Технологии хромирования деталей

Хромирование деталей

  • Процесс
    • Хромирование деталей
    • Составы
  • Виды
  • Хромирование дома
    • Видео хромирования

В качестве декоративной отделки отдельных деталей сегодня используется большое количество веществ. Немалое количество из них сделано на основе хрома.

Процесс хромирования

Хромирование представляет собой процесс насыщения поверхностей из металлических материалов хромом. Также данный процесс может означать образование на поверхности отдельных деталей, сделанных из металлов, хромированного осадка, который необходим для декоративной цели. На поверхность металлов хром осаживается под воздействием электрического тока.

Важно: Использование процесса хромирования необходимо не только для того, чтобы сделать поверхность отдельных деталей более привлекательной с эстетической точки зрения, но и для того, чтобы защитить металлы от образования коррозии.

Благодаря хромирования на поверхности образуется тонкий слой защитного вещества, которое делает структуру металла более прочной. Именно поэтому хромированные детали могут прослужить долгие годы. Декоративное хромирование способно продержаться длительное время.

Процесс хромирования деталей

Процесс хромирования является достаточно время затратным Ведь необходимо все делать аккуратно.

Весь процесс можно разделить на несколько этапов, которые заключаются в:

На данном этапе хромирования осуществляется удаление сильный загрязнений с поверхности металлов, что слой хрома лег ровно и аккуратно.

  • Тонкой очистке.

Данный шаг предполагает удаление оставшихся следов загрязнений, чтобы они не мешали проведению дальнейших работ.

  • Предварительной подготовке.

В зависимости от материала, на который будет наноситься состав хрома, зависит то, какие меры следует предпринимать для того, чтобы подготовить его для проведения дальнейших работ.

  • Помещении в ванну с подготовленным раствором.

На данном этапе хромирования металлические изделия помещаются в ванну с подготовленных составом, состоящим из хрома и других вспомогательных элементов. Здесь осуществляется температурное выравнивание.

  • Подключении тока.

Этот шаг заключается в том, чтобы подключить к раствору с материалом для хромирования ток определенной силы. Обработка током происходит для образования на поверхности металла слоя хрома определенной толщины.

Во время хромирования выделяется большое количество токсичных веществ, которые могут навредить здоровью человека.

Внимание: Сегодня имеется большое количество стран в мире, в которых данный процесс хромирования находится под тщательным контролем.

Составы для хромирования

Для хромирования используются следующие виды растворов:

  • Раствор шестивалентного хрома. Его главным компонентом является хромовый ангидрид.
  • Раствор трехвалентного хрома. В него главным образом входит сульфат хрома или хлорид хрома. Такой раствор применяется достаточно редко. Такая ситуация складывается по причине того, что есть некоторые ограничения на толщину покрытия, его оттенок и насыщенность цвета.
Таблица 1. Составы электролитов для хромирования.
Компоненты Составы электролита, г/л
Разбавленного Универсального Концентрированного
хромовый ангидрид 150 250 350
серная кислота 1,5 2,5 3,5
катодная плотность тока, А/дм2 45–100 15–60 10–30
температура раствора, °С 55–60 45–55 35–45
Таблица 2. Состав хромирующих смесей для стали.
Материал Состав хромирующей смеси (массовая доля, %) Температура хромирования, °С Выдержка, ч Глубина хромированного слоя, мм
Среднеуглеродистая легированная теплостойкая. сталь (пружины, лабиринтные уплотнения) 60 % металлического хрома,

Виды хромирования

В современном мире представлено большое количество разновидностей хромирования.

Выделяются следующие виды данного процесса:

  • Гальваническое хромирование

Данный способ хромирования представляет собой метод нанесения на поверхность металлов или пластмассовых материалов специального покрытия методом использования электрического тока. Благодаря этому достигает оснащение обрабатываемого материала уникальных свойств. Они заключаются в: утолщении поверхности, устойчивости к образованию ржавчины, в приобретении привлекательного внешнего вида. Во время использования гальванического хромирования используется трехслойное нанесение металлического вещества. Из-за того, что хром вступает в реакцию с другими металлами, он оседает на поверхности и придает ей блеск.

  • Химическое хромирование.

При использовании данного метода хромирования не применяется электрический ток. Весь процесс основан на реакции, которая проявляется между реагентами. При этом очень важно перед обработкой отдельных деталей методом покрытия хромированным составом нанести тонкий слой меди. Для этой цели используется смесь из: сернокислой меди, концентрированной серной кислоты, дистиллированной воды. Для хромирования используется следующий состав: фтористый хром, гипофосфат натрия, охлажденная уксусная кислота, раствор едкого натрия, лимоннокислый натрий, дистиллированная вода.

  • Хромирование золочение.

Данный вид хромирования подразумевает нанесение на поверхность металлов тонкого слоя золотого металла. Делается это не только для достижения наилучшего декоративного эффекта, но и для защиты материала от появления коррозии. Золочение делает материал более плотным и износостойким.

Хромирование в домашних условиях

В современном мире встречается немалое количество людей, которые осуществляют домашнее хромирование. Благодаря этому можно значительно сэкономить на обработке хромом отдельных металлических или пластмассовых деталей.

Важно: Процесс гальванического хромирования недоступен в нашей стране для домашнего использования. Его использование является уголовно наказуемым.

С теоретической точки зрения можно произвести хромирование дома, но для этого придется приложиться большое количество усилий. Для этой цели необходимо приобрести большое количество ванн и растворов для проведения процесса. На это уйдет масса времени и средств. Не рекомендуется проводить процедуру хромирования в домашних условиях путем обработки растворов и материалов электрическим током, потому что при этом выделяются токсины, способные нанести вред окружающей среде.

В домашних условиях можно воспользоваться химическим видом хромирования. При этом очень важно изготовить раствор меди хрома. Только после этого можно приступать к обработке металлических и неметаллических изделий.

Во время проведения процедуры хромирования необходимо позаботиться о технике безопасности, как и в промышленных условиях.

Хромирование в домашних условиях видео

Статьи по теме

Металлизированная краска

Настоящего золота или серебра в современных металлических печатных красках, конечно же, нет. Но они очень удачно имитируют благородные металлы, так как на треть состоят из металлических пигментов серебристого или золотистого цвета.

Цинкование металла

Для защиты от коррозии сегодня создано большое количество методов. Они направлены на то, чтобы с помощью специальных растворов или веществ на поверхности металлических изделий появлялась тонкая защитная пленка, которая препятствует попаданию на металл кислорода и продуктов, имеющихся в агрессивной среде.

Грунтовка по металлу

В современно мире существует большое количество материалов, которые используются для защиты от появления коррозии. Она покрывают металлическую поверхность тонким слоем пленки, которая не дает железу и другими видам металлов окисляться.

Суть и методы хромирования металла

Гальваническое хромирование металлов. Надежные защитные и декоративные покрытия разных видов. Основные характеристики техпроцесса и применяемых компонентов. Хромирование в домашних условиях. Причины возможных дефектов и опасность для здоровья.

Гальваническое хромирование — это один из способов создания на поверхности изделий тонкого устойчивого слоя из чистого хрома, который почти в два раза тверже железа, имеет приятный серебристый цвет и отлично полируется. Хромовые покрытия применяют в защитных и в декоративных целях.

Гальваническому хромированию подвергают поверхности трения для создания устойчивого к коррозии антифрикционного слоя, который к тому же хорошо удерживает масло.

Этот металл имеет прекрасное сцепление со сталью, никелем и медью, а также практически не окисляется и не отслаивается в процессе эксплуатации.

Помимо прочего, хромовая гальваника применяется при изготовлении стойких к атмосферным воздействиям оптических отражателей, которые по своим качествам ничем не уступают амальгамированным.

Одной из главных особенностей гальванического хромирования является работа с пассивным анодом, т. е. покрывающий деталь хром поступает не из анодного металла, а из раствора хромовых кислот, что требует постоянной регенерации электролита.

А основной недостаток этого технологического процесса — высокая токсичность соединений хрома и связанные с этим повышенные требования к системам промвентиляции, утилизации электролита и водоочистки.

Суть гальванического хромирования металла

В большинстве гальванических процессов источником покрывающего металла является анод. В отличие от этого при хромировании анионы возникают непосредственно из электролита, основой которого является раствор хромовых кислот, образующихся при растворении хромового ангидрида в воде.

В такой технологии катодом обычно является обрабатываемая деталь, а в роли нерасходуемого пассивного анода выступают пластины или облицовка ванны, выполненные из инертного к кислотам электролита металла.

Пассивные аноды в хромовой гальванике обычно изготавливают из свинца или его сплавов (с оловом и сурьмой). Хромовая кислота обладает сильными коррозионными свойствами, поэтому при производстве оборудования для хромирования применяют кислотостойкие материалы.

Кроме того, в связи с постоянным убыванием хрома электролит необходимо периодически регенерировать, добавляя в него хромовый ангидрид и расходуемые в процессе хромирования реагенты.

Вид поверхности и механические свойства хромового покрытия напрямую зависят от компонентов электролитического раствора, степени его нагрева и плотности тока.

Варьируя эти показатели, можно добиться различных видов поверхности хромированного металла: от молочного и матового до зеркально-блестящего, – а также широкого диапазона значений твердости, плотности и пористости осажденного хрома.

Методика хромирования металла своими руками

Поэтому ни о какой гальванике в домашних условиях не может быть и речи. Для хромирования необходимо подобрать нежилое помещение и по возможности оборудовать его хотя бы какой-нибудь вентиляцией. Также стоит заранее позаботиться об утилизации отработанного раствора и промывочной воды.

Все работы следует выполнять в спецодежде и с применением средств индивидуальной защиты, используемых на химпроизводствах.

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

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

Компоновка такого комплекта для хромирования зависит от размеров и особенностей входящих в него элементов и делается «на глазок», с дополнениями и изменениями по ходу изготовления.

О токовых режимах лучше заранее почитать в специализированных изданиях или пообщаться со знающими людьми на профильных форумах. Там же можно обсудить вопрос влияния хрома на свойства стали и других металлов, т. к. у хромированной детали несколько изменятся механические характеристики.

Подготовка поверхности к хромированию

Подготовка металла к хромированию ничем не отличается от приготовлений к любому другому гальваническому процессу. В первую очередь необходимо убрать остатки покрытий и ржавчину с хромированной поверхности.

Первое выполняется с помощью металлических щеток и наждачной бумаги или же (если есть такая возможность) абразивоструйной обработкой. Для удаления ржавчины с металла можно также использовать механические методы, но лучше воспользоваться ортофосфорной кислотой.

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

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

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

Приготовление электролита

При приготовлении электролита сначала в воде разводится серная кислота из расчета 1.5–2.5 г/л, а затем добавляется хромовый ангидрид в количестве 150–250 г/л. Точную пропорцию можно подобрать только экспериментально, оценивая результат хромирования поверхности металла (см. также ниже о возможных дефектах).

Возможные дефекты

При осмотре всех плоскостей металла после гальванического хромирования могут быть обнаружены специфические недостатки, которые чаще всего связаны с составом электролита и плотностью тока, но могут иметь и другие причины.

Если хром не оседает на металл, то это может быть связано с недостаточной плотностью тока, избытком серной кислоты, завышенной температурой раствора или окислением анода.

Если хромовое покрытие отслаивается от металла, то причиной этого может быть плохая очистка его поверхности и колебание токовых параметров в процессе хромирования.

При превышении плотности тока на выступающих частях детали могут образовываться наросты, а поверхность хромированного металла становится матовой и неровной. При слишком маленькой плотности тока покрытие становится жестким и имеет «молочный» вид.

При гальваническом хромировании также важно пространственное положение детали. Оно должно обеспечивать свободный уход водорода, образующегося на поверхности металла, т. к. скопление это газа приводит к образованию неровностей и каверн.

Опасность для здоровья

При хромировании металлов основная опасность для здоровья персонала и окружающей среды исходит от хромового ангидрида (оксид шестивалентного хрома), который является главным компонентом во всех электролитах, а при растворении в воде образует не менее опасные хромовые кислоты.

Все эти реагенты являются канцерогенами и очень токсичны (относятся к первому классу опасности). Оксиды и соли хрома малолетучи, но при использовании горячих электролитов могут захватываться парами воды.

Другими токсичными веществами, образующимся в процессе гальванического хромирования, являются хроматы свинца и сульфаты бария.

А как вы относитесь к хромированию металлов в домашних условиях? Ведь в Интернете размещено множество статей, описывающих, как легко и просто это делается даже без особых навыков.

Выскажите, пожалуйста, свое мнение в комментариях к этой статье.

Основные технологии хромирования деталей

Хром — это металл, который отличается хорошей прочностью, приятным внешним видом и высокой защитой от коррозии. На практике изделия из чистого хрома применяются редко в связи с высокой стоимостью металла (сложная добыча, непростое обогащение). Поэтому этот химический элемент обычно наносят тонким слоем на другие металлы, камень, пластик, дерево и другие материалы. Это позволяет улучшить физико-химические и эстетические свойства обрабатываемой детали за сравнительно небольшую сумму. В металлургическом деле процедуру нанесения хрома тонким слоем называют — хромирование.

Покрываться хромом могут различные изделия — рабочие инструменты, диски для автомобилей, оборудование для кораблей, посуда, декоративные изделия. Хромирование может выполняться различными способами, а сегодня таких способов насчитывается более 10 штук (хотя на практике применяется 3-4 технологии хромирования). Но возможно ли хромирование в домашних условиях — или его проводят только на фабриках и заводах? Какими особенностями обладает хромирование пластика? И о каких правилах техники безопасности не нужно забывать? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

Общие сведения

Толщина слоя покрытия обычно невелика — от 0,2 до 0,8 миллиметров (хотя встречаются изделия и с более толстым слоем). Хромированию могут подвергаться любые металлы и их сплавы (железо, чугун, сталь, алюминий, медь и другие), а также диэлектрики (пластик, камень, дерево, фарфор и другие).

Покрыть хромом можно посуду, украшения, детали автомобиля или мотоцикла, мебель. Помимо этого хромирование деталей и пластика выполняет следующие важные функции:

  1. Термическая и механическая защита. Хром обладает плотной структурой и очень высокой температурой плавления. Поэтому при нагреве его химико-физические структура не изменяется. При механическом ударе вещество также сохраняет свою структуру, поэтому хромированные детали обладают более высокой механической устойчивостью.
  2. Антикоррозийная защита. С химической точки зрения хром является инертным веществом. При нормальных условиях он не вступает в контакт с водой и атмосферным воздухом. Поэтому изделия с хромовым покрытием не покрываются коррозией длительное время. С кислотами, щелочами и солями хром также вступает в химические реакции неохотно.
  3. Восстановление прочности запчасти. В случае длительной эксплуатации в запчастях появляются небольшие трещины и углубления, что негативно сказывается на их прочности, надежности. Нанесения хромового покрытия позволяет закрыть эти трещины и вмятины, что улучшит их практическое применение.
  4. Защита от грязи и повышение отражательной способности. Хромовое покрытие надежно защищает деталь от грязи, пыли и органического мусора. Люди покрывает запчасти своих ТС, чтобы их транспорт был лучше виден в темноте (покрываются обычно диски, отдельные детали или весь кузов целиком).

Где проводят хромирование?

Большинство технологий хромирования являются сложными операциями, для проведения которых необходимо специальное оборудование. Во время нанесения покрытия в атмосферу могут выделяться вредоносные вещества, которые представляют опасность для человека при вдыхании. Небольшие дозы испарений слабо влияют на здоровье, однако покрытие наносится долго, поэтому о защите организма необходимо подумать в обязательном порядке. Обычно хромовое покрытие наносят в специальных технологических цехах, где установлено оборудование для удаления вредных испарений, а сами людям носят защитные костюмы.

Однако при соблюдении ряда правил можно выполнить хромирование в домашних условиях. Для проведения работ Вам понадобятся дополнительные средства и оборудование. Перечислим основные из них:

  • Средства индивидуальной защиты. Это плотный защитный костюм, маска-респиратор и очки, которые плотно прилегают к лицу. Эти средства будут защищать тело от контакта с вредоносными веществами, которые находятся в воздуха. Защищается как кожа, так и слизистые оболочки, а также органы дыхания. После нанесения покрытия костюм, маску и очки нужно почистить, чтобы удалить частички вредных веществ, которые могли осесть на них.
  • Вытяжное оборудование. Это могут быть вытяжные вентиляторы или схожее оборудование. Главная задача, которую выполняют такие вентиляторы, — это сбор и удаление из помещения вредных испарений, которые образуются во время хромирования. Мощность таких вентиляторов не должна быть слишком высокой, поскольку вредных веществ образуется не так много (за исключением обработки больших изделий сложной формы, когда требуется большое количество расходных материалов, выделяющих вредные испарения).

Технологии хромирования

В зависимости от способа нанесения хрома различают порядка 10 технологий хромирования, а основными технологиями являются гальванизация, химическое нанесение, вакуумное нанесение и другие. Ниже эти технологии будут рассмотрены более подробно.

Электролитическая гальваника

Гальваническое хромирование — простая технология, которая подходит для домашней обработки деталей. Обычно она используется для обработки металлических деталей небольшой формы, однако при необходимости ее можно адаптировать для обработки больших изделий и пластика. Гальваника работает за счет такого явления, которое физики называют электролизом. Электролитическая гальваника выполняется по такой схеме:

  1. В электрически нейтральную ванночку помещается жидкость, называемую электролитом. В качестве электролита для хромирования используются вещества, содержащие хром. Это хромовая кислота, ангидрид и другие. В состав электролита могут входить вспомогательные вещества — скажем, серная кислота, едкий натр или сернокислый стронций.
  2. К ванночке подключается источник постоянного тока (генераторы с переменным током не подходят из технических соображений). Анод имеет вид пластинки (обычно из свинца или хромсодержащего сплава), а опускается он в ванночку с электролитом. К катоду прикрепляется обрабатываемая деталь, которая тоже опускается в электролит.
  3. После подготовки оборудования и детали электрическая цепь замыкается. Это приводит к тому, что электрический ток переходит от анода к катоду через электролитический раствор. Это приводит к ряду химических реакций, что приводит к высвобождению свободного хрома, который за счет прохождения тока переходит на поверхность обрабатываемой детали. В результате формируется тонкое покрытие, что нам и требовалось.

Химическое хромирование

Для нанесения тонкого защитного слоя может также применяться химическое хромирование. Эта технология не подразумевает использование электрического тока для перехода хромовых ионов — вместо этого защитный слой создается за счет ряда химических превращений. Поэтому химическая хромирование является более простой и безопасной, хотя для ее проведения понадобятся более дорогие реактивы. Технология проводится в два этапа: сперва наносится слой меди, а потом — хрома. Суть технологии кратко:

  1. Рабочий очищает деталь от грязи и пыли, а также выполняет ее обезжиривание. После этого он готовит смесь для омеднения на основе сернокислой меди и концентрированной серной кислоты. При необходимости раствор нагревают до температуры 15-20 градусов (если в помещении низкая температура). Потом деталь помещается в раствор на 5-10 секунд — потом ее достают и промывают.
  2. Рабочий высушивает деталь и готовит бета-версию раствора (без гипофосфита натрия). Рецептов таких растворов существует много, однако чего всего его готовят на основе фтористого хромила, лимонной и уксусной кислот. Такой раствор нагревают до температуры 80-90 градусов, потом всыпается гипофосфит натрия — в результате получается альфа-версия раствора, который нужен для обработки.
  3. Запчасть помещается в приготовленный раствор на большое время — порядка 5-7 часов. Во время нанесения дополнительного слоя необходимо поддерживать постоянную температуру раствора (всю процедуру можно делать на электроплитке). По завершении процедуры деталь нужно достать, помыть в слабом растворе соды и высушить — после этого она готова к применению.

Вакуумное хромирование

Вакуумная технология позволяет получить тонкий однородный слой металла на поверхности любого вещества. Она является самой сложной с технологической точки зрения, поэтому выполнить вакуумное хромирование в домашних условиях сложно. Технология не подразумевает проведение сложных химических операций или использование электрического тока, что делает ее более безопасной и универсальной. Для проведения процедуры понадобится специальное оборудование, которое стоит достаточно дорого (вакуумные камеры, насосы, распылители).

Основные этапы нанесения покрытия вакуумным методом:

  1. Металлическая основа (в нашем случае хром) помещается в специальную камеру, из которой откачивается воздух для создания вакуума. После этого выполняется нагрев металла до состояния пара.
  2. Обрабатываемая деталь проходит предварительную обработку и очистку. Потом она помещается в отдельную камеру вакуумной установки (но не в тот же отсек, где находится нагретый до состояния пара хром).
  3. В конце выполняется распыление газообразного хрома по всей поверхности обрабатываемой детали. Хромовые частички остывают и становятся твердыми, что приводит к формированию тонкого покрытия.

Хромирование в домашних условиях

Выполнить хромирование можно в домашних условиях. Процедура состоит из нескольких этапов — подготовка помещения, покупка оборудования, зачистка детали и непосредственно хромирование. Ниже мы рассмотрим эти этапы более подробно.

Подготовка помещения и покупка оборудования

Гальванику стоит проводить в любом техническом помещении, где установлена вытяжка или вентилятор для откачки вредных испарений. Рабочему необходимо позаботиться о средствах индивидуальной защиты. Для проведения гальваники также понадобится подобрать следующее оборудование:

  • Пластиковая или стеклянная ванночка (изделия из металла не допускаются). В ванночку будет помещаться обрабатываемое изделие, а также электролит и катод/анод.
  • Компоненты для приготовления электролита. Это дистиллированная вода (1 л), хромовый ангидрид (250 г) и серная кислота (2-3 г). При необходимости концентрацию компонентов нужно пропорционально увеличить.
  • Источник постоянного тока, а также два провода (анод и катод). К катоду будут прикрепляться запчасти, которые будут помещаться в электролит. Анод помещается непосредственно в электролит; оптимальной будет покупка провода-анода с пластинкой на конце (это увеличит интенсивность реакции).
  • Нагревательный элемент. Электрическая плитка с датчиком температуры. Ванночку с электролитом можно ставить прямо на плитку.

Подготовка детали к работе

Перед нанесением хрома нужно выполнить зачистку и обезжиривание детали. Для зачистки необходимо вымыть и тщательно высушить требуемую деталь. Если на ее поверхности есть сильные шероховатости, то от них следует избавиться с помощью шлифовки. Также необходимо обезжирить деталь:

  1. Возьмите 1 литр чистой воды, добавьте туда 50 кальцинированной соды, 150 г гидроксида натрия и 5 г силикатного клея, хорошенько перемешайте смесь.
  2. Поставьте емкость с полученной смесью на плиту, нагрейте смесь до температуры 90 градусов, поместите туда деталь на 20-30 минут.
  3. Достаньте деталь, промойте ее под водой и высушите ее. Обратите внимание — вытирать деталь можно только чистой тряпкой (в противном случае придется проводить обезжиривание заново).

Процедура хромирования

Итак, Вы подготовили помещение, надели защитную одежду и выполнили обезжиривание. Теперь можно выполнить гальваническое хромирование алюминия, стали или любого другого металла:

  1. Поставьте ванночку на плитку, прикрепите к катоду запчасть, установите анод на ванночку, вылейте в ванночку электролит, включите вытяжку, нагрейте электролит до температуры 50-55 градусов.
  2. Введите в ванночку катод с прикрепленной запчастью, чтобы жидкость полностью покрыла деталь, а потом увеличьте мощность вытяжки и включите источник постоянного тока.
  3. Длительность обработки — 20-40 минут в зависимости от формы детали и интенсивности обработки. По завершении хромирования деталь высушивают 2-3 часа.

Хромирование пластика выполняется по иному сценарию. Для нанесения покрытия нужно изготовить пустотелую кисть, в которую будет заливаться электролит (сделать ее можно из оргстекла). К кисти следует присоединить токопроводящие щетинки, через которые будет проходить ток. К корпусу кисточки следует присоединить анод, а к металлическим щетинкам — катод. После запуска электрического тока будет проводиться распыление частичек хрома с конца щетинок кисточки. Для нанесения покрытия нужно 15-20 раз провести кисточкой по всей поверхности пластика. При необходимости процедуру нужно повторить 2-3 раза (зависит от типа пластика и качества кисточки).

Заключение

Чтобы защитить металл, пластик, дерево или камень от коррозии или механического повреждения, можно выполнить хромирование поверхности. Выполнить эту процедуру можно разными способами — с помощью гальваники, вакуумным методом, химическим способом и так далее.

Нанесение хрома можно выполнить в домашних условиях при соблюдении правил техники безопасности. Оптимальный способ домашнего хромирования — гальваника. Гальваническое хромирование выполняется в несколько этапов — установка ванночки, подключение источника постоянного тока, внесение электролита, помещение детали в ванночку и запуск электрического тока.

Используемая литература и источники:

  • Degarmo, E. Paul; Black, J T. & Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley
  • Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990.
  • Статья на Википедии

Технология хромирования деталей

Хромирование — это ряд процессов диффузионного насыщения поверхностей металлических заготовок с помощью хрома, в результате чего они обретают зеркальную поверхность. В официальной литературе такую технологию также называют «металлизацией». Однако последнее название, скорее всего, обобщает все способы изменения характеристик поверхности металлических и неметаллических предметов с помощью тонкого металлического слоя.

  • Краткое описание процесса
  • Особенности технологии
  • Диффузный метод гальванической обработки
  • Химическое хромирование
  • Обработка посредством напыления
  • Подготовка к хромированию металла
  • Подвиды хромирования

Освоив технологию хромирования, вы сможете проводить ряд уникальных работ в домашних условиях. Это позволит вам поменять внешний облик мотоцикла или автомобиля, а также изготовить множество стильных и современных вещей, например: ручки для шкафов или дверей, подставки, крепежные элементы, карнизы, кашпо и другие декоративные изделия, которые превратят ваш интерьер в нечто невероятное.

Краткое описание процесса

И хоть стандарты современной жизни диктуют свои правила, люди по-прежнему с особым интересом относятся к красивым и блестящим вещам, как это делали их предки много столетий назад. Изящные детали кузовов транспортных средств, блестящие изделия в ванных комнатах и кухнях, оригинальные статуэтки и яркие покрытия домов — всё это пользуется очень большой популярностью, поэтому спрос на хромирование деталей неуклонно растёт.

В настоящее время практикуется несколько способов металлизации заготовок. Среди них:

  • Оцинкование;
  • Покрытие хромом;
  • Покрытие алюминием.

Использование цинка положительно сказывается на антикоррозийных свойствах стальных и металлических заготовок, в результате чего их эксплуатационный срок стремительно растёт.

Алюминий также улучшает антикоррозийные свойства, поэтому его наносят на оборудование, которое вынуждено работать в температурном режиме до 900 градусов Цельсия. В числе таких приборов — детали и механизмы для добычи нефтяных продуктов и перекачки газа, комплектующие печных систем, а также множество других изделий.

Что касается покрытия хромом, то такая методика является хорошим способом создания красивых декоративных покрытий, позволяющая скрыть все производственные дефекты и придать изделию более изящный вид. К тому же хромирование улучшает ряд эксплуатационных характеристик, а именно:

  • Улучшает антикоррозийные свойства;
  • Увеличивает твердость металла;
  • Улучшает защитные характеристики от эрозии;
  • Повышает жаропрочность;
  • Улучшает износостойкость;
  • Делает внешний вид изделия более привлекательным;
  • Позволяет создавать качественные покрытия с заданными параметрами.

Особенности технологии

Нанесение хрома на металлические заготовки принято называть химическим хромированием. Технологию применяют для улучшения декоративных и функциональных свойств металлических изделий. Сам процесс может выполняться посредством следующих методик:

  1. Гальванический метод.
  2. Химический.
  3. Посредством напыления.

Если говорить о нанесении хрома на поверхность заготовки с помощью первого метода, то это можно делать двумя путями: диффузным и электролитическим. Чтобы вводить обе разновидности гальваники, нужно запастись специальными резервуарами с кислотоупорным покрытием и водяными рубашками.

Электролитическое хромирование построено на принципе электролиза металлов. В процессе обработки электрический ток подаётся через электролит, представленный в виде специального раствора из солей хрома, кислоты или щелочи. По мере прохождения тока выделяются катионы хрома. В итоге они остаются на обрабатываемой поверхности.

Средние параметры хромирования гальваническим методом выглядят следующим образом:

  1. Хромовый ангидрид 250 г/л.
  2. Серная кислота — 2,5 г/л.
  3. Температурные показатели — 50 градусов Цельсия для декоративной обработки, и 55−60 градусов Цельсия для улучшения функциональных качеств.
  4. Плотность тока — 25 А/дм2 для декоративной обработки, а также 60 А/Дм2 для достижения функциональных свойств.

Чтобы выполнить качественную гальванику, нужно правильно подобрать температуру электролита и плотность тока. Такие параметры оказывают влияние на внешний вид и функциональные свойства нанесенного слоя.

Не забывайте, что любое увеличение температуры снижает выход хрома по току, а увеличение плотности действует противоположным образом.

При низкой температуре и постоянной плотности тока получаемое покрытие становится серым. Если плотность тока не меняется, а температуры остаются высокими, это позволяет получить молочный оттенок.

Диффузный метод гальванической обработки

Применять метод термической обработки стали с помощью хромирования, что положительно сказывается на эксплуатационных свойствах поверхности, придавая материалу прочность, твердость, вязкость, износостойкость, упругость, жаро- и коррозийную стойкость. При соблюдении определенного температурного режима, поверхность конкретной заготовки поддаётся воздействию реагентов, а посредством диффузии происходит насыщение поверхностного слоя хромом. Диффузионная обработка незаменима при нанесении на поверхностный слой кремния, углерода, азота и алюминия.

Термическое хромирование с помощью порошков подразумевает применение смесей, которые состоят из феррохрома и шамота. Подобный состав принято называть солянок кислотой. Ещё одна разновидность диффузной обработки заключается в конденсации паров хрома.

Химическое хромирование

При выполнении химической обработки применяется ряд следующих реагентов:

  • Хлористый хром;
  • Гипофосфат натрия;
  • Лимоннокислый натрий;
  • Уксусная ледяная кислота;
  • Двадцатипроцентный раствор едкого натра;
  • Вода H2О.

При проведении реакции выдерживается температурный показатель 80 градусов Цельсия. Перед тем как нанести хромовое покрытие на стальную заготовку, они предварительно покрываются слоем меди. В итоге заготовки моют в воде и тщательно высушивают. Используя раствор кислощелочного происхождения, проводят химическую металлизацию диэлектриков.

Кроме этого, в современном мире широко распространен ещё один тип химической металлизации — вакуумное хромирование или PVD-процесс. Метод обеспечивает комплексную конденсацию паров хрома на поверхностном слое заготовки. Это происходит в специальных вакуумных камерах, где металл нагревается до температуры испарения, а затем оседает в виде тумана на конкретную деталь. Толщина слоя хрома настолько крошечная, что его дополнительно покрывают лаком с целью защиты от царапин. Подобная методика используется при хромировании алюминиевых изделий.

Обработка посредством напыления

Напыление деталей хромом (каталитическое хромирование) осуществляется с помощью реакции «серебряного зеркала». В качестве реагентов используются комплексные серебряные слои в щелочных растворах аммиака. Роль восстановителя выполняет раствор инвертного сахара, гидразина или формалина.

При одновременном напылении серебра и восстановителя металлическая заготовка обретает красивое белоснежное зеркальное покрытие.

Для таких изделий характерна отличная отражательная способность. На следующем этапе каталитического хромирования происходит покрытие заготовки защитным лаком с добавлением красящего светостойкого тонера. Такое средство получается с помощью смешивания фиолетового, синего и черного цветов в соотношении 3:1:1.

Обработка посредством «серебряного зеркала» состоит из нескольких процессов:

  1. Анализ и подготовительный этап. Необходимо подготовить поверхность детали, очистив её и промыв специальным средством. Чтобы улучшить адгезию, поверхность предварительно шлифуют с помощью шлифовальной бумаги с показателями зернистости Р500−600.
  2. Использование глянцевой основы. Подготовленный материал покрывается черным глянцевым покрытием, которое полностью исключает желтизну зеркального слоя. Сушку нанесенных лаков осуществляют в температурном режиме 20−25 градусов Цельсия без использования дополнительных сушильных приборов. Для высушивания заготовку оставляют на 8 часов. Если речь идёт о сушке в окрасочно-сушильной среде с температурным режимом 60 градусов, то там достаточно 45 минут просушивания.
  3. Следующий этап заключается в сушке.
  4. Затем происходит травление поверхности заготовки для улучшения адгезии серебра, а также очистка материала с помощью дистиллированной воды.
  5. Дальше выполняют сенсибилизацию или специальную обработку поверхностного слоя с помощью активатора. Таким образом поверхность покрывается защитной пленкой.
  6. На следующем этапе осуществляют металлизацию с помощью серебра.
  7. Затем на заготовку наносят защитный лак, который надёжно защищает обработанную поверхность от потускнения и потери эксплуатационных свойств из-за длительного использования и агрессивных воздействий.

Подготовка к хромированию металла

Подготовительный этап заключается в выполнении нескольких обязательных действий:

  1. Подготовка поверхности заготовки посредством шлифовки и полировки.
  2. Очистка от загрязнений с помощью специального средства и дистиллированной воды и протирка ветошью.
  3. Полное изолирование поверхности, куда не нужно наносить хром, заделка отверстий (если не нужно покрывать внутренние полости).
  4. Установка изделия на специальную подвеску.
  5. Полное обезжиривание.
  6. Промывка водой.
  7. Декапирование.

Роль шестивалентного хрома выполняет хромовый ангидрид, трёхвалентного — сульфат или хлорид хрома.

Гальваническую ванну покрывают серной кислотой, а после помещения обрабатываемой заготовки в раствор поддают ток с определенными показателями плотности.

Также необходимо соблюдать подходящий температурный режим раствора в ванной, который устанавливается с учётом особенностей хромирования.

При использовании терморежима необходимо придерживаться одних и тех же температурных показателей на протяжении всего мероприятия. Любые отклонения от установленного стандарта могут привести к ухудшению адгезионных свойств покрытия, в результате чего гальваника потеряет правильную структуру, а на поверхностном слое появятся различные дефекты, такие как разводы, наросты и сталактиты.

Продолжительность гальванической обработки определяется требуемой толщиной хромированного слоя.

В процессе обработки из раствора выделяется ряд вредных паров, поэтому все мероприятия нужно проводить с учетом всех тонкостей техники безопасности и с использованиием средств персональной защиты.

В отдельных условиях металлизацию проводят лишь после травления или нанесения на заготовку другого металла, например, меди или никеля. Таким образом осуществляется укрепление полученного слоя.

Чтобы заделать образованные поры хрома, деталь дополнительно покрывают маслом или лаком. Образовавшуюся хромовую пленку дополнительно защищают термической обработкой, в процессе чего заготовку выдерживают под воздействием высоких температур (около двухсот градусов Цельсия) на протяжении некоторого времени.

Подвиды хромирования

Как уже говорилось выше, гальваническое хромирование позволяет создать эффективный защитно-декоративный слой и придать поверхности особенные свойства.

Хромированный металл декорируется и с помощью других металлов, включая медь или никель. В таком случае эксплуатационные показатели, а именно срок службы и сохранность блеска хрома существенно улучшаются. Также материал обретает отличные антикоррозийные свойства, поэтому он не поддаётся вредным воздействиям.

Твердое хромирование незаменимо в тех случаях, если речь идёт о желании улучшить износостойкость и твердость, уменьшив показатели трения на обрабатываемой заготовке.

В таком случае использовать другой металл не нужно. Выдержка в ванной отличается большой продолжительностью, что необходимо для получения определенной толщины слоя.

На отмену от декоративной металлизации, твердая подразумевает дополнительное использование специальных лаков или масел.

Теперь вы знаете, в чём заключаются все особенности металлизации деталей с помощью хрома. При соблюдении последовательности действий, можно успешно провести такое мероприятие в домашних условиях.

Как правильно хромировать металл?

Чтобы защитить металлические конструкции от коррозии, повысить прочностные характеристики и улучшить эстетичность их внешнего вида, применяют технологию хромирования. Она относительно несложная и доступна для освоения, но перед тем, как хромировать любой металл, нужно тщательно изучить технологию обработки, чтобы не допустить ошибок.

Хромированный металл

Что такое хромирование?

Хромирование деталей заключается в нанесении специального покрытия на металлическую поверхность. Существует два основных метода:

  1. Насыщение поверхностных слоёв диффузионным методом. Максимальное число атомов хрома проникает внутрь металлической кристаллической решётки.
  2. Электролитический метод. Заключается в катодном осаждении хрома на стальную конструкцию под действием электрического тока.

Покрытие хромом проводится только на чистую подготовленную поверхность. Особенностью процесса является нанесение однородного слоя определённой толщины на конструкции различных форм. Покрытие может выполнять декоративную или защитную функцию.

Толщина образуемого слоя — от 0,075 до 0,25 мм. Твёрдость — 66–70 HRC. Поверхность имеет шероховатости и чем толще наносимое покрытие, тем больше дефектов. Поэтому после хромирования требуется полировка заготовок.

Технология предусматривает применение растворов:

  • с хромовым ангидридом;
  • с сульфатом или хлоридом хрома.

Зачем нужно хромирование?

Процесс хромирования проводится для следующих целей:

  1. Защиты металлов от коррозии, резких перепадов температуры.
  2. Восстановления поверхности металла. Возможно повышение срока эксплуатации конструкций, при условии износа поверхности на глубину до 1 мм.
  3. Повышения износостойкости. Хромовое покрытие способно стойко переносить трение, механические воздействия, температурные расширения. Позволяет защищать основной металл от негативных внешних факторов.
  4. Улучшения отражающих свойств. Хромированный слой обладает отражающими свойствами. Применяется в осветительных приборах для улучшения видимости корпусных элементов или знаков.

Увеличение защитных качеств (Фото: Instagram / chrome_fusiontech)

Технология хромирования деталей

Существуют следующие виды хромирования:

  1. В электролитической среде. Атомы Cr осаждаются на токопроводящие наружные слои металла. Реакция протекает при подаче напряжения на электроды. Образуемый слой отличается стойкостью к химически активным средам и механическим воздействиям.
  2. Химическое хромирование. Это восстановительная реакция хрома из солевого раствора в присутствии реагентов. Наличие фосфора позволяет избавиться от серого оттенка на металле. Метод требует обязательного использования защитной экипировки.
  3. Декоративное хромирование с применением гальванической кисти. Метод простой и не требует наличия опыта проведения подобных работ. Контроль толщины происходит одновременно с процедурой нанесения хромового покрытия.

Оборудование для хромирования

Для хромирования в домашних условиях потребуется:

  1. Гальваническая ванна. Это ёмкость, покрытая снаружи теплоизоляционным слоем. Подходит любой сосуд, стойкий к химической среде.
  2. Источник питания для подключения электродов. Он должен иметь мощность до 1 кВт, регулятор по напряжению, рассчитанный на ток 50 А.
  3. Нагреватель из материала стойкого к кислой среде для подогрева электролита.
  4. Температурный датчик, откалиброванный для измерений при температурах от 0 0 С до +100 0 С.
  5. Свинцовая пластина, выполняющая роль анода. Нужно сделать крепление внутри ёмкости, чтобы она была от стенок на расстоянии. Катодом служит деталь, к которой нужно прочно закрепить контактный провод.

Новичкам рекомендуется использовать набор для хромирования, в котором есть нужные реагенты для химической металлизации. Многие производители в комплект включают подробную инструкцию по нанесению покрытия.

Гальваническая ванна (Фото: Instagram / pt_plast)

Как хромировать детали?

Хромирование конструкций своими руками в домашних условиях необходимо выполнять в просторном нежилом помещении. Нужно подготовить инструменты, плотную одежду, очки, респиратор.

Для подготовки раствора нужно использовать неметаллические ёмкости. Связано это с необходимостью применения окислительного раствора.

В качестве катода следует использовать тонколистовой свинец или оловянный сплав. Ванна для электролиза может быть пластиковая цилиндрическая или прямоугольная. Если раствора было приготовлено больше требуемого объёма, его можно хранить в герметичной ёмкости с крышкой.

Для приготовления электролита должны быть использованы только чистые вещества. Хромовый ангидрид недоступен в свободной продаже.

Пошаговое хромирование деталей автомобилей:

  1. Деталь очистить от грязи и отполировать.
  2. При обработке стали проводят активацию поверхности. Она заключается в погружении заготовки в соляную кислоту на 5–20 минут. Длительность зависит от размеров и сложности поверхности.
  3. С детали смываются остатки кислоты.
  4. После высыхания конструкция погружается в ванну с раствором электролита.
  5. Внутри ванны устанавливается анодная свинцовая пластинка, к ней подключается плюсовой контакт от источника тока. К детали подсоединяется минусовый провод.
  6. Включается питание на 20-40 минут. По истечении времени деталь извлекается наружу.
  7. Через 3 часа хромированную поверхность шлифуют до блеска.

Для получения качественного покрытия нужно обеспечить:

  • стабильное электрическое напряжение;
  • соблюдение пропорций электролита;
  • подготовку детали в соответствии с требованиями технологии;
  • контроль и соблюдение температурного режима;
  • выдержку электролита под током определённое время (от трех часов).

Подготовка детали

Перед хромированием деталей своими руками нужно:

  1. Очистить детали от грязи.
  2. Снять с металлической поверхности слой ржавчины. Зачистка выполняется наждачной бумагой
  3. Очистительными средствами удалить пятна жира, масел.

Очистка металла от ржавчины (Фото: Instagram / decorsizumom)

Как готовить электролит?

Для хромирования деталей в домашних условиях нужен электролит. Пропорции ингредиентов для приготовления раствора:

  • ангидрид в растворе 150–250 г/л;
  • серной кислоты от 1,5–2,5 г на литр раствора.

Ангидрид хрома ядовит, его применение смертельно опасно.

  1. Стеклянный сосуд на 50% заполняется водой, нагретой до +60 0 С.
  2. В соответствии с количеством налитой воды добавляется ангидрид. Смесь перемешивается до полного растворения.
  3. Доливается вода до наполнения сосуда.
  4. Заливается в пропорции кислота, жидкость тщательно перемешивается.

При электролитическом восстановлении катод присоединяется к заготовке, а анод – погружается в подготовленный раствор.

Раствор, оставшийся после хромирования, нужно утилизировать. Он канцерогенен и может вызывать кожные заболевания, появление опухолей.

Этапы хромирования

Пошаговая процедура хромирования в домашних условиях:

  1. Раствор электролита нагревают до +52 градусов и выдерживают.
  2. Подготавливают сосуд для электролиза. В сосуде закрепляют анод, размещают заготовку, фиксируют на равноудалённом расстоянии от стенок. Прогревают до температуры раствора.
  3. В подготовленную ёмкость заливают электролит.
  4. На электроды 20–60 минут подаётся напряжение. Длительность зависит от объёма ёмкости, размеров, формы детали.
  5. Заготовка вынимается, промывается, сушится. Сушить следует на чистой поверхности. Важно исключить контакт с посторонними предметами.

Чтобы нанести хром на пластик декоративным способом, нужно выполнить следующее:

  1. Обеспечить качественное вентилирование помещения.
  2. Подобрать кисть с длиной ворса 2,5 см, обмотать её проводом из свинца.
  3. Закрепить кисть в торцевой части цилиндрической ёмкости.
  4. С противоположной стороны прикрепить диод.
  5. В ёмкость залить подготовленный электролит.
  6. В качестве источника питания в электрическую цепь подключается понижающий трансформатор. Минусовый контакт подключается к хромируемой заготовке, а плюсовый — к анодному диоду.
  7. На заготовку кистью нанести электролитический раствор. Каждый участок поверхности обрабатывается кистью от 20 раз.
  8. Отключить питание трансформатора.
  9. Достать из емкости заготовку, обработать и высушить деталь. Если на поверхности была грязь, её можно удалить при помощи воздушного потока, создаваемого компрессором.
  10. При сушке деталь не должна контактировать с посторонними предметами или подвергаться загрязнениям.

Подготовка к хромированию (Фото: Instagram / galvaprom)

Причины появления дефектов

Причины создания дефектного покрытия:

  • несоблюдение пропорций компонентов;
  • нарушение температурного режима;
  • отклонение от нормированных электрических параметров;
  • обработка заготовок из самопассивирующихся металлов, не прошедших травления;
  • некачественная очистка поверхности.

При хромировании в домашних условиях повышается риск возникновения дефектов:

  1. Отсутствует блеск. Основной причиной является повышенное количество ангидрида хрома в смеси. Также возможны ситуации с низкой концентрацией серной кислоты или превышении токового значения.
  2. Неравномерный блеск. Возникает в результате повышенных значений подаваемого на электроды тока либо несоблюдении температурного нагрева электролита.
  3. На наружном слое образовались коричневые пятна. В растворе повышенная концентрация хромового ангидрида или недостаточное количество серной кислоты.
  4. Появились небольшие раковины снаружи заготовки. Результатом такого эффекта является некачественная подготовка детали к обработке: полировка выполнена некачественно. Другая причина — наличие водорода на наружном слое.
  5. Неравномерность толщины хромового покрытия. Создаётся по причине подачи повышенной силы тока на электроды.
  6. Покрытие имеет низкую прочность, при механических воздействиях остаются следы. Возникает при недостаточной температуре прогрева.
  7. Наличие трещин в покрытии. Связано с применением электролита, в котором концентрация железа более 0,15 кг/л.
  8. Отсутствие хромированного покрытия на некоторых участках детали. В электролите присутствуют растворённые нитраты.
  9. Происходит отслаивание хромового слоя. В ходе электролиза напряжение, подаваемое от источника тока, было нестабильным или снизилась температура электролита. Другой причиной может быть плохо обезжиренная поверхность.

Любой металл подвержен коррозии, но его можно покрыть защитным слоем. Наиболее простым методом защиты металла считается хромирование. Чтобы правильно провести обработку, нужно изучить нюансы этого процесса и подготовить необходимый инструмент.

Хромирование – декоративное покрытие металла хромом: технология, виды

Под термином «хромирование» может пониматься как диффузионное насыщение поверхности обрабатываемого изделия слоем хрома, так и нанесение хрома по гальванической технологии. Существует также более общий термин – «металлизация». Под ним подразумевается нанесение на обрабатываемую поверхность слоя металла, в роли которого может выступать в том числе и хром.

Истинные фанаты хромирования не прочь покрыть хромом все, что только можно

Среди гальванических методов нанесения металла покрытие хромом является наиболее популярным. Именно поэтому термин «металлизация» часто используется в качестве синонима слова «хромирование».

Для чего нужен хромовый слой

Нанесение слоя хрома может выполняться для улучшения декоративных характеристик изделия из металла (декоративное хромирование), а также для защиты металлической детали от коррозии и придания ее поверхности большей твердости. Таким образом, за счет хромирования можно не только улучшить механические и декоративные характеристики изделия, но и значительно продлить срок его эксплуатации.

Множество разнообразных хромированных изделий можно встретить как в быту, так и в разных отраслях промышленности. Использование изделий из металла, на поверхность которых нанесен слой хрома, актуально в тех случаях, когда они будут эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия агрессивных сред и интенсивного трения.

Восстановление хромированного покрытия возвращает былой внешний вид и продлевает срок службы конструкции

В бытовых условиях наиболее активно используются следующие изделия с хромированным покрытием:

  • мебельная фурнитура;
  • элементы для оформления домашних и офисных интерьеров;
  • автомобильные диски и детали транспортного средства;
  • сувенирная продукция;
  • сантехническое оборудование.

В промышленности технология хромирования применяется в следующих целях:

  • при производстве изделий по порошковой технологии;
  • при изготовлении пресс-форм, используемых для изготовления изделий из резины и полимерных материалов;
  • при производстве отражателей различного назначения;
  • для повышения твердости поверхностного слоя и износостойкости режущего, а также специального измерительного инструмента;
  • для придания исключительных декоративных характеристик кузовным и другим деталям транспортных средств;
  • для обработки деталей, эксплуатируемых в условиях постоянного трения и негативного воздействия внешней среды (элементы парового оборудования и теплосетей, детали автомобильных двигателей и морских судов).

Промышленная гальваническая линия, предназначенная для нанесения твердого хрома на изделия из сталей и цветных металлов

Хромированные детали отличаются следующими характеристиками:

  • высокой устойчивостью к коррозии;
  • микротвердостью, показатели которой достигают значений 950–1100 единиц по шкале HV;
  • высокой пористостью покрытия, его износо- и жаростойкостью;
  • низким коэффициентом трения сформированного покрытия;
  • большим разбросом толщины хромового слоя (5–300 мкм и даже более).

Перечисленные характеристики, которых можно добиваться с помощью хромирования стали и других металлов, делает такую технологию настолько популярной. Перечислять все сферы, где активно используется процесс хромирования, можно достаточно долго.

Разновидности металлизации по способу взаимодействия металлизируемой поверхности с наносимым металлом (нажмите для увеличения)

Основные методы

На сегодняшний день выделяют следующие виды хромирования, каждый из которых отличается своими преимуществами и недостатками:

  • хромирование, выполняемое по гальванической технологии;
  • диффузионное хромирование, проводимое в герметичной емкости при высокой температуре;
  • вакуумное хромирование, требующее использования специальной камеры, в которой создается вакуум;
  • каталитическое хромирование, предполагающее, что на поверхность обрабатываемого изделия наносятся специальные жидкости без кислот;
  • химическое хромирование изделий из стали и других металлов, которое по технологии выполнения напоминает обычную покраску;
  • хромирование по гальванической технологии.

Гальваническое хромирование

Покрытия, получаемые в результате гальванического хромирования, могут быть нескольких типов.

Нанесение покрытий данного типа осуществляется при использовании тока, отличающегося высокой плотностью (более 100 А/дм 2 ). Температура электролитического раствора не должна превышать значения 40°. Слой хрома, нанесенный по данной технологии, делает поверхность изделия более твердой, но в то же время и более хрупкой.

Покрытия данного типа наносятся с использованием тока, плотность которого находится в интервале 30–100 А/дм 2 и в растворе с температурой в пределах 45–60°. Поверхностный слой металла, на который хромовое покрытие нанесено по данной технологии, приобретает исключительно высокую твердость и износостойкость, а также зеркальный блеск.

Для получения хромированных покрытий данного типа используется ток минимальной плотности (до 25 А/дм 2 ). Данный метод хромирования деталей не позволяет получать на них покрытия высокой твердости. Слой хрома, наносимый на поверхность изделия в таких случаях, напоминает очень эластичную массу, в структуре которой практически отсутствуют поры.

Для выполнения такого хромирования необходим трех- или шестивалентный хром. При хромировании металла с применением трехвалентного хрома в качестве основного компонента электролитического раствора используется хромовый ангидрид. При применении шестивалентного хрома в роли такого элемента выступает хлорид или сульфат хрома.

Составы электролитов для хромирования

Растворы, выполненные на основе шестивалентного хрома, содержат в своем составе следующие компоненты:

  1. серную кислоту – 2,25–3 г/л;
  2. хромовый ангидрид – 225–300 г/л;
  3. свинец, который обычно входит в состав анода в сочетании с сурьмой или оловом, – 4–6%.

Большое значение для качества наносимого хромированного покрытия имеет пропорция серной кислоты и хромового ангидрида в используемом электролитическом растворе. Как правило, такое соотношение стараются выдерживать в пределах 1:100. Если оно будет меньше, то поверхность хромируемой детали не будет отличаться высоким качеством, на ней могут возникать отслоения, матовость и различные пятна. Например, если для хромирования используется электролитический раствор, в котором серная кислота и хромовый ангидрид содержатся в соотношении 1:50, то хромовое покрытие не получит достаточно высокой кроющей и рассеивающей способности.

Режимы хромирования и материалы для анодов

Важными параметрами при нанесении хромированного покрытия также являются плотность электрического тока (не выше 310 кА/дм 2 ) и температура электролитического раствора (45–60°). Если увеличить плотность тока, то на угловых и торцевых элементах хромируемой детали могут формироваться дендриты, которые значительно ухудшают декоративные характеристики изделия.

Кроме свинцовых анодов, химический состав которых дополнен сурьмой (не более 6%), для выполнения хромирования сегодня используются аноды из титана, покрытого платиновым слоем. При проведении хромирования желательно не применять растворимые аноды: для изготовления таких элементов лучше использовать листы или стержни из металла, сечение которых составляет порядка 1,5 см.

Для погружения изделий в ванну используются специальные контактные приспособления

Аноды для хромирования, изготовленные из свинца, необходимо регулярно чистить при помощи металлической щетки, так как на их поверхности постоянно образуется хромовокислый налет. В том случае, если для нанесения хрома используются титановые аноды, покрытые слоем платины, такую чистку выполнять не потребуется. Если аноды, при помощи которых осуществляется хромирование изделий из стали и других металлов, не применяются в течение нескольких дней, их необходимо извлечь из электролитического раствора и держать все это время в воде.

Как подготовить изделие

Технология декоративного хромирования (как и нанесение слоя хрома в защитных целях) предусматривает тщательную подготовку изделия. Такая подготовка заключается в выполнении таких процедур, как:

  • шлифовка обрабатываемой поверхности, а также ее тщательная полировка;
  • промывка изделия и протирание его мягкой тканью;
  • изолирование тех участков поверхности, где хромировка не требуется;
  • обезжиривание хромируемой детали;
  • декапирование изделия, которое позволяет улучшить адгезию наносимого хромового слоя с основным металлом;
  • размещение изделия в электролитическом растворе при помощи специального кронштейна.

Шлифовка изделия перед хромированием

В отдельных случаях технология декоративного хромирования предусматривает предварительное травление обрабатываемой поверхности и нанесение на нее слоя другого металла (меди или никеля), что способствует увеличению прочности хромового покрытия.

Как проводят процедуру хромирования

Сама технология декоративного хромирования заключается в следующем.

  • Изделие после предварительной подготовки помещается в емкость с электролитическим раствором, в которой уже находится анод.
  • Раствор, в который погружают изделие, должен быть предварительно нагрет до требуемой рабочей температуры. Следует иметь виду, что рабочая температура электролитического раствора должна поддерживаться на протяжении всего процесса хромирования. Это необходимо для того, чтобы обеспечить хорошую адгезию наносимого слоя, а также его однородность по структуре и толщине.
  • В зависимости от того, какой толщины должен быть хромированный слой, определяют время нахождения изделия в электролитическом растворе.

Рекомендуемые режимы сушки хромированных изделий

Технология декоративного хромирования предусматривает также выполнение термообработки детали (этот этап нужен для того, чтобы хромовое покрытие было более твердым и прочным). Изделие, на поверхность которого уже нанесен слой хрома, выдерживают в течение нескольких часов в нагревательной печи при температуре порядка 200°.

На видео ниже подробно показан процесс гальванического хромирования с комментариями в виде субтитров.

Химический способ

В настоящее время активно применяется технология декоративного хромирования, не предполагающая использования электролитического раствора. Таким способом, суть которого заключается в том, что хром из рабочего раствора осаждается на поверхности обрабатываемого изделия, выполняется хромирование алюминия и других металлов, а также деталей из полимерных материалов.

Рабочий раствор, используемый для выполнения такого хромирования, готовится на основе хромосодержащего реагента, дистиллированной воды и гипофосфита натрия. В процессе хромирования, которому подвергается алюминиевый или любой другой сплав, гипофосфит натрия восстанавливает хром из его солей, и металл оседает тонким слоем на поверхности обрабатываемого изделия. За счет того, что в используемых для выполнения такого хромирования химических реагентах содержится фосфор, готовый хромовый слой, частично насыщаемый данным элементом, отличается достаточно высокой прочностью.

Составы растворов для химического хромирования

Химический способ нанесения хромового покрытия отличается не только простотой реализации, но и большей экологической безопасностью, если сравнивать его с другими технологиями хромирования. Такой способ, при помощи которого можно хромировать алюминий, сталь и даже полимерные материалы, используют даже в домашних условиях.

Выполняя хромирование деталей автомобиля или других изделий по химической технологии, следует иметь в виду, что готовое покрытие получается матовым и отличается непривлекательным сероватым оттенком. Чтобы придать такому покрытию характерный хромовый блеск, необходимо провести финишную полировку.

При помощи технологии хромирования изделиям из различных металлов и полимерных материалов можно придавать не только защитные свойства, но и исключительные декоративные характеристики. Например, возможно нанесение на различные детали черного хрома, покрытие из которого делает их внешний вид эффектным и презентабельным.

Хромирование | Механизм и технология гальванического процесса | Виды, структура и свойства хрома.

Содержание:

1. Что такое хром?

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

Хром принадлежит к числу электроотрицательных металлов, его стандартный электродный потенциал E 0 (Cr 0 /Cr 3+ ) равен -0,74В. В атмосферных условиях хром сохраняет цвет и блеск длительное время, что объясняется образованием на его поверхности тонкой, но очень прочной оксидной пленки. Высокой склонностью к пассивации и наличием этой пленки объясняется значительная коррозионная стойкость хромовых покрытий. В окислительных средах хром пассивируется легче, чем на воздухе и его потенциал сдвигается от стандартного в анодную область до +0,2В. Стационарный электродный потенциал хрома положительнее, чем у железа. Поэтому хромовые покрытия по отношению к стальным изделиям являются катодом.

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

Хромирование – процесс нанесения на поверхность изделия тонкого слоя металлического хрома для придания требуемых характеристик. Если говорить о гальваническом хромировании, осаждение металла происходит из электролита под действием электрического тока.

Хромовые покрытия широко применяются для придания изделию исключительной износо- и жаростойкости, а также для уменьшения коэффициента трения. Часто используются для придания высокодекоративного внешнего вида.

Х – защитно-декоративное хромирование

Х. тв – твердое хромирование

Х. мол – молочное хромирование

Х. м – матовое хромирование

Х. ч – хромирование черное

Chromium coating – анл. обозначение

Толщина (оптимальная, возможно осадить больше)

3-6мкм – для декоративного хромирования

15-100мкм – для твердого хромирования

24-100мкм – для молочного хромирования

15-100мкм – для матового хромирования

1мкм (не нормируется) – для черного хромирования

7500 МПа – декоративное

11000 МПа – твердое

5400-6000 МПа – молочное

3500 МПа – матовое

2940-3430 МПа – черное

Удельное электрическое сопротивление при 18 о C

Допустимая рабочая температура

Температура плавления

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

В растворе хромовой кислоты имеются анионы CrO4 2- , HCrO4 – , Cr2O7 2- :

  • при рН > 7–8 преобладают CrO4 2- ;
  • при рН 2- .

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

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

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

Далее будут рассмотрены только растворы на основе шестивалентного хрома.

Электрохимическое осаждение хрома существенно отличается от других гальванических процессов:

  • В большинстве электролитов, применяемых в гальванотехнике, основным компонентом является соль осаждаемого металла. При хромировании главным компонентом является хромовая кислота.
  • В хромовом электролите должны присутствовать в определенном соотношении посторонние анионы: SO4 2- , F – или SiF6 2- .
  • Минимальная плотность тока, при которой начинается выделение хрома, в несколько сот раз выше, чем в других процессах электроосаждения металлов.
  • Электроосаждение хрома более чувствительно к изменению температуры и плотности тока по сравнению с другими гальваническими процессами. Изменение этих параметров оказывает существенное влияние не только на количественные показатели (выход по току и др.), но и на структуру и свойства осадков хрома.
  • В отличие от других процессов электроосаждения металлов выход по току при хромировании резко снижается по мере повышения температуры.

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

2. Механизм гальванического хромирования.

2.1 Катодные реакции.

Механизм электроосаждения хрома очень сложен. Во время хромирования на катоде одновременно протекают процессы:

  • осаждения хрома;
  • выделения водорода;
  • восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного;
  • образования на поверхности катода тонкой пленки, состоящей из продуктов восстановления хромовой кислоты и активного аниона.

Установлено, что электролит должен содержать определенное количество активных анионов, без которых металлический хром не выделяется вообще.

Максимальное значение выхода хрома по току достигается при строго определенном соотношении между концентрацией Н2Сr2O7 и постороннего аниона.

Схематичное изображение катодных поляризационных кривых при хромировании приведено на рисунке 1. Без добавки посторонних анионов, например, сульфатов, характер кривой плавный (1), так как на электроде во всем интервале плотностей тока выделяется водород. При введении в электролит серной кислоты форма кривой усложняется (2).

Рисунок 1 – Схематическое изображение катодных поляризационных кривых при хромировании.

Так, в присутствии сульфат-анионов кривая состоит из двух ветвей, отличающихся характером электродных реакций. При этом на участке ab происходит восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного, на участке cd протекают одновременно три процесса – восстановление шестивалентного хрома до металла, восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного и восстановление ионов водорода.

Анионы-активаторы изменяют поверхностное состояние катода и таким образом влияют на электродные процессы. В области кривой ab поверхность становится более активной, а в области cd наблюдается торможение реакции восстановления. Пассивность катода связана с появлением на поверхности электрода пленки из продуктов электролиза, которая лимитирует протекание одних реакций и способствует протеканию других. Обильность образования водорода объясняется низким перенапряжением его выделения на хроме.

Рассмотрим основные процессы в механизме хромирования более подробно:
а. Выделение газообразного водорода:

б. Принятие электронов шестивалентным хромом с получением двух- и трехвалентных катионов с последующим осаждением металлического хрома:

Cr2O7 2- + 7H2O + 6e ↔ 2Cr 3+ + 14OH – , E 0 = +1,33 B;
Cr2O7 2- + 7H2O + 12e ↔ 2Cr 0 + 14OH – , E 0 = +0,40 B;
Cr 3+ + e ↔ Cr 2+ , E 0 = -0,41 B;
Cr 3+ + 3e ↔ Cr 0 , E 0 = -0,74 B;
Cr 2+ + 2e ↔ Cr 0 , E 0 = -0,91 B.

Прежде всего должно происходить частичное восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного состояния, совместно возможно протекание процессов восстановления ионов водорода и ионов хрома до металлического состояния. Что касается двухвалентного хрома, то наличие этих ионов в свободном состоянии в хромовой кислоте – сильном окислителе, маловероятно.

Исследователи, касающиеся вопросов восстановления шестивалентного хрома до металла, придерживаются двух основных взглядов:

  • Первые допускают возможность ступенчатого восстановления шестивалентного хрома до металла.
  • Вторые считают возможным непосредственное восстановление шестивалентных ионов хрома до металла.

Все исследователи согласны с тем, что на катоде при хромировании образуется особая пленка сложного состава, если покрываемая основа склонна к пассивации.

в. Синтез сложной двухслойной пленки.

Тонкий внутренний слой этой пленки аналогичен пассивным слоям (0,0001 мм), а внешний включает в себя хром в различных валентных состояниях и ионы-активаторы (до 0,025 мм). Общий состав и структура катодной пленки зависят от состава и структуры покрываемой основы. Например, на меди катодная пленка вообще не образуется, т.к. медь легко растворяется в электролите, а на железе и никеле она особенно выражена ввиду усиленной пассивации этих металлов хромовой кислотой. Катодная пленка имеет коллоидную природу, состав ее может меняться при изменении плотности тока и температуры электролита. В целом она может содержать: до 67 % шестивалентного хрома, до 23 % трехвалентного хрома, до 12% сульфат-ионов. Толщина пленки увеличивается с увеличением концентрации постороннего аниона. От свойств пленки зависит структура покрытия, а от структуры – его свойства. Именно на этом этапе формируются механические и химические отличия различных осадков хрома. Так, например, структура катодной пленки при низких плотностях тока и высокой температуре создает благоприятные условия для получения молочного хрома.

Детально механизм воздействия посторонних анионов на процесс хромирования не выяснен. Существуют две гипотезы, объясняющие их влияние:

  • По первой из них анионы являются активаторами, вызывающими активацию катодной поверхности. В отсутствие этих ионов поверхность покрывается соединениями Сr 3+ , что препятствует полному восстановлению Н2Сr2О7 и осаждению на катоде металлического хрома.
  • По второй гипотезе посторонние анионы образуют с Н2Сr2О7 реакционные комплексы, обладающие большей способностью к восстановлению последней.

На основании ряда исследований с использованием радиоактивного изотопа Cr 3+ был сделан вывод, что электроосаждение хрома происходит из его шестивалентных ионов. При этом установили, что при наличии в электролите Cr 3+ в виде его трехвалентных соединений осадок получался нерадиоактивным. Уже отмечалось, что из растворов coлей трехвалентного хрома качественных осадков получить не удается. Boзможно, что в электрическом поле у катода такие анионы, как Cr2O7 2- и Cr2O4 2- , деформируются, поворачиваясь своим положительным ядром к катоду. При достаточно большом потенциале Cr(VI) может быть вырван из аниона с переходом в металлическую решетку. Скорость этой электрохимической реакции определяется перенапряжением и концентрацией CrO4 2- у поверхности катода. Рассматривая структуру Cr2O7 2- , не трудно заметить, что деформация их ионов и вырывание Cr(VI) должны быть затруднены. Поэтому вполне возможно, что первым процессом, идущим при низких плотностях тока, является восстановление анионов Cr2O7 2- до Cr 3+ -ионов с одновременным подщелачиванием растворов. По достижении предельного тока для разряда Cr2O7 2- начинается выделение водорода, в таком случае имеет место дальнейшее подщелачивание раствора. В результате этого рН католита достигает 5-7, и тогда у катода начинают преобладать ионы CrO4 2- , которые, деформируясь, могут восстанавливаться как частично, так и полностью:

Роль SO4 2- , вероятно, сводится к растворению гидроокиси хрома или других коллоидных соединений, создаваемых трехвалентным хромом, т.к. они могут образовывать растворимый комплекс Cr4(SO4)4(H2O) 2+ . В катодном процессе ионы SO4 2- не участвуют, т.к. непосредственные измерения показывают, что их концентрация в прикатодном пространстве в процессе электролиза не меняется. Большое количество ионов SO4 2- ухудшает ocаждение, так как при этом, видимо, CrO4 2- могут вытесняться ими с поверхности, и выхoд по току снижается.

2.2 Анодные реакции на нерастворимых анодах.

При хромировании деталей применяют нерастворимые аноды. Это объясняется тем, что хром растворяется на аноде с бОльшим выходом по току, чем осаждается на катоде, и переходит в раствор в виде ионов разной валентности.

Анодные реакции при хромировании с участием нерастворимых свинцовых анодов следующие:

Pb + SO4 2- – 2e = PbSO4, E 0 = +0,356 B ;
Pb + 4H2O – 4e = PbO2 + 4H + , E 0 = +0,665 B ;
H2O – 2e = ½O2 + 2H + , E 0 = +1,228 В ;
PbSO4 + 2H2O – 2e = PbO2 + SO4 2- + 4H + , E 0 = +1,185 B ;
2Cr 3+ – 6e + 7H2O = Cr2O7 2- + 14H + , E 0 = +1,300 B .

В процессе электролиза аноды покрываются слоем оксида свинца (IV) РbО2, который является катализатором процесса Сr 3+ → Cr 6+ и защищает аноды от разрушения. При определенном соотношении анодной и катодной плотностей тока можно установить равновесие, при котором на аноде будет окисляться такое же количество трехвалентного хрома, какое попадает в электролит из катодной зоны.

3. Основные электролиты и режимы хромирования деталей.

В зависимости от режима электролиза и состава электролита могут быть получены осадки хрома с различными свойствами. В зависимости от условий электролиза образуются три типа хромовых покрытий:

  • Серые осадки (обладают низкими физико-химическими свойствами и не находят практического применения);
  • Блестящие осадки (отличаются высокими значениями твердости и износостойкости);
  • Молочные осадки (наименее пористые и наиболее пластичные).

Кроме этого, из специальных типов электролита можно получать черные покрытия.

3.1 Универсальный раствор для хромирования.

Как правило, на практике применяют «универсальные» сульфатные электролиты хромирования. К ним относят: разбавленный, стандартный и концентрированный электролиты. Все перечисленные электролиты хромирования содержат хромовые кислоты Н2СrО4 и Н2Сr2О7 соответственно и анионы SO4 2- в виде серной кислоты, а также соединения трехвалентного хрома. Характеристика электролитов приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика сульфатных электролитов хромирования.

Читайте также:
Восстановление хромированных деталей в домашних условиях
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: