Процесс хромирования деталей

Процесс хромирования деталей ведется с нерастворимыми анодами из сплава свинца и 6% сурьмы. При электролизе  хромового электролита с нерастворимыми анодами на катоде и аноде протекают следующие процессы: на катоде:

• хромовый ангидрид СrО₃ восстанавливается до трехвалентного хрома Сr₂О₃;
• осаждается металлический хром;
• выделяется водород, на аноде:
• выделяется кислород;
• трехвалентный хром окисляется до шестивалентного;
• окисляется поверхность свинцового анода.

Скорость окисления трехвалентного хрома на аноде ниже скорости восстановления хромового ангидрида на катоде. Для поддержания количества трехвалентного хрома Сr₂О₃ в электролите в пределах 4—5 г/л площадь анодов принимают в 1,5—2 раза больше площади катодов.

Вследствие образования на поверхности анода пленки перекиси свинца и хромовокислого свинца увеличивается сопротивление прохождению тока. Поэтому рекомендуется аноды периодически очищать стальной щеткой.

Изменяя температуру электролита и плотность тока, можно получать матовый, блестящий или молочный осадок (рис. 49). Матовые осадки получают при высокой плотности тока и низкой температуре электролита. Они отличаются высокой (до HB 1200) твердостью и повышенный хрупкостью. Высокая твердость и хрупкость осадка объясняются перенапряжением металла вследствие интенсивного выделения водорода. Рис. 49. Характер осадка в зависимости от режима хромирования для электролита, содержащего 250 г/л СrО3 и 2,5 г/л H2SO4. Зоны: I — матовых осадков; II — матово-блестящих шлифующихся осадков; III — блестящих осадков; IV — молочно-блестящих осадков; V—молочных осадков.

При плотности тока Дк - 25÷50 а/дм2 и температуре электролита tэл = 45÷50° С осаждается блестящий хром. Он характеризуется высокой (HB 600—900) твердостью, повышенной хрупкостью и высокой износостойкостью.

Наиболее пластичными являются молочные осадки, которые получают при малой (15—25 а/дм2) плотности тока и высокой (50—60°С) температуре электролита. Твердость осадка молочного хрома равна НВ 400-600.

При выборе вида осадка учитывают условия работы детали и экономичность процесса.

Детали, работающие при знакопеременной нагрузке и повышенных удельных давлениях, покрывают обычно молочным осадком. При ремонте дизелей молочные осадки применяют для наращивания поршневых пальцев.

В остальных случаях экономически целесообразно применять блестящее хромовое покрытие. Вследствие малой плотности тока процесс получения молочного осадка менее производителен по сравнению с отложением блестящего хрома.

Хрупкий матовый осадок для восстановления деталей не применяется. На ремонтных предприятиях при хромировании в сернокислых электролитах применяют следующие режимы:

• для получения блестящего осадка Д_к = 45÷55 а/дм2,
    t_эл = 45÷50° С;
• для получения молочного осадка Д_к = 25 а/дм2,
    t_эл = 55÷60° С.

Процесс хромирования деталей в сернокислых электролитах имеет следующие основные недостатки:

• низкий (13—13,5%) выход металла по току;
• нестабильный процесс электролиза;
• высокая чувствительность процесса к изменению режима электролиза.

При электролизе с нерастворимыми анодами постоянно уменьшается концентрация хромового ангидрида в электролите за счет выделения металла на катодах (деталях). В результате нарушения нормального соотношения СrО₃ : H₂SO₄ изменяется выход металла по току и ухудшается рассеивающая способность электролита. Кроме того, при одинаковых режимах электролиза возможно получение различных по структуре осадков. Поэтому требуется частая корректировка электролита. Незначительные изменения Дк и tэл в процессе электролиза влияют на свойства хромового покрытия.

Перечисленные недостатки устраняются при использовании саморегулирующегося электролита. Саморегулирование электролита обеспечивается за счет введения в раствор хромовой кислоты избыточного количества труднорастворимых солей сульфата стронция (SrSO₄) и кремнефторида калия (K₂SiFe). Процесс диссоциации протекает до тех пор, пока концентрация сульфатов и ионов кремнефторида не достигнет предела растворимости солей SrSО₆ и K₂SiF₆ в электролите.

Избыток солей осаждается на дно ванны. За счет постоянного наличия солей на дне ванны электролит саморегулируется — пополняется ионами сульфата стронция и кремнефторида калия. По данным Семина В. M., Шлугера M. А. и Горшениной А.П., выход хрома по току в саморегулирующихся электролитах повышается до 17,5— 18,0% и зависит от содержания хромового ангидрида и трудно растворимых солей, а также от режима электролиза. Испытаниями тех же авторов установлено, что при увеличении содержания K₂SiFe в электролите до 7,5 г/л выход металла по току повышается (рис. 50). При дальнейшем увеличении содержания этой соли производительность электролита существенно не изменяется и стабилизируется при концентрации соли 14 г/л. Выход металла по току заметно увеличивается при повышении содержания SrSО4 до 4—6 г/л.

Рис. 50. Зависимость выхода металла по току от содержания в электролите труднорастворимых солей: 1 — для CrSO4 при содержании СrО3 250 г/л и K2SiF6 20 г/л; 2 — для K2SiF6 при содержании СrО3 250 г/л и CrSO4 6 г/л, Дк = 50 а/дм2, tэ = 55° С).

Содержание СrО₃ в саморегулирующемся электролите также оказывает существенное влияние на выход металла по току (рис. 51) и качество осадка. Оптимальный интервал концентрации СrО₃ составляет 225—300 г/л.

При таком содержании хромового ангидрида в электролите наблюдается больший выход металла по току и обеспечивается хороший, внешний вид осадка. Рис. 51. Зависимость выхода металла по току от содержания в электролите СrО3 (при содержании CrSC4 6 г/л и K2SiF6 20 г/л, Дк = 50 а/дм2, tэл = 55° С).

Для износостойкого хромирования рекомендуется электролит такого состава в г на 1 л воды: СrО₃ — 250—300; SrSO₄-6; K₂SiF₆ - 20.

Вследствие того, что в электролите в процессе электролиза автоматически поддерживается оптимальное количество ионов сульфата стронция и кремнефторида калия, скорость отложения хрома на поверхности детали и качество осадка при заданном режиме обработки практически не изменяются.

Производительность процесса в саморегулирующемся электролите, так же как в сернокислом составе, изменяется в зависимости от изменения режима (Дк и tэл) хромирования. Выход металла по току увеличивается при повышении плотности тока и понижении температуры электролита. При заданной плотности тока изменение температуры электролита в пределах 5—8°С практически не влияет на скорость отложения хрома. Следовательно, саморегулирующийся электролит менее чувствителен к колебаниям температуры, чем сернокислый. Поэтому при использовании высокопроизводительного электролита не требуется высокая точность поддержания температурного режима.

В саморегулирующемся электролите значительно расширяется она получения блестящих осадков (рис. 52) по сравнению с сернокислыми растворами. Следовательно, в саморегулирующемся электролите расширяется диапазон рабочих плотностей тока; более целесообразно хромировать при высоких плотностях тока и температуре. Оптимальный режим хромирования для блестящего осадка следующий: Дк = 50÷80 а/дм2, tэл = 55÷65° С, U = 12 в. Рис. 52. Области получения блестящих осадков: I — в сернокислом электролите; II — в   саморегулирующемся электролите.

Саморегулирующийся электролит обеспечивает высокую производительность и постоянство выхода металла по току, его эффективно применять при размерном хромировании деталей.

Для хромирования в саморегулирующемся электролите применяют аноды из сплава, содержащего 90% Pb и 10% Sn. Площадь анодов должна быть примерно в 3 раза больше площади катодов (деталей).

Учитывая высокую коррозионную активность саморегулирующихся электролитов для хромирования, применяют железные ванны, покрытые в два слоя диабазовой плиткой. Диабазовая плитка обладает низкой теплопроводностью, поэтому для нагревания и охлаждения электролита внутрь ванны опускают змеевики из железных труб, которые окрашивают перхлорвиниловым лаком и в два-три слоя обматывают хлорвиниловым пластикатом. Каждый слой ленты тщательно окрашивают перхлорвиниловым лаком. Перед обкладкой диабазовой плиткой внутреннюю поверхность ванны тщательно очищают и покрывают грунтовкой следующего состава (в весовых частях): мука диабазовая — 100 и натрий кремнефтористый — 5. Порошки просеивают через сито с ячейками размером 2 х 2 мм, тщательно перемешивают и разводят жидким стеклом. Плитки приклеивают густой замазкой того же состава. Замазка очень быстро затвердевает, поэтому ее готовят по мере надобности в небольших количествах.