Как хромировать нержавеющую сталь

Обновлено: 17.05.2024

Углеродистая сталь — один из основных видов конструкционных материалов в современной промышленности, является сплавом железа, углерода и относительно небольшого количества легирующих добавок. Железо не пассивируется на воздухе (в отличие от других металлов своей подгруппы, например никеля), поэтому главным его недостатком является низкая коррозионная стойкость. При коррозии железо соединяется с кислородом и превращается в оксиды FeO, Fe₂O₃ и Fe₃O₄, покрывающие сталь пористым слоем полностью проницаемым для внешней среды. Этот слой нисколько не препятствует дальнейшему разрушению металла. Процесс коррозии стали самопроизвольно не затухает и может длиться годами вплоть до полного уничтожения изделий. Поэтому сталь без покрытия, электрохимической защиты или легирования никелем и хромом не следует применять ни в атмосферных условиях, ни в агрессивных средах. Чаще всего для защиты стали от коррозии применяют гальваническое цинкование и химическое фосфатирование (с промасливанием или хроматированием).

Низкая стоимость;
Хорошая свариваемость;
Относительно высокая твердость;
Устойчивость к динамическим нагрузкам;
Отсутствие отпускной хрупкости.

Низкая атмосферная коррозионная стойкость;
Подверженность сильному охрупчиванию при низких температурах.

2. Нержавеющая сталь.

Нержавеющая сталь — сплав железа с углеродом, преимущественно легированный большим количеством хрома и никеля. Из названия этого конструкционного материала понятно, что он находит основное применение в средах, вызывающих активную коррозию обычной стали. Так, нержавейка устойчива в промышленной атмосфере и воде, хорошо сопротивляется воздействию серной кислоты. В тоже время нержавеющая сталь плохо паяется, обладает достаточно низким коэффициентом трения, слабо проводит электрический ток, боится щелочей (в отличие от углеродистой стали) из-за присутствия в ней хрома. Однако все эти недостатки эффективно устраняются гальваническими покрытиями.

Трудность покрытия нержавейки связана с наличием на поверхности деталей тончайшей прочной пассивной пленки из оксидов хрома и никеля, не позволяющей покрытию хорошо сцепиться с основой после обычной технологии подготовки. Эта пленка легко стравливается, но почти мгновенно образуется вновь на воздухе. Поэтому для гальванопокрытия нержавеющей стали применяются более сложные, чем при обработке обычной стали, методы.

Применяя такие методы нержавеющую сталь можно хромировать, лудить, никелировать, меднить и т.д. Никель применяют для усиления блеска сложнопрофильной поверхности вместо механической или электрохимической полировки. Также благодаря никелю детали из нержавейки полностью защищаются от воздействия щелочей. Хром повышает износо- и термостойкость. Для защиты от появления коррозионно-активной гальванопары при сопряжении с алюминием применяется сплав олово-висмут. Медь придает искрозащитные свойства, облегчает свинчиваемость, защищает от задиров и повышает электропроводность. Черное цинковое покрытие является декоративным. Общую коррозионную стойкость нержавеющей стали можно повысить путем химической пассивации.

Высокая атмосферная коррозионная стойкость;
Устойчивость в смеси крепких кислот, содержащих несколько процентов HNO₃, но в отсутствии HCl и HF;
Устойчивость при температуре 300° С в H₂O, HNO₃ и органических кислотах;
Приемлемая свариваемость.

Высокая стоимость;
Повышенная хрупкость в зонах сварных швов.

3. Чугун.

Чугун — сплав железа с большим количеством углерода (не менее 2,14%). Углерод придаёт твёрдость, но снижает пластичность. В зависимости от формы графита и количества цементита, различают белые, серые, ковкие и высокопрочные сорта чугуна. Как правило, из чугуна производят изделия методом литья. Трудность в покрытии чугуна заключается в наличии литейной корки, при повреждении которой качественное покрытие получить не удается. Кроме этого, за счет высокой науглероженности чугуна, при травлении на его поверхности выступает много карбидов железа в виде порошка, усложняющих получение прочно сцепленного покрытия. Оцинковка чугуна из щелочных растворов затруднена преимущественным выделением водорода, а не цинка.

4. Медь и ее сплавы.

Медь — цветной металл широкого спектра применения. На основе меди производят различные сплавы, например латунь (медь+цинк) или бронзу (медь+олово). Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью во многих средах. Покрытие меди и ее сплавов выполняется с защитно-декоративными и специальными целями (улучшение паяемости, защита от окисления, стабилизация переходного сопротивления). Типичным покрытием является никель, олово-висмут и серебро. Реже применяется олово-свинцовое покрытие. Перспективным сегодня считается сплав олово-никель, который обладает всеми достоинствами других сплавов на основе олова, но отличающийся высокой твердостью, пластичностью и износостойкостью. Данный сплав находит все большее применение в Европе. В зависимости от марки меди или ее сплава (латунь, бронза, мельхиор, нейзильбер, куниаль (М, Л, Бр, МН и т.д.)) меняется технология подготовки поверхности перед покрытием.

5. Алюминий и его сплавы.

Алюминий — один из основных видов конструкционных материалов, широко применяемый в электротехнике, приборо-, машино- и авиастроении. Алюминий легок и коррозионно-устойчив в атмосфере за счет присутствующей на его поверхности тончайшей пассивной пленки в несколько нанометров. Алюмииний хорошо проводит электричество и тепло. Цена алюминия ниже, чем других цветных металлов, а природные запасы огромны. Однако алюминий имеет и ряд недостатков. Он паяется хуже, чем олово, не обладает износостойкостью, его практически невозможно заполировать до зеркального блеска. В солевой среде, щелочах, соляной кислоте и ряде других реагентов алюминий активно корродирует. При контакте с медными деталями или нержавеющей сталью алюминий образует коррозионно-активную гальванопару. Поэтому поверхность алюминия часто требуется модифицировать гальваническими или химическими покрытиями.

Среди покрытий на алюминии можно выделить две группы: оксидные и металлические. Химическое и анодное оксидирование алюминия не представляет больших трудностей при отработанной технологии производства. В то же время нанесение металлических покрытий требует серьезной подготовки поверхности и обязательного нанесения одного-двух технологических подслоев. Это связано (как и в случае с нержавеющей сталью или титаном) со способностью алюминия почти мгновенно пассивироваться. Пассивная пленка легко восстанавливается на влажной детали после травления и препятствует дальнейшему сцеплению покрытия и основы. Более того, при плохой подготовке алюминия после металлизации могут образовываться скрытые дефекты и покрытие может "вспузыриться" при хранении даже через несколько месяцев или при пайке. По этой причине все металлические покрытия на алюминии должны в 100% случаев проверяться на адгезию как минимум двумя методами по ГОСТ.

Разделение алюминиевых сплавов на деформируемые и литейные обусловлено особенностями формовки из них полуфабрикатов и готовых изделий.

Деформируемые сплавы алюминия предназначены в первую очередь для последующей токарной, фрезерной обработки, экструзии и т.п. Они отличаются по составу от литейных отсутствием или незначительным содержанием в них кремния. При травлении деформируемых сплавов на их поверхности образуется шлам из легирующих добавок и интерметаллидов, который во время последующей обязательной операции осветления легко удаляется обычной азотной кислотой и не препятствует покрытию. В процессе анодирования такой шлам растворяется в электролите и также не скапливается на поверхности. Присутствие кремния в алюминиевом сплаве (а как следствие - в травильном шламе) сделало бы процессы оксидирования и металлизации алюминия гораздо более сложными. Таким образом, покрытие деформируемых сплавов алюминия проще, чем литейных.

Литейные сплавы алюминия - одни из основных конструкционных материалов, широко применяемых в электротехнике, приборо- и авиастроении. Литейные сплавы алюминия отличаются высоким содержанием кремния, что сопряжено с высокой сложностью подготовки их поверхности перед покрытиями. Любое покрытие литейного алюминия - сложный процесс, ввиду присутствия на его поверхности оксидной пленки и образовании на поверхности порошка кремния при травлении. Все это препятствует прочному сцеплению покрытия с основой. Данная проблема решается применением специальных операций предварительной подготовки.

6. Титан и его сплавы.

Титан — важнейший конструкционный материал, обладающий целым рядом уникальных свойств. Титан легок, что обуславливается его малой плотностью (4540 кг/м 3 ). Он легче железа почти в 2 раза, хотя и уступает по этому показателю во столько же раз алюминию. Наряду с легкостью титан высокопрочен. Уникальной является способность титана к пассивации и, как следствие, его исключительная коррозионная стойкость. Промышленные газы, соленая вода и окислители не причиняют титану никакого вреда. Однако, при всех положительных качествах титан дорог, прихотлив в обработке и формовке, имеет высокий коэффициент трения. Пайка и сварка титана сложна и трудоемка. Он в 24 раза хуже проводит электричество, чем медь, в 16 раз хуже, чем алюминий и в 4 раза хуже, чем сталь. Титан уступает по теплопроводности алюминию почти в 15 раз, стали - в 5. По температуропроводности титан хуже алюминия также в 15 раз, стали - в 3,5 раза. При высокой температуре титан активно взаимодействует с кислородом, азотом, углеродом, галогенами (хлором, бромом, йодом, фтором), а также серой. Уже при комнатной температуре титан нестоек в щелочах и перекиси водорода.

Нанесение защитно-декоративных гальванических покрытий на титан позволяет улучшить многие его свойства и нивелировать недостатки. Хромирование титана увеличивает его износостойкость и термостойкость. Для повышения электропроводимости и паяемости титана применяется оловянирование (олово-висмут), меднение и серебрение. Антифрикционные свойства улучшаются при покрытии олово-свинцом и свинцом. Никель и сплав никель-фосфор (химникель) защищает титан от воздействия щелочей при любых концентрациях и температурах. Внешний вид титана улучшается за счет блестящих хромовых, никелевых и олово-висмутовых покрытий. Для декоративной отделки титана часто применяется анодное оксидирование. При этом, в отличие от бесцветных полупрозрачных оксидов на алюминии, на титане образуется окрашенная пленка. Цвет ее зависит от приложенного на деталь напряжения, которое может доходить до 120 В. Анодированием можно окрашивать титан в светло-зеленый, темно-серый, голубой, черный, золотистый и иные цвета.

Нанесение металлических покрытий на титан требует большого опыта и сопряжено со значительными трудностями. Благодаря способности почти мгновенно пассивироваться титан всегда имеет на своей поверхности слой оксидов, который резко ухудшает адгезию покрытий. Кроме этого, в титан легко диффундирует водород при подготовке поверхности. Скапливаясь на границе основа/покрытие он также будет вызывать отслоения и ухудшать физико-механические свойства детали.

7. Цинк-алюминий-медные сплавы (ЦАМ).

ЦАМ — сплав цинка с алюминием и медью. Данный материал легко и с высокой точностью льется. Особенностью покрытия данного материала является наличие на его поверхности литейной корочки и скрытых микропор. Ввиду этого, возникает большая опасность появления "пузырей" на покрытии. Кроме того, цинковый сплав прекрасно поглощает водород, образующийся при выполнении гальванических операций. Водород сорбируется при нанесении покрытия и частично десорбируется при хранении. При этом он также может способствовать образованию "пузырей". Для получения качественного покрытия, прочно сцепленного с поверхностью ЦАМ, необходимо применение специализированных технологий.

8. Диэлектрики.

Диэлектрики — неметаллические изделия, не проводящие электрический ток (пластик, древесина, стекло и т.п.). Основная проблема — отсутствие электропроводности. Из-за этого нанести покрытие напрямую не представляется возможным. В этом случае на изделия химически наносят токопроводящий слой. Адгезия гальванического покрытия сильно зависит от предварительной подготовки поверхности диэлектрика

Хром против нержавеющей стали: в чем разница?

Хромирование Сталь и изделия из нержавеющей стали буквально наводнили рынки. Они используются для изготовления зданий, автомобильных деталей, посуды и многих других применений.

Что выбрать: хромированную сталь или нержавеющую сталь?

Это вопрос, который вы, вероятно, зададите. Хотя они могут казаться одним и тем же, между ними есть много различий.

Кроме того, для некоторых приложений может потребоваться использование хромированной стали, тогда как для других приложений подходит нержавеющая сталь.

Нельзя упускать из виду тот факт, что у каждого типа стали есть свои плюсы и минусы. В этой статье мы подчеркиваем ключевые различия между хромистой сталью и нержавеющей сталью.

Определение: хром против нержавеющей стали

Что такое хромированная сталь

Хромированная сталь - это любая сталь, смешанная с хромом с целью предотвращения ржавления. Этот тип стали подвергается процессу, известному как хромирование.

Именно благодаря хромированию на поверхность стального металла наносится определенный процент хрома.

В результате получается блестящий стальной металл, который выглядит привлекательно для глаз. Помимо внешнего вида, хромирование играет некоторую защитную роль. Предотвращает ржавчину и коррозию стали.

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь представляет собой тип металлического сплава, который включает сталь, смешанную с другими элементами, такими как хром, углерод, молибден, никель, кремний и алюминий.

Эти элементы смешиваются в определенном процентном соотношении, что приводит к получению различных марок нержавеющей стали. Например, одна сталь содержит 10% никеля, а другая - 12% никеля.

Не следует ожидать, что две марки нержавеющей стали будут иметь одинаковые свойства.

Наличие никеля увеличивает прочность нержавеющей стали. Сталь не будет легко царапаться или подвергаться коррозии. Также нержавеющая сталь устойчива к ржавчине.

Как отличить нержавеющую сталь от хрома?

Несомненно, отличить нержавеющую сталь от хромовой - непростая задача. На первый взгляд два металла могут показаться одинаковыми.

Хорошая новость в том, что есть способы отличить хромовую сталь от нержавеющей стали.

Один из способов - использовать магнит. Если кусок магнита прилипает к металлу, значит, это не нержавеющая сталь. Это связано с тем, что нержавеющая сталь считается немагнитной. С другой стороны, хромированная сталь может удерживать кусок магнита.

Еще один способ отличить хромированную сталь от нержавеющей - по внешнему виду или внешнему виду.

Хромированная сталь имеет яркий и блестящий вид, а нержавеющая сталь известна своим атласным внешним видом.

Однако использование визуального метода различения хромовой и нержавеющей стали также может ввести вас в заблуждение.

Это возможно, потому что некоторые виды металлической отделки могут сделать нержавеющую сталь яркой и блестящей. Вы можете предположить, что это хромированная сталь, но это не так.

Если вы не уверены, просто проконсультируйтесь со специалистами по металлу для получения четких и кратких разъяснений.

Прочность: хром против нержавеющей стали

Хром более долговечный, чем нержавеющая сталь? При правильном уходе хромированная сталь способна служить вам долгие годы. Он долговечен при правильном использовании и в правильных условиях.

Идеальная среда для хромовой стали - сухие участки. В этом месте также не должно быть элементов, которые могут вызвать щелевую и химическую коррозию.

После проникновения хромовой стали высока вероятность того, что она начнет ржаветь. Есть много вещей, которые могут проникнуть сквозь поверхность хромистой стали. К ним относятся зажимные приспособления, дверной проем и металлические инструменты.

Как только процесс ржавчины начался, она может быстро распространиться под слоем хрома.

Хромированная сталь не является полностью надежной с точки зрения долговечности.

С другой стороны, нержавеющая сталь, вне всяких сомнений, зарекомендовала себя как один из самых прочных металлов. Я прослужу вам долгие годы без повреждений от коррозии или ржавчины.

Изделия из нержавеющей стали имеют тенденцию быть дорогими, и это связано с прочностью этого металла. Эта особенность также делает его идеальным не только для широкого спектра приложений, но и для тяжелых и опасных приложений.

Хром дороже нержавеющей стали?

Что касается стоимости, вы заплатите меньше за хромистую сталь, чем за нержавеющую сталь. Это ожидаемо, поскольку нержавеющая сталь обладает множеством желаемых свойств, чем хромированная сталь.

Как мы уже говорили, одно из свойств - это прочность и долговечность. Нержавеющая сталь прочнее и долговечнее хромированной стали.

Итак, если у вас ограниченный бюджет, предпочтительным металлом должна быть хромированная сталь. Однако это все равно будет зависеть от области применения металла.

Плюсы и минусы: хромирование стали по сравнению с нержавеющей сталью.

Давайте посмотрим на преимущества и недостатки использования хромированной или нержавеющей стали.

Плюсы хромированной стали

-Блестящая и привлекательная отделка

-Не дороже нержавеющей стали

- Имеет элементы современности

-Прочный при правильном использовании

Минусы хромистой стали

-Требует регулярного ухода, чтобы сохранить свой блестящий вид

-Можно легко поцарапать

-Не такой прочный, как нержавеющая сталь

-Показывает отпечатки пальцев и даже частицы пыли

Плюсы нержавеющей стали

-Обладает отличной коррозионной стойкостью

- требует меньшего обслуживания, чем хромированная сталь

-Доступен в разных классах

Минусы

-Не выглядит визуально менее привлекательно, чем хромированная сталь

-Он создает видимые отпечатки пальцев и пыль.

Заключение

Что выбрать между хромированной сталью или нержавеющей сталью? Выбор обязательно будет зависеть от приложения и ваших предпочтений.

Если вам нравится внешний вид предмета или изделий, то вам обязательно стоит выбрать хромированную сталь. Блестящий блеск оставит приятное впечатление.

Тем не менее, вы должны быть готовы приложить некоторые усилия, чтобы сохранить красивый внешний вид.

Если ваша цель - получить прочный и долговечный металл, подойдет нержавеющая сталь. Несмотря на то, что он может быть не таким привлекательным, как хромированная сталь, вы все равно можете нанести индивидуальную отделку из нержавеющей стали.

В противном случае мы в Roche Industry можем помочь вам настроить и обработать как хромовую, так и нержавеющую сталь.

Ссылки на связанные источники:

Рошиндустри специализируется на высоком качестве Быстрое прототипирование, быстрый мелкосерийное производство и крупносерийное производство. Услуги быстрого прототипа, которые мы предоставляем, - это профессиональный инжиниринг, Обработка CNC включая фрезерные и токарные станки с ЧПУ, Изготовление листового металла или прототипирование листового металла, Умрите литье, металлическое тиснение, Вакуумное литье, 3D печать, SLA, Изготовление прототипов методом экструзии пластика и алюминия, Быстрая оснастка, Быстрое литье под давлением, Обработка поверхности закончить услуги и другие услуги быстрого прототипирования Китая, пожалуйста свяжитесь с нами прямо сейчас.

Хромирование | Механизм и технология гальванического процесса | Виды, структура и свойства хрома.

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

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.

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:
1. диффузионная зона в пределах границы двух поверхностей;
2. 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:
1. в холодном состоянии;
2. в нагретом состоянии;
3. 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.

Читайте также: