МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
 

Магнитогорский  государственный технический университет им.Г.И. Носова 
 

Кафедра металлургических и машиностроительных технологий 
 
 

Курсовой проект

«Электролитическое хромирование» 
 
 
 
 

Выполнил:

Проверил: 
 
 
 

Магнитогорск

2010 год 

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Введение

     В настоящее время хромирование получило широкое применение в различных областях промышленности для декоративной отделки, защиты от коррозии и механического износа различных деталей машин, механизмов, приборов и бытовых изделий.

     В зависимости от условий электролиза  различают три типа хромовых покрытий: матовые покрытия, обладающие низкими физико-механическими свойствами; блестящие покрытия, отличающиеся высокими значениями твердости и износостойкости; молочные осадки, наименее пористые и наиболее пластичные.

     По  функциональному назначению хромовые покрытия подразделяются на: защитно-декоративные, коррозионно-стойкие, износостойкие и антифрикционные.

     Защитно-декоративные покрытия могут быть трех типов:

• блестящие, которые наносятся по подслою меди и никеля и имеют толщину 0,25-1,0 мкм;
• матово-блестящие, которые применяются для отделки инструмента, оптической аппаратуры и т. д. Эти покрытия часто получают, придавая соответствующую шероховатость поверхности основного металла;
• черные и цветные, которые наносятся из электролитов специального состава;

     Коррозионно-стойкие покрытия могут быть однослойными и двухслойными. Первый вид покрытий – это покрытия молочные, которые должны иметь длину не менее 20 мкм.

     Коррозионно-стойкое  двухслойное хромовое покрытие применяют в тех случаях, когда необходимо сочетать свойства высокой защитной способности и износостойкости покрытий. Такое покрытие имеет первый слой молочного хрома и второй слой – блестящего, отличающегося высокой твердостью и износостойкостью.

      Износостойкие и антифрикционные покрытия могут быть плотными и пористыми.

      Электролитический метод отличается тем, что металл, на который наносится покрытие, пропускают через электропроводящий раствор, содержащий соли этого металла.

      Достоинства этого метода:

• высокая равномерность толщины покрытия;
• низкая температура нанесения;
• невозможность регулирования в широких пределах толщины покрытия;
• отсутствие дорогостоящего и сложного в эксплуатации оборудования.

      Недостатки:

• малая скорость нанесения;
• большой расход энергии;
• невозможность или трудность нанесения таких коррозионно-стойких металлов как алюминий или титан.

      При электролитическом хромировании скорость движения стали 5-6 м/сек., производительность до 100 тыс.тонн в год (при толщине  хромового покрытия 0,025 мкм). Скорость нанесения покрытия определяется плотностью тока при электролизе и составляет в агрегатах электролитического хромирования 0,1-0,2 мкм/сек. Это означает, что при толщине покрытия 1 мкм и скорости движения 5 м/сек длина зоны нанесения 25-50 м. Для уменьшения необходимых производственных площадей для получения покрытия нужной толщины включают последовательно несколько ванн.

Твердость электроосажденного хрома

      Природа высокой твердости электролитического хрома объясняется главным образом  мелкозернистой структурой осадка и  особенностью механизма кристаллизации его на катоде. В процессе формирования осадка на катоде образующаяся первоначально неустойчивая кристаллическая форма хрома переходит затем в более устойчивую. Это явление, сопровождающееся уменьшением объема осадка, приводит к искажению кристаллов и, как следствие этого, к высокой твердости хрома. Твердость осадков хрома сильно зависит от режима электролиза. Величина твердости осадков хрома также зависит от катодной плотности тока и температуры электролита. При повышении температуры величина твердости хромового покрытия для всех значений плотности тока имеет максимум, смещающийся при увеличении плотности тока в сторону более высоких температур. Большое влияние на твердость электроосажденного хрома оказывает температура среды, в которой работает хромированная деталь. Твердость электролитического хрома при нагревании его до температуры 250-300^оС уменьшается незначительно. Заметное снижение твердости наблюдается при более высоких температурах нагрева и начинается при 350-370^оС. Изменение твердости хрома при постоянной температуре нагрева наблюдается в течение первых полутора часов термической обработки. При дальнейшей выдержке при той же температуре твердость хрома остается практически постоянной.

Другие  свойства электроосажденного хрома

      Удельный  вес электролитического хрома по сравнению с металлургическим колеблется в широком интервале, что связано со структурными превращениями и изменениями химического состава осадков хрома при различных условиях электролиза. Удельный вес осадков хрома в значительной степени зависит от плотности тока и температуры электролита. Это зависимость объясняется тем, что с величиной плотности тока и температуры связаны количества примесей, особенно окислов и гидридов хрома. Чем больше содержится кислорода и водорода в осадке хрома, тем его удельный вес меньше. Увеличение плотности тока вызывает уменьшение удельного веса.

      Теплопроводность, как физическая константа, зависит от условий электролиза и последующей термической обработке хромового покрытия. Хром не отличается высокой теплопроводностью.

      Механическая  прочность хромового покрытия зависит от условий его получения – плотности тока и температуры электролита, а также последующей термической обработки. Прочностные характеристики зависят от изменяющейся при этом удельной энергии связей.

      Сравнительная прочность некоторых электролитических  металлов указана в табл. 1.

Таблица 1

Сравнительная прочность металлопокрытий

 

      Сопротивление электролитического хрома износу. Высокая твердость электролитического хрома сама по себе не является показателем его высокой износостойкости. Однако при повышении твердости хрома до известного предела его износ уменьшается.

      Магнитные свойства. Осадки хрома являются парамагнитными, магнитная чувствительность их составляет 3,7∙10^-6, она неизменна при температурах от –259^оС до очень высоких температур.

      Электрическое сопротивление хрома убывает с увеличением его удельного веса.

      Смачиваемостью хрома или любой другой поверхности называется свойство, от которого зависит скорость распространения по ней масла или другой жидкости. Обычный твердый хром обладает низкой смачиваемостью, и удержание смазки на его поверхности вследствие этого не обеспечивается.

Классификация хромируемых деталей

      Детали, наращиваемые хромом, можно ориентировочно разделить по условиям службы на 3 класса. Соответственно можно рекомендовать и режимы осаждения хрома, обеспечивающие требуемые свойства электролитического хрома.

      I класс. Детали, хромированная поверхность которых работает на износ при малых удельных давлениях до 4,9∙10⁵ Н/м² (5 кГ/см²), например измерительный инструмент. Рекомендуются осадки хрома, получаемые в середине интервала блестящих покрытий, а в случае последующего шлифования – осадки, получаемые в верхнем пределе интервала блестящих осадков. Рекомендуются:

1. электролит 150 г/л CrO₃, плотность тока 50 а/дм², температура 55^оС;
2. электролит 250 г/л CrO₃, плотность тока 45 а/дм², температура 50^оС.

Слой  хрома 0,08 мм. При восстановлении изношенных деталей толщина слоя хрома –  от 0,1 до 0,2 мм.

      II класс. Детали, работающие на износ при средних удельных давлениях, до 19∙10⁵ н/м² (20 кГ/см²). Рекомендуемый электролит 250 г/л CrO₃, блестящие осадки при плотности тока 35-45 а/дм² и температуре 50-55^оС. Толщина слоя хрома в пределах 0,05-0,1 мм.

      III класс. Детали, работающие при больших удельных давлениях, при динамической нагрузке и повышенных температурах, при давлениях до 147∙10⁵ н/м² (150 кГ/см²). Выбор режима хромирования должен производится экспериментальным путем. Рекомендуемый электролит 250 г/л CrO₃, плотность тока 20-30 а/дм², температура 65^оС. Толщина слоя хрома до 0,1 мм.

Технологии  хромирования

Подготовка  ванны хромирования

      Ванна, как правило, имеет двойные стенки. Промежуток между ними служит пароводяной  рубашкой, при помощи которой поддерживается требуемая температура электролита. Для удаления газов и паров по бортам ванны предусмотрено вентиляционное устройство. При обычном хромовокислом электролите внутренние стенки ванны покрывают листовым свинцом (толщиной 2-4 мм.), относительно стойким в этой среде, или винипластом. Ввиду низкой теплопроводности винипласта обогрев и охлаждение электролита осуществляют при помощи змеевика из свинцовых труб, опущенного в электролит и расположенного по стенкам ванны.

      Винипласт представляет собой пластическую массу, получаемую термической пластификацией полихлорвинила. Он стоек в растворах  солей, нагретых до 65^оС. Если по условиям работы подогрев электролита не требуется, применение винипласта для облицовки не вызывает никаких затруднений, кроме освоения процесса его сварки. В случае применения винипласта для обкладки ванн, электролит которых требует подогрева, как это имеет место для ванн хромирования, необходимо учитывать, что при температурах выше 80^оС твердость постепенно уменьшается и винипласт размягчается. Кроме того, так как винипласт применяют обычно в виде листов толщиной до 10 мм., передача тепла от нагретой водяной или паровой рубашки ванны к электролиту затруднена по сравнению с передачей тепла при облицовке свинцом.

      Также рекомендуют следующие материалы  для футеровки вместо винипласта и свинца: поливинилхлоридный пластикат  для ванн хромирования, никелирования  и др.; асбовиниловая масса для  ванн никелирования, оцинкования, омеднения  и травления; стеклопластик в качестве конструкционного материала для ванн травления, никелирования и др. Все эти материалы обеспечивают длительную защиту в агрессивных средах. Особенно химически стоек, технологичен и дешев поливинилхлоридный пластикат.

Приготовление электролита хромовых ванн

      В ванну наливают водопроводную (прокипяченную  и отстоявшуюся) воду. Перед загрузкой  хромового ангидрида для лучшего  растворения воду в ванне нагревают  до 60-70^оС. При загрузке хромового ангидрида раствор перемешивают. После окончательного растворения хромового ангидрида удельный вес электролита определяют ареометром, для чего отбирают и охлаждают пробу и переливают ее затем в мерный цилиндр. По таблице, в которой указана зависимость концентрации электролита от удельного веса, определяют, достаточное ли количество хромового ангидрида растворено.