Хромирани
1. Литературен преглед
1.1 ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ
Хромът е елемент от 6-та група на периодичната система от елементи на D I-Менделеев. Неговият атомен номер е 24, атомната маса е 51,99. Преди хрома нито един елемент от периодичната система не е изолиран чрез електролиза от водни разтвори.
Физичните свойства на хрома са както следва: точка на топене 1890–1900 °C; точка на кипене 2500 °C; плътност (при 20 ° C) 6,9 - 7,2 g / cm 3; температурен коефициент на линейно разширение (при 20 ° C) 6,6 * 10 "6 K 1; специфичен топлинен капацитет 0,46-10 3 J / (kg-K).
Съединенията на шествалентен хром са силни окислители. Хромният анхидрид, когато се разтвори във вода, образува смес от полихромни киселини. В разреден разтвор се образува H2 [CrO4], при средна концентрация - H2 [CrO3 (CrO4)]. При по-нататъшно увеличаване на концентрацията се образуват H2 [CrO3 (CrO4 )]2 и H2[CrO3 (CrO4 )3]. Всички хромови киселини са силни; тъй като съставът им става по-сложен, степента на тяхната дисоциация в разредени разтвори се увеличава. При 25°C константите на дисоциация на хромната киселина за първия и втория етап са съответно 1,8-10-1 и 3,20-10-7. Оксидът Cr2O3 има амфотерни свойства. Cr 2+ съединенията, които имат основни свойства, са нестабилни.
1.2 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НА ЕЛЕКТРООТЛАГАНИЯ ХРОМ
Структура. Електролитният хром има фина кристална структура. Кристалите на блестящия хром 0,001-0,01 µm имат най-малки размери. Матовите и млечните хромови кристали имат размери на кристалите от 0,1-10 микрона. Хромните отлагания се характеризират с наслояване и образуване на характерни израстъци, микросфероиди, на повърхността (фиг. 10), които се наблюдават при отлагането на достатъчно дебели покрития (повече от 30–50 μm).
Има две основни структурни модификации на електроотложен хром:
а-хромът е обемно-центриран куб с параметър на елементарна клетка a = 2,878 A (0,2878 nm) и плътност 7,1 g/cm3;
β-хромът е шестоъгълна решетка с параметри a = 2,717 A (0,2717 nm) и c = 4,419 A (0,4419 nm), плътност 6,08 g / cm 5 *. В допълнение към тези две модификации беше открита и γ-Cr модификация с единична клетка от типа a-Mn, съдържаща 58 атома в единичната клетка [a = 8,717 (0,8717 nm)], както и хром, който има лицево-центрирана кубична решетка.
Структурата на α-Cr е стабилна, характерна за утайки от блестящ тип, т.е. утайки, получени при висока температура.
Cr е метастабилен, характерен за утайки, получени при ниски температури, т.е. матови утайки. Хексагоналният хром е фаза на включване на водород в хром или хромов хидрид със състав от CrH до CrH2. Шестоъгълният хром спонтанно се трансформира в стабилна кубична структура (a-Cr), което води до намаляване на обема на утайката с около 15–16%, появата на вътрешни напрежения на опън и напукване на утайката.
Термичната обработка след хромиране води до отстраняване на водорода от хромовото покритие, като по-голямата част от водорода се освобождава при температура, близка до 200 °C.
Вътрешни напрежения. В процеса на електроотлагане в хромни покрития възникват разширения σext. Причината за възникването на тези напрежения са структурни трансформации, които причиняват намаляване на обема на утайката по време на спонтанния преход на нестабилна шестоъгълна структура към тялоцентрирана кубична структура.
В най-голяма степен стойността на σvy се влияе от температурата на електролизата: в диапазона на получаване на лъскави и млечни отлагания, вътрешни напреженияσin намаление. При всяка температура на електролиза се осигурява минимум 0VH в отлаганията при определена плътност на тока, A/dm 2 : при 50°C - 30, при 55°C - 40. Вътрешните напрежения леко намаляват с увеличаване на концентрацията на CO3.
При T близо до 90 °C е възможно да се получат хромни покрития, които нямат cEN.
Микротвърдост. Твърдостта на покритията се определя от режима на електролиза. С повишаване на температурата на електролиза твърдостта намалява, с увеличаване на плътността на тока максималната микротвърдост се наблюдава при плътност, близка до 60 A/dm 2 . При Т= 35-:-45 °С твърдостта на покритията, нанесени от разредени (150 g/l) и от стандартни електролити (250 g/l) практически не се различават. При температура 65–75 °C твърдостта на утайките от разреден електролит е с 10–20% по-висока. Термичната обработка след хромиране води до намаляване на твърдостта и увеличаване на размера на зърната на покритието.
Износоустойчивост. Най-устойчивите на износване покрития, като правило, се прилагат при режими на електролиза, които осигуряват покрития на границата на зоните на отлагане на лъскави и млечни покрития. В много случаи обаче е установено, че с увеличаване на твърдостта износоустойчивостта на отлаганията се увеличава. Термичната обработка, извършена след хромиране, влияе върху устойчивостта на износване на покритията. Най-висока износоустойчивост имат покритията, термично обработени в диапазона 150-200°C. Топлинната обработка при по-високи температури води до значително намаляване на устойчивостта на износване. Валежите, получени при T = 70 C повече, практически не променят устойчивостта на износване в резултат на топлинна обработка.
Порьозност. Хромните покрития се характеризират с порьозност в резултат на напукване на покритията под действието на ат. Появата на порьозност под формата на мрежа от пукнатини започва при достиганеопределена дебелина на покритието.
Порестата структура на хромните отлагания, получени при различни температури на хромиране, определя скоростта на неговото разрушаване SR в 1 N. НС1 при T=40°C:
Порьозността на хрома се влияе главно от температурата на електролизата и съотношението между CrO3 и H2 5O4. Като количествен критерий за порьозност е избран броят на зоните, образувани в резултат на появата на мрежа от пукнатини върху покритието на mm 2 от повърхността.
1.3 ТЕХНОЛОГИЧНИ ОСОБЕНОСТИ НА ПРОЦЕСА
Размерно хромиране. При нанасяне на дебели износоустойчиви покрития, както върху нови части, така и върху вече експлоатирани части (ремонт), е необходимо да се използват специални закачалки и аноди. Това е необходимо за равномерно отлагане на покритието, тъй като електролитите за хромиране имат нисък PC. Процесът на получаване на хромирани покрития с еднаква дебелина, частично или напълно изключващ окончателната обработка на детайлите, се нарича размерно хромиране.
В много случаи, например при хромиране на печати, се използват профилирани аноди за размерно хромиране, възпроизвеждащи релефа на повърхността, която ще бъде покрита. При окачване на части във ваната трябва да се има предвид, че по време на електролизата се отделя голямо количество газове, които не трябва да се натрупват вътре в частта или вътре в окачването.
При хромиране на външната повърхност на цилиндрични части, в случаите, когато не се използват специални устройства за окачване с пръстеновидни индивидуални аноди, се препоръчва използването на кръгли аноди с диаметър 40-80 mm. Анодите са подредени по този начин. така че да има поне четири анода около всяка част. Оптималното междуелектродно разстояние се счита за 100-150 mm. Чрез намаляване на това разстояние до 50 мм.Наблюдава се при увеличаване на междуелектродното разстояние над 200–250 mm.
Когато окачвате частите вертикално във ваната, долните ръбове на частите трябва да са на повече от 200 mm от дъното. Разстоянието от повърхността на електролита е 100–150 mm.
За да се подобри равномерността на отлагането на хром, е възможно да се хромират части в хоризонтално положение. В този случай не е необходимо непрекъснато въртене на частите. Периодичното въртене се извършва с помощта на специално устройство (фиг. 1).
Фиг. 1. Висулки за хромиране на части в хоризонтално положение: а - вана, окачена на два пръта: 1 - траверса; 2 - окачващ прът; 3 - порта спица за периодично въртене на детайла; 4 - уплътнителни дискове; 5 - екран; 6 - втулки за окачване; b - окачени на една пръчка; 1 - дръжка за завъртане; 2 - кука; 3 - траверса; 4 - зъбни колела от винилова пластмаса; 5 - прът; 5 - съединители за закрепване на части
Завъртането на частите под ъгъл от 90 ° се извършва чрез преместване на дръжките на спиците, които са над нивото на електролита. Завъртането се извършва, докато следващата спица излезе от електролита. Честотата на въртене зависи от дебелината на натрупания слой, както следва:
Периодичното въртене на части може да се извърши и с различен дизайн на устройството за окачване, когато няколко части се въртят едновременно.
При хоризонтално положение на частите в електролита, хромирането се извършва с плоски аноди, отдалечени от повърхността на частите с 100-150 mm.