Хромирование, одно из необходимых покрытий для любой мастерской. Относится к наиболее трудоемким процессам гальванотехники. Оно требует особой тщательности и соблюдения чистоты как при приготовлении электролита, так и самих веществ, входящих в его состав. Вода используется дистиллированная или (лишь в крайнем случае!) основательно прокипяченная.
Электролитическая ванна:
Занятия модельной гальванотехникой начните с изготовления ванны. Прежде всего подберите кастрюлю на 10 л и трехлитровую стеклянную банку. Емкости меньшего размера лучше не применять — это может усложнить регулировку параметров процесса, да и при приведенных величинах объема ванны хватает лишь для хромирования 6—8 гильз цилиндров.
Склеив из 1—1,5 мм фанеры корпус, соберите ванну согласно приведенному рисунку и закройте все фанерным кольцом. Работа над ванной заканчивается вытачиванием крышки кастрюли и монтажом на ней ТЭНов и контактного градусника.
Теперь — электрооборудование. Для питания ванны можно использовать любой источник постоянного тока с подключенным на выходе электролитическим конденсатором 80 000 мкф X 25 В. Провода питания должны иметь сечение не меньше 2,5 мм2. Регулятором силы тока, заменяющим регулятор напряжения, может служить секционный реостат. Он включается последовательно с гальванической ванной и состоит из параллельных, включаемых однополюсными рубильниками секций. Каждая последующая имеет сопротивление вдвое больше предыдущей. Число таких секций 7—8.
На передней панели блока питания установите две розетки на 15 А, одну — нормальной полярности, другую — обратной. Это позволит быстро провести анодную обработку детали и перейти на хромирование простым переставлением вилки. Розетки с тремя выходами, чтобы не ошибиться в полярности (подключаются, конечно, только два гнезда).
Для поддержания постоянной температуры электролита ванна снабжается контактным градусником. Напрямую управлять работой ТЭНов он не может из-за больших токов, поэтому потребуется собрать несложное устройство, схема которого приведена на рисунках.
1 —внутренний корпус (кастрюля объемом 10 л), 2 — корпус (фанера толщиной 1 — 1,5 мм), 3 — теплоизоляция (стеклоткань), 4 — теплоизолирующий слой (асбестовая крошка, песок, стекловата), 5 — трубчатый электронагреватель ТЭН, 6 — контактный градусник, 7 — трехлитровая стеклянная емкость (банка), 8-крышка (дельта-древесина).
Схема управляющего устройства.
Детали терморегулятора: транзисторы МП13 — МП16, МП39—МП42 (VТ1); 213—217 (VТ2) с любыми буквенными обозначениями; резисторы МЛТ-0,25, диод— Д226, Д202—Д205; реле —ТКЕ 52 ПОДГ или ОКН паспорт РФ4.530.810.
Наладка терморегулятора: если при закорачивании точек 1—2 реле не срабатывает, соединяют эмиттер и коллектор VII. Включение реле указывает на неисправность или малый коэффициент усиления VТ1. В противном случае неисправен транзистор VТ2 или он имеет недостаточный коэффициент усиления.
Собрав и наладив устройство ванны, можно приступать к приготовлению электролита.
Приготовление электролита:
- налить в банку чуть больше половины подготовленной дистиллированной воды, подогретой до 50°
- засыпать хромовый ангидрид и размешать
- долить воду до расчетного объема
- влить серную кислоту
- проработать электролит 3—4 ч из расчета 6—8 А г/л.
Последняя операция нужна для накопления небольшого количества ионов Сr3 (2—4 г/л), присутствие которых благоприятно сказывается на процессе осаждения хрома.
СОСТАВЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Хромовый ангидрид — 250 г/л или 150 г/л
Серная кислота — 2,5 г/л или 1,5 г/л
Важно: Режимы хромирования
Процесс хромирования в сильной степени зависит от температуры электролита и плотности тока. Оба фактора влияют на внешний вид и свойства покрытия, а также на выход хрома по току. Необходимо помнить, что с повышением температуры выход по току снижается; с повышением плотности тока выход по току возрастает; при более низких температурах и постоянной плотности тока получаются серые покрытия, а при повышенных — молочные. Практическим путем найден оптимальный режим хромирования: плотность тока 50—60 А/дм2 при температуре электролита 52° — 55° ±1°.
Чтобы быть уверенным в работоспособности электролита, в приготовленной ванне можно покрыть несколько деталей, подобных по форме и размерам рабочим образцам. Подобрав режим и узнав выход по току простым замером размеров до и после хромирования, можно приступать к покрытию гильз.
По предложенной методике накладывают хром на стальные, бронзовые и латунные детали. Подготовка их заключается в промывке поверхностей, подлежащих хромированию, бензином и затем мылом (с помощью зубной щетки) в горячей воде, зарядке в оправку и размещении в ванне. После погружения в электролит нужно подождать 3—5 с и затем включить рабочий ток. Задержка нужна для того, чтобы деталь прогрелась. Одновременно происходит активирование поверхности деталей из латуни и меди, так как эти металлы хорошо травятся в электролите. Однако больше 5 с ждать не следует — в составе этих металлов есть цинк, присутствие которого в электролите недопустимо.
Хромирование алюминиевых сплавов
На процессах нанесения хрома на алюминиевые сплавы нужно остановиться особо. Выполнение таких покрытий всегда сопряжено с рядом трудностей. Прежде всего это необходимость предварительного нанесения промежуточного слоя.
Сплавы алюминия, содержащие большое количество кремния (до 30%, сплавы марок АК12, АЛ25, АЛ26, САС-1), можно хромировать следующим образом:
- промывка детали в бензине
- промывка в горячей воде со стиральным порошком или мылом
- обработка детали в растворе азотной и плавиковой кислот (отношение 5:1) в течение 15—20 с
- промывка в холодной воде
- установка детали на оправке и хромирование (загрузка в ванну под током!)
Другое дело, если необходимо покрыть хромом сплав АК4-1. Его удается отхромировать только с помощью промежуточного слоя.
К таким методам относятся:
- цинкатная обработка
- по подслою никеля
- через соль никеля
- через анодную обработку детали в растворе фосфорной кислоты
Во всех случаях детали подготавливают следующим образом:
- шлифование (и притирка)
- очистка (удаление жировых отложений после шлифовки в бензине или трихлорэтилене, затем в щелочном растворе)
- промывка в проточной холодной и теплой (50—60°) воде
- травление (для удаления частиц, оставшихся на поверхности после шлифовки и притирки, а также для улучшения подготовки поверхности детали к нанесению хрома)
Для травления используется раствор едкого натра (50 г/л), время обработки 10—30 с при температуре раствора 70—80°.
Для травления сплавов алюминия, содержащих кремний и марганец, лучше использовать такой раствор, в весовых частях:
азотная кислота (плотность 1,4)—3,
плавиковая кислота (50%) — 1.
Время обработки деталей 30—60 с при температуре раствора 25—28°. После травления, если это гильза цилиндра, ее надо немедленно промыть в проточной воде и на 2—3 с опустить в раствор азотной кислоты (50%) с последующей промывкой водой.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ХРОМОВОГО АНГИДРИДА
СгОа В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УДЕЛЬНОГО ВЕСА РАСТВОРА
| Удельный вес при 15гр | Содержание CrO3 | |
| в молях | в г/л | |
| 1.07 | 1.00 | 100 |
| 1.08 | 1.14 | 114 |
| 1.09 | 1.29 | 129 |
| 1.10 | 1.43 | 143 |
| 1.11 | 1.57 | 157 |
| 1.12 | 1.71 | 171 |
| 1.13 | 1.85 | 185 |
| 1.14 | 2.00 | 200 |
| 1.15 | 2.15 | 215 |
| 1.16 | 2.29 | 229 |
| 1.17 | 2.43 | 243 |
| 1.18 | 2.57 | 257 |
| 1.19 | 2.72 | 272 |
| 1.20 | 2.88 | 288 |
| 1.21 | 3.01 | 301 |
| 1.22 | 3.16 | 316 |
| 1.23 | 3.30 | 330 |
| 1.24 | 3.45 | 345 |
| 1.25 | 3.60 | 360 |
| 1.26 | 3.75 | 375 |
| 1.27 | 3.90 | 390 |
| 1.28 | 4.06 | 406 |
| 1.29 | 4.22 | 422 |
| 1.30 | 4.38 | 438 |
| 1.31 | 4.53 | 453 |
| 1.32 | 4.68 | 468 |
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Цинкование
Алюминиевые изделия при комнатной температуре опускают на 2 мин в раствор (едкий натр 400 г/л, сернокислый цинк 120 г/л, соль Рошеля 5—10 г/л. Или: едкий натр 500 г/л, окись цинка 120—140 г/л) при постоянном его перемешивании. Покрытие, достаточно равномерное и имеет серый (иногда голубой) цвет.
Если цинковое покрытие легло неравномерно, деталь опускают в стравливающий 50-процентный раствор азотной кислоты на 1—5 с и после промывки повторяют цинкование. Для магнийсодержащих сплавов алюминия двойное цинкование обязательно. Нанеся второй слой цинка, деталь промывают, заряжают в оправку и под током (без подачи напряжения цинк успевает частично раствориться в электролите, загрязняя его) устанавливают в ванне. Предварительно оправка с деталью погружается в стакан с водой, нагретой до температуры 60°. Процесс хромирования обычный.
Никелирование (химическое)
Если цинк не ложится на алюминий (наиболее часто это происходит на сплаве АК4-1), можно попытаться нанести хром через никель.
Порядок работы:
- притирка поверхности
- обезжиривание
- травление 5—10 с в растворе азотной и плавиковой кислот, смешанных в соотношении 3:1
- никелирование
Последняя операция — в растворе следующего состава:
- сернокислый никель 30 г/л,
- гипофосфит натрия 10—12 г/л,
- уксуснокислый натрий 10—12 г/л,
- гликоколь — 30 г/л.
В начале составляется без гипофосфита, который вводится перед никелированием (с гипофосфитом раствор долго не хранится). Температура раствора при никелировании 96—98°. Можно использовать раствор и без гликоколя, тогда температура должна быть снижена до 90°. За 30 мин на деталь осаждается слой никеля толщиной от 0,1 до 0,05 мм. Посуда для работ — только стеклянная или фарфоровая, так как никель осаждается на все металлы восьмой группы периодической таблицы. Хорошо поддаются никелированию латунь, бронза и другие медные сплавы.
После осаждения никеля проводится термообработка для улучшения сцепления с основным металлом (200—250°, выдержка 1—1,5 ч). Затем деталь монтируется на оправке для хромирования и опускается на 15— 40 с в раствор 15% серной кислоты, где обрабатывается обратным током из расчета 0,5—1,5 А/дм2. Происходит активирование никеля, удаляется окисная пленка, и покрытие приобретает серый цвет. Кислота должна применяться только химически чистая (в самом крайнем случае аккумуляторная). Иначе никель приобретает черный цвет, и хром на такую поверхность никогда не ляжет.
После этого оправку с деталью загружают в ванну хромирования. Вначале дают ток в два раза больший, затем в течение 10—12 мин его уменьшают до рабочего.
Дефекты химического никелирования:
- никелирование не происходит: — деталь не прогрелась, следует подождать некоторое время
- пятна на поверхности (характерно для АК4-1): плохая термообработка детали, нужно ее термообработать при 200—250° в течение 1,5—2 ч
Удаление никеля с алюминиевых сплавов можно производить в растворе азотной кислоты.
Иногда в процессе никелирования происходит саморазряд — выпадение порошкообразного никеля. В этом случае раствор выливают, а посуду обрабатывают раствором азотной кислоты для удаления с ее поверхности никеля, который будет мешать осаждению на детали.
Хотелось бы отметить, что никель-фосфор сам по себе обладает весьма интересными свойствами, не присущими хромовым покрытиям. Это равномерность слоя на поверхности деталей (после осаждения доводки не требуется); высокая твердость после термообработки (режим 400° в течение часа дает твердость покрытия НУ 850—950 и больше); низкий коэффициент трения по сравнению с хромом; очень незначительное расширение; высокий предел прочности при растяжении.
Никель-фосфор без дальнейшего нанесения хрома может использоваться не только как промежуточное покрытие на гильзах, но и как рабочее, снижающее трение и износ, для золотников и поршневых пальцев. После двух лет активной эксплуатации двигателя с деталями подобной отделки на них отсутствовала явная выработка, характерная для стальных каленых поверхностей.
Нанесение хрома через соль никеля
Весь процесс сводится к следующему:
- травление в растворе едкого натра (50 г/л, т=80°, 20 с)
- промывка в проточной воде
- нанесение 1-го промежуточного слоя (хлористый никель, 1 мин)
- стравливание промежуточного слоя в растворе азотной кислоты (раствор кислоты 50%, 1 мин)
- нанесение 2-го промежуточного слоя (хлористый никель, 1 мин)
- промывка водой
- травление (азотная кислота 50%, 15 с)
- промывка в проточной воде
- загрузка в ванну хромирования под током
Нанесение хрома через анодную обработку
Вместо промежуточных слоев можно выполнять анодную обработку в растворе 300—350 г/л фосфорной кислоты при температуре 26—30°, напряжении на зажимах 5—10 В и плотности тока 1,3 а/дм2. Ванну следует охлаждать. Для сплавов, содержащих медь и кремний, применяют раствор 1 50—200 г/л фосфорной кислоты. Режим — 35°, время обработки 5—15 мин.
После анодной обработки следует провести кратковременную катодную обработку в щелочной ванне, которая частично снимает оксидный слой. Как показали исследования, в процессе анодной обработки алюминиевых сплавов в фосфорной кислоте на деталях образуется шероховатая поверхность, которая способствует прочному сцеплению наносимого впоследствии покрытия.
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, ОПРАВКИ
Хромирование гильзы
Для выполнения работ с гильзой цилиндра изготавливается оправка. Ее устройство понятно из приведенного рисунка, остановимся лишь на отдельных деталях.
Анод — стальная шпилька; с одного ее конца на длине 50—60 мм наплавляется свинец с сурьмой (7—8%). Свинец протачивается по наружному диаметру до 6 мм (для гильз рабо¬чим 0 15 мм). С другой стороны шпильки нарезается резьба для фиксации провода.
Катодом служит кольцо с внутренним диаметром, на 0,5 мм превышающим внутренний размер гильзы. В него вчеканивается отрезок изолированного провода. Медные и латунные проводники лучше не использовать — электролит растворяет их, и контакт может быть нарушен.Перед монтажом оправки в ванне полезно проверить надежность контактов тестером.
Оправка для хромирования гильзы цилиндра:
1 — крышка (винипласт), 2 — верхняя часть оправки (фторопласт), 3 — нижняя часть оправки (фторопласт), 4 — анод (сталь), 5 — катод, 6 — сквозное окно для прохода электролита, 7 — покрываемая гильза, 8 — насадка-изолятор.
Оправка для хромирования вала и поршневого пальца:
1 — анод, 2 — катод, 3 — коленвал, 4 — конусная оправка, 5 — поршневой палец.
Хромирование стальных деталей
(коленвал, палец кривошипа, палец поршня, обоймы подшипников)
Хромирование стальных деталей ведется по следующей технологии:
- удаление жировых пятен с помощью бензина
- промывка в горячей воде с мылом
- обработка детали обратным током в течение 2—3 мин
- переключение в режим хромирования с током, в 2—2,5 раза большим расчетного, и постепенное снижение тока в течение 10—15 мин
Расчетный ток определяется перемножением площади хромируемой поверхности на ток процесса. Для стали последняя величина — 50 А/дм 2. При хромировании, например, посадочного места под коренной подшипник на коленвале двигателя КМД-2,5 расчетный ток будет равен 0,03 дм2Х50 А/дм 2= 1,5 А.
Для хромирования пальца кривошипа понадобится новая оправка. Как и при обработке коленвала, все открытые участки поверхности закрываются клеем «АГО». Анод вытачивается из стали с последующей заливкой свинцом и расточкой отверстия под палец. Применение стальной детали объясняется необходимостью обеспечить надежный контакт — в свинце резьбовые соединения ненадежные. Расчеты токов аналогичны. Работа проводится в оправке вала с помощью специальной насадки.
Практически ничем не отличается хромирование подшипников. Единственное — для предохранения внутренней части детали ее заполняют солидолом или другой консистентной смазкой, которая после нанесения покрытия вымывается бензином.
Оправка для хромирования внешней обоймы шарикоподшипника:
1 — корпус оправки подшипника,
2 — шарикоподшипник, 3 — фигурная гайка, 4 — анод (свинец), 5 —
центральная часть оправки для хромирования, 6 — катод (сталь), 7 —
крышка, 8 — сквозное окно для прохода электролита.
Оправка для хромирования пальца кривошипа:
1 — коленвал (он же катод), 2 — сквозное окно для прохода электролита, 3 — анод, 4 — винт крепления крышки, 5 — детали оправки (фторопласт).
Концентрация хромового ангидрида в электролите контролируется с помощью ареометра. Концентрацию же серной кислоты удается определять лишь, к сожалению, косвенно, по качеству покрытия.
В процессе хромирования идет испарение электролита. В этих случаях доливают воду до нужного уровня. Делается это без установки деталей — возможно изменение температуры электролита.
После хромирования все изделия подвергают термообработке в течение 2—3 ч для удаления водорода, при температуре 150—170°. Все работы ведутся под вытяжным приспособлением, в резиновых перчатках и в очках.
ДЕФЕКТЫ ХРОМИРОВАНИЯ И ИХ ПРИЧИНЫ
1. Хром не оседает на изделие:
- плохой контакт у анода или катода
- мало сечение проводников
- на поверхности анода образовалась толстая пленка окислов (удаляется в растворе соляной кислоты)
- мала плотность тока
- высока температура электролита
- мало расстояние между электродами
- избыток серной кислоты
2. Покрытие отслаивается:
- плохое обезжиривание поверхности
- нарушалась подача тока
- колебание температуры или плотности тока
3. На поверхности хрома — кратеры, отверстия:
- на поверхности детали задерживается водород — изменить подвеску так, чтобы газ свободно удалялся
- на поверхности основного металла имеется графит
- поверхность основного металла окислена, пориста
4. На выступающих частях утолщенное покрытие:
- повышенная плотность тока
5. Покрытие жесткое, отслаивается:
- мала плотность тока, повышена температура электролита
- в процессе хромирования изменялась температура электролита
- в процессе шлифования изделие перегрелось
6. Хром не оседает вокруг отверстий детали:
- большое выделение водорода — закрыть отверстия пробками из эбонита
- избыток серной кислоты
7. На покрытии коричневые пятна:
- нехватка серной кислоты
- избыток трехвалентного хроме(более 10 г/л) — выдержать ванну под током без деталей, увеличив поверхность анодов и уменьшив — катодов
8. Мягкое «молочное» покрытие:
- высока температура электролита
- мала плотность тока
9. Покрытие матовое, неровное, трудно притирается:
- нехватка хромового ангидрида
- велика плотность тока
- нехватка серной кислоты
- избыток трехвалентного хрома
10. Покрытие пятнистое и матовое:
- в процессе хромирования прерывалась подача тока
- изделие перед загрузкой было холодное
11. В одних местах покрытие блестящее, в других матовое:
- велика плотность тока
- низка температура электролита
- неодинакова плотность тока на выступающих и углубленных частях детали.
/Ю. МУССАЛИТИН, мастер спорта СССР
о нанесении хромового покрытия на детали из различных металлов/
Раздел: Хобби