Регион:

Электролиты для хромирования


Основными составляющими электролитов являются хромовый ангидрид и серная кислота. Хромовый ангидрид СгО3 - плавленая кристаллическая масса вишнево-красного цвета. Растворимость в воде при 20 °С до 625 г/л. Хромовый ангидрид, оставленный на воздухе в барабане или в кусках на полу, легко соединяется с влагой воздуха, превращаясь в хромовую кислоту, и как энергичный окислитель быстро разрушает все органические вещества, с которыми он соприкасается.

Технический хромовый ангидрид может содержать до 0,4 % SO4 в пересчете на H2SO4, что следует учитывать при приготовлении и корректировании ванн хромирования. Поэтому при зарядке сначала в ванну закладывают полностью расчетное количество хромового ангидрида, заливают водой до заданного объема и дают полностью раствориться. После перемешивания раствора отбирают пробу для анализа на содержание иона SO4- и лишь после получения результата вводят в ванну недостающее количество серной кислоты.

Серная кислота H2SO4 (ГОСТ 4204) - химически чистая, вязкая бесцветная жидкость, плотность - 1,84 г/см3. Приливание кислоты в ванну хромирования следует производить в расчетном количестве, при энергичном перемешивании.

Стандартный электролит

Ориентировочный состав стандартного электролита содержит, г/л:

хромовый ангидрид - 150-250; серная кислота - 1,5-2,5.

При наличии целого ряда ценных свойств стандартный электролит обладает и некоторыми недостатками. Так, он чувствителен к колебаниям температуры, допуская отклонения от рабочего интервала температур лишь в пределах ±2 °С в течение всего времени процесса хромирования, длящегося обычно несколько часов. Если отклонение от заданной температуры превысит норму во время осаждения, то возникнут внутренние напряжения в хромовом покрытии, которые могут привести к его отслаиванию. Аналогичное действие оказывают и колебания плотности тока.

Кроме того, поддержание правильного соотношения между концентрациями хромового ангидрида и серной кислоты, равного 100:1, связано с частыми корректированиями и с введением добавок серной кислоты. Катодный выход по току весьма низок и находится в пределах 12-13 %, вследствие чего необходимо затрачивать большое количество времени и электроэнергии для получения износостойкого слоя хрома достаточной толщины.

Саморегулирующийся электролит

Этих недостатков лишен «саморегулирующийся» электролит, который имеет следующий состав (г/л) и режим работы (ГОСТ 9.047):

хромовый ангидрид - 225-300; сернокислый стронций - 5,5-6,5; кремнефтористый калий - 18-20; хром трехвалентный - 3-10; температура, °С - 55-65; плотность тока, А/дм2 - 40-70; выход по току, % - 18.

Характерной особенностью этого электролита является, прежде всего, постоянная концентрация аниона SO2-, составляющая 2,5 г/л. Это явление связано с тем, что сернокислый стронций и кремнефтористый калий имеют весьма ограниченную растворимость в воде и в рабочем диапазоне температур поддерживают в растворе заданную концентрацию аниона SO2-. Так как в электролит вводится заведомо большее количество сернокислого стронция и кремнефтористого калия, то частично они находятся в виде осадка на дне ванны и частично - в растворе в виде ионов. По мере уноса раствора осадок растворяется и пополняет убыль аниона SO2-.

Электролит менее чувствителен к возможным колебаниям температур и плотностей тока, чем стандартный, и, следовательно, не вызывает отслаивания хрома при невольных нарушениях режима. Наконец, электролит позволяет при той же силе тока, что и в стандартном, производить осаждение хрома в 1,4—1,5 раза быстрее за счет более высокого выхода по току.

Несмотря на свои высокие достоинства, саморегулирующиеся электролиты не получили широкого применения, так как имеют весьма существенные недостатки, основным из которых является наличие агрессивного аниона F- в составе электролита. Это обстоятельство приводит к быстрому разрушению свинцовой футеровки хромовых ванн, особенно по сварочным швам. В результате, взамен рольного свинца футеровку ванн необходимо производить керамикой, винипластом, пентапластом, поливинилхлоридом и прочими материалами. По этой же причине непригодны и свинцовые аноды. Взамен им приходится применять аноды из свинцово-оловянного сплава, с содержанием олова — от 6 до 10 %.

Тетрахроматный электролит

Из электролитов, не требующих подогрева, некоторое промышленное применение получил так называемый тетрахроматный электролит, для которого рекомендуются следующий состав (г/л) и режим работы (ГОСТ 9.047):

хромовый ангидрид — 350—400; серная кислота — 2,5—3,0; едкий натр —40—60; хром трехвалентный — 10—15; температура, °С — 15—30; плотность тока, А/дм2 — 10—60; выход по току, % — 25—30.

Электролит отличается повышенной рассеивающей способностью, но хромовые покрытия имеют серый, матовый вид и в 2— 3 раза меньшую твердость, чем осадки из стандартного электролита. Поэтому хромовые покрытия из тетрахромового электролита применяют лишь в качестве защитного покрытия с использованием меди, никеля или цинка в качестве подслоя.

Для скорейшего образования трехвалентного хрома в необходимом количестве для правильной эксплуатации в представленный электролит вводят при приготовлении до 0,5-0,6 г/л сахара. Электролит менее агрессивен, чем стандартный, и в нем можно непосредственно хромировать детали из латуни, цинковых сплавов и других химически нестойких металлов. Так как электролит не требует подогрева, то в качестве поплавков для предохранения электролита от уноса в вентиляционные отсосы можно использовать кусочки дерева, пропитанные парафином. В связи с тем, что плотности тока при хромировании весьма велики, электролит может перегреваться выше допустимых температур (23-24 °С).

Электролит для реверсирования

При электроосаждении периодическое изменение направления постоянного тока существенно изменяет некоторые свойства покрытий. Одна из характерных особенностей хромирования с применением реверсирования тока - возможность получения покрытия толщиной 800 мкм и более с малыми внутренними напряжениями. Хромирование проводят при следующем составе (г/л) и режимах:

хромовый ангидрида - 200-250; серная кислота - 2-2,5; температура электролита, °С - 50-60; катодная плотность тока, А/дм2 - 120 длительность катодного периода, мин - 1-5; длительность анодного периода, с - 5-25.

Реверсирование позволяет ускорить процесс осаждения хрома в 1,5-2 раза по сравнению с обычными электролитами.

При покрытии деталей хромом в проточном электролите при тех же плотностях тока возможно получить осадок высокого качества и значительной толщины. Процесс нанесения покрытия при этом ускоряется в 6-10 раз по сравнению с обычным хромированием. С увеличением скорости протекания электролита от 0 до 200 см/с микротвердость осажденного металла повышается от 7000 до 10000 МПа при ведении процесса с плотностью тока 45 А/дм2 и температуре электролита 45 °С. Равномерность осаждения и износостойкость хрома при наращивании в проточном электролите выше, чем при хромировании в непроточном электролите. Особенно эффективно применение проточного электролита для наращивания внутренних поверхностей деталей.

К типу многослойных покрытий может быть отнесено так называемое двухслойное хромовое покрытие. Последнее получают при нанесении различных осадков хрома с изменяющимися свойствами. Если необходимо защитить деталь от коррозии при одновременном увеличении ее износостойкости, наносят два слоя хрома: нижний - беспористый молочный и верхний - блестящий.

Таблица 5.2. Скорость наращивания хрома, мкм/ч.

Плотность тока, А/дм2

Катодный выход по току, %

12

14

16

18

20

11,6

13,5

15,5

17,5

40

23,2

27,0

31,0

35,0

60

34,9

40,6

46,5

52,5

80

46,5

54,2

62,0

70,0

100

58,1

67,7

77,3

86,9

Слой молочного хрома толщиной 15 мкм осаждают при температуре 70 °С и плотности тока 30 А/дм2. Затем непромытая деталь переносится в ванну с более низкой температурой электролита, где на матовый слой наносится слой блестящего износостойкого хрома толщиной 35 мкм и более. Температура электролита - 50 °С, плотность тока - 50 А/дм2. Хромирование производят в двух ваннах с электролитом одинакового состава (250 г/л хромового ангидрида и 1-5 г/л серной кислоты).

Скорость наращивания хрома ориентировочно можно определить по данным табл. 5.2.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments