) Перерыв тока в процессе хроми-
рования
Отслаивание хрома вместе с под-
слоем никеля
Недостаточное сцепление никеля с
основным металлом детали; непра-
вильный pH никелевого электролита
Отсутствие осадка хрома на отдель-
ных участках никелированной поверх-
ности
Образование окисной пленки на
никеле при полировании его хромо-
вой пастой. Для исправления покры-
тия хром удаляют, а изделие после
промывки и сушки подвергают лег-
кому полированию крокусной пастой
29
chipmaker.ru
Продолжение табл. 3
Вид дефекта Причины возникновения и способы устранения
Кроющая способность плохая. Участки, не покрытые хромом, имеют черный цвет. При осаждении толстых слоев хрома появляется шерохова- тость в виде крупной сыпи по всей поверхности детали а) Слишком высокая концентрация серной кислоты в электролите. Отно- шение CrO3/H2SO4 около 50 и ниже. б) Осадить избыток серной кислоты или отлить часть электролита и доба- вить рассчитанное количество хромо- вого ангидрида
Темные с коричневым оттенком и „пригаром" (частой сыпью) покрытия Недостаточное содержание серной кислоты; отношение CrO3/H2SO4 около 200 и более
Серые с равномерной сыпью покры- тия. Кроющая способность электро- лита снизилась Высокое содержание-в электролите трехвалентного хрома. Сильное за- грязнение электролита железом или медью
а) Темные „пригорелые" осадки на отдельных участках детали, напри- мер с одного края нижней части цилиндра б) Различная толщина слоя хрома на разных участках детали Неодинаковое расстояние между противоположными участками анода и катода, что является причиной неравномерного распределения тока
Отсутствие хрома на углубленных участках поверхности изделия Плохая кроющая способность элек- тролита. Необходимо произвести „тол- чок 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 отложе- ние очень тонкого слоя хрома наряду с образованием грубых толстых осад- ков на неизолированных участках подвески Н еудов. 1етвор ите льный контакт между деталью и подвеской
Недостаточное отложение или пол- ное отсутствие хрома в местах стыка деталей, смонтированных на одной подвеске (например, поршневых паль- цев, поршневых колец и т. п.) Неудовлетворительный монтаж, вследствие чего отдельные детали выступают и образуют углубления
Отсутствие хромового покрытия вокруг отверстий Не произведена зачеканка отвер- стий свинцом
30
Продолжение табл. 3
Вид дефекта Причины возникновения и способы устранения
Местное растрескивание и отслаи- вание хрома в виде мелких чешуек Остатки на поверхности детали старого никелевого или хромового покрытия Основной металл детали—сталь с высоким содержанием хрома. Реко- мендуется перед покрытием произвести обработку в 15—20-пропентном рас- творе соляной кислоты в течение 10—15 сек., тщательно промыть и хромировать при низких плотностях тока и температуре не менее 55°
Серое покрытие с сильно шерохо- ватой поверхностью Значительная пористость основного металла
Большое количество мелких точеч- ных углублений Неправильное положение детали в ванне, препятствующее быстрому удалению пузырьков водорода с неко- торых участков поверхности
Серое покрытие на нижней части детали Малое расстояние между нижней частью детали и дном ванны. Нор- мальное расстояние между деталью и дном ванны должно составлять не менее 70—100 jh.k
chipmaker.ru
Глава iv
ТЕХНОЛОГИЯ ХРОМИРОВАНИЯ
Chipmaker.ru
14. ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ДЕТАЛЕЙ
К ХРОМИРОВАНИЮ
Подготовка поверхности детали к защитно-декоративному и из-
носостойкому покрытию хромом имеет много общего. Последова-
тельность технологических операций следующая:
1) механическая обработка поверхности (шлифование или поли-
рование);
2) промывка органическими растворителями для удаления жиро-
вых загрязнений и протирка тканью;
3) заделка отверстий и изоляция участков поверхности детали,
не подлежащих хромированию;
4) монтаж подвески;
5) обезжиривание;
6) промывка в воде;
7) декапирование.
Требования к механической подготовке. Перед покрытием по-
верхность детали обрабатывается по тому классу чистоты, кото-
рый указан для готовой детали.
Поверхность детали перед защитно-декоративным покрытием
хромом должна быть тщательно отполирована. Это в равной, сте-
пени касается слоя меди или никеля, ранее нанесенных на поверх-
ность хромируемой детали.
При износостойком хромировании поверхность детали подвер-
гается шлифованию. Чистота поверхности должна соответствовать
9-му классу по ГОСТ 2789—51, а сама деталь иметь правильную
геометрическую форму. Размер новых деталей перед покрытием
должен быть занижен по сравнению с номинальным на величину
заданной толщины слоя покрытия. Уменьшение размера старых
деталей, подлежащих восстановлению, зависит от величины износа.
При шлифовании деталей не допускается образования прижо-
гов, являющихся следствием недостаточного охлаждения обрабаты-
ваемой поверхности. Эти явления [8] наиболее часто наблюдаются
при шлифовании закаленных инструментальных сталей. Они могут
быть опасны вследствие местного понижения твердости детали. Бла-
годаря этому хром оказывается лежащим на мягкой основе, которая
в процессе работы может деформироваться и вызвать разрушение
покрытия.
32
После механической обработки на поверхности детали не
должно быть неметаллических включений, а также раковин, трещин
и глубоких рисок, гак как хром хорошо воспроизводит все эти
дефекты.
Зачеканка отверстий и изоляция поверхности. Отверстия, если
таковые имеются на поверхности изделия, перед хромированием
должны быть закрыты свинцом или другим стойким в хромовой
кислоте материалом. В противном случае вокруг отверстия оста-
ются не покрытые хромом участки. Зачеканка производится запод-
лицо с хромируемой поверхностью.
Участки детали, не подлежащие хромированию, а также под-
вески, за исключением мест контактов, должны быть изолированы.
Изоляционные материалы, применяемые для износостойкого хроми-
рования, должны быть химически стойкими в обезжиривающих
растворах и выдерживать, не разрушаясь, катодную обработку
в хромовом электролите при температуре 50—70° в течение 24 час.
Для изоляции изделий, подвергаемых декоративным покрытиям
хромом, рекомендуется цапон-лак или эмалит, нанесенные в
2—3 слоя. После нанесения каждого слоя лака необходима сушка.
Следует иметь в виду, что в мельчайших порах лаковой пленки
происходит отложение хрома, впоследствие легко счищаемое.
Однако на поверхности изделия остаются трудно удаляемые следы.
Поэтому при изоляции деталей, подвергаемых износостойкому хро-
мированию, следует пользоваться пластикатом, целлулоидом, плек-
сигласом, винипластом, тонким листовым свинцом, алюминиевой
фольгой, хлорвиниловыми трубками и перхлорвиниловым лаком.
Наиболее стойкими в хромовом электролите являются пластикат,
плексиглас, винипласт и перхлорвиниловый лак, в состав которого
входят:
Перхлорвиниловая смола . ... 100 г
Дихлорэтан.... . . . 300 мл
Хлористый метилен ... . 300 ,
После нанесения 2—3 слоев лака изделие подвергают сушке
в течение 2—3 час, при температуре 40—60э. Приготовление лака
и нанесение его следует производить под тягой. При изоляции шли-
фованных поверхностей или резьбы этот участок следует сначала
обмотать эластичной неметаллической или металлической лентой,
а затем сверху покрыть лаком.
кроме указанных материалов, Кутаисский автозавод применяет
изоляционный материал МБП. Монтан-битумная изоляция состоит
из монтана (технического неочищенного монтанского воска) —
53 весовые части и бутума № III или IV — 47 весовых частей.
Смесь расплавляют при 180°, перемешивают и при этой темпера-
туре наносят на поверхность детали.
При любом способе изоляции, после ее окончания, участки, под-
лежащие хромированию, необходимо тщательно очистить от загряз-
нений лаком.* Поверхность зачищают наждачным полотном
№ 0 и 00.
3 Цып. Г4 С 54
33
chipmaker.ru
Монтаж подвески. При монтаже подвески на деталь необхо-
димо проследить за тем, чтобы детали не закрывали друг друга и
все участки их поверхности, по возможности, одинаково отстояли от
поверхности анода.
Конструкции подвесных приспособлений описаны в выпуске
11 «Библиотечки».
Контакты подвесных приспособлений, а также штанги на ванне
должны быть тщательно зачищены.
Обезжиривание. При удалении с поверхности детали жировых
загрязнений следует иметь в виду, что стальные закаленные тонко-
стенные детали, работающие при значительных удельных нагруз-
ках. не допускается обезжиривать на катоде; в этом случае приме-
няется анодное обезжиривание или обезжиривание химическим
способом.
Детали крупного размера, а также детали, отдельные части
(или изоляция) которых легко растворяются в горячих щелочных
растворах, обезжириваются известковой кашицей.
Перед хромированием изделия прогревают до температуры хро-
мового электролита, что уменьшает величину внутренних напряже-
ний в осажденном слое хрома. Стальные и чугунные детали прогре-
ваются в хромовой ванне. Медь химически растворяется в хромовой
кислоте, поэтому изделия из меди и медных сплавов прогреваются
в горячей воде.
Декапирование. Перед хромированием стальные и чугунные
детали подвергаются анодному декапированию в хромовом элек-
тролите.
Стальные детали подвергаются анодному декапированию в тече-
ние 30—90 сек. при плотности тока 25—40 а!дм2. При декапирова-
нии серого чугуна не допускается применение высокой плотности
тока и большой продолжительности обработки. Лучшие резуль-
таты, в смысле сцепления и гладкости осажденного хрома, полу-
чаются при £>к = 20—25 а/дм2 и продолжительности травления
25—30 сек. Увеличение плотности тока и времени травления вызы-
вает на поверхности чугуна сильную шероховатость и снижает сце-
пляемость покрытия с основным металлом.
Декапирование чугуна с высоким содержанием кремния реко-
мендуется производить в 3—5-процентном растворе плавиковой
кислоты в течение 2—4 мин. После декапирования деталь промы-
вают водой и протирают кистью для удаления налета углерода.
Декапирование производят в ванне хромирования. После анодного
декапирования в хромовом электролите промывка в воде не про-
изводится.
Изделия из меди и медных сплавов анодному декапированию
не подвергаются.
Никелированные изделия, полирование которых осуществля-
лось электролитическим путем, перед хромированием рекомен-
дуется декапировать в 3—5-процентном растворе соляной кислоты.
После этого изделия промывают в холодной проточной воде и хро-
мируют.
4
15. ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОЕ ХРОМИРОВАНИЕ
Декоративному хромированию подвергаются детали из стали,
меди, латуни, алюминия, алюминиевых и цинковых сплавов.
При декоративном покрытии стальных изделий хромом (ГОСТ
3002—45) хром является наружным слоем многослойного покры-
тия медь (осажденная в цианистом электролите)—медь (осаж-
денная в кислом электролите) — никель — хром или никель —
медь (кислая) — никель — хром.
Толщина и пористость покрытия. При многослойном покрытии
стальных изделий по никелю слой хрома составляет 1 мк.
Как самостоятельное декоративное покрытие хром может быть
применен для медных и латунных изделий, работающих в легких
условиях службы. Толщина слоя хрома на изделиях из медных
Таблица 4
Средние толщины декоративных покрытий хромом
Основной металл изделия Условия службы изделия Металл подслоя покрытия Толщина слоя хрома в мк
Стальные детали, кроме крепежа Легкие Медь 3-4
Л Медь—никель 1
Средние То же 1
Жесткие я 1
Различные детали из меди и мед- Легкие Никель 0.5-1
них сплавов, кроме крепежа п — 3—4
Средние 11икель 1
я — 6-8
Жесткие 11икель 2
— 12—15
Крепеж из меди и медных сплавов: а) шаг до 1 мм
Легкие — 4
Средние — 5
б) шаг свыше 1 мн Жесткие — 6
Легкие — 5
Средние — 6
Жесткие — 8
Цинковые и алюминиевые сплавы Легкие )
Средние Жесткие | Медь - никель J 1
*3
r.ru
Сплавов в зависимости от условий службы изменяется от 3 ДО
15 мк. Хромовые покрытия также применяются в качестве наруж-
ного слоя многослойных покрытий медь (цианистая) —никель —
хром при декоративной отделке изделий из цинкового сплава и
цинк — никель — хром при декоративной отделке изделий из алю-
миния и алюминиевых сплавов. Средние толщины слоя хрома для
декоративных покрытий приведены в табл. 4. Несмотря на незна-
чительную толщину осадка хрома (1—2 мк) при хромировании по
никелевому подслою, он оказывает на покрытие положительное
влияние ввиду более высокой, по сравнению с никелем, твердо
стыо, химической стойкостью и износостойкостью.
Пористость защитно-декоративных покрытий хромом при экс-
плуатации изделий в легких условиях службы не нормируется.
Для средних условий службы допускается не более 5 пор на 1 см2
поверхности покрытия никелем и хромом. Для жестких условий
службы пористость в слое защитно-декоративного покрытия нике-
лем и хромом не допускается.
Хромирование с промежуточными прослойками. При хромирова-
нии изделий, покрытых никелем, для получения хорошего сцепле-
ния промежуток времени между полированием никелевого слоя и
хромированием должен быть минимально коротким. При больших
перерывах между этими операциями изделия следует повторно
отглянцевать, пользуясь бязевыми кругами и пастой с окисью алю-
миния. При покрытии никелем в ванне блестящего никелирования
промытые изделия на тех же подвесках завешиваются в ванну
хромирования.
Для декоративных покрытий важно, чтобы осадки хрома были
блестящими, так как хром очень трудно полируется. Получение
осадков блестящего хрома производится в определенном интер-
вале плотностей тока и температур.
Для осаждения хрома на медь и никель рекомендуется сле-
дующий режим электролиза:
Температура электролита.......... 45—4S°
Катодная плотность тока DK . . 10—25 а/дм2
Хромовые электролиты с добавкой борной кислоты. Для улуч-
шения работы ванны в глубину рекомендуется i[9j к обычному уни-
версальному хромовому электролиту (250 г/л СгО3 и 2,5 г/л
H2SO4) добавить борной кислоты в количестве 10 г/л. Такой элек-
тролит может быть использован при декоративном хромировании
рельефных деталей там, где работа ванны в глубину при обычном
составе электролита недостаточно хороша. Режим электролиза
при хромировании обычный.
Холодные электролиты. Осаждение хрома из холодных электро-
литов упрощает процесс электролиза и делает его доступным для
колокольных и барабанных ванн. Кроме того, при покрытии хро-
мом из холодных электролитов уменьшается растворение меди и
медных сплавов, что имеет известное значение для декоративного
хромирования этих металлов.
36
Необходимой добавкой в холодные электролиты хромирования
являются фтористые соли аммония и натрия. Верхний предел ра-
бочей плотности тока для получения светлых гладких, блестящих
осадков хрома составляет 10 а/дм2. Электролиты с добавкой фто-
ристых солей получили применение только для декоративных
целей.
Для осаждения хрома из холодных электролитов рекоменду-
ются {10] следующие электролиты и режим работы:
Первый электролит
Хромовый ангидрид ..... .......... 250 г/л
Серная кислота.......................... 0,6 ,
Фтористый аммоний........................ . . 6
Второй электролит
Хромовый ангидрид . ................. 150 .
Серная кислота . .... . . 0,6 „
Фтористый натрий............... 10,0 „
Температура электролита . . ........... . 18 25“ С
Катодная плотность тока DK ......... 5—10 al дм2
Выход по току................... 10 16%
Эти условия электролиза обеспечивают получение доброкаче-
ственных гладких, блестящих осадков хрома и высокую кроющую
способность. Пористость осадков хрома, полученных из холодных
электролитов, не отличается от покрытий, осажденных в горячем
электролите.
Недостатком электролитов с добавкой фтористых солей
является невозможность применения высоких плотностей тока, по-
лучение доброкачественных покрытий только в тонких слоях и не-
устойчивость их в работе. По мере течения электролиза содержа-
ние фтористой соли в электролите понижается. Наиболее интен-
сивное уменьшение концентрации фтористой соли наблюдается
в течение первых 50 а-час/л\ дальнейшее понижение концентрации
протекает более медленно. Через каждые 150 а-час/л электролит
необходимо пополнять новыми порциями фтористой соли. Недо-
статок ее вызывает появление шероховатости и пригара на углах.
Аноды при хромировании в холодной ванне с добавкой фтори-
стой соли рекомендуется изготовлять из сплава 93% свинца
и 7% олова.
Для получения удовлетворительного покрытия при хромирова-
нии мелких деталей в колокольной ванне рекомендуется поддержи-
вать силу тока 30—50 а на 1—2 кг деталей. Продолжительность
электролиза около 10—15 мин.
Ввиду малой площади анода в колокольной ванне происходит
накапливание трехвалентного хрома в электролите. Поэтому мел-
кие детали целесообразнее хромировать в барабанных ваннах.
Агатовый хром. Агатовое хромирование представляет собой спо-
соб декоративного покрытия сплавом хрома с небольшим количе-
ством цинка. Осажденный металл имеет вид неметаллического
37
chipmaker.ru
покрытия и внешне походит на полированный агат. Цвет покрытия
дымчатый с прожилками более светлого хрома.
Агатовый хром можно осадить на различные металлы — сталь,
медь, медные сплавы и др. Подготовка поверхности металла перед
покрытием не отличается от подготовки перед обычным хромиро-
ванием. Поверхность детали должна быть тщательно отполиро-
вана.
Электролитом для агатового хромирования служит раствор,
содержащий:
Хромового ангидрида ... . . 250 г/л
Уксуснокислого бария . 5—10 „
Уксуснокислого цинка . .......... . . 2—5 »
Уксуснокислого кальция.............................. 4—8
Режим электролиза, обеспечивающий получение доброкачествен-
ных покрытий, следующий:
Температура электролита . .... 22—40°С
Плотность тока DK.......................... . 30—100 а/дм2
Продолжительность электролиза . . 10—20 мин.
Напряжение на клеммах ванны . ....... . 6—9 в
Кроювхая способность электролита........... . . Удовлетвори-
тельная
После промывки в холодной и горячей воде производится
сушка изделия при температуре 100—110°. Полирование поверхно-
сти после агатового хромирования не производится, однако, для
увеличения блеска покрытие следует протереть тканью, смоченной
маслом.
Черный хром. В некоторых случаях для декоративной отделки
деталей или понижения коэффициента отражения света требуется,
чтобы покрытие, наряду с высокой твердостью и износостойкостью
обладало черным цветом.
В результате работы, выполненной в ЛХТИ им. Ленсовета,
предлагаются следующие условия электролиза, обеспечивающие
получение черного хрома.
1. Осадки черного хрома с наименьшей отражательной способ-
ностью получаются в электролите, содержащем:
Хромового ангидрида СгО3 ............................... 250 г/л
Уксусной кислоты ледяной СН3СООН . . 6 мл/л
Температура электролита............... . . . 20 -40° С
Катодная плотность тока DK................... . 300—400 а/дм2
Продолжительность электролиза.................... 4- 6 мин.
Осаждение черного хрома производится после отложения тре-
буемой толщины обычного хромового покрытия.
2. Электролит с наилучшей кроющей способностью имеет сле-
дующий состав и режим работы:
Хромовый ангидрид СгО3 .... . . . 250 г/л
Азотнокислый натрий NaNO3 . 5 „
Температура электролита . . . . 20°С
Катодная плотность тока DK....................... 50 а/дм1
38
3. В состав электролита взамен серной кислоты можно вводить
борфтористоводородную:
Хромовый ангидрид СгО3 .................... 200—250 г/л
Борфтористоводородная кислота HBF4 (39-процентный
раствор)................................... 0,7 ,
Катодная плотность тока DK ... . .......... . 20—25 а)дм2
Температура электролита ...................40—50° С
Продолжительность электролиза . . ......... 20—30 мин.
Присутствие серной кислоты в электролите не допускается.
Перед хромированием изделия проходят обычную для декора-
тивных покрытий подготовку, а после хромирования и промывки
водой подвергаются сушке и пропитываются маслом.
Черные хромовые покрытия можно наносить на поверхность
различных металлов.
Декоративное хромирование алюминия. При декоративном хро-
мировании алюминия и алюминиевых сплавов на полированную
поверхность изделия наносят многослойное покрытие: цинк —
никель — хром.
Осаждение цинка производится химическим способом из цин-
катного раствора, имеющего состав: 200 г/л ZnSO4-7H2O и
200 г/л NaOH. Для покрытия изделие при комнатной темпера-
туре погружают в раствор на 1—2 мин. Затем производится про-
мывка и никелирование в обычном никелевом электролйге. После
этого изделие промывают, сушат, глянцуют и хромируют. Тол-
щина слоя хрома—0,5—1,0 мк.
Описание процесса однослойного покрытия алюминия хромом
приведено ниже.
16. ПОКРЫТИЯ МОЛОЧНЫМ ХРОМОМ
При осаждении хрома на многослойное покрытие защита основ-
ного металла детали от коррозии осуществляется прослойкой из
меди и никеля.
В ряде случаев покрытие должно обеспечить не только защиту
от коррозии, но и высокую стойкость против механического
износа. Получение такого хромового покрытия может состоять
в осаждении молочного хрома и увеличении толщины покрытия.
На пористость осадков хрома сильное влияние оказывают
режим электролиза и толщина покрытия. При увеличении тол-
щины покрытия пористость блестящего хрома возрастает, а пори-
стость молочных осадков понижается. Поэтому молочные осадки
хрома лучше защищают основной металл детали от коррозии,
обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем блестящие
осадки.
Неодинаковая коррозионная стойкость хромовых осадков
объясняется различной степенью пассивности хрома на поверхно-
сти покрытия и по граням трещин.
Однако, несмотря на более высокую пассивность и химическую
39
r.ru
стойкость молочных осадков хрома по сравнению с блестящими,
они плохо защищают деталь при одновременном действии на нее
коррозионной среды и знакопеременной нагрузки.
Однослойное покрытие молочным хромом. Для стальных дета-
лей морского транспорта, подвергающихся механическому износу
при одновременном действии коррозионной среды, например,
морской воды, рекомендуются покрытия молочным хромом тол-
щиной 50 мк.
Применяется следующие состав электролита и режим работы:
Хромовый ангидрид СгО3. . . 220—250 г/д
Серная кислота H2SO4 . 2,2—2,5 „
Температура электролита . .... . 70±1°С
Катодная плотность тока DK . . 25—35 а/дм-
Толщина слоя хрома. . . ... 50 мк
Стальные изделия перед покрытием молочным хромом выдер-
живают в хромовом электролите 5—6 мин. для прогревания до
температуры ванны и подвергают анодному декапированию при
Т = 60—70°, D а =• 25—30 а,'дм2 и т = 30 сек.
Для повышения коррозионной стойкости деталей паровых
турбин рекомендуется [11] применять молочные осадки хрома тол-
щиной 18—20 мк. При этом состав электролита и режим работы
следующие:
Хромовый ангидрид СгО3 .
Серная кислота H2SO4 . .
Катодная плотность тока DK . .
Температура электролита . . . .
15о г/л
1,5 .
18-20 а/дм-
70 -75°С
Молочные осадки хрома толщиной 5—7 мк применяются для
непосредственного покрытия стальных медицинских инструмен-
тов— тонзилотомов, ножей Бекмана, глазного инструмента и
др. [12], взамен ранее производившегося многослойного покрытия
медь — никель—хром. Для получения покрытия, обладающего
одновременно красивым блестящим видом и коррозионной стой-
костью, хромирование рекомендуется производить при режимах
электролиза, находящихся на границе между блестящими и мо-
лочными осадками хрома (фиг. 5). Такие хромовые покрытия не
отличаются большим блеском, но их глянцевание не представляет
трудности.
Перед хромированием изделие тщательно полируется до зер-
кального блеска. Необходимо проследить за тем, чтобы в углубле-
ниях поверхность также была блестящей, так как на недостаточно
отполированных участках ее осаждается матовый хром. Затем
производится обезжиривание, промывка и декапирование сначала
в 5-процентном растворе НС1 в течение 5—10 сек., а вслед за этим
в хромовом электролите на аноде при £)„ = 25 а/дм2 и продолжи-
тельности 10—15 сек.
40
Хромирование производится при следующем составе и режиме
работы электролита:
Хромовый ангидрид СгО3 . . . . 350 370 г/л
Серная кислота H2SO4 .... 3—3,5 „
Трсхвалентный хром ......................... .... 2—3 »
Температура электролита ... . 58 52° С
Катодная плотность тока DK . . . . .... 20—25 а/дм-
Продолжительность хромирования для получения покры-
тий толщиной 5—6 мк.............................. 25—30 мин.
Значительные отклонения от указанного режима электролиза
способствуют осаждению блестящего хрома или матового, плохо
поддающегося полированию.
После хромирования изделия промываются в холодной и горя-
чей воде и обрабатываются в 10-процентном растворе соды для
нейтрализации остатков хромовой кислоты. Затем производится
промывка, сушка и глянцевание на суконном круге с хромовой
пастой.
Медицинский инструмент, хромированный при указанных усло-
виях, обладает хорошей коррозионной стойкостью.
Комбинированные хромовые покрытия. Комбинированное осаж-
дение хрома ппименяется для получения покрытия, способного
защитить стальные детали от коррозии и обеспечить высокую из-
носостойкость и декоративные качества. Такое покрытие состоит
из двух слоев: нижнего —молочного и верхнего — блестящего.
Комбинированное покрытие хромом предназначено для деталей
приборов и машин, работающих в районах с высокой влаж-
ностью.
При покрытии деталей основные технологические операции
рекомендуется выполнять следующим образом. Обезжиривание —
сначала 3—5 мин. на катоде, а затем 1—2 мин. на аноде в рас-
творе, содержащем 100 г/л NaOH и 50 г/л Na2CO3 при Т — 75—80°
и плотности тока 8—10 а! дм?. Декапирование—в 7—10-процент-
ном растворе H0SO4. После хромирования — сушка при темпера-
туре 120—140°.
Хромирование производится последовательно в двух ваннах
с одинаковым составом электролита:
Хромового ангидрида СгО3 ............................ 250 г/л
Серной кислоты H2SO3......................... . . . 2,5 ,
Первым осаждается слой молочного хрома толщиной 15 мк
при Т — 70° и DK = 30 а!дм2. Затем деталь, не промывая, перено-
сят в ванну с более низкой температурой электролита и наносят
слой блестящего хрома толщиной 35 мк при Т = 50° и
DK = 50 а/дм2.
Повышение защитной способности хрома пропиткой. Для повы-
шения защитных свойств хромового покрытия можно после хро-
мирования производить пропитку поверхности с целью заполнения
пор одним из следующих материалов: 1) клеем БФ-2; 2) смазкой
АМС-3; 3) льняным маслом при Т = 110° в течение 20 мин
11
chipmaker.ru
17. ИЗНОСОСТОЙКИЕ покрытия ХРОМОМ
Износостойкое хромирование получило три основных направле-
ния: 1) повышение износостойкости новых деталей машин и инст-
румента, подвергающихся механическому износу в процессе
работы; 2) восстановление размеров изношенных деталей и
3) исправление деталей, размеры которых оказались заниженными
при механической обработке.
Толщина слоя при износостойком покрытии хромом в большин-
стве случаев составляет 0,03—0,3 juju, в отдельных случаях ее
увеличивают до 1,0 мм. Как правило, слой осажденного хрома
должен иметь одинаковую толщину по всей поверхности покрытия.
Для достижения положительного эффекта в результате хромиро-
вания необходимы следующие условия.
Металл детали, являющийся основой для слоя хрома, должен
иметь достаточно высокую твердость. Это особенно касается дета-
лей, работающих при высоких удельных нагрузках или сосредото-
ченном их действии на отдельных участках поверхности покрытья.
При выборе технологического процесса хромирования необхо-
димо считаться с уловиями эксплуатации деталей. Если смазка
трущи сся поверхностей затруднена, а удельные нагрузки доста-
точно высоки, то следует применять покрытие пористым хромом.
В) всех прочих случаях прибегают к осаждению плотных хромо-
вых покрытий.
Наиболее часто износостойкому хромированию подвергаются
стальные и чугунные детали машин. Химический состав металла
покрываемой детали редко служит препятствием к хорошему сце-
плению. Однако следует иметь в виду, что стали с высоким содер-
жанием вольфрама и кобальта, а также высокоуглеродистые и
высококремнистые чугуны нельзя покрывать хромом. Также
трудно получить хорошее сцепление при хромировании деталей,
поверхностный слой которых испытывает значительные внутрен-
ние напряжения, например, в результате неправильно проведен-
ной закалки.
18. ЗАВЕШИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ В ВАННУ
При хромировании важнейшей операцией является монтаж
подвески на деталь и крепление экранов и дополнительных като-
дов. Очень часто неудачная конструкция подвески или неправиль-
ный монтаж являются причиной появления дефекта. Хромируе-
мые аетали для лучшего контакта необходимо жестко соединить
с подвеской. Металлические участки подвески, омываемые элек-
тролитом, за исключением мест контактов, должны быть изолиро-
ваны. Если монтаж произведен правильно и все участки анода
одинаково удалены от противоположных участков катода, как это
показано на фиг. 11, то для каждого горизонтального сечения тол-
щина слоя хрома откладывается равномерно по всей поверхности
детали.
42
Для осаждения слоя хрома одинаковой толщины на поверх-
ности детали, имеющей сложный профиль, требуется в каждом
конкретном случае применение анодов специальной формы.
В ряде случаев также требуется использование дополнительных
Фиг. 11. Схемы расположения анодов стандартной формы
при хромировании:
а — наружной; б — внутренней поверхности цилиндра.
катодов, не проводящих ток экранов и изоляции материалами,
стойкими в растворе хромового ангидрида.
Фиг. 12. Схемы завешивания деталей в ванну:
/ —изоляция; 2 — металлическая (стальная) шайба; 3 — дополнительный катод из проволоки;
4— слой осажденного хрома.
При рельефном катоде уменьшение расстояния между анодом
и катодом ухудшает равномерность отложения хрома на поверх-
ности детали. Увеличение расстояния повышает равномерность по-
крытия при одновременном возрастании напряжения на ванне.
На равномерность отложения хрома заметное влияние оказы-
вает относительное расположение деталей и анодов в ванне. Глу-
бина их погружения в электролит должна быть одинаковой. Как
показано на фиг. 12, а, концентрация силовых линий тока на углах
43
r.ru
и ребрах детали при неправильном завешивании ее в ванну хро-
мирования достигает большой величины. Вследствие этого на
отдельных участках детали образуются утолщения, и изделие при-
обретает искаженную форму. Такие дефекты уменьшаются при
одинаковом погружении анодов и детали и небольшом расстоя-
нии от верхнего края ее до уровня электролита. Положительный
эффект оказывает также применение металлических шайб
(фиг. 12,6), изоляции при хромировании части детали (например,
пятки микрометра), сокращенного анодно-катодного расстояния
(фиг. 12, в) и дополнительных катодов
(фиг. 12, а), принимающих на себя
часть тока.
При хромировании плоских или ци-
линдрических деталей расположение
их в ванне должно быть вертикаль-
ным. При таком положении катода
(фиг. 13, а) пузырьки водорода, выде-
ляющиеся на поверхности детали, сво-
бодно удаляются. При хромировании
деталей большего размера возникает
необходимость в горизонтальном их по-
гружении в электролит. При этом пу-
зырьки водорода задерживаются на
Фиг. 13. Схемы расположения
деталей в ванне.
нижних участках поверхности катода
(фиг. 13,6) и вызывают образование
пористости. Для удаления пузырьков
водорода в процессе электролиза деталь необходимо вращать.
При хромировании внутренней поверхности полой детали, на-
пример, цилиндра, анод помещают внутри катода.
Анодно-катодное расстояние при хромировании поверхностей
с одинаковым очертанием детали и анода желательно сократить.
Однако слишком малая величина анодно-катодного расстояния
недопустима, так как при высоких плотностях тока и небольшом
объеме электролита, заключенного между электродами, происхо-
дит сильное насыщение его верхних слоев газообразным водоро-
дом (фиг. 13, в).
Для предупреждения неравномерного осаждения хрома но
высоте цилиндра расстояние между анодом и деталью в нижней
части увеличивают; для этого рекомендуется применять аноды,
имеющие небольшой конус, с установкой их меньшим диаметром
вниз.
При хромировании внутренней поверхности трубы рекомен-
дуется в центре трубы установить полый анод. Разогретый элек-
тролит принудительно подается по аноду сверху вниз, вытекает
в пространство между электродами, поднимается вверх и по же-
лобу стекает в сборник. Температура электролита регулируется
изменением скорости подачи его. Объем электролита в процессе
электролиза должен, примерно, в 3—4 раза превышать объем
образующегося водорода,
4-1
При хромировании внутренних Цилиндрических поверхностей
малого диаметра анодом служит стальная проволока, освинцован-
ная электролитическим способом. Толщина слоя свинца соста-
вляет 0,1—0,3 мм.
При монтаже необходимо обеспечить точную центровку вну-
треннего анода и свободную циркуляцию электролита между элек-
тродами.
При хромировании деталей прямоугольного сечения, сочетая
установку фигурных анодов и не проводящих ток экранов, воз-
Фиг. 14. Схемы ячеек при хромировании;
1 — изоляция (плексиглас); 2 — пузырьки водорода.
можно получить равномерное отложение хрома на всех участках
поверхности. На фиг. 14 в качестве примеров представлены схемы
установки анодов при хромировании внутренней и наружной
поверхности деталей.
Для осаждения хрома в углах полой детали (фиг. 14, с) анод
должен иметь вытянутые углы. При покрытии наружной поверх-
ности для предупреждения образования грубых пригорелых осад-
ков хрома на углах детали аноду следует придать форму хроми-
руемой детали (фиг. 14,6), а в углах его установить не проводя-
щие ток экраны, например из плексигласа.
Важно получить равномерные по толщине осадки хрома на
гранях и углах металлорежущего инструмента. Покрытие инстру-
мента хромом [8] предлагается производить в специально скон-
струированных ячейках для хромирования. Это особенно важно
при хромировании деталей с острыми выступами, когда отсутствие
предупредительных мер может вызвать образование наростов
хрома. Применение в такой ячейке экрана (фиг. 14, в), помещен-
45
naker.ru
него в электролите между анодом и острием детали, позволяет
получить более равномерное распределение тока по всей поверх
пости инструмента.
При хромировании деталей, имеющих сложную форму, обычно
приходится прибегать к применению не менее сложного фигурного
анода, что имеет место при хромировании прессформ, штампов и
т. п. деталей.
На фиг. 14,а представлен фигурный перфорированный анод.
Отверстия в аноде предусмотрены для скорейшего удаления газов
из электролита, заключенного между электродами. *
19. УСЛОВИЯ ХРОМИРОВАНИЯ
Процесс износостойкого хромирования по сравнению с за-
щитно-декоративным обладает некоторыми особенностями:
1) напряжение на клеммах ванны более высокое (около 5,5в),
что является результатом применения менее концентрированных
электролитов;
2) плотности тока, применяемые при хромировании, более
высокие;
3) толщина слоя хрома несоизмеримо больше, что является
причиной значительной продолжительности процесса, достигающей
в отдельных случаях 24 час.;
4) режим электролиза следует поддерживать в строго устано-
вленных пределах. Отклонения от установленной величины плот-
ности тока и температуры электролита в процессе электролиза
могут вызвать дополнительные напряжения в слое осажденного
хрома;
5) хромированию подвергаются обычно стальные и чугунные
детали машин без покрытия промежуточным слоем какого-либо
другого металла.
Режимы хромирования, обеспечивающие получение блестящих
(более твердых) и молочных (сравнительно мягких и эластичных)
осадков, выбираются в зависимости от назначения деталей, усло-
вий их службы и требований, предъявляемых к покрытию. Ниже
приведены основные режимы хромирования для получения осад-
ков того или другого типа:
а) при осаждении блестящего хрома:
Температура электролита.................. 54—56°
Катодная плотность тока DK . . . 30—50 а!дм2
Температура электролита..... ........ 66—68°
Катодная плотность тока DK........ . . . 80—100 а/дм2
б) при осаждении молочного хрома:
Температура электролита ................. 68—72°
Катодная плотность тока DK............... 25—30 а/дм2
в) при осаждении молочно-блестящего (дымчатого) хрома:
Температура электролита.................... 60—65°
Катодная плотность тока DK............... 30—35 а/дм2
46
При выборе режима хромирования следует считаться с рельеф-
ностью детали и формой применяемого анода, определяющими
степень неравномерности распределения тока между ближними и
дальними участками детали.
При хромировании может оказаться, что отдельные участки
поверхности детали не покрываются хромом. Для предупреждения
этого рекомендуются следующие меры.
При покрытии хромом деталей, имеющих некоторый рельеф,
или при одновременном покрытии однотипных деталей, смонтиро-
ванных на нескольких подвесках, хромирование следует начинать
с толчка тока. При этом плотность тока должна быть, примерно,
в 1,5 раза больше заданной. Продолжительность толчка тока со-
ставляет 2—3 мин., затем плотность тока постепенно, в течение
нескольких минут, снижают до установленной величины.
Если по техническим причинам невозможно создание толчка
тока, то хромирование следует начинать хотя бьи при установленной
величине плотности тока или близкой к ней. Совершенно не до-
пускается начинать электролиз с небольшой плотности тока, а за-
тем повышать ее до требуемой величины.
Размерное хромирование. Сущность размерного хромирования
состоит в том, что детали покрываются слоем хрома точно до за-
данного размера и направляются в производство без последующей
механической обработки. Размерное хромирование создает эконо-
мию в хромовом ангидриде и расходах на механическую обработку
детали. При размерном хромировании требуется осадить слой
хрома совершенно одинаковой толщины и точно сохранить перво-
начальную форму детали, например, при хромировании цилиндри-
ческих деталей не допускается конусность или овальность.
Для размерного хромирования требуется применение фигурных
анодов, специальных подвесных приспособлений, позволяющих
жестко монтировать детали и аноды, а также изолирующих экра-
нов. Монтаж должен выполняться таким образом, чтобы в про-
цессе электролиза концентрация силовых линий тока была одина-
ковой на всей поверхности хромируемой детали.
Знание величины выхода по току и плотности тока при хроми-
ровании позволяет точно определить время, необходимое для
осаждения требуемой толщины слоя хрома. Расчет производится
по формуле
т = 1314 г,° мин ,
где т —время в мин.;
6 —толщина покрытия в лк;
DK— катодная плотность тока в а/дм2',
4 —выход по току в %.
Однако для получения доброкачественного слоя хрома строго
определенной толщины необходимо, чтобы поверхность покрытия
не была шероховатой или пористой. Поэтому следует обратить
47
r.ru
снимание на чистоту Поверхности детали перед покрытием (отсут-
ствие царапин, пор и т. п.) и правильность состава электролита.
Если к покрываемой детали предъявляются высокие требова-
ния в смысле чистоты поверхности и границ допуска на изготовле-
ние, то размерное хромирование пригодно только при сравни-
тельно малых толщинах слоя хрома. Примером могут служить
гладкие калибры, хромируемые на толщину слоя 10—30 мк. Срав-
нительно толстые покрытия возможно наносить при размерном
хромировании деталей с более широкой границей допусков, на-
пример, цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Для этих
деталей допускается некоторая конусность и эллипсность, вели-
чины которых практически лежат около 0,01 мм.
20. ПРИМЕРЫ ХРОМИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Гладкие калибры. Хромирование гладких калибров целесо-
образно производить на толщину слоя хрома, немного превышаю-
щую допуск на износ. Это позволяет неоднократно восстанавли-
вать изношенные калибры путем удаления оставшегося слоя хрома
и повторного осаждения нового.
Эта величина допуска на износ дтя гладких калибров коле-
блется от нескольких микрон до сотых долей миллиметра. При
размерном хромировании приходится также считаться с допуском
на неточность изготовления калибра. В некоторых случаях эта
величина составляет всего лишь 2 мк. Поэтому в процессе элек-
тролиза не допускаются колебания плотности тока, так как при
этом изменяется скорость осаждения хрома и невозможно полу-
чить слой с точностью до 1—2 мк.
Мерительный инструмент относится к классу легко нагруженных
деталей, работающих при давлении до 5 кг/см2. Инструмент изго-
товляется из стали марки У10 и У12. Твердость мерительной по-
верхности 580—630 Нв может быть обеспечена слоем хрома, оса-
жденным при режимах, соответствующих получению блестящих
осадков.
Механическая обработка новых калибров перед покрытием их
хромом производится согласно чертежу, в котором необходимо
предусмотреть: величину изменения размера, соответствующую
удвоенной толщине слоя хрома; закругление острых кромок
калибра и чистоту поверхности, соответствующую готовому калибру.
Хромирование калибров производится либо в размер, либо с
припуском на последующую механическую обработку. К хромиро-
ванной поверхности, помимо общих требований в смысле хорошего
сцепления, отсутствия вздутий, шероховатости и прочих дефектов,
предъявляются следующие: сохранение правильной геометриче-
ской формы,'присущей калибру, и гладкой блестящей поверхности.
Эти требования не обязательны при последующем шлифовании
покрытия.
При размерном хромировании калибров необходимо изолиро-
вать все участки поверхности, не подлежащие хромированию.
48
Однако при этом нужно- проследить за тем, чтобы изоляция не
экранировала отдельные участки поверхности покрытия.
На фиг. 15 изображены схемы сборки гладких калибров-пробок
перед хромированием. При неудачно выбранной фор,ме и размерах
изолирующей накладки (фиг. 15, а) толщина слоя хрома на краях
калибра будет занижена. Для равномерного отложения хрома
рекомендуется (фиг. 15,6) -между калибром-пробкой / и изоли-
рующей накладкой 2 устанавливать стальные шайбьг 4, а накладки
делать коническими. Кроме того, желательно одновременно хроми-
ровать по две пробки.
Перед электролизом необходимо
проследить за тем, чтобы все участки
поверхности калибра, подлежащие
хромированию, одинаково отстояли
от анодов. Для этого предлагает-
ся [8] создавать специальные конструк-
ции для жесткого крепления ка-
тода и анода подобно тому, как изо-
бражено на фиг. 15, в для калибра-
скобы. При хромировании калибров-
пробок для получения равномерной
толщины слоя хрома достаточно под-
вески с калибрами повернуть на 90
по истечении половины времени хроми-
рования, не прерывая при этом про-
цесса электролиза.
Подготовленные к электролизу ка-
Фиг. 15. Схемы монтажа глад-
ких калибров:
1 — калибр; 2—изоляция (тексто-
лит или плексиглас); 3 — слой хро-
ма; 4— стальная шайба.
либры загружают в ванну, дают прогреться, затем подвергают
анодному декапированию в хромовом электролите в течение ЗОсек.
и хромируют.
Режим электролиза при размерном хромировании:
f = 57+l° и DK=45 а/дм2.
При хромировании с последующим шлифованием плотность
тока можно повысить до 60 а/дм2.
После хромирования производится промывка в ванне улавлива-
ния СгОз, а затем в проточной холодной воде — демонтаж под-
вески и сушка.
Кроме гладких калибров, размерному хромированию подверга-
ются другие бесшкальпые мерительные инструменты, плоскопа-
раллельные концевые меры длины (мерительные -плитки, стержни)
и другой инструмент.
Металлообрабатывающий инструмент. Хромированию подвер-
I аются многие инструменты с целью повышения их сопротивления
механическому износу.
Ниже приведены особенности монтажа и хромирования некото-
рых инструментов:
а) Хромирование обрубной матрицы. Схема мон-
тажа матрицы! для обрубки листовых материалов изображена па
4 Вын. М 6 54 49
chipmaker.ru
фиг. 16,cz. Матрица 1 жестко закрепляется между винипластовыми
листами 2 и шайбой 3. Анод 4, представляющий собой стальную
освинцованную проволоку (с/=3—4 мм), соединенную с освинцо-
ванным горизонтально расположенным диском, точно центрируется
в отверстии матрицы. Чтобы предупредить концентрацию силовых
линий тока на углах отверстия, предусмотрена изоляция 5, устано-
вленная на диске анода. Расстояние I между отдельными участ-
ками матрицы и анода должно быть одинаковым.
Хромирование производится при плотности тока 45 а/длс2 и тем-
пературе 65 ±1 °. Толщина слоя хрома в среднем составляет
Фиг. 16. Схемы монтажа инструмента:
а — обрубной матрицы; б — токарного резца.
10 мк. После хромирования, промывки, демонтажа и сушки про-
изводится термообработка при температуре 150—250° в течение
1,5—2 час.
б) Хромирование волочильного инструмента.
При хромировании глазков для холодной протяжки схема монтажа
в основном та же, что и на фиг. 16, а. Анод — стальная освинцо-
ванная проволока — помещается точно в центре волочильного
глазка. Режим хромирования следующий: плотность тока 60 а)дм2,
температура электролита 55+1°. Толщина слоя хрома в среднем
15 мк; в калибрующей части она несколько больше.
При хромировании важно точно выдержать размер отверстия
у калибрующей части глазка. Покрытие хромом здесь должно быть
обязательно блестящим, а поверхность гладкой.
в) Хромирование токарного резца. Перед хромиро-
ванием геометрические параметры резца должны соответствовать
готовой продукции.
Особенности монтажа резца показаны на фиг. 16,6. Для устра-
нения наростов хрома на углах резца / устанавливаются не прово-
дящие ток экраны 2. Зазоры между углами резца и экранами
около 0,5 мм. Расстояние I между хромируемой поверхностью
и анодами 3 должно быть всюду одинаковым.
50
Хромирование производится при плотности тока 45 а/дм2 и тем-
пературе электролита 55°. Толщина слоя хрома, примерно', 30 мк.
После хромирования в целях уменьшения хрупкости производится
термообработка при Т — 150—250° в течение 1,5—2 час.
Поршневой палец. Поршневые пальцы работают при
давлении в среднем до 20 кг/см2.
В зависимости от размеров на одной подвеске можно
смонтировать от 1 до 5 пальцев. При монтаже необхо-
димо подобрать пальцы одного диаметра и проследить,
чтобы на подвеске они не были смещены по оси. Нави-
сание одного пальца над другим вызовет образование
непокрытых участков или завалов в размерах. У край-
них пальцев, как показано на фиг. 17, устанавливаются
того же диаметра стальные шайбы-надставки.
В ванне вокруг подвески, завешиваемой обязательно
в вертикальном положении, на равных расстояниях по-
мещаются четыре плоских анода, как это показано
на фиг. 11. Это расстояние составляет 50—70 мм. После
прогревания в течение 4—5 мин. поршневые пальцы
декапируют 30—45 сек. при плотности тока 25—
30 а/дм2.
Режим электролиза рекомендуется следующий: плот-
ность тока 25—35 а/дм2, температура 67 + 1°. Толщина
слоя хрома обычно определяется величиной допуска на
износ и в среднем составляет 0,1 мм. Однако при вос-
становлении размеров изношенных поршневых пальцев
(или других подобных деталей) толщина слоя хрома
может быть повышена до 0,2—0,3 мм.
Фиг. 17.
Монтаж
поршне-
вых паль-
цев.
21. ПОРИСТЫЙ ХРОМ
Покрытию пористым хромом подвергаются тяжело нагружен-
ные трущиеся детали двигателей внутреннего сгорания, цилиндры
и поршневые кольца, покрытие которых гладким хромом не может
обеспечить нормальной их эксплуатации.
Как показано на фиг. 2, зеркало цилиндра двигателя, покрытое
гладким хромом, после 3—5 час. испытаний на стенде оказывается
совершенно разрушенным. Вследствие недостатка смазки проис-
ходит выкрашивание частичек хрома, влекущее за собой появление
на зеркале цилиндра глубоких царапин. Применение пористого
хрома устраняет эти недостатки. На фиг. 18 показана поверхность
детали, покрытой пористым хромом, после приработки ее на дви-
гателе.
Пористым хромом покрывается одна из трущихся поверхно-
стей— цилиндр или поршневое кольцо. Вместе с тем, повышение
износостойкости наблюдается у обеих деталей. Износостойкость
детали, покрытой пористым хромом, возрастает в 3—5, а иногда
и в большее число раз; срок службы сопряженно работающей де-
тали увеличивается, примерно, в 1,5—2 раза.
4* 51
r.ru
Фиг. 18. Поверхность пористого
хрома после приработки.
Цилиндр по сравнению с поршневым кольцом является более
ценной деталью двигателя. Естественно, что наиболее важным
является вопрос об увеличении срока службы цилиндра. Это
обычно достигается двумя путями. Первый состоит в пористом
хромировании внутренней поверхности цилиндра, работающего
в паре с чугунными поршневыми кольцами. Помимо этого, много
кратное увеличение общего срока службы цилиндра возможно за
счет проведения повторного хромирования. Второй путь заклю-
чаемся в пористом хромировании поршневых колец, которые, рабо
тая в паре с нехромированным цилиндром, способствуют уменьше-
нию его износа Выбор того или иною пути зависит от ожидаемого
экономического эффекта и производ-
ственных возможностей.
Схемы технологического процесса.
В настоящее время в промышленно-
сти применяются два варианта тех-
нологического процесса пористого хро-
мирования, различие в которых со-
стоит в том, что по одному из вариан
тов механическая обработка (шлифо-
вание) хромированной поверхности
производится перед анодным травле-
нием хрома, а по второму совсем не
производится или осуществляется по-
сле анодного травления, т. е. после
создания сетки каналов пористого хрома. Как показано на фиг. 9,
получающиеся при этом структуры пористого хрома резко отли-
чаются друг от друга.
Каждый из указанных вариантов имеет некоторые особенности.
В соответствии со схемой технологического процесса, предусматри-
вающей шлифование хромового покрытия перед анодным травле-
нием, необходим известный припуск (0,03—0,1 мм) толщины слоя
хрома на механическую обработку. Полученный пористый хром
имеет сравнительно гладкую поверхность.
По второму варианту схемы анодная обработка покрытия про-
изводится после хромирования, в данном случае размерного. Ме-
ханическая обработка пористого хрома осуществляется с целью
сглаживания поверхности, имеющей обычно значительную шерохо-
ватость.
Первый вариант схемы, обеспечивающий получение более пра-
вильной геометрической формы и менее шероховатой поверхности,
применяется чаще. Такой путь обычно избирается при покрытии
цилиндров двигателей и поршневых колец большого размера.
Приработка и износ деталей, покрытых пористым хромом.
Вследствие высокой твердости и сильной шероховатости пористого
хрома в первые часы работы, до приработки трущихся поверхно-
стей, происходит более высокий износ сопряженно работающей
детали. Это также касается поверхности пористого хрома. На
фиг. 19 графически изображен износ цилиндров (/7 = 89 мм и
52
h = 280 мм) и поршневых колец четырехцилиндрового вспомога-
тельного двигателя судового типа мощностью 31 л. с. и числом
оборотов 1450 в минуту. Хромирование цилиндров производилось
по технологической схеме, предусматривающей шлифование хрома
перед анодным травлением, что обеспечивает получение поверхно-
сти пористого хрома с сравнительно небольшой шероховатостью.
Однако и при этом износ поршневых колец, работавших с пори-
сто-хромированными цилиндрами, так же как износ самих цилин-
доов, покрытых пористым хромом, в первые 50 час работы двига-
теля превосходит износ пары чу-
гунный цилиндр — чугунные пор-
шневые кольца.
После приработки трущихся
поверхностей положение изме-
няется: износ цилиндра, покры-
того пористым хромом, практиче-
ски отсутствует; износ чугунного
цилиндра без покрытия непрерыв-
но увеличивается. Поршневые
кольца, работающие в паре с по-
ристым хромом, изнашиваются,
примерно, в 1,5—2 раза мед
леннее.
Поверхность пористого хрома,
Фиг. 19. Износ цилиндров двигателя
и чугунных поршневых колец:
1 — чугунный цилиндр; 2 — хромированный
цилиндр; <3 — поршневые кольца, работав-
шие в паре с чугунным цилиндром; 4 —
поршневые кольца, работавшие в паре с
хромированным цилиндром.
полученная в результате выпол-
нения анодного травления непо-
средственно после хромирования,
более шероховата, прирабаты-
вается медленно и в период при-
работки вызывает повышенный износ трущихся деталей. Тем не
менее, общий эффект ют применения пористо-хромового покрытия
оказывается положительным. На фиг. 20 графически изображен
износ пористо-хромированных поршневых колец (с? = 540 мм) и
чугунных цилиндровых втулок шестицилиндрового главного дви-
гателя типа К-6 М54/90 одного из теплоходов каспийского флота.
При хромировании поршневых колец на толщину слоя 0,25-^-
0,30 мм анодное травление производилось после шлифования
хрома. Обработка пористого хрома с целью сглаживания поверхно-
сти не производилась.
Осмотр поршневых колец через 150 час. работы двигателя
показал, что поверхность пористого хрома приработалась непол-
ностью, в то время как чугунные нехромированные кольца прира-
ботались по всей поверхности. Вместе с тем за 800 час. работы дви-
гателя износ чугунных поршневых колец (фиг. 20, а) в 4,5 раза
превысил износ колец, покрытых пористым хромом. Наряду с этим,
максимальный износ цилиндров (фиг. 20,6), работавших с порш-
невыми кольцами, покрытыми пористым хромом, в течение
1100 час., примерно, в два раза ниже износа цилиндров, работав-
ших в паре у нехромированными чугунными кольцами.
53
Для сглаживания поверхности пористого хрома, полученного
путем анодного травления, в некоторых случаях рекомендуется
производить хонингование или притирку абразивными порошками
с маслом или керосином. Такая обработка поверхности не полу-
чила широкого распространения по следующим причинам:
1. При хонинговании сошлифовывается значительная часть по-
ристого слоя покрытия. Благодаря этому удаляется часть поверх-
ностного слоя, которая способствует прирабатываемости хрома.
Поэтому сошлифование поверхностного слоя пористого хрома не-
допустимо производить более чем на 0,01—0,02 мм.
Фиг. 20. Износ поршневых колеи (а) и чугунных цилиндров (б)
двигателя:
1,2,3 — чугунные поршневые кольца, покрытые пористым хромом; 4,5,6—
чугунные поршневые кольца без покрытия.
2. При хонинговании или притирке поверхности хрома после
анодной обработки частички абразива внедряются в каналы пори-
стого хрома.
Хромирование цилиндров двигателей. При хромировании цилин-
дров двигателей диаметром более 50 мм рекомендуются следую-
щие расстояния между электродами. При диаметре цилиндров
от 50 до 100 мм расстояние между катодом и анодом поддержи-
вается 12—15 мм, при диаметре от 100 до 200 мм— 15—20 мм и
от 200 мм и выше — 20—35 мм. Для равномерного отложения
хрома по высоте цилиндра аноды должны иметь круглое сечение
и конусность 1 : 100. При монтаже анод должен устанавливаться
меньшим диаметром книзу точно в центре цилиндра и не должен
выступать за нижний его торец.
Как правило, пористое хромирование цилиндров производится
по следующей схеме технологического процесса: 1) шлифование;
2) промывка керосином, бензином, притирка тканью и очистка
контактирующих поверхностей на цилиндре и подвеске; 3) мон-
таж подвески; 4) обезжиривание и промывка водой; 5) установка
анода; 6) погружение в электролит и выдержка 5—8 мин. без
тока; 7) анодное декапирование; 8) хромирование; 9) промывка
54
в ванне улавливания хромового ангидрида; 10) промывка холод-
ной проточной водой; 11) демонтаж анода; 12) промывка в горя
чей воде; 13) сушка; 14) технический контроль и обмеры; 15) тер-
мическая обработка с целью обезводороживания хромового покры-
тия; 16) шлифование до номинального размера с припуском 0,01 —
0,02 мм на анодное травление; 17) монтаж подвески; 18) обезжи-
ривание и промывка водой; 19) установка катода; 20) анодное
травление; 21) промывка в ванне
улавливания хромового ангидрида;
22) промывка холодной проточной во-
дой; 23) демонтаж катода, 24) про-
мывка горячей водой; 25) демонтаж
подвески и 26) сушка.
Перед обезжириванием имеющиеся
на цилиндрах окна или отверстия не-
обходимо зачеканить свинцом. Сма-
зочные и другие отверстия, находя-
щиеся на рабочей части цилиндра (это
особенно касается цилиндровых вту-
лок судового типа), зачеканиваются
свинцом так, чтобы он выступал над
хромируемой поверхностью, примерно,
на 0,5 мм. Это делается для того,
чтобы выступающая часть свинца не-
сколько экранировала края отверстия
и хром на них осаждался. При заче-
канке отверстий заподлицо с поверх-
ностью детали хром осаждается на
острых краях отверстия, вследствие
чего при работе цилиндра возможно
скалывание его и задир рабочей по- , „
вепхности фиг- 21 Подвеска для ХР°МИ‘
v рования цилиндров двигателей.
Для хромирования цилиндров
можно использовать подвеску (фиг. 21).
Подвеска имеет основание 4 с ввернутыми в него двумя стой-
ками 1, снабженными боковыми пазами, вдоль которых переме-
щаются болты 3. Колодки 6 и 8, закрепляемые на стойках при
помощи гаек 7 и 2, служат для поддержки анода. Верхняя ко-
лодка 8 может быть передвинута по вертикали в любое положение
в зависимости от длины анода и цилиндра. Эбонитовые или вини-
пластовые кольца 9 толщиной 10—12 мм, предназначенные для
изоляции анода от цилиндра, устанавливаются внутри колодок 8
и 6. Для центровки анода относительно цилиндра изолирующие
кольца имеют разностенность от 3 до 6 мм, для чего кольца по
наружной и внутренней поверхности проточены эксцентрично. При
монтаже буртик цилиндра прижимается фланцем 5 и болтами
к основанию 4 подвески.
После окончания монтажа подвески и установки анода 10 про-
изводится его центровка путем вращения колец 9 п перемещения
55
chipmaker.ru
колодок 8 и 6 вправо или влево. Как правило, эта операция произ-
водится только при вновь изготовленных подвесках или при изме-
нении размеров цилиндра.
Анод для хромирования цилиндров представляет собой закры-
тую стальную трубу, освинцованную по наружной поверхности на
толщину слоя 3—4 мм. Перед свинцеванием, которое производится
наплавкой свинца при помощи газовой горелки, поверхность трубы
следует облудить. После свинцевания анод протачивается.
Описанная подвеска проста по своему устройству, обеспечивает
хорошую центровку анода и высокое качество покрытия. Подоб-
Фш . 22. Поверхность пористого хрома с удовлетворительной пористостью, реко-
мендуемой для цилиндров двигателя: а— анодное травление произведено после
шлифования хрома; степень пористости—30%; б — анодное травление произве-
дено непосредственно после хромирования, степень пористости — 30%; в пятни-
стый пористый хром.
ные подвески могут быть использованы при хромировании цилин-
дров любого размера.
Перед хромированием производится анодное декапирование
в хромовом электролите. Условия декапирования следующие:
а) для чугунных цилиндров Da = 25 а/дм2-, т — 30 сек.;
б) для стальных цилиндров Da = 30—35 а/дм2-, т = 45—60 сек.
Режим электролиза:
а) при хромировании Dk = 45—60 а!дм2, Т = 58—60°;
б) при анодном травлении Dа = 40—50 а'дм2, количество из-
расходованного электричества 350 а • мин, Т = 58—60°.
Хромированный, промытый и высушенный цилиндр (перед шли-
фованием) подвергается термообработке с целью обезводорожи-
вания. Термообработка производится в сушильном шкафу при
t°= 150—180° в течение 1—1,5 часов.
На фиг. 22, а представлена поверхность пористого хрома с удо-
влетворительной сеткой каналов, полученного при указанных усло-
виях электролиза.
При назначении толщины покрытия необходимо предусмотреть
припуск на шлифование цилиндров:
при диаметре от 100 до 200 мм . . . 0.05—0,10 мм (на диаметр)
. 200 . 300 ......... 0.10-0,15 .
. . . 300 . 500 . . 0,15—0.25 .
При покрытии цилиндров двигателей в соответствии с техноло-
гической схемой, предусматривающей выполнение анодного травле-
56
ния непосредственно после осаждения хрома, необходимо произво-
дить размерное хромирование. При назначении толщины слоя
хрома должен предусматриваться лишь припуск на анодное тра-
вление и последующую механиечскую обработку (хонингование),
всего около 0,03—0,04 мм.
Режим электролиза рекомендуется следующий: а) хромирование:
DK = 40—50 а/дм?, Т — 56—58и; б) анодное травление (произво-
дится путем изменения направления тока на штангах ванны при пе-
реключении рубильника на электрическом щите): Da = 40—
50 а/дм2, количество израсходованного электричества 600—
700 а-мин, Т = 56—58°. Рекомендуемая для этих условий элек-
тролиза сетка каналов пористого хрома представлена па фиг. 22, б.
В некоторых областях техники, например в авиационной технике,
при ремонте цилиндров двигателей распространение получили так
называемые сетчатые покрытия пористым хромом. Сущность полу-
чения сетчатого пористого хрома заключается в том, что цилиндр
после хромирования и шлифования подвергается анодному травле-
нию, но не по всей поверхности, а лишь на участках диаметром
2—5 мм, расположенных в шахматном порядке с расстоянием между
центрами 8—15 мм. На фиг. 22, в представлена поверхность сет-
чатого пористого хрома.
При получении сетчаюго пористого хрома внутрь цитиндра после
его хромирования и шлифования вставляется другой цилиндр из
тонкого листового материала с отверстиями,* расположенными
в шахматном порядке Обязательным условием формирования
пористых участков с правильным их очертанием является хорошее
прилегание внутреннего цилиндра (диафрагмы) к хромированной
поверхности цилиндра двигателя.
При таком виде хромирования сетка каналов не имеет решаю-
щего значения, поэтому осаждение хрома производится при Dк =
35—60 а!дм2 и Т = 55—60°. Анодное травление осуществляется
в хромовом электролите при D а = 30—40 а/дм2 и Т = 55—57°.
Материалом диафрагмы1 служит листовой алюминий. Для этих
целей может быть с успехом использован листовой пластикат, в ко-
тором прожигаются отверстия раскаленной медной проволокой. Диа-
метр отверстий 0,8 мм, при этом диаметр ячеек на хроме состав-
ляет 1,5 мм, а их глубина — 0,05 мм, что в некоторых случаях
соответствует толщине слоя покрытия.
Хромирование поршневых колец. Пористое хромирование порш-
невых колец производят для увеличения срока службы самих колец
и, главным образом, цилиндров двигателей. Толщина слоя хрома
на поршневых кольцах двигателей различного типа колеблется от
0,1 до 0,3 мм. Соответственно этому перед хромированием зани-
жается диаметр поршневых колец.
Примерная схема технологического процесса пористого хромиро-
вания поршневых колец состоит из следующего ряда основных опе-
раций: 1) промывка бензином и протирка тканью; 2) очистка тор-
цевой части кольца тонким наждачным полотном или венской из-
вестью для улучшения контакта: 3) сборка стопки колец в оправке
57
r.ru
(кондукторе); 4) монтаж подвески, одновременно являющейся
оправкой для шлифования; 5) снятие фаски с целью закругления
кромки кольца; 6) шлифование экстракарборундовыми кругами,
твердостью СМ—СМ2, зернистостью 60—80 (чистота поверхности
7—8-й классы); 7) зачеканка свинцом щелей у замка и неплотно-
стей; 8) изоляция участков подвески, не подлежащих хромирова-
нию; 9) обезжиривание венской известью и промывка; 10) уста-
новка цилиндрического анода (для поршневых колец небольшого
диаметра — до 250 льи) или кольцевой штанги и завеска на нес
плоских, шириной 30—40 мм, анодов для поршневых колец диа-
метром 300 леи и более); 11) загрузка подвески в ванну хромирова-
ния и выдержка 5—8 мин. для разогревания поршневых колец до
температуры электролита; 12) декапирование при/Зи = 25—30 а/дм7
в течение 30 сек.; 13) хромирование поршневых колец в размер;
14) анодное травление; 15) промывка в ванне улавливания хромо-
вого ангидрида; 16) промывка проточной холодной водой; 17) уда-
ление изоляции; 18) демонтаж подвески; 19) промывка 'в горячей
воде; 20) сушка и 21) термическая обработка с целью обезводоро-
живання,
Хромирование поршневых колец производится партиями от 10
до 80 колец в зависимости от их диаметра и высоты. При хромиро-
вании кольца должны находиться в сжатом состоянии. Для этого
в подвеске стопка колец, предварительно сжатая при помощи специ-
ального кондуктора, стягивается болтами между двумя дисками.
Кондуктор для поршневых колец небольшого диаметра и подвеска
с кольцами показаны на фиг. 23, а и б.
Как видно из фиг. 23, а, кондуктор делается разъемным. При
монтаже укладка колец в кондуктор производится в сжатом состо-
янии. Кондуктор с кольцами устанавливается на верхний диск 1
подвески (фиг. 23,6), повернутой для этого крючком контакта вниз,
сверху накладывается нижний диск 4 и шайба. Затем диски туго
стягивают гайкой 3, навертываемой на стержень 2, у удаляют
кондуктор. Диаметр стопки колец 5 (представляющей собой ци-
линдр) на 1 мм должен быть больше диаметра дисков подвески.
Последовательность выполнения технологических операций при
покрытии пористым хромом поршневых колец разного диаметра
несколько различна.
Кольца небольшого размера автомобильного или тракторного
двигателя перед монтажом на подвеску подвергаются опиловке
с целью закругления острых углов, в том числе и на стыке замка;
радиус закругления фаски 0,3—0,4 мм. Эта операция необходима
для предупреждения наростов хрома на краях и срастания хромо-
вого покрытия между кольцами. Шлифование колец, собранных на
подвеске для хромирования, не производится. Пористохромирован-
ные кольца повергаются хонингованию или притирке, или посту-
пают в эксплуатацию без дополнительной обработки. Поршневые
кольца, имеющие пористость канальчатого типа, как правило, под-
вергаются хонингованию; при пористости точечного типа произ-
водится притирка. .
58
Хонингование рекомендуется производить в два этапа: 1) брус-
ками зернистостью 250—325 и 2) брусками зернистостью 500—600,
при общей продолжительности 5—10 мин.
Мелкие абразивные частицы^ хрома, осевшие в порах или кана-
лах покрытия, удаляют путем промывки бензином и дважды промз
водят промывку 10-процентным раствором соды и обдувку хромиро-
ванной поверхности воздухом, сжатым до 5—6 атм.
При хромировании поршневых колец двигателей судового типа
сглаживание поверхности достигалось путем чистового шлифования
перед хромированием и после него, т. е. перед анодным травлением
а)
Фиг. 23. Приспособления для хромирования поршневых колец:
а — кондуктор; б — подвеска; в — анод.
ооооооо
ооооооо
ооооооо
ООО 000»
ооооооо
хрома. При этом подвеска для хромирования одновременно служит
приспособлением для шлифования колец. Для этого верхняя часть
стержня подвески с дрючком делается съемной (на резьбе), а в то-
рец оставшейся части стержня запрессовывается каленая втулка
с центром для шлифования. Вторая втулка запрессовывается в ниж-
нюю часть стержня. Чтобы не повредить «нижний» центр при
хромировании, гайка 3 (фиг. 23, б) делается глухой.
На фиг. 24 представлено приспособление, используемое одно-
временно как оправка для шлифования и как подвеска для хро-
мирования поршневых колец двигателей судового типа диаметром
300—700 мм.
Такое приспособление позволяет также ускорить процесс снятия
фасок на кольцах с применением для этого токарного станка. Поль-
зуясь резцом, заточенным под углом 90°, снимают фаски одновре-
менно на двух кольцах под углом 45° на каждом из них. После этого
поверхность колец на фасках зачищается тонким наждачным полот-
ном. Ширина фасок на кольца не должна превышать 0,5 мм.
При сборке поршневых колец малого диаметра в кондукторе
желательно, чтобы все замки были расположены на одной линии.
Это облегчает зачеканку свинцом щели, образуемой замками колец.
59
Фиг. 24. Приспособление для шлифова-
ния и хромирования поршневых колец
d = 300—700 мм.
При замках с косым срезом каждое поршневое кольцо в стопке за-
чеканиваегся свинцом отдельно. При этом все щели должны быть
тщательно заполнены свинцом. Поверхность свинца должна ле-
жать на 0,5—0,3 мм ниже уровня хромируемой поверхности.
Все части подвески-оправки, соприкасающиеся с электролитом,
должны изолироваться целлулоидом или пластикатом. С этой же
целью для предохранения болтов предусмотрены колпачки, наверты-
ваемые на резьбу.
Условия электролиза при хромировании колец рекомендуются
следующие.
1. Для получения пористости канальчатого типа.
Отношение CrO3/H2SO4 =
= 110—120 при концентрации
в электролите СгО3 — 220—
250 г/л.
Режим электролиза: а) при
хромировании 7\ = 45—
60 а/дм2, Т = 58—62°; б) при
анодном травлении Dа = 40—
50 а’дм2, Т = 58—62°, т=12—
10 мин.
2. Для получения пористо-
сти точечного типа.
Отношение СгОз/Н25О4 =
= 100—95 при концентрации
СгОз в электролите — 220—
250 г/л.
Режим электролиза: а) при хромировании 0^ = 45—60 а/дм2,
7 =50—52°; б) при анодном травлении Da = 40—45 а/дм2, Т =
50 — 52°, т= 14—12 мин.
На прирабатьгваемость трущихся поверхностей хорошее влияние
оказывают покрытия оловом или свинцом, наносимые тонким слоем
(около 10 мк) на пористый хром. Осаждение этих металлов
можно производить из электролитов обычного состава.
22. ХРОМОВЫЕ ПОКРЫТИЯ, НЕ СНИЖАЮЩИЕ
УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ СТАЛИ
Существенный недостаток обычных электролитических осадков
хрома состоит в наличии в их слое растягивающих остаточных
напряжений.
Величина остаточных напряжений возрастает с толщиной
слоя покрытия, зависит от температуры электролита и плот-
ности тока П|рн хромировании и в среднем колеблется от 25
до 40 кг/мм2.
Растягивающие напряжения, возникающие в слое хрома, по-ви-
димому, являются основной причиной понижения усталостной проч-
ности хромированных стальных деталей.
60
По данным исследований [1], предел усталости углеродистой
стали в результате хромирования в среднем понижается на 25—40%.
Преждевременное разрушение хромированных стальных дета-
лей, подвергающихся действию высоких знакопеременных нагру
зок, препятствует в ряде случаев использованию электролитиче-
ского хрома для защиты от эрозии или увеличения износостойко-
сти. Поэтому повышение усталостной прочности хромированных
деталей является важным вопросом в области хромирования.
В настоящее время для его решения намечается ряд путей [1, 13]:
1) высокотемпературный отпуск стальных хромированных дета-
лей;
2) применение тока переменной полярности;
3) наклеп поверхности перед хромированием.
Влияние различных методов обработки на величину предела
усталости хромированных деталей можно представить на примере
хромирования лопаток турбины из стали 1X13.
Хромирование лопаток производится только по поверхности кро-
мок [13] в электролите обычного состава. Толщина слоя хрома —
0,07—0,08 мм. В результате хромирования предел усталости лопатки
понижается до 60%.
Один из методов восстановления предела усталости заключается
в хромировании при режиме электролиза, обеспечивающем получе-
ние молочно-блестящих покрытий: Г = 65° и Z)w=30 а/дм1 2, и по-
следующем отпуске в течение 2 час при Т = 550°. При этом предел
усталости лопаток снижается с 29,0 до 23,9 кг/мм2, т. е. на 18%.
Наряду с этим уменьшается твердость хрома.
Второй метод, предупреждающий понижение предела усталости
хромированных лопаток, состоит в наклепе их поверхности перед
хромированием путем дробеструйной обработки и последующем
хромировании по вышеуказанному режиму. Предел усталости ло-
паток снижается при этом до 27,4 кг/мм2, т. е лишь на 6%.
Третий метод, предупреждающий понижение предела усталости
при хромировании, состоит в применении тока переменной поляр-
ности. При этом рекомендуется следующий режим электролиза:
Т = 65°, плотность тока 60 а/дм2, катодная поляризация 15 минут,
анодная поляризация 10 сек. Снижение предела усталости лопаток
в среднем достигает 8%.
Если хромированная деталь не может быть подвергнута высоко-
температурному отпуску, то для наименьшего снижения усталостной
прочности рекомендуется следующая схема технологического про-
цесса хромирования: 1) дробеструйная обработка поверхности перед
хромированием; 2) анодное декапирование в хромовом электролиге
при О „ = 60 а/дм2 и т = 30 сек.; 3) хромирование на токе перемен-
ной полярности в течение 3 час. при Т = 65°, D — 65 а/дм2, тк =
= 15 мин., то — 10 сек.
1 Более подробно вопрос о применении тока переменной полярности изложен
в выпуске 10 «Библиотечки».
61
chipmaker.ru
23. ХРОМИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ
При непосредственном хромировании алюминиевых сплавов ос-
новной задачей является подготовка поверхности детали к покры-
тию. Для этого деталь из алюминия или алюминиевого сплава про-
тирается тканью, смоченной бензином, и обезжиривается в течение
3—5 мин. в растворе состава: 50 г/л Na2CO3, 50 г/л Na3PO4, 30 г/л
жидкого стекла при Т = 60—65°. После промывки в горячей и хо-
лодной воде, деталь обрабатывают в цинкатном растворе (200 г/л
ZnSO4-7H2O, 200 г/л NaOH) в течение 30—40 сек., затем промы-
вают водой и производят обработку в разбавленном 1 : 1 растворе
HNO3 в течение 5—7 сек. Деталь промывается в воде и вновь по-
гружается в тот же цинкатный раствор на 10 сек. После про-
мывки деталь замешивается в ванну хромирования (желательно
под током) и хромируется при обычных режимах. Хорошие резуль-
таты дает также гидропескоочистка с завешиванием деталей, по-
крытых мокрым песком, под током в ванну хромирования.
24. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ХРОМИРОВАНИЯ
Обзор способов хромирования и областей его применения свиде-
тельствует о широком использовании хрома в промышленности.
Однако не все возможности технологии хромирования исчерпаны.
В настоящее время исследования в области хромирования произ-
водятся в различных направлениях.
Одно из таких направлений имеет в виду интенсификацию и
стабилизацию процесса хромирования. Этот вопрос одновременно
решается различными путями. Первый путь состоит в повышении
катодной плотности тока при хромировании до 200—300 а/дм2.
Наряду с повышением катодной плотности тока для получения бле-
стящих осадков хрома необходимо также увеличивать температуру
электролита, т. е. придерживаться рабочего интервала хромовой
ванны (см. фиг. 5). При этом скорость осаждения хрома возрастает
не только за счет применения более высоких плотностей тока, но
также и за счет увеличения выхода по току.
Второй путь состоит в повышении выхода хрома по току при
помощи понижения температуры хромирования и изменения состава
ванные В литературе имеются указания на способ хромирования
в электролите состава: 260 г/л СгО3, 20 г/л HF при DK = 50 а/дм2
и комнатной температуре, позволяющей получить эластичные и
одновременно твердые осадки хрома толщиной от 0,01 до 1,00 мм
при выходе потоку, достигающему 25%. Еще более высокий выход
по току, около 37%, можно получить при хромировании в электро-
литах на основе тетрахромата Na2Cr4On. Электролиз ведется на
токе переменной полярности при температуре 20° и плотности
тока 50 а/дм2. Покрытие имеет серо-матовый цвет, но легко поли-
руется; пористость его ниже, а пластичность выше, чем у обычных
хромовых покрытий.
62
Третий путь состоит в изыскании возможности применения рас-
творов с низкой валентностью хрома, обеспечивающих к тому же
высокий выход по току. В работах зарубежных исследователей (Япо-
ния) описаны опыты, проведенные на полузаводской ванне по деко-
ративному хромированию из растворов солей трехвалентного хрома
и мочевины, облегчающей восстановление хрома па катоде.
Рекомендуемый состав электролита:
Сернокислый хром Cr2 (SO4)s....... . . 150 г/л
Сернокислый аммоний (NH4)2SO4.......... - 420 „
Мочевина (NH^CO....................................... 240 „
pH электролита . . ....................... 2.3
Электролиз производится в интервале температур 25—55° при
средних плотностях тока 15—25 а/дм2. Напряжение на ванне 9—
12 в. Выход хрома по току достигает 80%.
Аноды, изготовленные из сплава, содержащего 4% Ag, 8% Sn,
2,5% Со, остальное РЬ, обладают достаточной коррозионной стой-
костью. Добавка к свинцу 1—4% Ag сильно снижает потенциал
анода и замедляет скорость образования РЬО2 и скорость окисле-
ния Сг3^ .
Корректирование электролита производится путем периодической
добавки в ванну рассчитанного количества СгО3. При защелачива-
нии электролита добавляется (NH4)2CO3. Убыль мочевины вслед-
ствие окисления ее на аноде пополняется новыми ее порциями.
Хромовые покрытия имеют гладкую поверхность и мелкокристал-
лическую структуру. Пористость таких осадков хрома больше, чем
осадков хрома, полученных из растворов шестивалентного хрома.
Отражательная способность, наоборот, ниже в 1,5—2 раза. Потен-
циал хрома, полученного из растворов Cr2(SO4)3, на 0,2—0,3 в по-
ложительнее потенциала хрома, осажденного из растворов СгО3.
Приведенные сведения об осаждении хрома из растворов трех-
валентных его соединений требуют тщательной экспериментальной
проверки и дополнительных исследований, на основании которых
может быть решен вопрос о рентабельности этого способа для про-
мышленных целей.
Наряду с этими изысканиями важное значение придается ста-
бильной работе электролитов промышленного состава. Так,
НИИХИММАШ предлагает саморегулирующийся электролит, име-
ющий состав: хромового ангидрида — 250 г/л, сернокистого строн-
ция 5 г/л, кремнефтористоводородного натрия — 20 г/л, двухромово-
кислого калия — 20 г/л. В таком электролите содержание сульфат-
пона автоматически регулируется введением труднорастворимой
соли стронция.
Второе направление имеет целью получение хромовых покрытий
с более высокими свойствами. Сюда следует отнести работы [14] по
получению особенно твердых, износостойких и коррозионностойких
покрытий посредством карбидизации слоя электролитического хрома
в парах бензина при Т — 1050°. Большой интерес представляют
работы по получению хромовых покрытий, хорошо удерживающих
63
chipmaker.ru
На Своей поверхности смазку, что достигается наложением при
хромировании переменного тока на постоянный. Для получения
пористого хрома высокого качества большое значение имеют ра-
боты по осаждению пористых хромовых покрытий токами пере-
менной полярности.
Таким образом, накопившийся к настоящему времени опыт по
практическому применению хромирования и новые исследования
в этой области создают предпосылки дтя совершенствования тех-
нологии процесса электролиза и дальнейшего улучшения свойств
хрома.
25. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
При приготовлении электролита и эксплуатации ванны хромиро-
вания необходимо соблюдение правил техники безопаснее™. Хро-
мовый электролит ле1ко окисляет органические вещества, поражает
кожу и слизистые оболочки дыхательных путей.
Рабочие, обслуживающие хромовые ванны, должны снабжаться
резиновой спецодеждой: фартуками, перчатками и сапогами. Для
предохранения глаз необходимо иметь защитные очки
Ванна хромирования должна быть обеспечена безупречно дей-
ствующей бортовой вентиляцией. Перед работой носовую полость
необходимо смазывать мазью, состоящей из двух частей вазелина
и одной части ланолина.
При попадании хромовой кислоты на кожу рук, образовавшееся
темное пятно следует смыть раствором, состоящим из одной части
спирта, одной части соляной кислоты и двух частей воды.
Хромировочный участок цеха должен быть снабжен песком и
огнетушителями. Бензин, керосин, ветошь, целлулоид и т. п. горю-
чие и легковоспламеняющиеся материалы допускается иметь на
участке в количествах, необходимых лишь для текущей работы.
Хранить их следует в металлических плотно закрывающихся ящиках.
ГЛАВА V
СВОЙСТВА И УСЛОВИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО
ОСАЖДЕНИЯ ЖЕЛЕЗА
Chlpmaker.ru
26. СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА
^Келезо является металлом восьмой группы периодической си-
стемы элементов. При электролитическом выделении на катоде
железо образует мелкокристаллические плотные осадки серебристо-
белого цвета. Наиболее важные свойства электролитического железа
приведены! ниже.
Атомный вес... . ....... 55,85
Удельный вес................ 7,71
Температура плавления . . . . 165CF
Электрохимический эквивалент двухвалентного железа 1,042 г/а-час
Нормальный потенциал Fe/Fe++ ... —0,44 в
Железо, осажденное на катоде, отличается высокой химической
чистотой. Благодаря этому коррозионная стойкость электролитиче-
ского железа выше стойкости малоуглеродистой стали. Тем не менее,
железные покрытия окисляются на воздухе и не могут применяться
для защитно-декоративных целей.
Механические свойства электролитических осадков железа зави-
сят от состава электролита и режима электролиза и поэтому будут
рассмотрены в связи с условиягми осаждения.
В промышленности используются хлористые, сернокислые и
смешанные электролиты для железнения. Хлористые электролиты,
обеспечивающие получение доброкачественных железных покрытий
наряду с высокой производительностью процесса, изучены и приме-
няются значительно шире, чем другие.
Железо, полученное в концентрированной хлористой ванне при
температуре, близкой к температуре кипения и высокой плотности
тока (10—20 а/дм2), обладает мелкозернистой структурой и хорошей
пластичностью. При тех же режимах электролиза из сернокислых
растворов на катоде откладываются осадки бочее крупнокристалли-
ческие и хрупкие. Однако при комнатной температуре и очень низ-
ких плотностях тока (0,1—0,2 а/дм2) в сернокислых электролитах
также возможно получить упругие и пластичные осадки железа.
Одно из отрицательных свойств электролитического железа —
хрупкость — по объяснению, данному Э. Ленцем, вызвано способ-
ностью железа при выделении на катоде поглощать водород. Для
постоянных условий эчектролиза кочичество поглощенного железом
5 Вып. № С 51 65
chipmaker.ru
водорода уменьшается по мере увеличения температуры электро-
лита. По данным проф. П. П. Федотьева, в электролитическом
железе, полученном из хлористых электролитов при 100°, содер-
жится всего лишь от 0,002 до 0,003% водорода. В железе, осажден-
ном из сернокислых электролитов при температуре 75°, по данным
Э. Ленца, содержится около 0,010% водорода, а при 18° содержание
водорода достигает 0,085%.
Предел прочности электролитического железа, осажденного
из хлористых электролитов, составляет 35—45 кг/мм2, а относи-
тельное удлинение 5—10%. Колебания в указанных пределах в ту
или другую сторону определяются условиями электролиза.
Твердость осадков электролитического железа в значительной
степени зависит от состава электролита и режима электролиза.
Твердость железа, полученного из хлористых электролитов, лежит
в пределах 100—200 Нв , а из серкнокислых электролитов — 200—
300 Нв.
Твердость осадков железа, полученных из хлористых электро-
литов, возрастает при уменьшении концентраций хлористого железа
и соляной кислоты в электролите, при увеличении катодной плот-
ности тока и понижения температуры электролита.
Наиболее существенное влияние на твердость железного покры-
тия оказывает температура электролита. В хлористых электролитах
при понижении температуры электролиза от 100 до 90°, т. е. в пре-
делах рабочих температур, твердость электролитического железа по-
вышается на 40—60 единиц, что при плотности тока на катоде 10—
20 а/дм2 составляет величину, близкую к 200 Нв. При дальнейшем
понижении температуры электролита наблюдается более резкое
повышение твердости покрытия; при температуре электролиза 75°
твердость осажденного железа достигает 300 Нв.
Однако понижение температуры хлористых электролитов, на-
ряду с повышением твердости, является причиной увеличения
хрупкости и величины внутренних напряжений в железных покры
тиях.
Величина остаточных напряжений, возникающих в железных
покрытиях, полученных в хлористых электролитах при Т — 95° и
DK = 10 а/дм2, составляет, примерно, 20 кг/мм2-, при DK — 20 а/дм2
эта величина возрастает до 37 кг/мм2-, при DK=5 а/дм2 она сни-
жается до 13 кг/мм2. В том же электролите при D к — 10 а/дм2, но
при температуре 102° величина остаточных напряжений составляет
около 12 кг/мм2, а при Т = 75° она возрастает до 45 кг/мм2. При
дальнейшем понижении температуры электролита наблюдается
дальнейшее увеличение остаточных напряжений, что вызывает рас-
трескивание, разрыв и отслаивание покрытия.
При нагреве электролитического железа содержание растворен-
ного в нем водорода и хрупкость осадка уменьшаются. Одновре-
менно с этим твердость осадка и величина остаточных напряжений
в слое покрытия при нагревании его до температуры 300—400°
несколько возрастает, примерно, на 5—10%. При дальнейшем повы-
шении температуры отпуска до 500—600° твердость железа сни-
66
жается на 40—45% по сравнению с 'Первоначальной величиной.
Наряду с этим на 15—20% понижается также величина остаточных
напряжений.
27. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЕНИЯ
Впервые электролитическое железнение было применено в поли-
графической промышленности. Благодаря трудам академика
Б. Якоби, Э. Ленца и Е. Клейна, способ электролитического же-
лезнения разработан и в 70-х годах прошлого столетия был внед-
рен в «Экспедиции заготовления государственных бумаг».
В настоящее время электролитические железные покрытия ис-
пользуются в типографском деле для повышения стойкости гар-
товых стереотипов, клише и печатных досок.
Наиболее широкое применение электролитическое железнение
получило при восстановлении размеров изношенных деталей сель-
скохозяйственных машин, двигателей внутреннего сгорания судового
типа, автомобиля и в других случаях. Так, восстановлению железне-
нием могут быть подвергнуты поршневые пальцы, шейки поворот-
ного кулака, шкворни и им подобные детали. Для повышения по-
верхностной твердости и износостойкости эти детали могут быть
подвергнуты дополнительной обработке: цементации с последующей
закалкой и отпуском или хромированию.
Важной областью применения электролитического железнения
является покрытие пластинок твердого сплава перед соединением
их напайкой с телом инструмента, При этом железный слой предо-
храняет пластинку твердого сплава от окисления в процессе на-
грева ее под напайку, увеличивает прочность сцепления и является
амортизатором, гасящим напряжения, возникающие в твердом
сплаве при остывании после пайки.
Chlpmaker.ru
5*
chipmaker.ru
ГЛАВАМ
ТЕХНОЛОГИЯ ЖЕЛЕЗНЕНИЯ
Chipmaker.ru
28. ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ДЕТАЛЕЙ
К ЖЕЛЕЗНЕНИЮ
Вопросы подготовки поверхности деталей к покрытию изло-
жены в выпуске 2 «Библиотечки». Поэтому здесь уместно -остано-
виться лишь на особенностях выполнения основных технологических
операций: механической подготовке деталей, изоляции участков по-
верхности, не подлежащих покрытию, обезжиривании поверхности
деталей и декапировании.
Механическая подготовка. Детали машин подвергаются желез-
иению для восстановления размеров, потерянных в результате меха-
нического износа. Эта величина обычно лежит в пределах 0,3—
1,0 мм. После механической обработки (шлифованием или точе-
нием) деталь должна иметь правильную геометрическую форму и
чистоту обработки поверхности по 7—9-му классу.
Детали, ранее цементированные или закаленные, перед механи-
ческой обработкой должны подвергаться отжигу. При этом облег-
чается механическая обработка детали и улучшается сцепление
покрытия с основным металлом.
Изоляция поверхности. После промывки деталей в керосине или
бензине участки поверхности детали, не подлежащие железнению,
необходимо тщательно изолировать. Материалы, применяемые для
этих целей, должны выдерживать, не разрушаясь, пребывание в го-
рячих электролитах для железнения 24—30 час. Наиболее надеж-
ными материалами являются: клей БФ-2 или бакелитовый лак при
2—3-слойном покрытии и сушке каждого слоя в течение 1—2 час.
при температуре 100 150°; перхлорвиниловый лак; хлорвиниловый
пластикат, текстолит и фаолит. При электролизе в холодных элек-
тролитах можно применять цапон-лак, тонкую резину, кинопленку
и другие материалы.
Покрываемая поверхность детали после изоляции участков, не
подлежащих железнению, должна быть тщательно очищена от слу-
чайно попавшего на нее лака.
Монтаж подвески. Подвесные приспособления для покрытия
описаны в выпуске 11 «Библиотечки». При монтаже подвески необ-
ходимо проследить за тем, чтобы расстояния между поверхностью
детали и анодами были одинаковыми. Контакты на подвеске и ано-
дах должны быть тщательно зачищены.
68
После монтажа подвески покрываемую поверхность необходимо
зачистить наждачным полотном.
Обезжиривание. Детали, подвергающиеся железнению, обезжи-
ривают химическим иди электрохимическим способом. Обезжири-
вание венской известью применяется для деталей, имеющих боль-
шие размеры, и деталей из сплавов, легко растворяющихся в щелоч-
ных растворах, например при обезжиривании стереотипов с впаян-
ными цинковыми клише.
Декапирование. Декапирование стальных (незакаленных и ото-
жженных после закалки) деталей рекомендуется производить по
одному из ниже приведенных вариантов.
1. Травление в разбавленной 1 : 1 азотной кислоте в течение
30—45 сек. Образующийся при этом на поверхности деталей слой
черного шлама удаляют посредством промывки струей проточной
воды и обработки поверхности волосяной кистью.
2. Последовательная обработка [15] сначала в соляной кислоте
(уд. вес 1,15—1.17) в течение 30—60 сек., а затем в хлористом
электролите для железнения на аноде при плотности т ока 8—10 с/Ди 2
в течение 30 —60 сек.
3. Последовательная анодная обработка [16] в двух электроли-
тах. Предварительная — в электролите, содержащем 70—80% сер-
ной кислоты и 2—3% хромпика, при анодной плотности тока
10 а/дм2 и комнатной температуре. Окончательная—в хлористом
электролите для железнения в течение 10 сек. при анодной плот-
ности тока 10 а!дм2.
Декапирование деталей из чугуна марки СЧ42—СЧ48 рекомен-
дуется производить путем анодной обработки в электролите для
хромирования со следующим режимом электролиза: температура
электролита 50—60°, анодная плотность тока 25—30 а/дм2, продол-
жительность травления 30—40 сек.
После декапирования детали тщательно промывают водой и
удаляют черный шлам, образовавшийся на поверхности, путем
крацевания волосяными щетками.
Декапирование гартовых стереотипов осуществляется в 10 про-
центном растворе азотной кислоты в течение 3—4 мин., затем произ-
водится промывка и крацевание поверхности волосяными щетками
для уда тения шлама.
29. ПРОЦЕССЫ НА ЭЛЕКТРОДАХ
Осаждение электролитического железа производится только из
ьодных растворов закисных его солей. При этом важным условием
является отсутствие в растворе ионов трехвалентного железа Fes+,
понижающих использование тока и ухудшающих качество осадка.
Осаждение железа следует вести из растворов с большим содер-
жанием солей железа, малой кислотност ью и при достаточно высо-
ких плотностях гока.
Так, при электролизе насыщенного раствора хлористого железа
при Т — 100°, D 10 а!дм2 и содержании в растворе 1,5 г НС1
69
chipmaker.ru
выход по току соответствует 95%, в то время как при повышении
концентрации НС1 до 8—10 г/л выход по току понижается до 70%.
Повышение температуры электролита благоприятно сказывается
на процессе электроосаждения железа, так как при возрастании
температуры перенапряжение выделения железа резко снижается,
в то время как для водорода эта величина остается почти без изме-
нения. Поэтому повышение температуры электро нита благоприятно
влияет на увеличение выхода железа по току.
Благоприятными условиями для осаждения железа являются:
1) высокая концентрация соли железа и наряду с этим низкая
концентрация ионов водорода, достаточная лишь для предупрежде-
ния выпадения гидроокиси железа;
2) повышенная температура электролита;
3) достаточно высокая плотноегь тока;
4) отсутствие в растворе более благородных металлов.
Электролитическое железнение обычно осуществляется с приме-
нением растворимых анодов, поэтому анодный процесс в электро-
литах для железнения сводится к растворению железа на аноде
Fe—2e->Fe++.
30. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
ДЛЯ ЖЕЛЕЗНЕНИЯ
Химикаты для железнения. Электролитическое железнение осу-
ществляется в растворах закисных солей железа — сернокислых или
хлористых. Кроме этих компонентов, электролиты для железнения
содержат сернокислый магний, хлористый натрий и кислоты —
серную или соляную.
Сернокислое железо, закисное, FeSO< • 7Н2О. Моле-
кулярный вес 278,01. Удельный вес 1,89. Для приготовления элек-
тролита применяется чистая соль железа, ГОСТ 4148—48. При
комнатной температуре (20°) в 1 л воды растворяется 265 г безвод-
ной соли, а при 70° — 509 г. Сернокислая закисная соль железа
(железный купорос) представляет собой кристаллы с зеленоватым
оттенком. На воздухе закисное железо медленно окисляется с обра-
зованием окисной соли; при этом цвет ее становится желтым.
Хлористое железо FeCl2 • 4Н2О. Кристаллическое веще-
ство светло-зеленоватого цвета. Молекулярный вес 198,90. Удельный
вес 2,99. Растворимость в воде безводной соли при температуре 20°
составляет 407 г на 1 л воды; эта величина сильно возрастает при
повышении температуры раствора. На воздухе хлористое железо
легко окисляется и переходит из закисной в окисную форму, о чем
свидетельствует изменение окраски твердой соли или раствора ее,
которые становятся желтыми. Для технических целей хлористое
жетезо промышленностью не выпускается. Для приготовления рас-
твора хлористого железа исходными материалами служат хлорное
железо или железные стружки. Приготовление раствора хлористого
железа описано ниже.
70
Хлорное железо В'еС1з-6Н2О. Молекулярный вес 270,31.
Удельный вес 2,80. Хлорное железо представляет собой кристалли-
ческое вещеС1ВО желто-коричневого цвета. Для приготовления
электролита применяется техническое хлорное железо. Хлорное
железо обладает хорошей растворимостью при любой температуре
раствора.
Сернокислый магний MgSO4 • 7Н2О. Молекулярный
вес 246,49. Удельный вес 1,68. Сернокислый магний представляет
собой белое кристаллическое (вещее гво. При комнаткой темпера-
туре (201) в 1 л воды растворяется 710 г соли. Для ванны железне-
ния используется чистый сернокислый магний.
Хлористый н а тр и й NaCl. Молекулярный вес 58,46. Удель-
ный вес 2,17. Для приготовления электролита используется чистая
или техническая поваренная соль.
Серная кислота H2SO4. Молекулярный вес 98,08 Удель-
ный вес 1,84. Для приготовления электролита применяется химиче-
ски чистая серная кислота.
Соляная кислота НС1. Молекулярный вес 36,47. Выпуска-
емая отечественной промышленностью концентрированная соляная
кислота имеет удельный вес 1,19. Для приготовления электролита
лучше применять чистую (по внешнему виду бесцветную) соляную
кислоту. Однако техническая соляная кислота, содержащая некото-
рое количество железа, что придает ей желтоватый оттенок, может
быть также использована для электролита.
Аноды и диафрагмы. Материалом для анодов при железнении
служат прутки или полюсы из малоуглеродистой стали с содержа-
нием углерода до 0,1%. Примеси серы и фосфора в стали не дол-
жны превышать 0,01—0,02%; не допускается также присутствие
хрома и меди, так как они резко ухудшают качество покрытия.
Удовлетворительными материалами для анодов служат стали: 08А,
10А, Ст. 10, железо Армко и др. Ввиду того, что электролиз железа
с растворимыми электродами сопровождается образованием на
аноде нерастворимого шлама (сос гоящего главным образом из
углерода, а также серы, фосфора и других примесей), возникает
необходимость в заключении анодов в диафрагмы1 из пористой ке-
рамики или чехлы из плотной, стойкой в электролите ткани.
Чехлы изготовляются или из стеклянной ткани (стойкой при тем-
пературе кипения в кислотах) или из асбестовой ткани, предвари-
тельно обработанной в 10-процентном растворе соляной кислоты
при температуре 50—60°.
Приготовление электролитов. Электролиты для железнения по
своему составу делятся на сернокислые, хлористые и смешанные.
В состав сернокислых электролитов в (различных соотношениях
входят следующие основные компоненты: сернокислая закисная
соль железа, сернокислый магний и хлористый натрий; в состав хло-
ристых — хлористое железо, хлористый натрий и соляная кислота.
Смешанные электролиты содержат соли железа и аммония.
Приготовление хлористых электролитов, как правило, начинается
с получения закисной соли железа. Для этой цели обычно исполь-
71
r.ru
зуется хлорное железо, которое в кислой среде восшанавливается
железными стружками до хлористого:
FeCl3 ф- Fe ф- НС1 = 2FeCl2 ф- 0,5H2.
Приготовление раствора производится в керамической (фарфо-
ровой) или эмалированной ванне. В раствор, содержащий 400—
500 г/л FeCl3 • 6Н2О и 150—200 мл/л НС1 (уд. вес 1,19), загру-
жается избыточное количество железной стружки, изготовленной из
малоуглеродистой стали. Перед загрузкой в ванну стружка должна
быть обезжирена. Для ускорения процесса восстановления раствор
подогревается до температуры 40—50°; окончание процесса устанав-
ливается по прекращению газовыделения. Восстановленный ней-
тральный раствор фильтруется в горячем состоянии через полот-
няные или бумажные фильтры для удаления шлама и подвергается
анализу на содержание НС1. Полученный раствор содержит хло-
ристого железа (FeCl2 • 4Н2О) от 600 до 800 г/л.
Второй путь получения хлористого железа состоит в растворении
железной стружки в соляной кислоте. Для этого в фарфоровый
бачок с разбавленной в отношении 2: 1 соляной кислотой (уд.
вес 1,19) запружается избыточное количество железной стружки.
После фильтрации полученного нейтрального раствора и анализа
на содержание хлористого железа раствор соли используется для
приготовления электролита.
31. СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМ ЭЛЕКТРОЛИЗА
Выбор электролита зависит от требований, предъявляемых к по-
крытию, от интенсивности отложения же теза и производственных
возможностей цеха.
Сернокислые железные электролиты по сравнению с хлористыми
обладают меньшей агрессивностью (что облегчает выбор материала-
ванны) и в меньшей степени подвержены окислению. Осадки железа,
полученные в сернокислых электролитах, обладают несколько
большей твердостью, а наряду с этим и большей хрупкостью, чем
в хлористых.
Сернокислые электролиты в соответствии с температурным
режимом электролиза делятся на холодные и горячие.
Преимуществом холодных электролитов является отсутствие
подогрева. Существенный недостаток этих электролитов состоит
в том, что удовлетворительные покрытия возможно получить только
при низких плотностях тока около 0,1 а/дм2. Состав холодного
электролита железнения следующий:
Сернокислое железо FeS0r7H.,0 . . . . 140 200 г/л
Сернокислый магний MgSO4 -7H.2O . . . 125—200 „
Температура электролита........... . . 25° С
Катодная плотность тока DK . ... 0,1 а/дм-
Выход по току в среднем............................. 96%
72
Ведение электролиза при малых плотностях тока и низких тем-
пературах электролита облегчает выделение водорода на катоде;
поэтому осаждение железа из холодных электролитов рекомен-
дуется вести по возможности при высокой концентрации соли же-
леза и низкой концентрации ионов водорода. Вместе с тем неботь-
шая концентрация ионов водорода в растворе необходима, так как
в нейтральных электролитах возможно отложение на катоде основ-
ных соединений железа. Поэтому в состав холодных электролитов
иногда вводится добавка, регулирующая концентрацию ионов водо-
рода. В некоторых случаях такой добавкой может служить дв>
углекислый натрий (NaHCO3), образующий в растворе анион НСО3_.
При растворении двууглекислого натрия происходит сильное
ценообразование, по окончании которого поверхность электролита
оказывается покрытой лакообразной пленкой Fe(OH)3. Образовав-
шаяся пленка защищает электролит от контакта с воздухом и пред-
охраняет его от окисления. Указанный электролит имеет следующий
состав:
Сернокислое железо FeSO4-7H2O ... ... 200—250 г/л
Сернокислый магний MgSO4-7H2O . ....... 40—60 .
Двууглекислый натрий NaHCO3 . . . . 20—30 ,
Температура электролита . . 18 20°С
Катодная плотность тока DK ......................0,1 а/дм2
Выход по току................................ ... 93—95%
В электролите обязательно присутствие незначительной кон-
центрации свободных ионов водорода.
Применение в холодных ваннах более высоких плотностей тока,
обеспечивающих получение удовлетворительных покрытий, воз-
можно лишь при смешанных электротитах, имеющих состав:
Сернокислое железо FeSO4-7H2O 150 г/л
Хлористое железо FeCL-4H2O . . . 75 „
Сернокислый аммоний (NFI4)2SO4 .... ... 120 „
Щавелевокислый аммоний (NH4)2C2O4.................6—10 »
Температура электролита .... . . 18—20" С
Катодная плотность тока DK .... 1 а/дм-
При этих условиях на катоде осаждаются мелкокристаллические
плотные осадки железа. Недостатком процесса осаждения железа
из холодных сернокислых электролитов является наличие на поверх-
ности покрытия следов, оставляемых пузырьками водорода.
Другим недостатком холодных электролитов является очено
медленное наращивание слоя железного покрытия. Для ускорения
процесса железнения рекомендуется применение концентрированных,
электролитов и высоких температур электролиза, близких к темпе-
ратуре кипения электролита. Удовлетворительные железные осадки
могут быть получены в электролите следующего состава;
Сернокислое железо FeSO4-7H2O . . . 325 г)л
Сернокислый магний MgSO4-7H2O ... . 280 „
Температура электролита............................ 90 100е С
73
r.ru
Катодная плотность тока DK......................10—20 а/дм*
Выход по току................................... 90—96%
Скорость осаждения железа из концентрированных горячих
электролитов благодаря применению высоких плотностей тока зна-
чительно больше, чем в холодных. Однако железные осадки, полу-
ченные в этих электролитах, отличаются хрупкостью.
Уменьшение кислотности раствора до значений pH > 3,8 при-
водит к гидролизу соли железа, выпадению основных солей и ухуд-
шению качества осадка. Поэтому в процессе электролиза необхо-
димо следить за поддержанием кислотности сернокислых электро-
литов на уровне 2—2,5 г/л H2SO4.
Хлористые железные электролиты отличаются высоким содер-
жанием соли железа. Температура электролита при электролизе
близка к температуре кипения, плотность тока достигает значитель-
ной величины. При этих условиях осадки железа получаются более
пластичными и с меньшими внутренними напряжениями, чем из
сернокислых электролитов.
Электролиты с добавкой хлористого натрия отличаются высокой
концентрацией солей железа, изменяющейся в широких пределах:
Хлористое железо FeCL-4H«O..................... . 350 —500 г/л
Хлористый натрий NaCl......... .................. 80—90 ,
Соляная кислота НС!..............................0,5—2 ,
Температура электролита......... . . . . 90—100° С
Катодная плотность тока DK . . ..... 5—20 а/дм2
Выход по току . . .... ............... 90—95%
При Этих условиях в хлористых электролитах получаются светло-
серые серебристые и гладкие осадки железа. При более высоких
плотностях тока на поверхности покрытия появляется значительная
шероховатость.
Существует также .ряд электролитов без добавки солей натрия
или кальция. Для повышения электропроводности таких электро-
литов концентрацию хлористого железа в растворе увеличивают
до 600—700 г/л.
Корректирование и фильтрация электролита. При железнении
в горячих электролитах их состав непрерывно изменяется вслед-
ствие испарения воды и понижения кислотности. Для поддержания
концентрации компонентов электролита на требуемом уровне в про-
цессе электролиза по мере надобности в ванну вводится горячая
вода и кислота. Кислота вводится в электролит небольшими пор-
циями через определенные промежутки времени или равномерно
по каплям в виде 5—10-процентного раствора.
Оценка кислотности электролита (помимо аналитического кон-
троля) может быть быстро и, при известном навыке, правильно
произведена при помощи фильтровальной бумажки, пропитанной
раствором конгорота. При нанесении на нее капли электролита, лег-
кое посинение бумажки укажет на слабо кислую реакцию. Ценность
этого метода контроля заключается в его простоте и возможности
производить проверку непосредственно у ванны.
74
Благодаря склонности закисных солей железа к окислению,
в электролите постепенно накапливаются его окисные соли. Содер-
жание в электролите трехвалентного железа вызывает образование
шероховатых и хрупких покрытий. Помимо этого, выход железа по
току снижается, так как часть тока расходуется на восстановление
трехвалентного железа в двухвалентное. Появление в электролите
трехвалентного железа легко заметить по изменению окраски рас-
твора, которая из зеленой переходит в желто-зеленую. Наиболее
энергичное образование трехвалентного железа происходит в ней-
тральных растворах, поэтому наблюдение за содержанием кислоты
в электролите необходимо вести постоянно.
При накоплении в растворе небольших количеств трехвалентного
хрома более 3—5 г/л, электролит прорабатывают током при D к =
10—15 а! дм1, завесив для этого на катодные штанги любые сталь-
ные пластины.
При большом накоплении трехвалентного железа, происходящем
при длительном простое ванны, электролит необходимо подкислить
и в целях восстановления добавить к нему железной стружки. После
восстановления трехвалентного железа электролит фильтруется и
подвергается анализу на содержание двух- и трехвалентного железа
и кислоты. Затем производится корректирование (главным образом
по кислоте), тщательное перемешивание раствора и пробное покры-
тие железом.
При осаждении железа из горячих электролитов и высоких плот-
ностях тока анод постепенно покрывается слоем шлама, который
затем скапливается в чехлах и частично проникает в электролит.
Для удаления шлама производится периодическая или непрерывная
фильтрация электролита через хлопчатобумажные фильтры и чистка
анодов.
Влияние ионов других металлов. Ионы некоторых металлов,
в том числе и трехвалентного железа, присутствующие в электро-
лите для железнения, оказывают положительное или отрицательное
влияние на качество покрытия. Так, трехвалентное железо, медь и
хром ухудшают качество покрытия, в то время как никель и марга-
нец улучшают.
Рассматривая процессы на электродах в ванне железнения,
работающей при высокой температуре, необходимо учитывать, что
при этих условиях в слабых растворах кислот происходит химиче-
ское растворение железа и понижение кислотности. При этом воз-
растает способность хлорного железа, имеющегося в электролите,
к гидролизу, протекающему по реакции:
FeCl3 -f- ЗН2О Fe (ОН)3 ф- ЗНС1.
Присутствие в растворе гидроокиси железа является причиной
осаждения хрупких, содержащих окислы железа, покрытий. Для
предупреждения образования в электролите гидроокиси железа не-
обходимо постоянно поддерживать кислотность его на уровне, со-
ответствующем 0,5—0,1 г/л кислоты.
75
Поны меди, присутствующие в железном электролите, даже
в неботьших количествах, разряжаются на катоде совместно с же-
лезом. При содержании в электролите ионов меди около 0,1 г/л
железное покрытие приобретает серый с розовым оттенком цвет,
свидетельствующий о присутствии меди. При увеличении содержа-
ния ионов меди до 0,15—0,30 г/л покрытие приобретает более серый
цвет с заметным розовым оттенком. Отдельные участки покрытия
Фиг. 25. Осадки, полученные из
хлористых железных электролитов
с добавкой ионов меди (я) и
хрома (б).
имеют темно-серые пятна и дендри-
тообразные наросты, похожие на ку-
стики мха При дальнейшем увели
чснии содержания меди в электро-
лите все покрытие (фит. 25, а) пред-
ставляет собой рыхлый губчатый
осадок красно-бурого цвета.
Присутствие в электролите
ионов хрома в количестве 0,1—
0,2 г/л способствует отложению
гладких, плотных, но хрупких осад-
ков железа. При дальнейшем увели-
чении содержания хрома в электро-
лите качество покрытия резко сни-
жается, происходит растрескивание
и шелушение слоя осажденного же-
леза (фиг. 25, б).
В противоположность меди и
хрому, соли марганца и никеля, при-
сутствуя в железном электролите,
оказывают благоприятное действие
на качество железного покрытия.
Так, при небольшом количестве
хлористого марганца в железном
хлористом электролите, а именно
5 г/л MnCl2-4FBO, осадки железа
отличаются более мелкозернистой структурой, чем полученные
в обычных электролитах. Покрытие имеет поверхность более глад-
кую, по сравнению с обычными осадками железа, серебристый
светло-серый цвет и высокую вязкость. Увеличение концентрации
соли марганца в электролите до 250 г/л не вызывает каких-либо
дополнительных улучшений в качестве железного покрытия. В осад-
ках железа отсутствует марганец даже при высокой концентра-
ции МпС12. Твердость покрытия соответствует обычным железным
покрытиям. При повышении катодной плотности тока наблюдается
некоторое увеличение твердости электролитического железа, кото-
рое очевидно следует приписать уменьшению зернистости осадка.
Для получения жетезных покрытий в электролите, содержащем
соли марганца, рекомендуются следующие состав электролита и
режим работы:
Хлористое железо FeC!2-4H»O . 350—400 г/л
Хлористый натрий NaCl........................ , . 80 100 Л
76
Хлористый марганец МпС12-4Н2О. . . . 5-10 «
Соляная кислота НС1 ... 0,5—1,0 „
Аноды.............. ... .... Малоуглеро-
дистая сталь
Температура электролита . . . 95 ±2° С
Катодная плотность тока DK.................... . 10—20 а/дм"
Выход по току................................... 93—96%
Хлористый марганец может быть заменен хлористым никелем
в тех же количествах.
Электролитические покрытия железом, полученные в хтористых
электролитах с добавкой соли никеля, имеют мелкозернистую струк-
туру, гладкую поверхность и красивый светло-серый цвет с серебри-
стым оттенком. По внешнему виду и свойствам они мало отлича-
ются от покрытий, полученных в ванне с добавкой соли мар-
ганца.
При осаждении железа из этого электролита следует иметь в
виду, что при катодной плотности тока DK— 10 а/дм? в жетезе со-
держатся следы никеля, а при DK = 20 а, дм'2 содержание никетя
в железе возрастает до 0,5%.
Работа ванны железнения. При осаждении железа из горячих
электролитов, т. е, при температуре 95—-100°, не допускается даже
кратковременное понижение температуры электролиза до 85—80°.
При низких температурах электролиза образуются осадки железа
с высоким внутренним напряжением, что является причиной рас-
трескивания и отслаивания покрытия. Колебание температуры
электролита в процессе железнения допускается в преде-
лах +2°.
Изменение плотности тока в пределах установленной величины
несколько влияет на свойства осажденного железа, но может быть
топущено без вреда для покрытия. При загрузке в ванну необхо-
димо, чтобы все участки поверхности детали были одинаково уда-
лены от анодов. Поверхность контактов подвески и анодов должна
быть тщательно очищена. Это особенно касается горячих ванн же-
лезнения, в которых контакты, бтаготаря испарению электролита,
быстро корродируют.
Перерывы тока в процессе железнения не допускаются, так как
осаждение железа на ранее нанесенный слой как правило приводит
к отслаиванию покрытия. Улучшить сцепление между двумя слоями
покрытия можно1 посредством анодной обработки первого слоя же-
леза в том же электролите в течение одной минуты при анодной
плотности тока, равной катодной. После анодного травления, из-
менив направление тока, продолжают процесс железнения сначала
при плотности тока вдвое меньшей, чем установленная, а затем,
плавно повышая силу тока, переходят к нормальному режиму элек-
тролиза.
Электролитические покрытия железом в большинстве случаев
откладываются слоем 1 —1,5 мм и более. При нормальном течении
электролиза и установленной величине выхода потоку продолжи-
тельность осаждения слоя железа определяется катодной плот-
77
r.ru
ностью тока. Ниже приведены данные о продолжительности оса-
ждения слоя железа толщиной 0,001 мм при средней величине
выхода по току 95%.
Катодная плотность
тока DK в а/дм*
0,1
0,2
0,5
1,0
3,0
5,0
10,0
20.0
Время в мин.
47,5
23,8
9,6
4,8
1,6
1.0
0.5
0,24
При плотности тока 10—20 а/дм2 продолжительность электро-
лиза для осаждения слоя железа толщиной 1 мм лежит в пределах
от 8 до 4 час. За это время аноды, помещенные в чехлы, успевают
покрыться слоем шлама значительной толщины. Это нарушает нор-
мальное течение электролиза, и поэтому накопившийся шлам по
возможности следует удалять. При покрытии наружной поверхности
детали и наличии нескольких анодов (фиг. 11,а), очистку анодов
и чехлов от шлама можно производить поочередно, не прерывая
процесса электролиза. Для этого необходимо иметь запасной чистый
анод, который при замене завешивается на штангу рядом с загряз-
ненным. Это невозможно осуществить при покрытии внутренней
цилиндрической поверхности детали. Поэтому при покрытии внут-
ренней поверхности цилиндра материал анода следует выбирать
с минимальным содержанием углерода и посторонних примесей.
При покрытии деталей в горячих электролитах они после за-
грузки в ванну прогреваются до включения тока 3—5 мин.
32. ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ ПОКРЫТИЙ
Для получения доброкачественного железного покрытия необхо-
димо правильное соблюдение режима электролиза (в особенности
температуры электролита) и своевременное добавление в электро-
лит кислоты и воды. Кроме того, причиной дефектов могут служить
неправильное положение детали в ванне, низкое качество чехлов
для анодов и др. В табл. 5 приведены наиболее часто встреча-
ющиеся дефекты.
Удаление покрытия. Недоброкачественное железное покрытие
с поверхности стальных деталей удаляется при помощи механиче-
ской обработки точением, строганием, шлифованием и т'_ п. После
полного удаления всего слоя железного покрытия деталь вновь
может быть подвергнута железнению.
Удаление слоя железного покрытия с поверхности медной детали
производится в разбавленном растворе соляной кислоты,.
78
Дефекты покрытий
Таблица 5
Вид дефекта Причины возникновения
а) Плохая химическая подготовка
поверхности изделия перед покрытием
б) Резкое понижение температуры
электролита в процессе электролиза,
например, вследствие добавления хо-
лодной воды
в) Перерыв тока в процессе элек-
тролиза
Отслаивание покрытия
Chlpmaker.ru
Темные осадки на отдельных участ-
ках детали
Присутствие трехвалентных соеди-
нений железа или повышенная кислот-
ность электролита
Серое покрытие с сильно шерохова-
той поверхностью
Загрязнение электролита твердыми
(нерастворимыми в нем частицами),
например, вследствие проникновения
шлама из анодных чехлов или пони-
жения кислотности электролита
Глубокая точечная пористость или
следы от пузырьков водорода
а) Повышенная кислотность элек-
тролита
б) Неправильное положение детали
в ванне, что является причиной задер-
жания пузырьков водорода на поверх-
ности детали
Темные полосы на поверхности
осадка. Высокая хрупкость осадка
Присутствие в электролите органи-
ческих примесей
33. ПРИМЕРЫ ЖЕЛЕЗНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Стереотипы. Гальванические покрытия гартовых стереотипов,
медных гальваностереотипов и медных клише производятся в типо-
графиях для повышения тиражеустойчивости. Для этих целей при-
меняются главным образом покрытия никелем или железом.
Перед подготовкой к покрытию в стереотипе просверливаются
одно или два отверстия для крепления подвесного приспособления.
Поверхность стереотипа протирается тканью, смоченной бензином,
просушивается и окончательно обезжиривается кашицей венской
извести. Затем, после промывки струей проточной воды, произво-
дится декапирование, снова промывка, очистка поверхости от шлама
и загрузка в ванну для покрытия.
При железнении гартовых стереотипов с вмонтированными в них
цинковыми клише поверхность цинка должна быть тщательно изо-
лирована. При осаждении железа из холодных электролитов для
этих целей может быть применена смесь из 1 части воска и 1 части
канифоли. Более надежной защитой, особенно необходимой при
79
chipmaker.ru
Желсзнении в горячих электролитах (наиболее часто применяемых),
служит медная фольга.
Для железнения стереотипов рекомендуются следующие состав
электролиза и режим работы:
Сернокислое железо.....................
Хлористый натрий.......................
Соляная кислота...........•............
Температура электролита ...........
Катодная плотность тока DK .......
Аноды.............................. .
Расстояние между электродами..........
Толщина покрытия железом..............
300 г/л
150 ,
0,4—0,7 г/л
95—98’ С
10—15 а!дм^
Малоуглеродистая сталь
или железо сорта Армко
100—120 мм
20—100 мк
Хлористый электролит, рекомен тованный для этих целей, со-
держит:
Хлористого железа ............................... 700—800 г]л
Соляной кислоты....................................0,3 -0,5 ,
Температура электролита......................... . 100—102“ С
Катодная плотность тока DK . . ........ . . 10—20 а!дм-
Выход металла по току.......................... . . 95- 98%
Покрытие пластинок твердого сплава. Скоростные методы обра-
ботки высокопрочных сплавов, как правило, требуют применения
резцов с напаянными пластинками твердого сплава.
Способ покрытия пластинок твердого сплава, разработанный на
Ленинградском металлическом заводе [17], основан на железнении
той части пластинки, которая соединяется напайкой с телом метал-
лорежущего инструменга. Этот способ, проверенный на ряде марок
1вердых сплавов (ВК-3, ВК-8, Т15К6 и др.), дает надежные резуль-
таты, так как слой электролитического железа предупреждает
возникновение внутренних напряжений и предохраняет сплав от
окисления в процессе напайки.
Подготовка пластинок твердого сплава к железнению начи-
нается с крепления их в подвесном приспоообтении. Последнее, как
показано на фиг. 26, представляет собой противень. При монтаже
пластинки устанавливаются в противне (внутри об туженном), а
промежутки между ними заливаются каким-либо свинцовым спла-
вом. Равномерное заполнение промежутков сплавом достигается до-
полнительным подогревом его газовой горелкой. Затем, не более
чем за 8—10 мин. до покрытия, поверхность пластин обдувается
пеСком под давлением 4—6 ат и промывается приточной водой. Под-
веска с пластинками завешивается в ванну железнения и подвер-
гается анодному декапированию при £)о=10 а/дм2 в течение
5—8 сек.
Железнение производится в электролите следующего состава:
Сернокислое железо................................. 240 -260 г/л
X тористый натрий................................. 45—55 ,
pH................................................ 2,4—2,6
80
Аноды — листовая малоуглеродистая сталь. Площади анода и
катода одинаковые, расстояние 'между ними 50—60 мм. Аноды во
время электролиза заменяются чистыми через каждые 20 мин. без
перерыва тока.
Рабочая температура электролита 98—100° и катодная плотность
тока 4—6 а/дм2. Рекомендуемая толщина покрытия железом
в среднем 0,2 мм.
После покрытия пластинки промывают в холодной проточной
воде, протирают волосяной щеткой, сушат при 50—80° в течение
30 мин. и подвергают крацеванию. Отделяют
пластинки от приспособления при помощи га-
зовой горелки, ведя нагревание с i ыльной сто-
роны приспособления. Неровности, образовав-
шиеся на торцах пластинок при железнении,
удаляются при помощи абразивного круга.
Железненые пластинки твердого сплава
напаиваются на оправку инструмента с ис-
пользованием различных способов нагрева —
высокочастотного, пламенного, электрического
(контактного) и с применением красной меди
в качестве припоя.
Восстановление деталей машин. В ремонт-
ном производстве электролитическое желез-
нение применяется для восстановления неко-
торых изношенных деталей автомобиля, трак-
тора, двигателей судового типа и металлооб-
рабатывающих станков. Примером могут слу-
жить: шкворни, валы секторов рулевого упра-
вления, поворотные цапфы, поршневые пальцы
судовых двигателей внутреннего сгорания,
шейки шпинделей токарных станков и другие
ОПП
ппп
ООО
ппо
поп
Фиг. 2G. Монтаж плас-
тинок твердого сплава.
детали.
Технологический процесс подготовки изношенных деталей машин
к покрытию железом состоит из следующих основных операций:
1) отжиг при температуре 600—650° в течение 1,5—2 час. (только
для цементированных или закаленных деталей); 2) механическая
обработка; 3) удаление основной части жировых загрязнений путем
промывки керосином или бензином и протирка поверхности детали
тканью; 4) изоляция участков поверхности детали, не подлежащих
железнению; 5) монтаж подвесного приспособления, обеспечива-
ющий надежность контактов и правильное положение детали в
ванне; 6) зачистка поверхности детали наждачным полотном;
7) обезжиривание поверхности детали и промывка водой и 8) дека-
пирование.
При восстановлении изношенных деталей железнение произво-
дят в хлористых электролитах. После декапирования поверхности
детали, которое обычно заканчивается анодной обработкой в ванне
железнения, направление тока изменяют переключением рубильника
и приступают к покрытию.
6 Выл. X= G 54
r.ru
Для достижения лучшего сцепления процесс осаждения железа
рекомендуется начинать при низких 'плотностях тока, около 5 а/дм2,
а затем постепенно, в течение 0,5—1 часа, повышать до установлен-
ной величины.
Хорошие садки железа могут быть получены при следующем
составе электролита и режиме работы:
Хлористое железо .... .... 350—400 г/л
Хлористый натрий .... ... ...... 80—100 „
Соляная кислота...................... . . . . 0,8—1,2 „
Температура электролита . . . . 95—98° С
Катодная плотность тока DK . . 10—20 а]дм-
Выход металла по току... . ........... 94—96%
Осажденный металл имеет светло-серый серебристый цвет.
Толщина слоя покрытия определяется величиной износа детали и
Фиг. 27. Структура железного покры-
тия (Х140).
обычно не превышает 2 мм с учетом припуска на послецующую
обработку.
После электролиза производится промывка в горячей воде,
демонтаж подвески, удаление изоляции, промывка в холодной
воде и обработка детали в 10—15-процентном растворе соды
(Na2CO3) для нейтрализации остатков электролита. Затем деталь
вновь промывается водой и сушится.
Структура слоя, полученного в результате железнения при ука-
занных выше условиях (1)к = \5 а/дм2), представлена на фиг. 27.
Слева видны разноосные зерна основы, справа — характерные
вытянутые зерна слоя железа, направленные перпендикулярно
покрываемой поверхности. Прилегание слоя покрытия к основе
достаточно плотное.
Дальнейшая обработка слоя покрытия сводится лишь к точению
или шлифованию деталей до номинального размера. К таким сле-
дует отнести все детали, покрываемые железом с целью обеспечения
той или иной посадки, а также детали, работающие на трение при
небольших удельных нагрузках. В последнем случае перед меха-
82
нической обработкой рекомендуется произвести термическую обра-
ботку в течение 1—2 час. при температуре 250—300°. При этом
несколько повышается твердость осадков железа, уменьшается их
хрупкость и улучшается сцепление с основным металлом.
В практике ремонтного производства имеет большое значение
восстановление размеров изношенных деталей без уменьшения по-
верхностной твердости. К таким деталям относятся прежде всего
различные цементованные изделия, например валы, ролики,
шкворни и другие детали с трущимися поверхностями.
Простое железнение таких деталей, восстанавливая размеры,
не обеспечивает достаточной поверхностной твердости. В качестве
Фиг. 28. Осадки железа и хрома, по-
перечный разрез (Х100).
Chipmaker.ru
способов повышения твердости поверхностного слоя железненой
детали возможно применение хромирования или цементации.
Хромирование ранее железненых деталей производится после их
механической обработки, которая должна обеспечить требуемую
чистоту поверхности и размеры, заниженные на толщину слоя
хрома. В остальном следует придерживаться технологического
процесса, описанного в разделе «Хромирование». Толщина слоя
хрома, как правило, лежит в пределах 0,05—0,20 мм. Двухслой-
ное покрытие железо — хром с толщиной слоя хрома около 0,2 мм
представлено на фиг. 28.
Цементация железных деталей производится в твердом кар-
бюризаторе. В результате цементации поверхностный железный
слой и часть сердцевины насыщаются углеродом, образуя струк-
туру крупнопластинчатого перлита.
При цементации происходит хорошее сцепление слоя железа с
основным металлом, получающееся за счет перекристаллизации и
образования на границе общих зерен феррита; столбчатая струк-
тура в слое электролитического железа при этом полностью исче-
зает.
Для получения равномерной твердости в слое покрытия после
цементации может быть рекомендована двухступенчатая закалка
6* 83
r.ru
по режиму: первая закалка при температуре 950° с охлаждением
с еоде комнатной температуры, вторая закалка при 800° с той же
охлаждающей средой и отпуск при температуре 170—180° в течение
40 мин. Микроструктура цементованного покрытия после закалки и
отпуска приведена на фиг. 29. Граница слоя покрытия и основного
металла почти не различается, что свидетельствует о хорошем сцеп-
лении. Твердость цементованного покрытия составляет по HRc от
58 до 64 единиц. По глубине покрытия (от поверхности к сердце-
вине) твердость практически не изменяется.
Фиг. 29. Структура цементованного покрытия
после закалки и отпуска (>,87).
В литературе [15] рекомендуется следующий режим химико-
термической обработки покрытия: цементация в твердом карбю-
ризаторе при температуре 830—850° с охлаждением в соленой
воде и отпуск при температуре 180—200° в течении 30 мин. Твер-
дость покрытия составляет по HRc = 50—52.
34. СОВМЕСТНОЕ ОСАЖДЕНИЕ НА КАТОДЕ
ЖЕЛЕЗА И УГЛЕРОДА (ОСТАЛИВАНИЕ)
Исследования, проведенные в ЛИМСХ и других институтах,
показали, что электролитическое железо с повышенным содержа-
нием углерода можно получить из обычных хлористых железных
электролитов с добавкой глицерина и сахара. Так. железные по-
крытия с содержанием углерода 0,5—0,6% можно получить из
электролита следующего состава:
Хлористое железо . . 350 -400 г/л
Хлористый натрий . t . . 70—80 „
Соляная кислота . 1 —1,5 „
Глицерин . . . 60 -70
Сахар........... 30-40
Температура электролита . . 90—95° С
Катодная плотность тока DK . . . 10—15 а!дм-
Покрытия, полученные при этих условиях, отличаются блестя-
щей поверхностью, высокой твердостью и хрупкостью. При измере-
84
нии на микротвердомере ПМТ-3 твердость покрытия лежит в пре-
делах 500—750 HD. При нагревании до температуры выше 250°
твердость покрытия понижается и при 500—600° составляет, при-
мерно, 250 HD.
Покрытия, полученные из электролитов с добавкой глицерина
и сахара, принимают закалку, в результате которой твердость их
устанавливается на уровне твердости закаленной стали. Режим тер-
мической обработки сводится к отжигу при температуре 600—700°,
закалке при температуре 800—900° с охлаждением в воде и после-
дующему отпуску.
Покрытия, полученные из сахарно-глицериновой ванны, хорошо
обрабатываются на шлифовальном станке. Однако, вследствие по-
вышенной хрупкости осадков и плохой подготовки детали на отдель-
ных участках ее поверхности возможно скалывание металла.
Основные недостатки сахарно-глицериновых электролитов, ме-
шающие их внедрению в производство, заключаются в неустойчи-
вой работе ванны и недостаточно хорошей управляемости процессом
осаждения металла на катоде.
При устранении этих недостатков железоуглеродистые электро-
литические покрытия представят собой ценный вклад в ремонтное
производство.
chipmaker.ru
ЛИТЕРАТУРА
1. Гликман Л. А., Супрун А. А., Богорад Л. Я., Г а км ан Э. Л.,
Влияние хромирования на усталостную и коррозионно-усталостную прочность
стали, Информационный листок, № 84, ЛДНТП, 1955.
2. Федоров Ю. Б., Твердое хромирование, «Коррозия и борьба с ней»,
1937, № 5 и 6.
3. Федотьев Н. П., Вячесчзвов П. М. и Бардин В.В., Твердость
электролитического хрома, ЖПХ, т. XXVIII, 1956
4. Ч р р к е з М. Б., Пористое хромирование, Информационно-технический
листок, ЛДНТП, Ns 45, 1949.
5. Вороницын И. С., Пористое хромирование чугуна для гильз автомо-
бильных двигателей, «Автомобиль», 1946, № 11—12.
6. Б о г о р а д Л. Я. и Г а к м а н Э. Л., Пористое хромирование, Лен-
издат, 1950.
7. Л а й н е р В. И. и Кудрявцев Н. Т., Основы гальваностегии, ч. !,
Металлургиздат, 1953.
8. Левите кий Г. С., Хромирование деталей машин й инструментов,
Машгиз, 1951.
9. Федотьев Н. П., Вячеславов П. М. и Бардин В. В., Хромо-
вые электролиты с добавками борной кислоты и окиси магния, Информационно-
технический листок, Ns 29, ЛДНТП, 1955.
10. Куракина Н. П., Хромирование в холодных электролитах, содержа-
щих фтористые соли, Информационно-технический листок, Ns 79, ЛДНТП, 1955.
11. Сазонов Г. А., «Технология тяжелого машиностроения», 1955, Ns 1.
12. Козловская Е. И. и Ильин В А., Хромирование стальных изделий
без подслоя, «Медицинская промышленность СССР», 1949, № 3.
13. Кушнева Р. Н. и Поселянинова Г. Н., Повышение усталостной
прочности хромированных турбинных лопаток, «Технология транспортного ма-
шиностроения», 1956, Ns 10.
14. А р х а р о в В. М. и Конев В. Н., Повышение износостойкости хро-
мовых покрытий карбидизацией, «Вестник машиностроения», 1955, № 11.
15. Мелков М. П., Восстановление деталей машин электролитическим от-
слаиванием, «Вестник машиностроения», 1953, Ns 3.
16. Духов Т., Некоторые вопросы технологии восстановления деталей
способом осталивания, «Автомобильный транспорт», 1956 Ns 9.
17. Буткевич П. И., Сазонов Г. А., Электролитическое железнение
пластинок твердого сплава, Листок новатора, Ns 14, ЛДНТП, 1956.
— —
Chlpmaker.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ..................................... . 3
Глава I. Область применения электролитического хрома 5
1. Свойства электролитического хрома..........
2. Области применения хромовых покрытий ... . 9
Глава II. Условия электролитического осаждения хрома 11
3. Процессы на электродах..................................... —
4. Состав хромового электролита . . . 12
5. Режим электролиза...................... . . . . 14
6. Получение и свойства пористого хрома...................... 18
Глава III. Приготовление, корректирование и работа хромовых ванн 23
7. Приготовление электролита . ... .... —
8. Корректирование электролита . . . ... 25
9. Аноды ....... .... . . 26
10. Влияние примесей . 27
11. Работа хромовой ванны ... ... —
12. Удаление покрытия...................... . . 28
13. Основные дефекты хромовых покрытий . . 29
Глава IV. Технология хромирования..................... . 32
14. Особенности подготовки деталей к хромированию
15. Защитно-декоративное хромирование . . 35
16. Покрытия молочным хромом . 39
17. Износостойкие покрытия хромом ... . . 42
18. Завешивание деталей в ванну . . . —
19. Условия хромирования...................................... 46
20. Примеры хромирования деталей 48
21. Пористый хром..................................... .... 51
22. Хромовые покрытия, не снижающие усталостную прочность
стали ........................................... . . . 60
23. Хромирование алюминия ... 62
24. Перспективы развития хромирования —
25. Техника безопасности...................................... 64
Глава V. Свойства и условия электролитического осаждения железа 65
26. Свойства электролитического железа . . ~
27. Области применения железнения . . 67
Глава VI. Технология железнения........................... . . 68
28. Особенности подготовки деталей к железнению .
29. Процессы на электродах ... ....
30. Приготовление электролитов для железнения
31. Состав электролитов и режим электролиза
32. Основные дефекты покрытий..................
33. Примеры железнения деталей...............................
34. Совместное осаждение на катоде железа и углерода (остали-
вание) ..... ......................
Литература................................ЮООЛ.....................
Г Г Я Э Д I
„ЛЕНТЕ ПЛОПРИБОР
chipmaker.ru
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Строка Напечатано Должно быть По чьей вине
55 24-я снизу осаждался не осаждался Корр.
62 13-я сверху замешивается завешивается Корр.
71 24-я снизу полюсы полосы Корр.
75 13-я сверху хрома железа Авт.
86 6-я снизу отслаиванием осталиванием Корр.
Заказ № 54
Михаил Борисович ^ЧЕРКЕЗ
ХРОМИРОВАНИЕ И ЖЕЛЕЗНЕНИЕ
Редактор издательства Н. 3. Симоновский
Технический редактор Л. В. Соколова Корректор Г. А. Дуд усов
Подписано к печати 21/IV 1958 г. М-02869. Формат бумаги вОхЭг’/и-
Печ. листов 5,5.Уч.-изд, листов |Тираж 10 500 экз.Заказ 54.
Типография № 6 УПП Ленсовнархоза. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
7&Г
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МАШГИЗ
Библиотечка гальванотехника
ПЕРЕЧЕНЬ ВЫПУСКОВ
1. П. М.
2. С. Я.
покрытиями и
Вячеславов. Оснсвные понятия о гальванотехнике.
Г р и л и х е с. Подготовка изделий перед гальваническими
отделка покрытий.
3.
В.
А.
Ильин. Цинкование и кадмирование.
4.
В.
А.
Ильи и. Лужение и свинцевание.
5.
А.
М.
Ямпольский. Меднение и никелирование.
Г..
М
Б.
Черкез. Хромирование и железнение.
7.
П.
М.
Вячеславов. Гальванические покрытия сплавами.
А.
8.
металлов.
М.
Ямпольский. Гальванотехника драгоценных и редких
Я.
Гр ил и хе с. Защита металлов оксидными и фосфатными
пленками.
10. II.
полярности.
Н.
Бибиков. Гальванические покрытия на токе переменной
11. Я. В.
В а й и е р. Оборудование гальванических цехов.
нических ванн
Круглова и II. М. Вячеславов. Контроль |альва-
и покрытий.