Основные виды гальванических покрытий и области их применения

Гальваническое хромирование может быть декоративным или служить средством повышения коррозионной стойкости и износостойкости деталей. Если хромирование применяют для защиты от коррозии, то стальные детали предварительно покрывают слоем меди толщиной 0,03 - 0,04 мм и слоем никеля толщиной 0,015 - 0,02 мм или только слоем никеля, после чего наносят слой хрома толщиной 0,01 - 0,2 мм. Подслои необходимы также, когда детали работают на износ в коррозионных средах.

Для повышения износостойкости деталей слой хрома толщиной до 0,1 - 0,2 мм наносят непосредственно на стальную поверх­ность. В этих случаях часто применяют электролитическое хроми­рование. Электролитический хром обладает высокой коррозион­ной стойкостью, низким коэффициентом трения, высокой твердо­стью (НВ 1000 - 1100) и жаростойкостью. Хромовые покрытия снижают коэффициент трения сопряженных пар, что уменьшает тепловыделение при трении. Износостойкость хромированных де­талей возрастает в 5 - 15 раз. При тщательной подготовке поверхности прочность сцепления хрома со сталью, чугуном, никелем, медью и латунью при испытании на сдвиг достигает 300 МПа. Од­нако стали с высоким содержанием вольфрама и кобальта, а также высокоуглеродистые стали и высококремнистые чугуны хромиро­вать нельзя. Трудно получить хорошее сцепление хрома с поверх­ностью деталей, испытывающих значительные внутренние напря­жения (например, в результате неправильной закалки).

В качестве электролита для хромирования обычно применяют хромовый ангидрид с добавками серной кислоты. Не­растворимые аноды изготовляют из свинца или сплава с сурьмой. Электролиты с более низкой концентрацией хромового ангидрида позволяют получить повышенную твердость хромового слоя. Од­нако при работе с ними нужно чаще корректировать состав ванны и применять более высокое напряжение.

Физико-механические свойства электролитических осадков хрома зависят от режима хромирования и толщины покрытия. Раз­личают три основных типа хромовых покрытий: молочные, бле­стящие и матовые. Для декоративных целей применяют хромиро­вание при плотности тока 10-50 А/дм² и температуре электролита 45 - 50 °С. При этом получают гладкие блестящие поверхности.

Молочные хромовые покрытия получают при температуре электролита 65 - 72 °С и плотности тока более 15 А/дм². Их при­меняют главным образом для защиты деталей от коррозии. Для повышения износостойкости деталей используют матово-блестящие, молочно-блестящие осадки хрома, имеющие высокую твердость. Их получают при плотностях тока 30 - 100 А/дм² и температуре электролита 55 - 65 °С.

Для повышения износостойкости деталей применяют также пористое хромирование, отличающееся от твердого введением операций травления (анодной обработки) после наращивания бле­стящего, матово-блестящего или молочно-блестящего хрома, дающего сетку тончайших трещин. Травление ведут в той же ван­не, что и хромирование, причем анодом служат обрабатываемые детали, а катодом - свинец. Глубина пор может быть 0,5 - 1,0 мм, а их площадь 20 - 50 %.

Оптимальная плотность тока для получения покрытий с тон­чайшими первичными трещинами 40 - 60 А/дм² при температуре электролита 50 - 75 °С. С повышением температуры пористость уменьшается, а ширина каналов (пор) увеличивается (сетка пор становится редкой).

В зависимости от режимов обработки пористость может быть канальчатой (с сечением каналов примерно 0,05 ´ 0,05 мм) или точечной. При плотности тока 40 А/дм² и температуре электролита 45 - 60 °С для получения канальчатого пористого покрытия анод­ную обработку ведут в течение 7-8 мин, для получения точечного покрытия 11-12 мин. В первом случае травят молочные и молочно-блестящие осадки, во втором - матовые и матово-блестящие с последующей притиркой. Точечная пористость обладает большей маслоемкостью, поэтому ее применяют для упрочнения деталей, работающих в особо тяжелых условиях, например для верхних компрессионных поршневых колец двигателей. Точечная порис­тость характеризуется быстрой прирабатываемостью, но износо­стойкость покрытия с точечной пористостью несколько ниже из­носостойкости канальчатого покрытия. Канальчатое покрытие применяют для гильз цилиндров. Износ пористохромированных гильз и поршневых колец меньше нехромированных в 4 - 7 раз, причем износ сопряженных стальных деталей уменьшается в 3-5 раз.

Наряду с пористыми покрытиями для повышения износостой­кости деталей применяют плотные покрытия, наносимые по на­катке. Срок службы их в 1,5-2 раза больше пористых покрытий, а расход хрома меньше (30-50 % от расхода при канальчатом хро­мировании).

После хромирования детали часто подвергают шлифованию и доводке. При снятии большого слоя хрома для сохранения порис­тости после механической обработки шлифование иногда выпол­няют в два этапа: предварительное после хромирования и оконча­тельное после анодной обработки. Шлифование хромированных деталей рекомендуется выполнять шлифовальными кругами СМ1-С2 зернистостью 36 - 46 или СМ1-С1 зернистостью 60 - 80 при скорости вращения круга 20-35 м/с, скорости вращения дета­ли не менее 10 м/мин, глубине резания 0,005 – 0,015 мм/дв. ход, подаче 0,2 - 0,5 (в долях круга) и расходе охлаждающей жидкости 15 л/мин. При обработке, особенно анодной, у выхода из каналов появляются бугорки высотой до 0,8 мкм, поэтому отделочное шлифование, хонингование или доводку рекомендуется выполнять после анодной обработки.

Качество хромового покрытия контролируют дважды: после хромирования и после шлифования. При предварительном кон­троле наружным осмотром выявляют наросты, непокрытые места, отслаивание, чешуйчатость, раковины, следы шелушения и другие дефекты.

Упрочнение хромированием широко применяют в машино­строении и приборостроении для повышения износостойкости ци­линдров и двигателей, поршневых колец, плунжерных пар топ­ливных насосов дизелей и других деталей, а также при изготовле­нии и ремонте режущего, измерительного инструмента и штампов.

При хромировании калибров, пробок, скоб, крепежных дета­лей, арматуры толщина слоя хрома 3-10 мкм; деталей, работаю­щих при давлении выше 2,5 МПа с динамическими нагрузками и нагревом [пресс-форм для литья под давлением, пуансонов, мат­риц для алюминия, режущего инструмента (развертки, фрезы, прошивки, зенкеры)], 15 мкм; деталей, у которых хромированная поверхность соприкасается с металлом, парами и газами под дав­лением и покрытие подвергается нагреву (пресс-форм для пласт­массы, формовочных штампов, сопел), 30-50 мкм; деталей, рабо­тающих при средних давлениях (0,5 - 2,5 МПа), например шеек роторов, шпинделей, пальцев и валиков в шарнирах, соединитель­ных пальцев, поверхностей шеек и кулис, 50 - 60 мкм; деталей, работающих на изнашивание поверхности при давлении 0,5 МПа, например измерительных инструментов (калибров, пробок, скоб, направляющих валиков и втулок), до 80 мкм; деталей, работающих без динамических нагрузок и без перемещений хромированной поверхности (гнезд подшипников; деталей, требующих доводки), до 100 мкм; трущихся деталей станков, машин и механизмов (шеек валов и зубчатых колес, соединительных пальцев, валиков, щек кулис, шпинделей, шеек осей, реек, червяков) - 10 - 15 мкм; дета­лей, требующих восстановления размеров, прессовых и плотных соединений, гнезд шарикоподшипников - до 1000 мкм; цилиндров двигателей внутреннего сгорания - 20 - 50 мкм; вытяжных и обрубных штампов - 3 - 10 мкм; пресс-форм для пластмасс, резины и стекла - 40 - 60 мкм; пресс-форм для литья металла под давле­нием - 10-20 мкм.

Качество хромирования зависит от выбора подвесного уст­ройства, расположения анодов по отношению к покрываемой по­верхности и защиты мест, не подлежащих покрытию. Подвесные устройства нужно конструировать так, чтобы между анодом и ка­тодом (покрываемой поверхностью) было одинаковое расстояние по всему объему ванны, а электролит был ограничен непроводя­щими ток поверхностями, предотвращающими отклонение сило­вых линий. Утечка устраняется полной изоляцией одного из элек­тродов. Для выхода газов, образующихся между анодом и като­дом, можно делать отверстия в аноде. Равномерности отложения хрома, особенно при размерном хромировании, способствует ус­тановка в ванне экранов. Нехромируемые места обычно изолиру­ют листовым целлулоидом, целлулоидными лаками (цапонлак, эмалит), полихлорвиниловым пластикатом.

Для покрытия небольших участков крупных деталей (напри­мер, шеек длиной до 200 мм трансмиссионных и других валов длиной 5 - 10 м) целесообразно применять местное хромирование, без погружения в ванну всей детали.

Большой интерес представляет хромирование деталей, рабо­тающих в условиях кавитационного разрушения. Стойкость мо­лочного хромового осадка к кавитационному разрушению не зави­сит от основного материала детали. Кавитационное разрушение молочного хрома в 13 раз меньше износа стали 45; в этом отноше­нии он не уступает высокохромистым сталям 9X13, Х9С2, а также сталям У8, ШХ15, ХВГ, обработанным на высокую твердость.