Особенности технологических процессов хромирования


 

Универсальны­е элект­ролитыхромирования, используемых в гальвани­ческом производстве, наиболее распространены, их часто именуют сульфатными, т.к. они имеют добавку серной кислоты,. Они достаточно стабильны в работе и ме­нее агрессивны, чем саморегулирующиеся сульфатно-кремнефторидные.

Основными компонентами сульфат­ных электролитов являются хромовый ангидрид и серная кислота. Сульфат в них единственный анион-катализато­р. Содержание хромового ангидрида в сульфатных элект­ролитах может меняться в пределах от 100 до 500 г/л. Серная кислота вводится в электролит в количестве, не­обходимом для поддержания соотношения концентраций CrО3:H24= 100:1 (по массе). При таком соотношении дос­тигается наиболее высокий выход по току. Однако на практике это соотношение не всегда соблюдается и иногда может составлять от 80:1 до 130:1. При соотношении 80:1 осаждаются наиболее гладкие блестящие осадки, но рассеи­вающая способность таких электролитов хуже. При соотно­шении 130:1 наблюдается противоположная картина, осаж­даются матовые покрытия с меньшим выходом по току, но несколько более равномерные.

Выход хрома по току во всех электролитах снижается при увеличении концентрации хромового ангидрида, т.е. при увеличении соотношения СrO3: H24. При увеличе­нии плотности тока выход по току хрома растет, при увели­чении температуры электролита — падает. Наиболее распространенные режимы электролиза соответствуют ин­тервалу температур 45-70 °С и плотностям тока 30-70 А/дм2 [1].

В сульфатных электролитах содержание трехвалентного хрома должно поддерживаться в количестве 2-5 г/л (1-2 % от со­держания хромового ангидрида)[1]. Отсутствие трехвалентного хро­ма или превышение указанной концентрации может приводить к ухудшению качества и свойств хромовых покрытий.

В зависимости от концентрации хромового ангидрида сульфатные электролиты подразделяются на разбавлен­ные, стандартные и концентрированные.

Характеристика покрытий

Вне­шний вид осадков хрома, полученных в этих электро­литах зависит от катодной плотности тока и температуры ра­створа. Изменяя режим электролиза, можно получать мато­вые, серые, блестящие (износостойкие и защитно-декора­тивные) или молочные осадки.

Осаждение серых осадков хрома из сульфатных элек­тролитов происходит при низких температурах (35 °С и ниже) и плотности тока в интервале 20-100 А/дм2. Се­рый хром обладает наименьшей смачиваемостью и наимень­шей адгезией к другим металлам.

Благодаря таким свойствам серый хром используется при хромировании прессформ, штампов, валов, при электролитическом производстве мед­ной фольги, при этом медь осаждается на хромированные валы, а затем с них снимается. Эти свойства покрытий серым хро­мом послужили основанием для применения их в стеклодув­ной промышленности для хромирования форм ис­пользуемых при изготовлении изделий из стекла, например, экранов телевизоров и компьютеров.

Плохая смачиваемость покрытия и отсутствие сцепления с ним получаемых изде­лий позволяет легко извлекать их из формы.

Блестящие износостойкие, твердые покрытия осаж­дают (обычно на сталь, алюминий или титан) из стандартных или разбавленных электролитов в интервале температур 45-65 °С и диапазоне плотностей тока 30-100 А/дм2. В общем случае, как уже указывалось выше, условия элект­ролиза выбирают в зависимости от типа хромируемых из­делий и условий их эксплуатации. Наиболее распростра­ненный в промышленности режим: 50 А/дм2 и 55±1 °С. Осаж­дение износостойкого хрома из разбавленных растворов воз­можно и при более высоких температурах и плотностях тока. Например, при 70-75 °С допустимая плотность тока в разбав­ленных электролитах может достигать 150 А/дм2, что, соот­ветственно, приводит к повышению скорости осаждения и уменьшению продолжительности хромирования [1].

Для получения защитно-декоративных блестящих тонких покрытий толщиной до 1 мкм (обычно 0,3-0,8 мкм) рекомендуют применять электролиты с концентрацией, г/л: СrО3 300-400, H24 3-4 [1].

Поскольку скорость, а следовательно и производительность процесса при получе­нии тонких покрытий не являются лимитирующими, при за­щитно-декоративном хромировании обычно поддерживают низкую плотность тока - на уровне 10-20 (иногда до 30) А/дм2, температуру 48-50 °С. При этом, чем ниже температура элек­тролита, тем меньше интервал плотностей тока, при которых осаждаются блестящие покрытия. Узкий интервал плотнос­тей тока, при которых осаждаются блестящие покрытия, опа­сен тем, что из-за плохой рассеивающей способности элект­ролита на отдельных участках покрываемой поверхности плотность тока может выйти за эти пределы. В этом случае на таких участках возможно осаждение матовых покрытий. По­этому при осаждении блестящих покрытий надо особенно тщательно контролировать температурный режим.

Важнейшим и необходимым условием получения блес­тящих покрытий является наличие блестящей подложки. Блестящий хром можно получить только на блестящей осно­ве. Поэтому стальные или другие основы должны быть тща­тельно отшлифованы или отполированы, а последующие слои медных или никелевых покрытий должны быть блестящими. Если хромовое покрытие получится не блестящим, то испра­вить этот дефект практически невозможно - хром, получен­ный при вышеуказанных условиях, плохо полируется.

Осадки молочного хрома получают из сульфатных электролитов при высоких температурах электролита (65-70 °С) и относительно низких плотностях тока (25-35 А/дм2) [12].

Сверхсуль­фатный электролит рекомендуется для скоростного осаж­дения толстых, блестящих, износостойких хромовых по­крытий (до 1 мм) [7].

Электролит имеет состав, г/л:

Хромовый ангидрид (Сr3) 250-300;

Серная кислота (H24) 8-10;

Хром трехвалентный (в пересчете на Сr2О3) 20-22.

Температура электролиза должна быть не ниже 50-55 °С, плотность тока не ниже 50-60А/дм2. Из сверхсульфатного электролита в широком интервале температур и плотностей тока (до 300 А/дм2) осаждаются износостойкие, твердые покрытия. Высокопрочные стали (например, ЗОХГСА) рекомен­дуется хромировать при 60 °С и катодной плотности тока 180-200 А/дм2. Такой режим электролиза позволяет осаж­дать хром с выходом по току 22-24 %. При обычных плотно­стях тока (40-50 А/дм2) преимущества этого электролита мало ощутимы.

Сверхсульфатный электролит имеет крайне низкую рассеивающую способность. Поэтому он рекомендуется толь­ко для нанесения покрытий на цилиндрические детали: штоки, валы, цилиндры и т.д. при использовании специальной оснаст­ки, обеспечивающей концентрическое (коаксиальное) располо­жение детали и анода. Рекомендуемый состав анодов: РЬ 79-86 %; Sb 4-6 %; Sn 10-15 % [8].

Приготовление электролита

Одна из трудностей ме­тодики приготовления сверхсульфатного электро-лита зак­лючается в необходимости перевода достаточно большого ко­личества шестивалентного хрома в трехвалентный. Так, для получения в электролите 20 г/л трехвалентного хрома, пос­ле растворения хромового ангидрида необходимо ввести 80-90 г/л перекиси водорода (30%-ной). Во избежание разбрыз­гивания и разогрева электролита перекись водорода вводят небольшими порциями на разных участках поверхности электролита. С этой же целью в электролит можно вводить некоторые органические соединения, например, сахар или глюкозу в количестве 4-5 г/л [9].

Для поддержания оптимальной концентрации Сr2О3 в электролите соотношение площадей катодной и анодной поверхностей (SK:Sa) должно быть близким к 1:2. При мень­шем соотношении необходимо периодическое добавление в электролит перекиси водорода или специальная прора­ботка при низкой анодной плотности тока.

Саморегулирующийся сульфатный электролит подо­бен стандартному электролиту хромирования, т.к. в его со­став входит только один анион катализатор - сульфат. Раз­личие заключается лишь в том, что сульфаты вводятся в этот электролит не в виде серной кислоты, а в виде трудно растворимой соли - сульфата стронция. Содержание суль­фатов в электролите регулируется благодаря ограничен­ной растворимости этой соли. Соль вводят в электролит в избытке, нерастворимая ее часть лежит на дне ванны и на­ходится в равновесии с ионами в растворе. Если в процессе электролиза содержание сульфатов снижается ниже не­обходимой концентрации (например, вследствие уноса с по­крываемыми деталями), то восстановление содержания сульфатов в растворе происходит за счет дополнительного самопроизвольного растворения сульфата стронция.

Саморегулирующийся сульфатный электролит имеет следующий состав, в г/л [10]:

Хромовый ангидрид СгО3 250;

Сернокислый стронций SrSО4 6-8;

Двуокись кремния SiО2 10-15.

Разработчики этого электролита утверждают [8], что присутствие в растворе мелкодисперсных частиц двуоки­си кремния (SiО2) способствует регулированию раствори­мости сернокислого стронция. Ввиду того, что раствори­мость сульфата стронция растет с увеличением концент­рации хромового ангидрида и температуры, необходимо поддерживать эти параметры в соответствии с техничес­кими условиями, чтобы обеспечить постоянство суль­фатов в электролите.

Для поддержания равномерного распределения до­бавки в электролите его следует периодически перемеши­вать (между периодами электро-осаждения хрома).

При повышении концентрации анионов-катализаторов в саморегули-рующемся сульфатно-кремнефторидном электролите при 55 °С выход по току увеличивается, дос­тигает максимума при содержании сернокислого стронция около 4 г/л и кремнефтористого калия 14 г/л и далее не ме­няется. Максимальный выход по току при концентрации хромового ангидрида 250-300 г/л, темпера­туре 55 °С и плотности тока 50 А/дм2 составляет 18 % при хорошем качестве покрытия [4].

Основные преимущества саморегулирующегося сульфатно-кремне-фторидного электролита по сравнению с суль­фатными: большая стабильность состава, более высокий выход по току, меньшая зависимость выхода по току от плотности тока (при ik> 40 А/дм2) и от тем­пературы (при t > 50 °С), более широкий интервал допусти­мых температуры и плотности тока, обеспечивающий полу­чение блестящих осадков, несколько более высокая рассеи­вающая способность [11]. При использовании саморегулирующе­гося электролита с кремнефторидами и фторидами легче решается проблема получения прочного сцепления хрома с блестящим никелевым покрытием, нержавеющей сталью или сплавом инконель. Объясняется это тем, что фторсодержащие электролиты обладают значительно большей акти­вирующей способностью, чем электролиты без фтора. Про­цесс хромирования в этих электролитах менее чувствите­лен к перерывам тока.

Главным недостатком саморегулирующегося кремнефторидного электролита является его повышенная аг­рессивность по сравнению со стандартным электролитом, особенно по отношению к медным сплавам, стали и к свин­цовым анодам. В первую очередь это проявляется, когда покрываемые изделия до начала электроосаждения в те­чение некоторого времени прогреваются в электролите хро­мирования до температуры электролита. Ско­рость растворения металлов в саморегулирующемся элек­тролите, а, следовательно, и скорость накопления в нем ионов железа или меди выше, чем в сернокислом. При пло­хой рассеивающей способности электролита участки хро­мируемых деталей, на которых реализуется более низкая плотность тока, и которые из-за этого более медленно по­крываются хромом, подвергаются, с одной стороны, трав­лению электролитом, а с другой — сильному наводораживанию. С этим недостатком особенно необходимо считаться при продолжительном нахождении деталей в ванне в случае нанесения толстых слоев хрома на поверхность профилиро­ванных изделий. Участки деталей, которые не должны хроми­роваться и поэтому могут подвергаться травлению и наводораживанию в процессе хромирования, необходимо тщательно изолировать кислотостойким материалом (лаком или пленкой). Рекомендуемый состав анодов для саморегулирующе­гося электролита: Рb 90-95 %; Sn 10-5 % [5].

Характеристика покрытий

Саморегулирующиеся электролиты применяются при размерном, износостойком и защитно-декоративном хромировании.

Получение блестящих и износостойких осадков в са­морегулирующемся электролите возможно в широком диа­пазоне температур — от 55 до 70 °С и плотности тока от 40 до 100 А/дм2. При температуре ниже 50 °С покрытие ста­новится шероховатым. Осадки хрома, полученные при 50 °С и 20-30 А/дм2 имеют молочный оттенок. При уменьшении концентрации СrО3 менее 200 г/л или при увеличении более 350 г/л, а также при недостатке K2SiF6 осаждаются матовые покрытия. При недостатке в электролите SrSО4 (т.е. SО42-) на поверхности покрытия могут появляться черные точки [5].

Декоративный блестящий хром из этих электролитов осаждают при плотности тока 10-20 А/дм2 и температуре 40-50 °С, твердый износостойкий -при плотности тока 30-70 А/дм2 и температуре 50-60 °С. Выход по току в этих электролитах составляет 19-20 %.

Хромовые покрытия черного цвета обладают высокой защитной способностью и их используют для нанесения защит­но-декоративных и специальных слоев на различные детали в машиностроении и приборостроении, на медицинский инстру­мент, панели гелиоприемников и т.д.

7.Экологически безопасные способы удаление окисных пленок с поверхности металлов с применением ингибиторов коррозии.

 

При взаимодействии металлов с серной кислотой наряду с растворением окисла происходит растворение металла, поэтому в травильные растворы добавляют ингибиторы коррозии.



Дата добавления: 2020-06-09; просмотров: 320;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.029 сек.