Хромирование

Содержание

Начните с ванны

Составы электролитов
Не забывайте о режимах хромирования!

 Хромируем алюминиевые сплавы

Промежуточные покрытия

Цинкование

Никелирование (Химическое)

Нанесение хрома через соль никеля

Нанесение хрома через анодную обработку

Приспособления, оправки.

Хромирование стальных деталей
Дефекты хромирования и их причины

 

 

По материалам журнала "Моделист-Конструктор". Начало в №5 за 1989г.

Хромирование, одно из самых нужных двигателистам покрытий, относится к наиболее трудоемким процессам гальванотехники. Оно требует особой тщательности и соблюдения чистоты как при приготовлении электролита, так и самих веществ, входящих в его состав. Вода используется дистиллированная или (лишь в крайнем случае!) основательно прокипяченная.

Начните с ванны

Занятия модельной гальванотехникой начните с изготовления ванны, Прежде всего подберите кастрюлю на 10 л и трехлитровую стеклянную банку. Емкости меньшего размера лучше не применять-это может усложнить регулировку параметров процесса, да и при приведенных величинах объема ванны хватает лишь для хромирования 6-8 гильз цилиндров. Склеив из 1-1,5 мм фанеры корпус, соберите ванну согласно приведенному рисунку и закройте все фанерным кольцом. Работа над ванной заканчивается вытачиванием крышки кастрюли и монтажом на ней ТЭНов и контактного градусника. Теперь - электрооборудование. Для питания ванны можно использовать любой источник постоянного тока с подключенным на выходе электролитическим конденсатором 80000 мкф X 25 В. Провода питания должны иметь сечение не меньше 2,5 мм2. Регулятором силы тока, заменяющим регулятор напряжения, может служить секционный реостат. Он включается последовательно с гальванической ванной и состоит из параллельных, включаемых однополюсными рубильниками секций. Каждая последующая имеет сопротивление вдвое больше предыдущей. Число таких секции 7-8. На передней панели блока литания установите две розетки на 15 А, одну - нормальной полярности, другую-обратной. Это позволит быстро провести анодную обработку детали и перейти на хромирование простым переставлением вилки. Розетки с тремя выходами, чтобы не ошибиться в полярности (подключаются, конечно, только два гнезда). Для поддержания постоянной температуры электролита ванна снабжается контактным градусником. Напрямую управлять работой ТЭНов он не может из-за больших токов, поэтому потребуется собрать несложное устройство, схема которого приведена на рисунках.

Детали терморегулятора: транзисторы МП 13 - МП16, МП39-МП42 (VT1); 213-217 (VT2) с любыми буквенными обозначениями; резисторы МЛТ-0,25, диод- Д226, Д202-Д205; реле-ТКЕ 52 ПОДГ или ОКН паспорт РФ4.530.810.
Наладка терморегулятора: если при закорачивании точек 1-2 репе не срабатывает, соединяют эмиттер и коллектор VT1. Включение реле указывает на неисправность или малый коэффициент усиления VT1. В противном случае неисправен транзистор VT2 или он имеет недостаточный коэффициент усиления. Собрав и наладив устройство ванны, можно приступать к приготовлению электролита.

Для этого необходимо:
1. - налить в банку чуть больше половины подготовленной дистиллированной воды, подогретой до 50°
2. - засыпать хромовый ангидрид и размешать
3. - долить воду до расчетного объема
4. - влить серную кислоту
5. - проработать электролит 3-4 ч из расчете 6-8 А г/л.
Последняя операция нужна для накопления небольшого количества монов Сг3 (2-4 г./л), присутствие которых благоприятно сказывается на процессе осаждения хрома.

Составы электролитов
Хромовый ангидрид-250 г/л или 1 50 г/л
Серная кислота-2,5 г/л или 1,5 г/л

Не забывайте о режимах хромирования!

Процесс хромирования в сильной степени зависит от температуры электролита и плотности тока. Оба фактора влияют на внешний вид и свойства покрытия, а также на выход хрома по току. Необходимо помнить, что с повышением температуры выход по току снижается; с повышением плотности тока выход по току возрастает; при более низких температурах и постоянной плотности тока получаются серые покрытия, а при повышенных - молочные. Практическим путем найден оптимальный режим хромирования: плотность тока 50-60 А/дм2 при температуре электролита 52° - 55° ±1°.
Чтобы быть уверенным в работоспособности электролита, в приготовленной ванне можно покрыть несколько деталей, подобных по форме и размерам рабочим образцам. Подобрав режим и узнав выход по току простым замером размеров до и после хромирования, можно приступать к покрытию гильз.

По предложенной методике накладывают хром на стальные, бронзовые и латунные детали. Подготовка их заключается в промывке поверхностей, подлежащих хромированию, бензином и затем мылом (с помощью зубной щетки) в горячей воде, зарядке в оправку и размещении в ванне. После погружения в электролит нужно подождать 3-5 с и затем включить рабочий ток. Задержка нужна для того, чтобы деталь прогрелась. Одновременно происходит активирование поверхности деталей из латуни и меди, так как эти металлы хорошо травятся в электролите. Однако больше 5 с ждать не следует - в составе этих металлов есть цинк, присутствие которого в электролите недопустимо.

 

Определение содержания хромового ангидрида СгОз в зависимости от удельного веса раствора

удельный вес при 15 С

Содержание CrO3

в молях

в г/л

1,07

1,00

100

1,08

1,14

114

1,09

1,29

129

1,10

1,43

143

1,11

1,57

157

1,12

1,71

171

1,13

1,85

185

1,14

2,00

200

1,15

2,15

215

1,16

2,25

225

1,17

2,43

243

1,18

2,57

257

1,19

2,72

272

1,20

2,83

283

1,21

3,01

301

1,22

3,16

316

1,23

3,30

330

1,24

3,45

345

1,25

3,60

360

1,26

3,75

375

1,27

3,90

390

1,28

4,06

406

1,29

4,22

422

1,30

4,38

438

1,31

4,53

453

1,32

4,68

468

 

Хромируем алюминиевые сплавы

На процессах нанесения хрома на алюминиевые сплавы нужно остановиться особо. Выполнение таких покрытий всегда сопряжено с рядом трудностей. Прежде всего это необходимость предварительного нанесения промежуточного слоя. Сплавы алюминия, содержащие большое количество кремния (до 30%, сплавы марок АК12, АЛ25, АЛ26, САС-1), можно хромировать следующим образом:
- промывка детали в бензине,
- промывка в горячей воде со стиральным порошком или мылом,
- обработка детали в растворе азотной и плавиковой кислот (отношение 5:1) в течение 15-20 с,
- промывка в холодной воде,
- установка детали на оправке и хромирование (загрузка в ванну под током!).

Другое дело, если необходимо покрыть хромом сплав АК4-1. Его удается отхромировать только с помощью промежуточного слоя. К таким методам относятся: цинкатная обработка; по подслою никеля; через соль никеля; через анодную обработку детали в растворе фосфорной кислоты.

Во всех случаях детали подготавливают следующим образом:
- шлифование (и притирка);
- очистка (удаление жировых отложений после шлифовки в бензине или трихлорэтилене, затем в щелочном растворе),
- промывка в проточной холодной и теплой (50-60°) воде,
- травление (для удаления частиц, оставшихся на поверхности после шлифовки и притирки, а также для улучшения подготовки поверхности детали к нанесению хрома).

Для травления используется раствор едкого натра (50 г/л), время обработки 10-30 с при температуре раствора 70-80°.
Для травления сплавов алюминия, содержащих кремний и марганец, лучше использовать такой раствор, в весовых частях:
азотная кислота (плотность 1,4)-3, плавиковая кислота (50%)-1. Время обработки деталей 30-60 с при температуре раствора 25-28°. После травления, если это гильза цилиндра, ее надо немедленно промыть в проточной воде и на 2-3 с опустить в раствор азотной кислоты (50%) с последующей промывкой водой. 

Промежуточные покрытия

Цинкование

Алюминиевые изделия при комнатной температуре опускают на 2 мин в раствор (едкий натр 400 г/л, сернокислый цинк 120 г/л, соль Рошеля 5-10 г/л. Или: едкий натр 500 г/л, окись цинка 120-140 г/л) при постоянном его перемешивании. Покрытие достаточно равномерное и имеет серый (иногда голубой) цвет.
Если цинковое покрытие легло неравномерно, деталь опускают в стравливающий 50-процентный раствор азотной кислоты на 1-5 с и после промывки повторяют Цинкование. Для магнийсодержащих сплавов алюминия двойное Цинкование обязательно. Нанеся второй слой цинка, деталь промывают, заряжают в оправку и под током (без подачи напряжения цинк успевает частично раствориться в электролите, загрязняя его) устанавливают в ванне. Предварительно оправка с деталью погружается в стакан с водой, нагретой до температуры 60°. Процесс хромирования обычный.

Никелирование (Химическое)

Если цинк не ложится на алюминий (наиболее часто это происходит на сплаве АК4-1), можно попытаться нанести хром через никель. Порядок работы таков:
- притирка поверхности,
- обезжиривание,
- травление 5-10 с в растворе азотной и плавиковой кислот, смешанных в соотношении 3:1,
- никелирование.

Последняя операция - в растворе следующего состава: сернокислый никель 30 г/л, гипофосфит натрия 10-12 г/л, уксуснокислый натрий 10-12 г/л, гликоколь-30 г/л. Составляется он сначала без гипофосфи-та, который вводится перед никелированием (с гипофосфитом раствор долго не хранится). Температура раствора при никелировании 96-98°. Можно использовать раствор и без гликоколя, тогда температура должна быть снижена до 90°. За 30 мин на деталь осаждается слой никеля толщиной от 0,1 до 0,05 мм. Посуда для работ - только стеклянная или фарфоровая, так как никель осаждается на все металлы восьмой группы периодической таблицы. Хорошо поддаются никелированию латунь, бронза и другие медные сплавы.

После осаждения никеля проводится термообработка для улучшения сцепления с основным металлом (200-250°, выдepжka 1-1,5 ч). Затем деталь монтируется на оправке для хромирования и опускается на 15- 40 с в раствор 15% серной кислоты, где обрабатывается обратным током из расчета 0,5-1,5 А/дм2. Происходит активирование никеля, удаляется окисная пленка, и покрытие приобретает серый цвет. Кислота должна применяться только химически чистая (в самом крайнем случае аккумуляторная). Иначе никель приобретает черный цвет, и хром на такую поверхность никогда не ляжет.
После этого оправку с деталью загружают в ванну хромирования. Вначале дают ток в два раза больший, затем 'в течение 10-12 мин его уменьшают до рабочего.

Дефекты химического никелирования:
- никелирование не происходит: деталь не прогрелась, следует подождать некоторое время,
- пятна на поверхности (характерно для АК4-1): плохая термообработка детали, нужно ее термообрабо-тать при 200-250° в течение 1,5-2 ч.

Удаление никеля с алюминиевых сплавов можно производить в растворе азотной кислоты.
Иногда в процессе никелирования происходит саморазряд - выпадение порошкообразного никеля. В этом случае раствор выливают, а посуду обрабатывают раствором азотной кислоты для удаления с ее поверхности никеля, который будет мешать осаждению на детали.

Хотелось бы отметить, что никель-фосфор сам по себе обладает весьма интересными свойствами, не присущими хромовым покрытиям. Это равномерность слоя на поверхности деталей (после осаждения доводки не требуется); высокая твердость после термообработки (режим 400° в течение часа дает твердость покрытия HV 850-950 и больше); низкий коэффициент трения по сравнению с хромом; очень незначительное расширение; высокий предел прочности при растяжении.

Никель-фосфор без дальнейшего нанесения хрома может использоваться не только как промежуточное покрытие на гильзах, но и как рабочее, снижающее трение и износ, для золотников и поршневых пальцев. После двух лет активной эксплуатации двигателя с деталями подобной отделки на них отсутствовала явная выработка, характерная для стальных каленых поверхностей.

Нанесение хрома через соль никеля

Весь процесс сводится к следующему:
- травление в растворе едкого натра (50 г/л, t=.80°, 20 с),
- промывка в проточной воде,
- нанесение 1-го промежуточного слоя (хлористый никель, 1 мин),
- стравливание промежуточного слоя в растворе азотной кислоты (раствор кислоты 50%, 1 мин),
- нанесение 2-го промежуточного слоя (хлористый никель, 1 мин),
- промывка водой,
- травление (азотная кислота 50%, 15с).
- промывка в проточной воде,
- загрузка в ванну хромирования под током.

Нанесение хрома через анодную обработку

Вместо промежуточных слоев можно выполнять анодную обработку в растворе 300--350 г/л фосфорной кислоты при температуре 26-30°, напряжении на зажимах 5-10 В и плотности тока 1,3 а/дм2. Ванну следует охлаждать. Для сплавов, содержащих медь и кремний, применяют раствор 150-200 г/л фосфорной кислоты. Режим - 35°, время обработки 5-15 мин.
После анодной обработки следует провести кратковременную катодную обработку в щелочной ванне, которая частично снимает оксидный слой. Как показали исследования, в процессе анодной обработки алюминиевых сплавов в фосфорной кислоте на деталях образуется шероховатая поверхность, которая способствует прочному сцеплению наносимого впоследствии покрытия.

Приспособления, оправки.

Хромирование гильзы
Для выполнения работ с гильзой цилиндра изготавливается оправка. Ее устройство понятно из приведенного рисунка, остановимся лишь на отдельных деталях.
Анод - стальная шпилька; с одного ее конца на длине 50-60 мм наплавляется свинец с сурьмой (7-8%). Свинец протачивается по наружному диаметру до 6 мм (для гильз рабочим 0 15 мм). С другой стороны шпильки нарезается резьба для фиксации провода.

Катодом служит кольцо с внутренним диаметром, на 0,5 мм превышающим внутренний размер гильзы. В него вчеканивается отрезок изолированного провода. Медные и латунные проводники лучше не использовать - электролит растворяет их, иконтакт может быть нарушен. Перед монтажом оправки в ванне полезно проверить надежность контактов тестером.

1 - крышка (винипласт), 2 - верхняя часть оправки (фторопласт), 3 - нижняя часть оправки (фторопласт), 4-анод (сталь), 5 - катод, 6 - сквозное окно для прохода электролита, 7 - покрываемая гильза, 8 - насадка-изолятор

Хромирование стальных деталей
(коленвал, палец кривошипа, палец поршня, обоймы подшипников)
Хромирование стальных деталей ведется по следующей технологии:
- удаление жировых пятен с помощью бензина,
- промывка в горячей воде с мылом,
- обработка детали обратным током в течение 2-3 мин,
- переключение в режим хромирования с током, в 2-2,5 раза большим расчетного, и постепенное снижение тока в течение 10-15 мин.

Расчетный ток определяется перемножением площади хромируемой поверхности на ток процесса. Для стали последняя величина-50 А/дм2. При хромировании, например, посадочного места под коренной подшипник на коленвале двигателя КМД-2,5 расчетный ток будет равен 0,03 дм2 x 50 А/дм2 x 1,5 А.

Для хромирования пальца кривошипа понадобится новая оправка. Как и при обработке коленвала, все открытые участки поверхности закрываются клеем "АГО". Анод вытачивается из стали с последующей заливкой свинцом и расточкой отверстия под палец. Применение стальной детали объясняется необходимостью обеспечить надежный контакт - в свинце резьбовые соединения ненадежные. Расчеты токов аналогичны. Работа проводится в оправке вала с помощью специальной насадки.

Практически ничем не отличается хромирование подшипников. Единственное - для предохранения внутренней части детали ее заполняют солидолом или другой консистентной смазкой, которая после нанесения покрытия вымывается бензином. Оправка для хромирования внешней обоймы шарикоподшипника:
1-корпус оправки подшипника; 2-шарикоподшипник; 3-фигурная гайка; 4-анод (свинец); 5-центральная часть оправки для хромирования; 6-катод (сталь); 7-крышка; 8-сквозное окно для прохода электролита.

Дефекты хромирования и их причины
1. Хром не оседает на изделие:
- плохой контакт у анода или катода,
- мало сечение проводников,
- на поверхности анода образовалась толстая пленка окислов (удаляется в растворе соляной кислоты),
- мала плотность тока,
- высока температура электролита,
- мало расстояние между электродами,
- избыток серной кислоты.

 2. Покрытие отслаивается:
- плохое обезжиривание поверхности,
- нарушалась подача тока,
- колебание температуры или плотности тока.

 3. На поверхности хрома - кратеры, отверстия:
- на поверхности детали задерживается водород
- изменить подвеску так, чтобы газ свободно удалялся,
- на поверхности основного металла имеется графит,
- поверхность основного металла окислена, пориста.

 4. На выступающих частях утолщенное покрытие:
- повышенная плотность тока.

 5. Покрытие жесткое, отслаивается:
- мала плотность тока, повышена температура электролита,
- в процессе хромирования изменялась температура электролита,
- в процессе шлифования изделие перегрелось.

 6. Хром не оседает вокруг отверстий детали:
- большое выделение водорода - закрыть отверстия пробками из эбонита.
- избыток серной кислоты.

 7. На покрытии коричневые пятна:
- нехватка серной кислоты,
- избыток трехвалентного хрома (более 10 г/л)-выдержать ванну под током без деталей, увеличив поверхность анодов и уменьшив - катодов.

 8. Мягкое "молочное" покрытие:
- высока температура электролита,
- мала плотность тока.

 9. Покрытие матовое, неровное, трудно притирается:
- нехватка хромового ангидрида.
- велика плотность тока,
- нехватка серной кислоты,
- избыток трехвалентного хрома.

 10. Покрытие пятнистое и матовое:
- в процессе хромирования прерывалась подача тока,
- изделие перед загрузкой было холодное.

 11. В одних местах покрытие блестящее, в других матовое:
- велика плотность тока,
- низка температура электролита,
- неодинакова плотность тока на выступающих и углубленных частях детали.

Концентрация хромового ангидрида в электролите контролируется с помощью ареометра. Концентрацию же серной кислоты удается определять лишь, к сожалению, косвенно, по качеству покрытия. В процессе хромирования идет испарение электролита. В этих случаях доливают воду до нужного уровня. Делается это без установки деталей - возможно изменение температуры электролита. После хромирования все изделия подвергают термообработке в течение 2-3 ч для удаления водорода, при температуре 150-170°. Все работы ведутся под вытяжным приспособлением, в резиновых перчатках и в очках.

 

 

 

 

 

 

 
 

 

Автор: Илюшко.А.В.                                                                                                                                2008 г.