Хромирование - Chrome plating

Эта статья о технике нанесения хромового гальванического покрытия. Для использования в других целях см. Chrome (значения).
Не путать с Хроматное конверсионное покрытие.
Декоративное хромирование на мотоцикл

Хромирование (реже хромирование), часто называемый просто хром, это техника гальваника тонкий слой хром на металл объект. Хромированный слой может быть декоративным, обеспечивать коррозия стойкость, облегчение процедур очистки или повышение твердости поверхности. Иногда в эстетических целях может использоваться менее дорогой имитатор хрома.

Процесс

Хромирование компонента обычно включает следующие этапы:

  • Обезжиривание удалить сильные загрязнения
  • Ручная очистка для удаления всех остатков грязи и поверхностных загрязнений
  • Различные виды предварительной обработки в зависимости от основания
  • Помещение в ванну для хромирования, где дают нагреться до температуры раствора.
  • Применение электрического тока в течение необходимого времени для достижения желаемой толщины.

Есть много вариантов этого процесса, в зависимости от типа покрытия. Для разных подложек требуются разные растворы для травления, например соляной, плавиковый, и серные кислоты. Хлорид железа также популярен для травления нимонический сплавы. Иногда компонент попадает в ванну для хромирования, находясь под напряжением. Иногда компонент имеет соответствующий анод, сделанный из свинца / олова или платинированного титана. Типичные жесткие хромированные чаны со скоростью около 1 мил (25 мкм) в час.

Разные отделка и полировка процессы используются при подготовке деталей к декоративному хромированию. Химические вещества для хромирования очень токсичны. Утилизация химикатов регулируется в большинстве стран.

Некоторые общие отраслевые спецификации, регулирующие процесс хромирования: AMS 2460, AMS 2406 и MIL-STD-1501.

Шестивалентный хром

Шестивалентный хром покрытие, также известный как шестигранник-хром, Cr6+, и хром (VI) покрытие, использует триоксид хрома (также известный как хромовый ангидрид) в качестве основного ингредиента. Раствор шестивалентного хромирования используется для декоративного и твердого покрытия, а также для блестящего погружения медных сплавов, анодирования хромовой кислотой и хроматное конверсионное покрытие.[1]

Типичный процесс шестивалентного хромирования: (1) ванна активации, (2) ванна хрома, (3) промывка и (4) ополаскивание. Активационная ванна обычно представляет собой емкость с хромовой кислотой, через которую проходит обратный ток. Это протравливает поверхность детали и удаляет любые шкала. В некоторых случаях этап активации выполняется в ванне с хромом. Хромовая ванна представляет собой смесь триоксида хрома (CrO3) и серная кислота (сульфат, ТАК4), соотношение которых сильно варьируется от 75: 1 до 250: 1 по весу. В результате получается очень кислая ванна (pH 0). Температура и плотность тока в ванне влияет на яркость и окончательное покрытие. Для декоративного покрытия температура составляет от 35 до 45 ° C (от 100 до 110 ° F), а для твердого покрытия - от 50 до 65 ° C (от 120 до 150 ° F). Температура также зависит от плотности тока, потому что для более высокой плотности тока требуется более высокая температура. Наконец, всю ванну встряхивают для поддержания постоянной температуры и достижения равномерного осаждения.[1]

Недостатки

Одним из функциональных недостатков шестивалентного хромирования является низкая эффективность катода, что приводит к плохой метательная сила. Это означает, что он оставляет неоднородное покрытие с большим количеством краев и меньшим количеством внутренних углов и отверстий. Чтобы решить эту проблему, на деталь можно нанести избыточное покрытие и отшлифовать ее до нужного размера, или можно использовать вспомогательные аноды вокруг участков, трудных для обработки пластины.[1]

С точки зрения здоровья шестивалентный хром является наиболее токсичной формой хрома. В США Агентство по охране окружающей среды сильно регулирует это. EPA перечисляет шестивалентный хром как опасный загрязнитель воздуха потому что это человек канцероген, «приоритетный загрязнитель» по Закон о чистой воде, и «опасный компонент» в Закон о сохранении и восстановлении ресурсов. Из-за низкой катодной эффективности и высокого разрешения вязкость, из ванны выходит токсичный туман воды и шестивалентного хрома. Мокрые скрубберы используются для контроля этих выбросов. Сбросы из мокрых скрубберов обрабатываются до осадок хром из раствора, потому что он не может оставаться в сточной воде.[1]

Поддержание ванны поверхностное натяжение менее 35 дин / см требует частого цикла обработки ванны смачивающим агентом и подтверждения влияния на поверхностное натяжение.[2] Традиционно поверхностное натяжение измеряется с помощью сталагмометр. Однако этот метод утомителен и страдает неточностью (сообщалось об ошибках до 22 дин / см) и зависит от опыта и возможностей пользователя.[3]

Дополнительные токсичные отходы, образующиеся из ванн с шестивалентным хромом, включают: хроматы свинца, которые образуются в ванне, потому что вести аноды используются. Барий также используется для контроля концентрации сульфата, что приводит к образованию сульфат бария (BaSO4).[1]

Трехвалентный хром

Трехвалентное хромирование, также известный как трихром, Cr3+, и хром (III) покрытие, использует сульфат хрома или же хлорид хрома в качестве основного ингредиента. Трехвалентное хромирование является альтернативой шестивалентному хрому в определенных областях применения и толщины (например, декоративное покрытие).[1]

Процесс трехвалентного хромирования аналогичен процессу шестивалентного хромирования, за исключением химического состава ванны и состава анода. Существует три основных типа конфигураций ванн с трехвалентным хромом:[1]

  • Ванна с электролитом на основе хлорида или сульфата с использованием графит или композитные аноды, а также добавки для предотвращения окисление трехвалентного хрома на аноды.
  • Ванна на основе сульфата, в которой используются свинцовые аноды, окруженные ящиками, заполненными серная кислота (известные как экранированные аноды), которые предотвращают окисление трехвалентного хрома на анодах.
  • Ванна на основе сульфата, в которой используются нерастворимые каталитические аноды, которые поддерживают электродный потенциал что предотвращает окисление.

Процесс трехвалентного хромирования позволяет обрабатывать детали при такой же температуре, скорости и твердости, что и шестивалентный хром. Толщина покрытия составляет от 0,005 до 0,05 мил (от 0,13 до 1,27 мкм).[1]

Преимущества и недостатки

Функциональные преимущества трехвалентного хрома - более высокая эффективность катода и лучшая рассеивающая способность. Лучшая мощность метания означает более высокую производительность. Требуется меньше энергии из-за более низкой необходимой плотности тока. Этот процесс более надежен, чем шестивалентный хром, потому что он может выдерживать прерывания тока.[1]

С точки зрения здоровья трехвалентный хром по своей природе менее токсичен, чем шестивалентный хром. Из-за более низкой токсичности он не регулируется столь строго, что снижает накладные расходы. К другим преимуществам для здоровья относятся более высокая эффективность катода, что приводит к меньшим выбросам хрома в атмосферу; более низкие уровни концентрации, что приводит к меньшему количеству отходов хрома и анодов, которые не разлагаются.[1]

Одним из недостатков, когда этот процесс был впервые представлен, было то, что покупатели декоративных изделий не одобряли различия в цвете. Теперь компании используют добавки для корректировки цвета. При нанесении твердых покрытий коррозионная стойкость более толстых покрытий не так хороша, как у шестивалентного хрома. Стоимость химикатов выше, но это обычно компенсируется большей производительностью и меньшими накладными расходами. В общем, процесс должен контролироваться более тщательно, чем при нанесении шестивалентного хромирования, особенно в отношении металлических примесей. Это означает, что процессы, которые трудно контролировать, такие как нанесение покрытия на цилиндр, намного сложнее при использовании ванны с трехвалентным хромом.[1]

Типы

Декоративные

Арт-деко портфель с хромированной крышкой, ок. 1925 г.

Декоративный хром разработан, чтобы быть эстетичным и долговечным. Толщина варьируется от 0,002 до 0,02 мил (от 0,05 до 0,5 мкм), однако обычно она составляет от 0,005 до 0,01 мил (0,13 и 0,25 мкм). Хромирование обычно наносят поверх ярких никелирование. Типичные базовые материалы включают стали, алюминий, пластик, медь сплавы и сплавы цинка.[1] Декоративное хромирование также очень устойчиво к коррозии и часто используется для изготовления деталей автомобилей, инструментов и кухонной утвари.

Жесткий

Хромирование

Твердый хром, также известный как промышленный хром или же инженерный хром, используется для уменьшения трения, повышения долговечности за счет устойчивости к истиранию и износостойкости в целом, минимизации раздражающий или захват деталей, расширение химической инертности, чтобы включить более широкий набор условий (например, стойкость к окислению), и наполнитель для изношенных деталей, чтобы восстановить их первоначальные размеры.[4] Это очень сложно, от 65 до 69 HRC (также на основе твердости основного металла). Твердый хром имеет тенденцию быть толще декоративного хрома, и его стандартная толщина в неавтоматических целях составляет от 0,02 до 0,04 мм (от 20 до 40 мкм),[5] но он может быть на порядок толще для требований экстремальной износостойкости, в таких случаях 0,1 мм (100 мкм) или больше обеспечивает оптимальные результаты. К сожалению, такая толщина подчеркивает ограничения процесса, которые преодолеваются путем нанесения дополнительной толщины, а затем шлифовки и притирки для удовлетворения требований или для улучшения общей эстетики «хромированной» детали.[1] Увеличение толщины покрытия приводит к пропорциональному увеличению дефектов поверхности и шероховатости, поскольку твердый хром не оказывает выравнивающего эффекта.[6] Детали, которые не имеют идеальной формы с точки зрения геометрии электрического поля (почти каждая деталь, отправляемая для нанесения покрытия, за исключением сфер и предметов в форме яйца), требует еще более толстого покрытия, чтобы компенсировать неравномерное осаждение, и большая часть этого теряется при шлифовании детали вернуться к желаемым размерам.

Современные «инженерные покрытия» не обладают такими недостатками, которые часто приводят к снижению твердого хрома только из-за затрат на рабочую силу. Технологии замены твердого хрома превосходят твердый хром по износостойкости, коррозионной стойкости и стоимости. Твердость 80 по Роквеллу не является чем-то необычным для таких материалов. При использовании напыления равномерная толщина, часто не требующая дополнительной полировки или механической обработки, является стандартной характеристикой современных инженерных покрытий. Эти покрытия часто представляют собой композиты из полимеров, металлов и керамических порошков или волокон в качестве патентованных вариантов, защищенных патентами или как коммерческую тайну, и поэтому обычно известны под торговыми марками.[7]

К твердому хромированию предъявляются различные требования к качеству в зависимости от области применения; например, покрытие на гидравлических поршневые штоки испытаны на коррозионную стойкость с тест солевого тумана.

Автомобильное использование

Наиболее яркие декоративные элементы, прикрепляемые к автомобилям, называются «хромом», что означает сталь, подвергшуюся нескольким процессам гальванизации, чтобы выдержать изменения температуры и погодные условия, которым подвержен автомобиль на открытом воздухе (хотя этот термин затем был передан для обозначения любых похожих блестящие декоративные автозапчасти, в том числе серебристые пластиковые вставки отделки в повседневной терминологии). Тройное покрытие - самый дорогой и долговечный процесс, который включает в себя сначала покрытие стали медь а потом никель перед нанесением хромирования.

До применения хрома в 1920-х годах гальваника никеля использовался. В краткосрочной перспективе до выхода США на рынок Вторая мировая война, правительство запретило гальванику для экономии хрома, и производители автомобилей окрашивали декоративные элементы в дополнительный цвет. В последние годы Корейская война, США предполагали запретить хром в пользу нескольких более дешевых процессов (таких как покрытие цинком, а затем покрытие блестящим пластиком).

В 2007 г. Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS) был выпущен запрет на использование нескольких токсичных веществ в автомобильной промышленности в Европе, включая шестивалентный хром, который используется для хромирования. Однако хромирование является металлическим и не содержит шестивалентного хрома после ополаскивания, поэтому хромирование не запрещено.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Профиль технологии предотвращения загрязнения Замены трехвалентного хрома для покрытия шестивалентным хромом (PDF), Северо-восточная ассоциация должностных лиц по управлению отходами, 18 октября 2003 г., архивировано с оригинал (PDF) на 2011-07-20.
  2. ^ «Архивная копия». В архиве из оригинала 30.11.2010. Получено 2010-08-20.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  3. ^ «Центр экологических ресурсов поверхностных технологий - STERC». Архивировано из оригинал на 2010-07-07. Получено 2010-08-20.
  4. ^ «QQ-C-320B» (PDF). everyspec.com. В архиве (PDF) из оригинала 16 августа 2017 г.. Получено 3 мая 2018.
  5. ^ «Рекомендации по дизайну жесткого хромирования». Корпорация хрома США. В архиве из оригинала на 2017-08-16. Получено 16 августа 2017.
  6. ^ Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, p. 793, г. ISBN  0-471-65653-4.
  7. ^ Вернес, Люк (2013). «Альтернативы твердому хромированию: наноструктурные покрытия для клапанов, работающих в тяжелых условиях». Химия и физика материалов. 140 (2–3): 522–528. Дои:10.1016 / j.matchemphys.2013.03.065.

дальнейшее чтение

  • SAE AMS 2406
  • SAE AMS 2438
  • SAE AMS 2460 - Покрытие, хром