Рубрика: Покрытия и защита металла
Хромирование — гальваническое покрытие, которое существует в двух принципиально разных вариантах. Декоративный хром толщиной в доли микрометра придаёт изделиям узнаваемый зеркальный блеск с голубоватым отливом и защищает никелевый подслой от потускнения. Твёрдый, или функциональный, хром наносят слоем в десятки и сотни микрометров ради высокой твёрдости, износостойкости и низкого коэффициента трения. Название одно, а задачи, технология и требования к детали различаются кардинально. Разберём оба вида и разъясним, когда хромирование действительно оправдано.
Классическое хромирование проводят в электролитах на основе хромового ангидрида с добавкой серной кислоты в строго определённом соотношении — обычно около ста к одному. Хром осаждается из раствора, где он находится в шестивалентной форме, и этот процесс сильно отличается от осаждения цинка, никеля или меди.
Большая часть электричества в хромовой ванне расходуется на выделение водорода, и лишь 12–25 % идёт на осаждение металла. Поэтому хромирование — медленный и энергоёмкий процесс: для наращивания слоя 100 мкм может потребоваться много часов. Обильное выделение водорода требует отсоса паров и делает наводороживание стали актуальной проблемой.
Хромовые электролиты крайне неравномерно распределяют металл. На выступах и кромках слой получается заметно толще, в углублениях хром может вообще не осесть. Для получения ровного покрытия применяют фигурные аноды, повторяющие форму детали, экраны и защитные катоды-«воры», которые отбирают на себя избыточный ток с кромок.
Из-за токсичности шестивалентного хрома всё большее распространение получают электролиты на основе трёхвалентного хрома. Для декоративного покрытия они уже стали полноценной альтернативой, хотя оттенок может немного отличаться — он чуть теплее. Для толстого твёрдого хрома трёхвалентные процессы пока применяются ограниченно.
Декоративный хром — это всегда многослойная система, в которой сам хром составляет лишь тончайший верхний слой толщиной 0,3–1 мкм. Блеск и защита обеспечиваются подслоями.
Декоративное хромирование применяют для сантехнической арматуры, мебельной фурнитуры, ручек, элементов торгового оборудования, мото- и автодеталей, корпусов приборов. Качество покрытия во многом определяется предварительной полировкой: хром не скрывает дефекты, а, наоборот, подчёркивает их.
Сплошной тонкий хром на никеле при повреждении образует крупную гальваническую пару, и коррозия идёт вглубь через немногочисленные дефекты. Чтобы распределить коррозионный ток по множеству точек, применяют микротрещиноватые и микропористые покрытия: в хроме специально создают сеть мельчайших трещин или пор. Коррозия никеля при этом идёт равномерно и медленно, а не точечно, что значительно продлевает срок службы изделия на улице.
Функциональный хром наносят непосредственно на сталь, без подслоёв, толщиной от 10 до 500 мкм и более. Его главное назначение — обеспечить поверхности высокую твёрдость и износостойкость.
| Деталь | Толщина хрома, мкм | Задача покрытия |
|---|---|---|
| Штоки гидро- и пневмоцилиндров | 20–50 | Износостойкость, работа с уплотнениями, защита от коррозии |
| Валы, шейки, оси | 30–150 | Износостойкость, восстановление размера |
| Пресс-формы для пластмасс | 5–25 | Снижение налипания, полируемость, стойкость к агрессивным полимерам |
| Режущий и мерительный инструмент | 3–15 | Износостойкость, снижение налипания |
| Валки и цилиндры | 50–300 | Износостойкость, гладкость рабочей поверхности |
| Гильзы, втулки | 50–200 | Восстановление изношенных поверхностей |
Для пресс-форм тонкий твёрдый хром особенно ценен: формообразующие поверхности легче полируются, лучше сопротивляются абразивному износу наполненными пластиками и коррозии от ПВХ и других материалов, выделяющих агрессивные газы.
Для точных деталей хромирование почти всегда сочетают со шлифованием. Из-за неравномерности слоя наносить хром «в размер» удаётся только на простых деталях и тонких слоях.
Хром очень твёрд и одновременно хрупок, а внутренние напряжения в нём высоки. Неправильное шлифование вызывает прижоги, сетку трещин, отслаивание. Используют мягкие круги, обильное охлаждение, малые подачи и съём. Хорошие результаты даёт обработка алмазными кругами. Эти операции выполняются на нашем участке шлифования, что позволяет контролировать всю цепочку от заготовки до готового размера.
Одно из важнейших применений твёрдого хромирования — восстановление размеров изношенных деталей: шеек валов, штоков, посадочных мест под подшипники, плунжеров. Изношенную поверхность шлифуют до устранения следов износа, наращивают хром с припуском и шлифуют в номинальный размер.
Восстановление хромом оправдано, когда изготовление новой детали дорого или долго: крупные валы, детали импортного оборудования, уникальные узлы. Для простых деталей массового производства зачастую дешевле изготовить новую.
Качество хрома контролируют по нескольким показателям.
| Дефект | Внешнее проявление | Типичная причина |
|---|---|---|
| Отслаивание | Хром снимается чешуйками, особенно при шлифовании | Плохая подготовка, загрязнения, перерыв тока |
| Подгары и наросты | Шероховатые тёмные участки на кромках | Избыточная плотность тока, нет экранов |
| Непокрытые участки | Отсутствие хрома в углублениях | Низкая рассеивающая способность, газовые карманы |
| Молочный, матовый хром | Серая мягкая поверхность вместо блестящей | Неправильная температура и плотность тока |
| Сетка трещин после шлифования | Видимая сеть линий | Перегрев при шлифовании |
Контроль включает измерение толщины, проверку микротвёрдости, сцепления (нагревом, изгибом, шлифованием), а для штоков — шероховатости и отсутствия пор. Для ответственных деталей выполняется магнитопорошковый или капиллярный контроль трещин.
Ужесточение экологических требований и стремление повысить ресурс деталей привели к развитию альтернатив.
Выбор зависит от характера износа, нагрузок, среды, требований к размерам и экономике. Хромирование по-прежнему остаётся разумным выбором для штоков, валков, пресс-форм и восстановления деталей.
Результат хромирования во многом зависит от состояния детали, поступающей на покрытие. Хром повторяет микрорельеф поверхности и не сглаживает его, поэтому шлифовочные риски, следы резца и поры отлично видны и после покрытия. Для штоков и валов, работающих с уплотнениями, перед хромом выполняют шлифование, а иногда и полирование основы. Твёрдость основы под твёрдым хромом желательно иметь не ниже 40–45 HRC: на мягкой стали тонкий хрупкий слой продавливается под нагрузкой и растрескивается, по аналогии с яичной скорлупой на мягкой подложке. Для этого детали из сталей 40Х, 45, 38ХМЮА перед хромированием закаливают объёмно или поверхностно. Чугунные детали хромировать можно, но графит на поверхности затрудняет сцепление и требует специальной подготовки.
По ГОСТ 9.306 хромовые покрытия обозначают буквой «Х» с указанием толщины и вида. Например, «Х.тв24» — твёрдое хромирование толщиной 24 мкм, «М15.Н12.Х.б» — декоративная система медь 15 мкм, никель 12 мкм, хром блестящий. Также рекомендуется указать:
Декоративное и твёрдое хромирование объединяет только металл верхнего слоя. Декоративный хром — тонкий финиш поверх меди и никеля, его качество определяется полировкой и подслоями. Твёрдый хром — функциональное покрытие для трения и износа, требующее грамотного шлифования, обезводороживания и учёта снижения усталостной прочности. Если вам нужно защитить шток, вал или пресс-форму от износа или восстановить изношенную деталь, присылайте чертёж или образец — подберём толщину слоя и маршрут обработки.
