Що таке хромування: процес, види і переваги

Що таке хромування: процес, види та переваги

Хромування - – це процес гальванічного нанесення тонкого шару хрому на металеву або пластикову поверхню для покращення її зовнішнього вигляду, твердості та стійкості до корозії. Він використовується для декоративних цілей, таких як оздоблення автомобілів, побутова техніка, а також у функціональних цілях, включаючи деталі машин і промислові інструменти. У цій статті пояснюється, як працює хромування, основні типи, переваги та звичайне використання, а також основні фактори, які слід враховувати при виборі методу покриття.

Що таке хромування?

Хромування, яке також називають хромуванням, — це процес обробки поверхні, під час якого тонкий шар металевого хрому наноситься гальванічно на твердий об’єкт. Простіше кажучи, деталь, на яку наносять покриття, занурюють у розчин електроліту, що містить хром (часто хромову кислоту), і електричний струм подається для осідання хрому на поверхню. У результаті виходить блискуче, тверде та липке хромове покриття, яке на молекулярному рівні з’єднується з підкладкою (зазвичай металевою, хоча після спеціальної підготовки пластик може бути хромованим).

Візуально це забезпечує характерне, яскраве, дзеркальне покриття. Функціонально навіть тонке хромоване покриття значно покращує властивості поверхні; він підвищує твердість деталей і зносостійкість, захищає від корозії та полегшує очищення поверхні.

Коротка історія хромування

Відкриття хрому як життєздатного матеріалу для покриття приписують Джорджу Сардженту, який опублікував основоположне дослідження хромування в 1907 році. Однак комерційне застосування з’явилося лише в 1920-х роках завдяки дослідникам Колумбійського університету Коліну Фінку та Чарльзу Елдріджу, які розробили надійний промисловий процес нанесення хрому на металеві підкладки.

1970-ті та 1980-ті роки стали переломними, оскільки зростання обізнаності про токсичність шестивалентного хрому призвело до суворіших екологічних і промислових правил безпеки в усьому світі. Це спонукало дослідження тривалентного хромування, яке запропонувало безпечнішу та екологічнішу альтернативу.

Як працює хромування

Хромування виконується шляхом гальванічного нанесення металу з розчину на провідну частину за допомогою електричного струму.

У типовій установці виріб, який буде покрито, виготовлено з катода (негативного електрода) та відповідного анода (часто свинцевого сплаву для хромових ванн) є позитивним електродом, обидва занурені у ванну для покриття, що містить розчин хрому.

При пропусканні через розчин постійного струму позитивно заряджені іони хрому відновлюються й осідають на катоді (заготовці). З часом на поверхні предмета утворюється тонкий шар хрому.

Підготовка перед нанесенням хромування

Це електроосадження зазвичай виконується після відповідної попередньої обробки для забезпечення хорошої адгезії. Як правило, підготовка включає:

1. Очищення та знежирення

Видалити з поверхні бруд, жир, масла або будь-які інші забруднення. Навіть дрібні залишки можуть запобігти прилипанню покриття, спричиняючи його відшарування або утворення пухирів.

2. Полірування поверхні

Для декоративного покриття основний метал часто полірують до гладкої поверхні перед покриттям, оскільки шар хрому тонкий і буде відбивати нижню поверхню.

3. Etch/Активація

Чисту металеву деталь піддають активаційному зануренню (часто в розбавлену кислоту) для мікротравлення поверхні. Це створює трохи шорстку реактивну поверхню, яка сприяє зчепленню шару хрому.

4. Буквар

Іноді литі під тиском цинкові або мідні сплави карбують перед нанесенням нікелю на мідь. Підвищує стійкість до корозії та допомагає досягти рівномірного блиску. Праймер зазвичай не використовується, за винятком виняткових випадків твердого хромування деталей із чорних металів.

Основні параметри при нанесенні хромування

Хромування - – це суворо контрольований електрохімічний процес, і якість остаточного покриття залежить від контролю кількох важливих параметрів.

1. Щільність струму

Щільність струму означає кількість електричного струму, що прикладається до одиниці площі поверхні заготовки. Він визначає швидкість нанесення хрому: низька щільність струму може призвести до повільного нанесення покриття та нерівномірного покриття. Висока щільність струму може спричинити опіки, ямки або грубі поверхні.

Типові діапазони: для декоративного хрому - 4-10 А/дм2, для твердого хрому - 20-60 А/дм2.

2. Температура ванни

Занадто низький, знижує швидкість нанесення покриття та погану адгезію. Занадто високий, збільшує летючість, нестабільність ванни та грубі відкладення.

Оптимальний діапазон: від 45 градусів до 60 градусів (від 113 градусів F до 140 градусів F)

3. Час нанесення покриття

Час нанесення покриття визначає загальну товщину шару хрому.

Нанесення декоративного хрому: від ~30 секунд до кількох хвилин, нанесення твердого хрому: від кількох хвилин до годин залежно від бажаного покриття

4. Ванний склад

Розчин зазвичай містить:

• Хромова кислота (CRO₃): ​​основне джерело іонів хрому
• Каталізатори: контролюють ефективність покриття та властивості осадження, напр. сірчаної кислоти або запатентованих добавок
• Додаткові добавки: покращують яскравість, твердість, мікроструктуру

5. Перемішування і фільтрація

Продувка повітрям або механічне перемішування є звичайним явищем. М'яке перемішування сприяє рівномірному розподілу іонів навколо деталі, тоді як фільтрація видаляє забруднення, які можуть спричинити включення або дефекти поверхні.

Основні способи хромування

Процеси хромування можна широко класифікувати за хімічною валентністю хрому, який використовується у ванні для хромування. Є три основні методи:

1. Шестивалентне хромування (cr⁶⁺)

Покриття шестивалентним хромом - є традиційним методом, який використовується з 1920-х років. Його основу становить хромова кислота (CRO₃) у розчині, де хром перебуває в + 6 - ступені окислення, звідси й назва шестивалентний.

Хімічний склад

Ванни для шестивалентного хромування складаються переважно з хромової кислоти з невеликою кількістю сірчаної кислоти як каталізатора. Ці ванни працюють при дуже низькому pH (~0) і вимагають підвищених температур (35-55 градусів). Однак реакція металізації в шестивалентних системах неефективна, лише 10-20% електричної енергії використовується для осадження металевого хрому.

Переваги

• Надійність, підтверджена більш ніж столітнім виробничим досвідом
• Висока твердість поверхні (зазвичай 800-1000 по Віккерсу)
• Чудова стійкість до корозії
• Культове дзеркальне покриття з легким блакитним відтінком.
• Товсті відкладення створюють мікротріщини, які можуть допомогти в змащуванні.

недоліки

• Нерівномірна товщина покриття є стандартною.
• Серйозну загрозу представляють токсичні та канцерогенні сполуки.
• Низька ефективність катода призводить до меншої швидкості осадження
• Погане покриття в нішах через -обмежену здатність кидати

2. Тривалентне хромування (Cr3⁺)

Тривалентне хромування використовує хром у ступені окислення + 3. і стало безпечнішою альтернативою шестигранному хрому зі значно меншою токсичністю.

Хімія і технологія процесів

Ванни з тривалентним хромом зазвичай використовують сульфат хрому або хлорид хрому як основне джерело хрому разом із комплексоутворювачами та запатентованими добавками. Вони допомагають стабілізувати Cr3⁺ у розчині та запобігають його окисленню до токсичного Cr⁶⁺ під час процесу нанесення покриття.

Переваги

• Значно безпечніше, ніж шестивалентне покриття.
• Вища ефективність катода та більша швидкість нанесення покриття.
• Забезпечує більш рівномірне покриття складних форм і поглиблених ділянок

недоліки

• Нижча стійкість до корозії порівняно з шестигранним хромом при однаковій товщині.
• Підвищена чутливість до бруду і металевих домішок може дестабілізувати роботу ванни.
• Більш дорога хімія, що вимагає більш суворого контролю процесу.

3. Двовалентне хромування (Cr2⁺)

Двовалентне хромування - – це новий експериментальний метод, який використовує хром у ступені окислення + 2 (Cr2⁺). Але це не широко поширений промисловий процес, головним чином через те, що Cr2⁺ дуже нестійкий у водних розчинах і швидко окислюється до більш стабільних тривалентних (Cr3⁺) або шестивалентних (cr⁶⁺) форм.

Однак приблизно у 2020 році дослідники виявили стабільні сполуки хлориду хрому (crcl₂) у воді у високих концентраціях. Використовуючи високу густину струму (наприклад, ~20 мА/см2) і обережне виключення кисню, було продемонстровано яскраві відкладення хрому у ваннах Cr2⁺. Якщо його вдосконалити, він може запропонувати третій метод хромування, який поєднує в собі деякі переваги тривалентного (меншої токсичності) з високою ефективністю.

Порівняння: Cr⁶⁺ проти Cr3⁺

Різні види хромування

Хромування можна налаштувати як для декоративного зовнішнього вигляду, так і для функціонального виконання. Нижче наведено загальні категорії:

1. Декоративне хромування

Декоративний хром, також званий світлим хромом, є тонким покриттям, призначеним переважно для естетики та захисту від корозії, а не для значної стійкості до зношування. Він крихкий - від 0,05 до 0,5 мікрон, приблизно 2-20 мікродюймів. Досить, щоб надати йому характерного блакитнуватого блиску.

Зазвичай застосовується у ваннах шестивалентного хрому при нижчих температурах (~40 градусів C) для отримання яскравого покриття. Час нанесення покриття короткий, оскільки покриття тонке, часто лише 1-5 хвилин нанесення. Часто зустрічається в оздобленні автомобілів, сантехніці та побутовій техніці/товарах для дому.

2. Тверде хромування

Твердий хром, також відомий як технічний або промисловий хром, зазвичай товщиною від 0,005 до 0,020 дюйма або навіть товщі, використовується для забезпечення функціональних характеристик, таких як зносостійкість, зменшення тертя та відновлення деталей.

Основною перевагою твердого хрому є його надзвичайно висока твердість (близько 65-70 HRC). Зазвичай використовується в штоках гідравлічних циліндрів, поршнях і верстатах. Твердий хром може бути корисним для будь-якого компонента, який ковзає, обертається або піддається багаторазовому контакту, щоб запобігти задиранню, подряпинам або зносу.

Процес: зазвичай виконується у ванні шестивалентного хрому при ~50-60 градусів C з вищою щільністю струму, ніж декоративне покриття. Нанесення покриття займає тривалий час, від кількох годин до ночі, для досягнення бажаної товщини. Твердий хром не має дзеркального відтінку після покриття. Зазвичай це напівсвітлий або матовий сірий.

3. Тонке щільне хромування

Тонкий щільний хром (TDC) - – це спеціалізована форма твердого хромування, що характеризується відносно тонкими відкладеннями (можливо, 2-8 мкм). Твердість схожа на твердість звичайного твердого хрому (~800 + HV), що забезпечує хороший захист від корозії. Оскільки в ньому відсутні типові мікротріщини, він часто забезпечує кращий бар’єрний захист на мікрон товщини, ніж звичайний твердий хром.

Він зазвичай використовується в точних інструментах, аерокосмічних компонентах, медичному обладнанні та формах. Одним із прикладів є запатентований Armoloy процес - виробництва тонкого, щільного хрому, який використовується на формах і деталях машин для зменшення тертя та зношування.

Процес: покриття TDC зазвичай виконується з використанням модифікованих ванн шестивалентного або тривалентного хрому під суворим контролем температури, щільності струму та добавок. У результаті виходить гладке, як сатин, тонке покриття, яке міцно прилипає.

4. Flash-хромоване покриття

Флеш-хром - – це надзвичайно тонке покриття, зазвичай лише 1–5 мікрон. В основному він призначений для косметичних цілей або застосувань, де потрібна дуже мала кількість хрому для захисту від потьмяніння. Він недостатньо товстий, щоб сам по собі значно зменшити знос або корозію.

Процес: Миттєве хромування може бути досягнуто у стандартній шестивалентній ванні, але з дуже коротким часом нанесення покриття від кількох секунд до кількох хвилин. Часто зустрічається на невеликому обладнанні, інструментах і кріпильних елементах, або як остаточний спалах на металізованих пластикових деталях.

5. Сатинована хромована пластина

Атласний хром - – це декоративне покриття з матовим або атласним-матовим покриттям замість звичайного дзеркального покриття. Сатинований хром створюється шляхом зміни текстури поверхні основного металу перед нанесенням тонкого шару хрому. Цього можна досягти за допомогою:

• Нікелева підкладка з дрібними мікрочастинками для світлорозсіювання.
• Поверхня механічно оброблена щіткою або дробеструйною обробкою перед нанесенням хрому.
• Спеціальні добавки для ванн, що змінюють текстуру хромованого шару.

Він забезпечує захист від корозії, як хром, зберігаючи при цьому привабливий зовнішній вигляд, а також популярний для інструментів, де обробка без відблисків практична, наприклад для гайкових ключів або інструментів із замиканням.

6. Чорне хромування

На відміну від чорної фарби або порошкового покриття, чорний хром наноситься методом гальванічного покриття, як правило, поверх базового шару нікелю. Чорний колір досягається шляхом модифікації хімічного складу ванни для покриття додатковими сполуками, такими як сірка, селен або запатентовані добавки, які змінюють кристалічну структуру нанесеного хрому. Результатом є довговічне чорне металеве покриття, яке щільно з’єднується з основою.

Однією з ключових переваг чорного хрому є його здатність поглинати світло та зменшувати відблиски, що робить його дуже бажаним для оптичних приладів, оборонного обладнання та розкішного оздоблення автомобілів. У той же час він забезпечує помірну твердість і стійкість до корозії, особливо при нанесенні на двошарову нікелеву основу з верхнім покриттям.

Однак чорний хром, як правило, тонший за твердий хром, і його довговічність не підходить для промислових компонентів, що працюють у суворих умовах із високим рівнем стирання. Рівномірність кольору також може змінюватися залежно від процесу та геометрії деталей, тому необхідний суворий контроль процесу.

7. Хромування з мікротріщинами

Як правило, хромування за своєю природою схильне до розтріскування під час охолодження через внутрішні напруги. Хром Microcrack навмисно збільшує кількість цих тріщин, роблячи кожну тріщину дуже маленькою та близькою одна до одної.

Хром с микротрещинами полезен для износа и смазки. Плотная сеть трещин может задерживать смазочные материалы, что отлично подходит для гидравлических цилиндров, поршневых штоков и компонентов двигателя, которые нуждаются в постоянной смазке. Он также используется в высококачественном декоративном хроме для автомобильной промышленности, где микротрещины хрома (>1000 тріщин на дюйм) на шарах нікелю є стандартом для забезпечення чудових антикорозійних властивостей.

8. Мікропористе хромування

Мікропористий хром відноситься до хрому з мікротріщинами, але замість тріщин шар хрому містить високу щільність мікронних дірок на поверхні.

Зазвичай це досягається шляхом нанесення шару нікелю, що містить дрібні частинки, створюючи поверхню нікелю з тисячами крихітних пор або вузликів. Коли хром наноситься зверху, хром матиме відповідні мікроскопічні пори або відмінності в структурі зерен у цих областях.

Основною перевагою є стійкість до корозії, насамперед у високоефективних двигунах і автомобільних деталях, аерокосмічних компонентах і будь-якому застосуванні, де критично важлива максимальна стійкість до корозії.

9. Композитне хромування

Композитне хромування, також відоме як хромування, посилене частинками, — це передова технологія покриття, за якої тверді частинки, такі як кераміка, карбіди або полімери, спільно осаджують на хромовану матрицю під час процесу покриття. Результатом є композитне покриття, яке поєднує твердість поверхні та корозійну стійкість хрому з покращеними властивостями зносу, тертя та змащування вбудованих частинок.

Це враховується, коли простого твердого хрому недостатньо. Одним із відомих застосувань - поршневих кілець дизельних двигунів є для великих двигунів. Крім того, аерокосмічні компоненти, гідравлічні частини або прес-форми, які піддаються сильному зносу, можуть отримати переваги.

Переваги хромування,

1. Подовжений термін служби компонентів

Хромоване покриття, яке додає шар твердого інертного металу, захищає основний матеріал від зносу та корозії.

2. Відмінна твердість і зносостійкість

Напруга хрому становить близько 800-1000 HV і може значно збільшити поверхневу твердість деталі.

3. Захист від корозії

Хром, перш за все, ніж нікель, забезпечує відмінну стійкість до вологи, багатьох хімічних речовин і окислення.

4. Естетична привабливість

Яскравий, дзеркальний вигляд хрому прекрасний. Це надає виробам чудового полірованого зовнішнього вигляду з високим відображенням.

5. Термостійкість

Твердий хром зберігає свою твердість і протистоїть окисленню навіть при високих температурах, що робить його ідеальним для теплоінтенсивних застосувань, таких як деталі двигуна та стволи вогнепальної зброї.

6. Легко чистити

Гладка непориста хромована поверхня стійка до плям і бактерій, що полегшує очищення та ідеально підходить для використання у ванних кімнатах і медичних інструментах.

7. Низьке тертя

Твердий хром має природний низький коефіцієнт тертя, часто близько 0,1–0,2 у змащеному стані, що нижче, ніж у багатьох металів.

8. Ремонтопридатність (для твердого хрому)

Зношені промислові деталі можна замінити твердим хромом для відновлення розмірів, що часто дешевше, ніж виготовлення нових деталей.

Недоліки хромування

Також хромування має ряд недоліків, які необхідно враховувати:

1. Проблеми навколишнього середовища та здоров'я

Одним із найбільш істотних недоліків хромування є токсичність шестивалентного хрому (cr⁶⁺). Належне видалення диму, навчання працівників техніці безпеки та системи утилізації хімічних відходів є важливими для відповідності.

2. Високі експлуатаційні витрати

Процес хромування підходить не для всіх застосувань. Виробництво небезпечних хімічних речовин вимагає допоміжного обладнання, що збільшує експлуатаційні витрати. Крім того, лінії хромування часто вимагають значних інвестицій в обладнання.

3. Крихкість і ризик розтріскування

Твердий хром, особливо при нанесенні більш товстими шарами, може бути крихким. Це збільшує ризик появи мікротріщин або відшарування через механічний вплив або термічний цикл. Вирішення цієї проблеми часто вимагає шліфування після нанесення покриття та контролю товщини шару, що збільшує час виробництва та витрати.

4. Труднощі зі складною геометрією

Хромування за своєю суттю є процесом прямої видимості, тому досягти рівномірної товщини деталей складної форми, таких як внутрішні отвори або глибокі виїмки, є складним завданням.

Які матеріали можна використовувати для хромування?

Хромування можна наносити на різні основні матеріали, але не всі матеріали такі прості, як хромування. Серед поширених причин:

1. Сталь і чавун

Це найпоширеніший матеріал з покриттям. М’яка сталь, вуглецева сталь, легована сталь, чавун тощо. Можливе хромування - знежирення, травлення кислотою, можливо, електроочищення, а потім покриття.

2. Нержавіюча сталь

Він може бути хромованим, хоча пасивний оксидний шар нержавіючої сталі ускладнює адгезію. Часто на деревину спочатку наносять спеціальну обробку нікелем, щоб забезпечити зчеплення хрому.

3. Мідь і мідні сплави

Пластини з мідного сплаву дуже прості у використанні, оскільки вони є хорошими провідниками. При нанесенні безпосередньо на мідь/латунь спочатку для адгезії іноді використовують стружки з ціаніду міді, потім нікель, а потім хром.

4. Сплави цинку

Цинк можна покрити хромом, але поверхня повинна бути в хорошому стані. Для ущільнення та покриття цинку зазвичай застосовують мідну пластину, а потім товщу мідну пластину, нікель і хром.

5. Алюміній і алюмінієві сплави

Алюміній не можна безпосередньо гальванізувати, оскільки він одразу утворює оксидний шар. Зазвичай деталь проходить процес гальванізації, потім наноситься тонкий шар безелектродної міді або нікелю, і можна починати звичайне покриття.

6. Пластмаси

Пластик сам по собі не є електропровідним, але його можна обробити, щоб зробити поверхню шорсткою, а потім хімічно вкрити тонким шаром нікелю або міді, які не піддаються електролізу, щоб зробити його електропровідним.

7. Інші метали

Нікель і нікелеві сплави можуть бути хромованими. Можливі титан і магній, але їх важко гальмувати через -тверді оксиди.

Як вибрати спосіб хромування?

Вибір правильного процесу хромування залежить від наступного:

1. Для зовнішнього вигляду

Декоративне хромування ідеально підходить, коли метою є підвищення візуальної привабливості, одночасно забезпечуючи базову стійкість до корозії. Яскравий хром поверх нікелю створює дзеркальну обробку, тоді як сатин або чорний хром створює більш м’який або виразний вигляд. Ці тонкі покриття зберігають дрібні деталі та часто використовуються на декоративній частині, емблемах та інших видимих ​​компонентах.

2. На зносостійкість

Тверде хромування є кращим для деталей, які піддаються сильному тертю або потребують відновлення поверхні. Тонкий щільний хром забезпечує високу точність і поверхню без тріщин. Стандартний твердий хром забезпечує максимальний термін служби та може бути оброблений пізніше. Твердий хром з мікротріщинами або мікропорами підходить для застосувань, де важливе збереження масла або підвищена довговічність.

3. Залежно від матеріалу основи

На пластикові деталі можна наносити лише тонкий декоративний хром, зазвичай поверх шарів міді та нікелю. Алюмінієві та цинкові сплави часто вимагають спеціальних грунтовок, таких як цинкова або мідна. Нержавіюча сталь може бути покрита твердим хромом, але вимагає нікелювання для забезпечення адгезії.

4. Врахування факторів зовнішнього середовища

Тривалентний хром безпечніший для декоративних цілей, оскільки він виробляє менше небезпечних викидів. У ситуаціях із суворими правилами альтернативи без вмісту хрому, такі як HVOF або безелектродне нікельування, можуть бути більш придатними.

5. Залежно від вимог до товщини та допуску

Якщо на деталі неможливо нанести покриття товщиною більше кількох мікрон, слід використовувати флеш-хром або тонкий щільний хром. Для деталей, які вимагають значного накопичення матеріалу, наприклад для ремонту зношених компонентів, стандартне тверде хромування є одним із небагатьох методів покриття, які можуть створювати товсті, довговічні шари.

Області застосування хромування

В автомобільному секторі він забезпечує яскраве, високоякісне покриття декоративних елементів, решіток і ободів коліс, а твердий хром підвищує зносостійкість деталей двигуна, поршневих штоків і валів. У виробництві та важких машинах він захищає інструменти, прес-форми, гідравлічні циліндри та ролики від стирання та корозії, забезпечуючи тривалий термін служби та стабільність розмірів.

Аерокосмічні програми включають покриття на шасі, приводи та гідравлічні зв’язки, щоб витримувати екстремальні навантаження та умови навколишнього середовища. Декоративний хром також входить до стандартної комплектації сантехнічних приладів, таких як змішувачі та душові лійки, надаючи їм світловідбиваюче покриття, стійке до корозії. Водночас це допомагає створювати гладкі, складні та стерилізовані поверхні для конкретних хірургічних інструментів і пристроїв у сфері медицини.

Яке обладнання необхідно для нанесення хромованого покриття?

Від невеликих настільних установок до великих промислових ліній нанесення покриттів -, потреби в основному обладнанні - однакові:

1. Покриття бака

Хромування виконується в кислотостійких резервуарах, зазвичай виготовлених із свинцевого пластику або сталі. Для твердого хрому баки часто вертикальні, циліндричні або прямокутні. Горизонтальні або довгі резервуари з відкритим верхом використовуються для обшивки змійовиків і великогабаритних деталей.

2. Джерело живлення (випрямляч)

Випрямляч постійного струму потрібен для перетворення живлення від мережі змінного струму в джерело постійного струму низької напруги з великим струмом для нанесення покриттів. Здатний видавати постійний струм без пульсацій і часто має регульовану потужність для точного контролю щільності струму.

3. Стелажі та світильники

Деталі монтують на струмопровідних підставках або пристроях, які служать опорними і струмопровідними елементами. Зазвичай виготовлені з міді або латуні, ці стовпи покриті ізоляційними матеріалами, такими як пластизоль, оголюючи лише точки контакту для забезпечення електропровідності.

4. Аноди

Аноди підвішені в баку і підключені до плюсового виходу випрямляча. У шестивалентному хромуванні анодами зазвичай є пластини або стрижні з нерозчинного свинцевого сплаву, які просто проводять електричний струм і служать довго. У тривалентних ваннах іноді використовуються графітові або титанові аноди з покриттям змішаного оксиду металів, оскільки свинець може забруднювати ці ванни.

5. Обладнання для попередньої обробки

Перед нанесенням хрому деталі зазвичай проходять через лінію попередньої обробки з кількома резервуарами. Це включає в себе знежирення замочування (з підігрівом), електроочищення (лужний розчин зі струмом), кислотну активацію та кілька промивних баків. Декоративне хромування потребує додаткових мідних і нікелевих резервуарів грунтовки, кожен із власним анодом і системою випрямлення.

6. Витяжна вентиляція та димоконтроль

Покриття шестивалентним хромом утворює токсичний туман хромової кислоти; Резервуари для нанесення покриттів обладнані витяжними кожухами, які відводять пари до скруберних систем, часто з використанням туманоуловлювачів на водній основі. Сучасні системи можуть додавати хімікати проти запотівання або плаваючі пластикові кульки, щоб зменшити утворення аерозолю в джерелі.

Як зняти хромування

Існує кілька методів видалення хромованого покриття, загальні підходи включають механічне зняття, хімічне зняття та зворотне нанесення покриття.

1. Механічне видалення

Перевага механічного видалення полягає в тому, що при ньому не використовуються небезпечні хімікати. Однак це може зайняти багато часу та потенційно змінити розміри деталей або обробку поверхні. Такі методи, як:

• Абразивна обробка

Піскоструминна або струменева обробка може ефективно видалити хром шляхом його роз’їдання. Це добре для нанесення товстого твердого хрому на міцні поверхні та деталі, які можна відполірувати пізніше.

• Шліфування

Хром твердий і вимагає зусиль; використовуються абразиви з карбіду кремнію або оксиду алюмінію. Плоскі частини можна відшліфувати за допомогою наждачного паперу або стрічкової шліфувальної машини. Для нанесення декоративного хрому на предмети магазини часто полірують шари хрому та нікелю, готуючись до повторного нанесення.

• Ультразвукова чистка

Ультразвуковий очисник використовує високочастотні звукові хвилі в рідині для створення кавітації, яка видаляє покриття з делікатних частин.

2. Хімічна зачистка

Хімічні методи зазвичай застосовуються тільки для металевих підкладок; вони розчиняють шар хрому за допомогою реагентів:

• Кислотне очищення (соляна кислота)

Занурте хромований шматок у ванну з ~30-40% HCl. Кислота реагує з шаром хрому, утворюючи розчинний хлорид хрому та ефективно видаляючи його. Видалення HCl добре працює з декоративним хромом і не має особливого впливу на нікель або мідне покриття.

• Лужне очищення (гідроксид натрію)

Сильні основи, такі як гідроксид натрію (NaOH), також можуть видалити хром. Але його часто використовують для видалення хрому зі сталі. Він, як правило, діє повільніше, ніж кислота, і має менший ризик водневої крихкості, ніж кислота.

3. Зворотне гальванічне покриття

Зворотне нанесення покриття, або електролітичне очищення, використовує електричний струм для розчинення хрому на деталі шляхом реверсування процесу нанесення покриття.

У типовій установці використовується ванна з хромовою/сірчаною кислотою, але деталь, яку потрібно видалити, тепер під’єднується як анод. Іншим електролітом, який використовується для реверсивного покриття, є гідроксид натрію (каустична сода) з невеликою кількістю окислювача.

Перевага зворотного гальванічного нанесення полягає в тому, що воно дозволяє рівномірно наносити складні форми та їх можна контролювати. Однак він використовує ті ж шкідливі хімічні речовини, що й покриття, тому необхідні ЗІЗ та вентиляція.

Як відремонтувати хромоване покриття

Можливе повторне хромування виробу, який раніше був хромований, загальний процес виглядає наступним чином:

1. Видаліть старий хром

Наявний шар хрому спочатку потрібно видалити за допомогою хімічної або електрохімічної стрічки, щоб уникнути втрати розмірів. Якщо шматок має кілька шарів (хром над нікелем над міддю), як правило, принаймні хром буде видалено.

2. Ремонт основного металу

Якщо основний метал пошкоджений, його ремонтують наступним. Для декоративного елемента будь-які заглиблення в основі будуть відшліфовані, заповнені тощо. Якщо промислова деталь зношується через-заниження розміру, це може бути спричинено зварюванням або новою товщиною покриття.

3. Підготовка поверхні

Основна частина готується як нова, очищена, відполірована та активована - будь-яке покриття, що залишилося, розглядається як основний метал.

4. Процес повторного нанесення покриття

Деталь проходить етапи гальванічного покриття, можливо, кислотної міді та нікелю, потім хромування для декоративної функції або безпосередньо тверде хромування для промислової частини. По суті, це те саме, що нанесення покриття на нову деталь.

5. Завершення

Після покриття деталь може бути відполірована для декоративних цілей або оброблена для функціональних цілей для досягнення бажаної обробки та розмірів.

Поширені дефекти хромування

Забезпечуючи відмінні властивості поверхні, хромування може призвести до ряду дефектів, якщо воно виконано неналежним чином або піддається впливу невідповідних умов.

1. Пілінг

Одним із найпоширеніших дефектів покриття - є погане зчеплення шару хрому з основним металом, що призводить до утворення пухирів і відшарування хрому. Основними причинами є недостатнє очищення поверхні, погана активація або відсутність захисного шару.

Як це виправити? Забезпечте ретельне знежирення, кислотну активацію та належне нанесення захисного покриття на складні матеріали -високоміцної сталі після випалу для видалення водню. Вмикайте струм поступово, щоб уникнути поляризації поверхні.

2. Нерівномірне покриття

Відомо, що покриття з шестивалентного хрому має низьку здатність до осипання, що призводить до нерівномірної товщини. Це означає, що на внутрішніх кутах, глибоких виїмках або отворах може залишитися дуже мало хрому, тоді як на краях і виступах утворюється сильний наліт.

Рішення включають використання допоміжних анодів або довший час покриття при менших струмах для досягнення областей з низькою щільністю струму.

3. Виразка

Виразки виглядають у вигляді невеликих дірок, кратерів або крихітних темних плям на покритій поверхні. Це може бути спричинено брудом, жиром або бульбашками газу (переважно водню), які перешкоджають відкладенню на локальних ділянках. Забруднення ванни або високий поверхневий натяг також є сприяючими факторами.

Щоб уникнути утворення ямок, ретельно очистіть і належним чином перемішайте, щоб видалити бульбашки, використовуйте зволожувачі в безпечних кількостях і відфільтруйте розчин, щоб видалити тверді частинки.

4. Горіння

Горіння означає надмірну щільність струму або низьку температуру ванни, що викликає неконтрольоване осадження та виділення газу. Газ може проникнути в осад і зробити його чорним за допомогою оксидів. Це часто трапляється на гострих краях або кутах, де концентрується струм.

Як це виправити: Зменшіть щільність струму або підвищте температуру ванни. Використовуйте екранування країв або змініть геометрію деталі, щоб зменшити концентрацію струму в кутах. Сильно обгорілі деталі необхідно видалити та замінити новими.

5. Шорсткість/Зернисті відкладення

Хромована поверхня виглядає шорсткою або нерівною, іноді з молочною або матовою текстурою. Зазвичай це спричинено забрудненням ванни для покриття, наприклад пилом, твердими частинками або побічними продуктами корозії. Крім того, включення струму до досягнення щільності струму повного часткового занурення може призвести до утворення дендритних «деревоподібних» утворень.

Як це виправити? Переконайтеся, що ванна належним чином фільтрується та підтримується, стежте за рівнями сульфату та стежте за корозією анода. Подавати струм можна тільки після повного занурення деталі у воду. Розгляньте можливість використання додаткових анодів або зменшення щільності струму в зонах із високим струмом, щоб уникнути грубого залипання.

6.тріск

Чому це відбувається: твердий хром природним чином утворює мікротріщини, але надмірне внутрішнє напруження або занадто товсте покриття призведе до макротріщин і погіршить захист від корозії.

Рішення включають нанесення кількох шарів покриття з етапами розряду, регулювання хімічного складу ванни (наприклад, співвідношення каталізатора) для зменшення стресу або використання імпульсного покриття для зменшення стресу.

7.Зміна кольору

Натомість хром, який має бути яскравим і блакитно-сріблястим-, виглядає жовтуватим, зеленуватим або коричневим. Це може бути наслідком низької якості нижніх шарів нікелю, оскільки декоративний хром надзвичайно тонкий і відбиває шар під ним. Перегрів під час використання також може спричинити синє або жовте забарвлення через окислення.

Як це виправити? Перед нанесенням покриття переконайтеся, що нікелевий грунт належним чином глянцевий і добре відполірований. Уникайте перегріву деталей під час використання або подальшої обробки.

8. Вимивання хрому або зеленка

Якщо деталі не промити належним чином після нанесення покриття, залишки хромової кислоти можуть вимиватися та викликати плями або травлення. Зелені плями або ознаки корозії, які з’являються через години або дні після нанесення покриття, часто навколо отворів або западин.

Як це виправити: вдосконаліть процедури миття та включіть нейтралізуюче занурення після покриття, щоб видалити залишки хромової кислоти. Зверніть особливу увагу на глибокі отвори або складні геометрії, в яких зберігається розчин.

9. Нікель, що виступає по краях

Декоративний хром, нанесений тонкими шарами, майже прозорий. Припустимо, покриття занадто тонке або розподілене нерівномірно. У цьому випадку шар нікелю під ним може просвічуватися жовтуватими або теплими краями, особливо на гострих краях або складних поверхнях.

Як це виправити: переконайтесь у належній товщині покриття та використовуйте оптимізовані фіксуючі або допоміжні аноди, щоб покращити хромування, особливо на краях і у виїмках. Під час кваліфікації процесу завжди перевіряйте однорідність.

Як зафарбувати хромування

Можливе нанесення фарби поверх хромування; Наступні кроки допоможуть вам досягти довговічності покриття.

1. Ретельно очистіть поверхню

Почніть з видалення всього бруду, масла та жиру з хромованої поверхні. Після очищення ретельно витріть поверхню тканиною без ворсу.

2. Відшліфуйте хром

Дзеркальне покриття хрому перешкоджає належному зчепленню. Використовуйте наждачний папір із зернистістю 220–320, щоб рівномірно відшліфувати всю поверхню, надавши їй шорсткості, щоб грунтовка ефективно зчепилася.

3. Нанесіть самопротравлюючий грунт

Стандартна грунтовка погано зчіплюється з хромом. Замість цього використовуйте самопротравлюваний праймер, який містить кислотні сполуки, які хімічно зв’язуються з металом.

4. Використовуйте міцний праймер (необов’язково)

Якщо поверхня має дефекти або вимагає додаткового вирівнювання, нанесіть поверх шару травлення якісну ґрунтовку. Після висихання злегка відшліфуйте поверхню папером зернистістю 400-600, щоб створити гладку основу для фарби.

5. Нанесіть фарбу, використовуючи металосумісний фініш

Виберіть фарбу для металевих поверхонь, наприклад, акрилову емаль, уретан або автомобільну фарбу. Нанесіть кілька тонких шарів замість одного товстого, забезпечуючи належний час висихання між шарами.

6. Нанесіть захисне прозоре покриття (рекомендовано)

Покрийте прозорим верхнім шаром, щоб підвищити довговічність і запобігти відколам або вицвітанню. Прозорі уретанові або акрилові покриття забезпечують чудову стійкість до ультрафіолету та хімічних речовин, особливо для зовнішніх або зносостійких деталей.

Чи дороге хромування?

Вартість хромування може сильно відрізнятися в залежності від кількох факторів; Єдиної ціни немає:

1. Тип хромування

Декоративне хромування, як правило, дешевше, оскільки воно використовує тонші шари та наноситься на нікелеву основу. Тверде хромування дорожче завдяки -товщім покриттям і точному контролю.

2. Розмір і геометрія деталі

Більші або складніші деталі вимагають додаткової підготовки та більш тривалого часу нанесення покриття. Глибокі канавки, різьби або виїмки також збільшують вартість.

3. Вимоги до підготовки поверхні

Деталі з іржею, старим хромом або пошкодженнями необхідно видалити та очистити перед нанесенням покриття. Піскоструминна обробка або полірування збільшує час роботи та витрати.

4. Матеріал підкладки

Деякі метали, наприклад алюміній, вимагають спеціальної попередньої обробки або шарів нікелю перед нанесенням хрому, що збільшує вартість.

5. Товщина шару хрому

Більш товсті покриття (наприклад, складний хром) вимагають більше часу та матеріалів, що призводить до вищої вартості одиниці.

6. Розмір партії

Покриття великого об’єму знижує вартість кожної деталі завдяки ефективності монтажу та економії масштабу.

Які хімічні компоненти беруть участь у хромуванні?

Розчини для хромування зазвичай містять сполуки хрому та допоміжні хімічні речовини, що дозволяють застосовувати гальванічне покриття. Основним діючим компонентом є хромова кислота (CRO₃), яка забезпечує осадження іонів хрому на підкладку.

Під час нанесення шестивалентного хромування ванна містить хромову кислоту з невеликою кількістю сірчаної кислоти як каталізатора для підвищення ефективності нанесення. У тривалентному хромуванні джерелом хрому є сульфат хрому або хлорид хрому в поєднанні з комплексоутворювачами та буферними хімічними речовинами для стабілізації ванни та контролю pH. Додаткові добавки, такі як зволожувачі, відбілювачі або очисники зерна, можуть бути включені для покращення зовнішнього вигляду покриття, твердості або адгезії.

Галузеві стандарти хромування

Процеси хромування мають відповідати суворим галузевим стандартам для забезпечення якості, безпеки та продуктивності. Основні стандарти включають:

• ASTM B177/B177M – Посібник із технології гальванічного хромування
• ASTM B650 – Технічні умови для електроосаджених хромових покриттів на зовнішніх автомобільних деталях
• AMS 2460 – Специфікація аерокосмічних матеріалів для твердого хромування
• ISO 1456:2009 – Металеві покриття, гальванічне покриття нікелю, хрому та міді для декоративних цілей
• Відповідає REACH/RoHS – екологічні стандарти, що обмежують використання небезпечних речовин, таких як шестивалентний хром, у Європі

Альтернативи хромуванню

Нижче наведено деякі поширені альтернативи хромуванню разом із їхніми основними перевагами та міркуваннями.

1. Безелектродне нікелювання

Безелектродне нікелювання дозволяє наносити на поверхню покриття з нікель-фосфорного сплаву без використання зовнішнього електричного струму. Натомість осадження відбувається в результаті хімічної реакції у ванні для покриття.

Переваги: ​​рівномірна товщина навіть зі складною геометрією, відмінна зносостійкість і стійкість до корозії, хороша твердість і менший екологічний ризик, ніж шестивалентний хром.

2. Цинкове покриття

Оцинковане гальванічне покриття наносить тонкий шар цинку на сталеві або залізні деталі, щоб захистити їх від корозії. Цинк діє як жертвоприношення, яке піддається корозії раніше, ніж сталь під ним.

Переваги: ​​Економічний, широкодоступний і простий у застосуванні з подальшою обробкою, такою як пасивація для посилення захисту від корозії.

3. Порошкове фарбування

У порошковому покритті використовується електростатично заряджений сухий порошок, який розпилюється на деталь і затверджується нагріванням, утворюючи міцний захисний шар.

Переваги: ​​екологічно чистий (без летких органічних сполук), доступний у різноманітних кольорах і текстурах, чудова стійкість до атмосферних впливів та ударів.

4. Анодування

Анодування - – це електрохімічний процес, який потовщує природний оксидний шар алюмінію, підвищуючи його довговічність і стійкість до корозії та зношування.

Переваги: ​​Легкий захист, можна фарбувати в різні кольори і має відмінну адгезію до фарб і клеїв.

5. PVD (фізичне осадження з парової фази) покриття

PVD-покриття, такі як нітрид титану (TiN) або нітрид хрому (CrN), наносяться у вакуумній камері з використанням випарених матеріалів покриття.

Переваги: ​​Надзвичайно міцний, зносостійкий, екологічно чистий порівняно з гальванічним покриттям, доступний у металевих кольорах, таких як золото, чорний або сріблястий.

Висновок

Хромування залишається надійним методом обробки для досягнення балансу естетики, твердості та стійкості до корозії. Незважаючи на те, що Redexpart не пропонує хромування як окрему послугу, ми надаємо її як частину процесу виготовлення металевих деталей на замовлення, гарантуючи точну доставку ваших компонентів із належним захисним покриттям.

Питання та відповіді

Q1: Яка товщина хромованого покриття?

Товщина декоративного хромування зазвичай становить 2-20 мкм (0,002-0,02 мм). Тверде хромування, яке використовується для промислового зносу та захисту від корозії, становить від 50 до 250 мікрон (0,05-0,25 мм). У важких умовах експлуатації він може перевищувати 250 мікрон.

Q2: Скільки часу зазвичай займає хромування?

Нанесення декоративного хромування зазвичай займає від 30 хвилин до 1 години, так як воно наноситься тонким блискучим шаром. Нанесення твердого хромованого покриття може тривати кілька годин, особливо для товстих промислових покриттів.

Питання 3: Як довго триває хромування?

Правильно нанесене хромування може прослужити від 3 до 20+ років, залежно від типу покриття, впливу навколишнього середовища, товщини та обслуговування. Ось що впливає на термін його служби:

Декоративне хромування (використовується на споживчих товарах): часто зберігається 3-7 років, перш ніж з’являться ознаки ямкової ямки, потемніння або корозії, особливо під впливом погодних умов або поганого догляду.

Жорстке хромоване покриття (використовується в промисловості): може служити 10-20 років або більше, особливо на рухомих компонентах, таких як гідравлічні стрижні або матриці, завдяки своїй чудовій стійкості до зносу та корозії.

Q4: Хромоване покриття іржавіє?

Хромування саме по собі не іржавіє, оскільки хром природно стійкий до корозії. Однак, якщо шар покриття пошкоджено внаслідок подряпин, тріщин або зношення, волога та повітря можуть проникнути до основного металу, що може спричинити корозію.

Q5: Чи є хромування провідним?

Так, хромування є електропровідним, але провідність трохи нижча, ніж у основного металу, особливо якщо шар тонкий або окислений. Зазвичай хром не використовується в електричних контактах або системах заземлення, якщо він не розроблений спеціально, оскільки з часом він може збільшити опір або зношуватися.