Хромирование изделий из металла

Обновлено: 04.10.2024

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 E0 (Cr0/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°C

Допустимая рабочая температура

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- :

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 ↔ 2Cr₃ + + 14OH - , E0 = +1,33 B;
Cr₂O₇ 2- + 7H₂O + 12e ↔ 2Cr0 + 14OH - , E0 = +0,40 B;
Cr 3+ + e ↔ Cr 2+ , E0 = -0,41 B;
Cr 3+ + 3e ↔ Cr0 , E0 = -0,74 B;
Cr 2+ + 2e ↔ Cr0 , E0 = -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:

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.

Хромирование деталей своими руками

Хромированные детали широко распространены. Как и прочие покрытия, хромовый слой, изнашиваясь с течением времени, утрачивает защитные свойства и внешнюю привлекательность. Его восстановление возможно своими руками в домашних условиях ввиду простоты и дешевизны технологии. К тому же таким способом можно обработать изначально не хромированные детали.

Хромирование деталей в домашних условиях

Назначение

Основная цель применения данной технологии состоит в создании декоративного покрытия. Помимо этого, хромирование обеспечивает защиту от воздействия реагентов и коррозии для металлических поверхностей, а также повышает прочность как металлических, так и пластиковых изделий. В домашних условиях обычно применяют декоративное хромирование.

Данная технология имеет обширное применение. Так хромирование используют для деталей транспортных средств, сантехники, элементов мебели и т. д.

Нужно учитывать, что данная обработка подходит для предметов из меди, латуни, никеля. Стальные и пластиковые детали требуют дополнительной обработки.

Основной мотив самостоятельного выполнения рассматриваемых работ состоит в экономии.

Хромирование в декоративных целях

Хромирование деталей своими руками весьма распространено. Это объясняется простотой его для самостоятельного осуществления и дешевизной ввиду отсутствия необходимости наличия дорогого оборудования.

Методы

Хромирование в домашних условиях возможно осуществить по двум технологиям.

Первая — в специальном растворе.
Вторая технология состоит в напылении покрытия с применением гальванической кисти.

Названные способы хромирования деталей значительно отличаются друг от друга с точки зрения осуществления. Так, напыление более трудоемко ввиду того, что поверхность необходимо обрабатывать вручную, однако оно имеет значительные преимущества перед жидким хромированием:

Оно позволяет контролировать толщину покрытия.
Такая технология подходит для обработки предметов любых размеров.
Возможна визуальная оценка качества покрытия.
Для данного метода обработки можно не демонтировать деталь.

Самодельное устройство для хромирования

Самостоятельно провести хромирование деталей жидким методом проще, однако предельные размеры обрабатываемого предмета определяются величиной используемой емкости. Поэтому данный способ обычно используют для хромирования небольших деталей.

Оборудование и материалы для хромирования своими руками

Чтобы выполнить хромирование деталей необходимо найти нежилое помещение с эффективной вытяжной вентиляцией, например такое, как гараж. В летний период можно проводить работы на открытом пространстве с навесом или крышей.

Необходимы средства индивидуальной защиты, а именно респиратор, плотные прорезиненные перчатки и защитные очки. Также желательно наличие прорезиненного фактора.

Потребность в наличии таких средств защиты обусловлена токсичностью образующихся в процессе хромирования испарений ввиду содержания в них кислотных паров. Это также определяет необходимость предусмотреть утилизацию остаточных продуктов.

К тому же в зависимости от выбранной технологии потребуется специализированное оборудование.

Для хромирования своими руками жидким методом оно представлено:

нагревательным элементом (подойдет ТЭН);
анодом пластинчатого или стержневого типа обычно из свинцово-сурьмяного сплава 93:7, реже из свинца;
катодом в форме зажима для фиксации на обрабатываемом предмете;
кислотоустойчивым термометром либо терморегулятором (требует соответствующей электронной схемы);
кронштейном для удерживания предмета навесу;
источником постоянного тока с регулировкой выходного напряжения, в качестве которой может служить реостат (от 18 А для 3 л);
проводами (сечение выбирают на основе максимальной силы тока, но не менее 2,5 мм 2 ).

Самодельный аппарат для хромирования

Основным инструментом для технологии напыления является гальваническая кисть. В домашних условиях применяют самодельные устройства. Это объясняется, прежде всего, очень высокой стоимостью промышленных аналогов. К тому же для них необходимы фирменные реактивы.

Для изготовления кисти потребуется:

щетина;
прозрачный цилиндр из стекла, пластика, полиэтилена либо пропилена произвольного размера;
свинцовый провод;
крышка с заливным отверстием и вклеенным металлическим контактом;
свинцовая обмотка;
источник питания мощностью до 1 кВт;
выпрямитель тока в виде 12 В 50 А стабилизатора, который может быть представлен, например, трансформатором или аккумуляторным зарядным устройством;
термометр для жидкостей с диапазоном 100°С;
устройство подогрева электролита, например, внешний подогреватель для стеклянной ванночки либо ТЭН с керамической кислотной защитой (не обязательно, но способствует ускорению работ).

Обмотанную свинцовым проводом щетину нужно поместить в цилиндр. Сверху его закрывают крышкой с заливным отверстием и вклеенным металлическим контактом. К последнему припаивают свинцовую обмотку. В находящейся над щетиной пенопластовой мембране проделывают мелкие сквозные отверстия. Выпрямитель тока устанавливают плюсом к контакту крышки и минусом к обрабатываемому предмету.

Принцип функционирования такого устройства состоит в том, что наполняющий цилиндр электролит просачивается на щетину через мембрану. Нанесение на обрабатываемую поверхность осуществляется движением щетины.

Наконец, в любом случае требуется компрессор либо пылесос для удаления с рабочей поверхности пыли.

Приготовление электролита

Отдельно следует рассмотреть технологию изготовления электролита. Для этого требуется хромовый ангидрид и серная кислота с показателем удельной плотности 1,84 г/см 3 . Количество данных веществ должно составлять на литр 250 г для первого и 2,5 г для второго. Если не предполагаются внешние воздействия на обрабатываемые предметы, возможна концентрация на литр 400 г CrO₃ и 4 г H₂SO₄. Помимо этого нужна дистиллированная, либо кипяченая и отстоявшаяся вода. Также понадобится три емкости различного размера. Они могут быть представлены стеклянной банкой, кастрюлей и утепленной стекловатой или пенопластом коробкой с влагостойкой крышкой. Наконец, нужен термометр.

Водой при 60°С наполняют банку до половины или чуть больше. Сначала засыпают хромовый ангидрид и размешивают до растворения. Далее добавляют серную кислоту, при необходимости долив воду. После этого следует определить содержание хромового ангидрида путем проверки плотности раствора ареометром. Банка с ним помещена в наполненную водой кастрюлю с кипятильником, а кастрюля установлена в коробке. Затем данную смесь выдерживают под током на протяжении 3,5 ч. Мощность его рассчитывают на основе соотношения 6,5 А/1 л. По этой формуле с учетом требуемого количества электролита выбирают источник тока либо наоборот на основе мощности имеющегося устройства готовят определенное количество раствора. По завершении выдержки электролит должен обрести темно-коричневую окраску. Затем его оставляют в прохладном месте на сутки.

Подготовительные работы

Перед хромированием обрабатываемую поверхность необходимо подготовить путем удаления декоративного покрытия (лака, краски), коррозии, загрязнений способом зачистки наждачной бумагой либо шлифовальной машиной. В случае ненадлежащего качества осуществления данных работ возможно образование раковин на хромовом покрытии.

В завершение рабочие поверхности обезжиривают. Причем считается, что вещества, традиционно используемые в качестве растворителей, такие как бензин и уайт-спирит, не подходят для данной цели. Поэтому рекомендуется применять специальный раствор, который может быть сделан самостоятельно. Для этого на 1 л воды нужно растворить 150 г едкого натра, 50 г кальцинированной соды, 5 г силикатного клея. Данную смесь нагревают до 80 — 90°С и выдерживают на протяжении 20 минут в ней обрабатываемый предмет (45 — 60 минут в случае сложного рельефа поверхности).

Кроме того, объем подготовительных работ определяется материалом. Так, для непосредственной обработки, как упоминалось, подходят детали из меди, латуни, никеля. Стальные предметы необходимо предварительно покрыть данными металлами. Пластиковые поверхности обрабатывают графитосодержащим лаком либо графитным порошком и электролитическим способом при 0,7 А/дм 2 наносят медь. Приготовление электролита осуществляют путем растворения на литр воды 150 г концентрированной серной кислоты, 35 г сульфата меди, 10 г этилового спирта. После обработки предмет моют и сушат.

Наконец, стальные и чугунные поверхности непосредственно перед началом хромирования подвергают декапированию на протяжении до 1,5 минут при плотности тока 24 — 40 А/дм 2 в соляной кислоте.

Осуществление

В случае использования технологии жидкого хромирования работы начинают с нагрева электролита до 52±2°С. После анода в него помещают обрабатываемый предмет и ожидают его нагрева до той же температуры. Необходимо учитывать, что равномерность покрытия определяется правильностью расположения предмета и анода. После этого прикрепляют катод и подают ток (оптимальная плотность — 50 — 55 А/дм 2 ), выдерживая деталь так на протяжении от 20 минут (время выдержки определяется визуально в зависимости от особенностей предмета и может составлять 2 — 3 часа). В любом случае толщина покрытия определяется плотностью тока и продолжительностью выдержки.

Деталь, восстановленная хромированием в домашних условиях

По завершении предмет моют и помещают в сушильный шкаф на 2,5 — 3 часа с целью повышения сцепления покрытия с поверхностью и его твердости.

При первом выполнении хромирования желательно предварительно обработать опытный образец.

Возможные дефекты

Несоблюдение технологии ведет к образованию различных дефектов хромового слоя. Во избежание этого необходимо знать основные причины:

несоблюдение температурного режима;
неправильные концентрации элементов раствора;
некачественная подготовка рабочей поверхности;
нарушение параметров подачи тока;
наличие посторонних частиц и примесей.

Вследствие названных причин проявляются такие дефекты, как слабый блеск либо его отсутствие, питтинг, хрупкий осадок, шероховатость, набросы, вуаль, шероховатые и темные пятна, подгар, отслаивание, трещины, полосы, пузыри, шелушение, отсутствующие фрагменты, темно-серый цвет, низкие скорость осаждения и рассеивающая способность электролита, черная или коричневая пленка на анодах.

Хромирование деталей

Хромирование деталей – это процесс металлизации хромом с целью придания поверхности физико-механических и химических свойств и характеристик, которые отличаются от исходного материала детали. Хромирование используется с целью повышения коррозионностойкости, эрозионностойкости, механической стойкости, декоративной отделки и прочего.

Процесс хромирования деталей

Способы нанесения слоя хрома на поверхность металлизируемой детали отличаются методами схватывания (удержания) между собой. Классифицировать их можно следующим образом:

адгезионное схватывание (за счет механического воздействия);

за счет металлических связей:

диффузионная зона в пределах границы двух поверхностей;
диффузионная зона всего покрывающего слоя.

Технология хромирования подразумевает несколько этапов:

подготовительный;
процесс нанесения;
заключительный.

Подготовительный этап. На этой стадии выполняются те типы работ, которые позволят слою хрома надежно закрепиться и удерживаться на поверхности длительное время. Перед хромированием изделий они подвергаются шлифовке, а при необходимости полируются. После финишной операции изделия промываются, сушатся и протираются мягким материалом. Те поверхности (отверстия, внутренние полости), которые не подлежат металлизации, подвергаются изолированию. Детали устанавливаются (вывешиваются) на приспособлении, которое предназначено для введения деталей в зону обработки. Производится обязательный процесс обезжиривания. Выполняется декапирование, позволяющее повысить способность к адгезии.

Процесс нанесения хрома на поверхность. Технология хромирования деталей, в зависимости от метода нанесения, происходит тремя видами:

в холодном состоянии;
в нагретом состоянии;
диффузией.

Например, во время электролитического метода изделия помещаются в ванну с раствором-электролитом. Рабочая температура электролита зависит от его состава. Заданная температура должна сохраняться на протяжении всего процесса, что гарантирует однородную структуру наносимого слоя и равномерную толщину.

Металлизируемые изделия выполняют роль анода. Продолжительность процесса хромирования напрямую зависит от требуемой толщины покрытия.

Декоративное хромирование детали

После нанесения хрома изделия подвергаются сушке. Если сушку проводить в сушильном шкафу, то ее продолжительность составит 5-10 минут при температуре 85°С-100°С. Если сушку проводить методом обдува сжатым воздухом, то ее продолжительность составит 0,5-3 минут при температуре 18°С-25°С.

Для повышения прочности и твердости покрытого слоя он подвергается термической обработке. Продолжительность выдерживания в печи составляет несколько часов при температуре порядка 200°С.
Толщина покрытия, нанесенного на сталь колеблется от 0,003 мм до 0,025 мм. Если использовать изменение полярности тока (реверс), то толщину хромирования доводят до 0,03 мм.

Виды хромирования

Согласно классификации процесс металлизации, происходящий за счет механического сцепления, относится к первой группе, а за счет атомарных механических связей – ко второй группе. Вторая группа делится на две подгруппы:
2а — приграничная диффузия;
2б – полная диффузия.

В группу 1 входят следующие методы хромирования:

электротехническое покрытие;
электродуговое или газопламенное распыление (пульверизация);
химическое нанесение;
вакуумное нанесение в холодной среде.

Результат хромирования детали

К группе 2 относятся:

плазменное напыление;
электрофорез;
вакуумное нанесение в нагретой среде;
электротехническое покрытие с последующим отжигом;
осаждение чистого металла из соединений карбонатов в газовой среде;

Твердое хромирование

Твердое хромирование нашло широкое применение при изготовлении деталей, подвергающихся высокому износу, активной коррозии в агрессивных средах, при восстановлении металлических деталей, для увеличения срока эксплуатации инструментов (режущего, измерительного), а также для декоративной отделки изделий изготовленных из неметаллических материалов.

Твердое хромирование проводят следующими методами:

гальваническим (описан выше);
каталитическим, при котором хром восстанавливается на поверхности из солей аммиака и серебра;
вакуумным, при котором реагент, нанесенный на обрабатываемую поверхность диффузионную активность при отрицательном давлении;
термохимическим, который можно сравнить с цементацией изделий.

Термохимическим методом хромирование производят в карбюризаторе, состоящем из измельченного хрома и каолина в пропорции 55-45%. Для предотвращения окисления хрома при высоких температурах через ящики с деталями и карбюризатором продувают водород. Продолжительность хромирования составляет три часа. За это время толщина слоя достигает при температуре 1300°С 0,15 мм, а при температуре 1400°С 0,8 мм.

Хромирование электролизом

Хромирование электролизом заключается в легком выведении водорода по сравнению с хромом из электролита. Электролитом выступает хромовая кислота. Ванны оборудуются свинцовыми нерастворимыми анодами.

Широкое использование получил сульфатный электролит на основе хромового ангидрида с серной кислотой CrO3:H2SO4.

Концентрация раствора подбирается исходя из характера покрытия и сложности формы детали.

При невысокой температуре металлизации (не выше 35°С) хромированная поверхность имеет серый матовый оттенок. Интенсивность и плотность тока не влияет на процесс. При повышении температуры до 65°С и плотности тока поверхность получается блестящей. Дальнейшее повышение температуры и плотности тока (до 30 А/дм2) хром имеет молочный оттенок.

Также качество покрытой поверхности зависит от концентрации электролита. Хромированное покрытие, полученное при использовании концентрации до 150 г/л отличается высокой твердостью и износостойкостью. Высококонцентрированные электролиты, до 450 г/л используются для декоративных покрытий.

Гальваническое хромирование

Гальваническое хромирование — наиболее распространенный современный способ хромирования. Осуществляется двумя способами: в среде электролита и диффузионным. Электролитический способ аналогичен хромированию электролизом, они отличаются лишь режимами проведения процесса.

Диффузионный способ — это процесс насыщения поверхности при определенных условиях из нанесенных реагентов. Отделанные детали обладают: прочностью и твердостью, вязкостью и упругостью, износо-, жаро-, коррозионностойкостью.

Оборудование для хромирования

Рынок предлагает разнообразное оборудование для нанесения хромового слоя как отечественного производства, так и зарубежного. Частное зарубежное предпринимательство подвигло разработчиков на создание компактных установок, которые легко разместить в гараже или маленькой мастерской.

Непрофессиональное оборудование только имитирует качественное хромирование, качество при этом не столь хорошее. Работы проводятся в следующей последовательности:

очищение от старого покрытия;
шлифовка;
обезжиривание;
нанесение грунтовки;
нанесение хрома распылением;
сушка;
защита лаком от повреждений.

Широко на производстве используется электролитическое (гальваническое) хромирование. Для этого используются специальные ванны, электроустановки, система вентиляции, моющие и сушильные установки. При горячем способе нанесения хрома используются печи и вакуумные установки.

Но независимо от типа используемого оборудования во время процесса хромирования происходят физические и химические реакции, которые сопровождаются выделением продуктов распада.

Сфера применения технологии

Декоративное хромирование деталей позволяет повысить визуальные характеристики изделий как из металлов, так и из различного вида пластмасс, стекла и прочих материалов. Для быта хром используется для покрытий:

мебельной фурнитуры;
интерьерах помещений и дизайнерских проектах;
сувениры;
сантехника.

Хромирование деталей автомобилей

Сантехническое оборудование обязательно хромируется для защиты от водного окисления (коррозии), будь то недорогой силумин или дорогая латунь с бронзой.
Промышленность использует хромирование для повышения стойкости деталей, работающих в условиях большого трения:

поршни;
компрессионные кольца;
ролики;
оси.

Также хромирование используется при изготовлении инструмента и оснастки:

прессовые штампы;
режущий инструмент;
мерительный инструмент.

Технология хромирования позволяет продлить жизнедеятельность элементов механизма или придать изделиям притягательный вид.

Хромирование

В этой статье постараемся подробно рассказать о процессе Хромирования. Для чего наносится данный металл, какие способы нанесения существуют, а так же о популярном хромировании при реставрации автомобилей.

2. Что такое хромирование?

Хромирование — процесс нанесения на поверхность изделия слоя металлического хрома для придания ему необходимых характеристик.

Основные цели хромирования:

Защита от коррозии
Увеличение износостойкости
Декоративный внешний вид

На самом деле целей больше, для каждой из них подойдет своя технология нанесения хрома.

3. Где применяется (назначение покрытия хромом)

В промышленности многие изделия часто работают на износ, например, пресс-формы или поршневые цилиндры. Их изготавливают из углеродистой стали или нержавейки. Без покрытия такие пресс-формы быстро изнашиваются и подлежат замене. При покрытии их твердым хромом, срок службы возрастает более, чем в 3 раза.
Металлический хром является пищевым покрытием. Это значит, он не вступает в реакции с пищей, не вызывает аллергии при контакте с кожей и слизистыми оболочками людей и животных. Поэтому им постоянно покрывают хирургические инструменты (скальпели) и детали механизмов, контактирующие с пищей.
Хром устойчив в вакууме. Им покрывают детали космических кораблей.
Хром термоустойчив, применяется для изделий, постоянно работающих с высокими температурами.

Существует еще множество назначений этого покрытия.

4. Хромирование авто

Прежде, чем продолжить, нужно уяснить, в автотюнинге термин «хромирование» упоминается как окрашивание краской. Блестящей краской на основе серебра, выглядит она как хром, но ничего общего с настоящим металлическим хромом не имеет.

Дело в том, что настоящий хром обладает огромным количеством полезных свойств, не присущих краске. А для людей, занимающихся реставрацией авто важную роль играет цена покрытия. Нанести краску более чем в 10 раз дешевле, чем металлический хром. Вот её и наносят. Ни о какой износо- и термостойкости здесь речи быть не может.

Если вам тюнинговое ателье предлагает вам хромирование отражателей или дисков, уточните, как они наносят покрытие. Скорей всего, это будет распыление из баллончика или шланга. Выглядит правда круто, но имейте в виду, это просто краска. Любой другой метод (вакуумное, гальваническое, диффузионное) – это уже другое дело, здесь пахнет качеством!

Вот статьи про реставрацию авто хромом:

5. Методы нанесения (гальваническое, вакуумное, диффузионное, холодное и термическое напыление)

Существует несколько основных способов нанести хром на изделие:

Гальваническое хромирование. Заключается в осаждении металла на поверхность изделия под действием электрического тока. Если объяснять просто, изделие погружается в раствор с частичками хрома. На изделие подается электрический ток и частички начинают осаждаться на поверхности, тем самым образуя покрытие. На самом деле процесс очень сложный и дорогой. Метод актуален для металлических изделий (т.к. металл хорошо проводит ток).

Подробнее с гальваническим хромированием вы можете ознакомиться здесь

НПП Электрохимия выполняет полный цикл работ по нанесению гальванических хромовых покрытий. После нанесения покрытия и его проверки мы выдаем паспорт (сертификат) качества. Это особенно важно в рамках выполнения ГОЗ. Цена на хромирование оговаривается индивидуально с менеджером в зависимости от ТЗ.

Вакуумное хромирование. Изделие погружается в вакуумную камеру с порошком. Порошок нагревается до температуры испарения и образует взвесь ионов в камере. Далее эта взвесь осаждается (бомбардировка ионами) на поверхности в виде конденсата, а затем кристаллизируется, образовывая покрытие.

Покрытие применятся в декоративных целях, особенно популярно для сувенирной и рекламной продукции (вывески, подарочная упаковка и т.д.). Отлично покрывается стекло и пластик. Идеально блестящей поверхности не всегда получается добиться, изредка покрытие осаждается неравномерно, видна шагрень (шишки). Не рекомендуется для изделий с требованиями по износостойкости.

Диффузионное хромирование. Процесс «насыщения»(заполнения) поверхности изделия хромом. Изделия погружают в порошок хрома и так же нагревают. Отличие от вакуумного метода состоит в том, что порошок не испаряется, а сразу «въедается» (диффундирует) в поверхность изделия. Примерно 50% покрытия находится внутри поверхности изделия, а 50% снаружи. Благодаря этому покрытие имеет превосходное сцепление с деталью.

Стандартный состав порошка: хром и каолин в соотношении 50 на 50. Плюс добавка (хлористый амоний/соляная кислота). Температура процесса - 1000° С, выдержка 6-15 часов.

Метод не из дешевых, но позволяет получить покрытие толщиной 100-300 мкм с хорошей адгезией и солидными защитными характеристиками.

Холодное распыление (мета-хромирование). Об этом методе мы поговорили в п.4. Просто распыление из баллончика или шланга. Красивая краска. Ни о каких защитных характеристиках и износостойкости речи быть не может. В интернете продается много готовых растворов для «хромирования» в различные цвета.

Термическое напыление. Методов достаточно много, но их объединяет одно – частицы металла нагревают до определенной температуры и с помощью направленного потока отправляют на изделие. Поток может быть газовый, пламенный, детонационный, электродуговой. Дешевый метод, применяется для изделий без высоких требований к защитным характеристикам покрытия. Подробнее можете прочесть здесь

6. Порядок выполнения работ

Для большинства методов хромирования покрытие изделия будет проводиться в следующем порядке:

Очистка от сильных загрязнений и подготовка. Удаление излишков масла, старого покрытия, отсоединение подвижных частей механизмов, крепеж изделий на оснастку для покрытия.
Обезжиривание. Удаление мельчайших частей жира на поверхности при помощи растворов. Вариантов несколько: Химическое обезжиривание (стиральный порошок), электрохимическое, ультразвуковое и т.п.
Травление (для стальных изделий). Удаление ржавчины и окалины.
Покрытие.
Сушка.
Контроль качества.

7. Свойства покрытий хромом в зависимости от метода нанесения

В зависимости от метода осаждения хромового покрытия возможно получить различные его характеристики. Оформим их в таблице для наглядности. Цена для сравнения указана в условных единицах.

• Возможно нанесение на любой материал

• Не требует спец. оборудования

8. Хромирование в домашних условиях

Подробно про хромирование дома мы расскажем в отдельной статье. Главное, что нужно понимать: Хромирование – чрезвычайно вредный процесс, особенно гальваническое хромирование. Избыток хрома в организме вызывает рак, заболевание печени и легких и много других проблем. Подробнее о вреде хрома для организма читайте здесь.

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.

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

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.

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
Компоненты	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,

В современном мире представлено большое количество разновидностей хромирования.

Выделяются следующие виды данного процесса:

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.

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.

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.

Читайте также: