Химическое хромирование – эффективный способ нанесения хрома

1 Химический способ хромирования

Хромирование – это процесс нанесения хрома на металлическое изделие. Такая обработка позволяет существенно изменить или улучшить физико-химические характеристики поверхности детали, инструмента, иного объекта, а также придать последним привлекательный внешний вид. Поверхность хромированных изделий обладает высокой стойкостью к коррозии, жаростойкостью, износостойкостью, более технологичными электромагнитными и механическими свойствами.

Наиболее распространенными способами нанесения хрома являются электролитический и диффузионный. Химическое хромирование производится с помощью водных растворов при определенной температуре, в отличие от первых двух способов, не требует специального оборудования и позволяет получить необходимое покрытие для изделий любой формы на всей их поверхности, даже в полостях.

В основе этого процесса лежит химическая реакция, во время которой хром восстанавливается из растворов своих солей посредством гипофосфита натрия и ряда других химреактивов, а затем осаждается на металлическую поверхность. Именно наличие гипофосфита натрия во всех смесях, применяемых при химическом нанесении хрома, является главным отличием от любого состава химраствора хромирования установкой для электролитического способа получения такого покрытия.

При химическом методе получают слой хрома, который первоначально имеет серый цвет и приобретает требуемый блеск после полирования. Химический способ, по сравнению с электролитическим и диффузионным, позволяет нанести более качественное хромовое покрытие, в котором присутствует фосфор, значительно увеличивающий его твердость.

2 Технология химического хромирования – подготовка к нанесению хрома

Технология химического хромирования не требует значительных финансовых вложений, достаточно проста и может проводиться самостоятельно. Однако используемые химреактивы, растворы из них, испарения, образующиеся в процессе химических реакций, ядовиты и представляют опасность для здоровья. Поэтому хромирование необходимо проводить в помещении, которое хорошо проветривается и, желательно, оборудовано принудительной вентиляцией.

Также требуется предусмотреть средства защиты глаз, органов дыхания и кожного покрова тела (очки, респиратор, спецодежду, резиновые перчатки и фартук).

При приготовлении растворов для хромирования химическим способом и других смесей, применяемых во вспомогательных операциях, используют дистиллированную воду. Химреактивы необходимо брать чистые, имеющие на этикетке обозначение "Ч". Посуду для приготовления растворов и хромирования используют эмалированную или стеклянную.

Прежде чем начать хромирование, деталь обязательно тщательно очищают и обезжиривают. От качества проведения этих операций надежность и добротность будущего покрытия зависят в значительной мере. При необходимости изделие подвергают пескоструйной обработке, снимая лишние слои до основного металла, или шкурят наждачной бумагой. Удалению подлежат ржавчина, краска, грязь. Наилучших результатов хромирования можно добиться, если поверхность изделия отшлифовать, а затем отполировать. После этого деталь обезжиривают в следующем водном растворе:

• натр едкий – 100–150 г/л;
• сода кальцинированная – 40–50 г/л;
• клей канцелярский (силикатный) или "жидкое стекло" – 3–5 г/л.

Полученную смесь нагревают до 80–100 °С и держат в ней изделие, в зависимости от уровня загрязненности, от 15 минут до 1 часа. Чем чище и ровнее поверхность, тем надежнее, прочнее будет ее сцепление с покрытием. Затем обработанную и подготовленную деталь декапируют – дополнительно обезжиривают и активируют в специальном растворе. Перечень составов для декапирования указан в конце статьи.

Для алюминия и сплавов из него перед хромированием химическим способом проводят также еще одну обработку – цинкатную. Растворы для этой операции приведены после составов для декапирования. По завершении цинкатной обработки изделия промывают в воде и помещают в хромирующий раствор. Стальные детали перед хромированием обязательно омедняют – наносят на поверхность слой меди. Готовят для этого следующий водный раствор:

• медь сернокислая – 50 г/л;
• кислота серная концентрированная – 5–8 г/л.

Рабочая температура смеси 15–25 °С. Изделие погружают в раствор на 5–10 секунд, затем тщательно промывают в воде и сушат. Хромирование будет более качественным, если провести никелирование – стальную деталь не только омеднить, но и покрыть никелем, толщина слоя которого будет более 1 мкм. После этого приступают к хромированию.

3 Подготовка растворов и хромирование

Последовательность приготовления растворов следующая:

• все химреагенты для хромирования (за исключением гипофосфита натрия) смешивают или растворяют в воде;
• раствор нагревают до рабочей температуры;
• растворяют в разогретой смеси гипофосфит натрия.

В приготовленный раствор завешивают деталь, которую хромируют 5–8 часов (в зависимости от необходимой толщины слоя). На протяжении всего процесса поддерживают рабочую температуру химической смеси. Затем хромированные изделия извлекают, промывают в воде, а потом сушат. Для того, чтобы покрытие было безопасно (не содержало остатков химреактивов), рекомендуется деталь после промывания прокипятить в течение получаса в чистой воде.

Для покрытий из хрома требуется термическая обработка. Она повышает сцепление нанесенного слоя (слоев) с основным металлом за счет низкотемпературной диффузии. Термическая обработка хромовых покрытий заключается в нагреве деталей до температуры 400 °С с последующей выдержкой их при этом режиме в течение 1 часа. Закаленные хромированные изделия (ножи, пружины, рыболовные крючки и тому подобное) при такой температуре могут отпуститься – потерять свою твердость.

Поэтому для них низкотемпературную диффузию осуществляют при 270–300 °С в течение 3 часов. Термообработка также повышает твердость нанесенного хромового покрытия. После высыхания хромированных деталей на них виден серый "налёт" нанесенного хрома. Чтобы покрытие приобрело зеркальную гладкость и стало блестеть, его необходимо отполировать, применяя материалы и составы для ухода за хромированными изделиями – специальную продукцию с авторынка (салфетки, мази и так далее) или используя пасту ГОИ.

4 Химреагенты для хромирования

Приведенные ниже составы растворов для хромирования проверены многолетней практикой использования и временем эксплуатации полученных с их помощью покрытий (количество необходимых реагентов указано в г/л и мл/л):

• Хромил фтористый – 14, натрий лимоннокислый – 7, кислота уксусная – 10 мл/л, натрия гипофосфит – 7 (кислотность раствора рН – 8–11). Рабочая температура смеси – 85–90 °С, скорость наращивания покрытия – 1,0–2,5 мкм/ч.
• Хромил фтористый – 16, хром хлористый – 1, натрий уксуснокислый – 10, натрий щавелевокислый – 4,5, натрия гипофосфит – 10 (рН – 4–6). Температура – 75–90 °С, скорость – 2–2,5 мкм/ч.
• Хромил фтористый – 17, хром хлористый – 1,2, натрий лимоннокислый – 8,5, натрия гипофосфит – 8,5 (рН – 8–11). 85–90 °С, 1–2,5 мкм/ч.
• Хром уксуснокислый – 30, никель уксуснокислый – 1, натрий гликолевокислый – 40, натрий уксуснокислый – 20, натрий лимоннокислый – 40, кислота уксусная – 14 мл/л, натрия гидроксид – 14, натрия гипофосфит – 15 (рН – 4–6). 99 °С, 2,5 мкм/ч.
• Хромил фтористый – 5–10, хром хлористый – 5–10, натрий лимоннокислый – 20–30, натрия пирофосфат (замена натрия гипофосфита) – 50–75 (рН – 7,5–9). 100 °С, 2–2,5 мкм/ч.

Все растворы делят на кислые (уровень рН находится в пределах 4–6,5) и щелочные (показатель рН более 6,5). Первые составы предпочтительнее использовать для покрытия меди, латуни и черных металлов. Щелочные – для хромирования изделий из нержавеющих сталей. Кислые (по сравнению с щелочными растворами) позволяют получить на полированной детали более гладкую поверхность, с меньшей пористостью. Кроме того, при их использовании скорость протекания химического процесса хромирования выше. Преимущество щелочных составов состоит в более надежном поверхностном сцеплении слоя покрытия с металлом подслоя или детали.

Составы растворов для декапирования

Составы растворов для цинкатной обработки алюминия и литейных алюминиевых сплавов