Что такое хромирование и как оно работает?

Что такое хромирование?

Хромирование - это гальваника где слой хрома наносится на металлическую подложку. Хром — серебристо-белый металл с легким голубоватым оттенком. При контакте с воздухом металлический хром легко пассивируется, быстро образуя на своей поверхности тончайшую защитную оксидную пленку.

С электрохимической точки зрения хромовое покрытие действует как катодное покрытие при нанесении на сталь, алюминий или алюминиевые сплавы, но при нанесении на медь и медные сплавы это анодное покрытие. Примечательно, что хромовое покрытие сохраняет свой первоначальный блеск в течение длительного времени в атмосфере, обеспечивая превосходную отражающую способность и декоративную привлекательность. Помимо эстетических качеств, оно обеспечивает высокую твёрдость, высокую термостойкость и превосходную износостойкость, что делает его незаменимым промышленным покрытием.

Свойства хромового покрытия

Однослойное хромовое покрытие изначально содержит микротрещины и является пористым, поэтому, как правило, непригодно для использования в качестве основного слоя защиты от коррозии. Для устранения этой пористости и повышения защиты основного металла в системах гальванопокрытия обычно используют многослойные покрытия, такие как медь-никель-хром, многослойное никель-хромовое или двухслойное хромирование.

Хромирование обеспечивает высокую твёрдость, которая может варьироваться от 400 до 1200 HV в зависимости от химического состава ванны и условий процесса. Кроме того, оно обладает исключительно низким коэффициентом трения: его коэффициент сухого трения является одним из самых низких среди всех металлических покрытий. Сочетание высокой твердости и низкого трения придает хромовому слою исключительную износостойкость.

Покрытие обладает превосходной химической стабильностью, оставаясь инертным к основаниям, сульфидам, азотной кислоте и большинству органических кислот. Однако оно растворяется галогеноводородными кислотами (например, соляной) и горячей серной кислотой.

Хромовое покрытие также обладает хорошей термической стабильностью. При нагревании ниже 500 °C блеск и твёрдость покрытия существенно не изменяются. Окисление и изменение цвета начинаются выше 500 °C, а твёрдость снижается при температуре выше 700 °C.

В видимом спектре света коэффициент отражения хрома составляет около 65%, что ставит его между серебром и никелем. Поскольку хромовое покрытие не тускнеет, оно сохраняет свою высокую отражательную способность в течение длительного времени использования.

Типы хромирования

Существует множество разновидностей процесса хромирования, которые классифицируются здесь в зависимости от их основного применения:

1. Декоративное хромирование

Такое покрытие обычно называют декоративным хромом. Это тонкое, блестящее и эстетичное покрытие, обычно служащее верхним слоем многослойной системы. Для надлежащей защиты от коррозии стальную основу необходимо сначала нанести достаточно толстый промежуточный слой, например, медно-никелевого покрытия. Последний слой хрома очень тонкий, обычно 0.25–0.5 мкм. Полированная поверхность, покрытая декоративным хромом, приобретает серебристо-голубой блеск, устойчивый к потускнению в атмосферных условиях. Его широко используют для защиты и декорирования деталей в автомобильной, велосипедной, бытовой и хозяйственной промышленности.

2. Твердое хромирование

Твёрдый хром ценится за чрезвычайно высокую твёрдость и износостойкость, что значительно продлевает срок службы промышленных компонентов, таких как режущие инструменты, волочильные штампы, пресс-формы, подшипники, валы, шестерни и калибры. Он также используется для восстановления допусков размеров изношенных деталей. Толщина твёрдого хрома обычно составляет от 5 до 50 мкм, но может достигать 200–800 мкм для особо требовательных применений. Стальные детали обычно не требуют промежуточного слоя, хотя он может быть использован, если требуется особая коррозионная стойкость.

3. Матовое хромирование

Этот хромовый слой имеет молочно-белый цвет и низкую отражательную способность. Он характеризуется хорошей пластичностью, низкой пористостью и мягким цветом. Хотя его твёрдость ниже, чем у твёрдого или декоративного хрома, высокая коррозионная стойкость делает его идеальным для измерительных инструментов и приборных панелей. Для повышения твёрдости поверх непрозрачного слоя можно нанести дополнительный слой твёрдого хрома – это двухслойная система хромирования, сочетающая преимущества обоих типов для деталей, требующих как абразивной, так и коррозионной стойкости.

4. Хромирование каналов ствола

Этот процесс использует присущую хромовому слою структуру микротрещин. После первоначального твёрдого хромирования поверхность подвергается механическому, химическому или электрохимическому травлению для углубления и расширения сети трещин. В результате хромовая поверхность покрывается более широкими каналами, которые не только сохраняют преимущества твёрдого хрома, но и эффективно накапливают смазывающую жидкость, предотвращая работу без смазки и значительно повышая антифрикционные и износостойкие свойства детали. Этот метод широко применяется для высоконагруженных поверхностей трения скольжения, таких как цилиндры и поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания.

5. Черное хромирование

Черный хром образует покрытие черного цвета с равномерным, приятным блеском, обладающее превосходными антибликовыми (светопоглощающими) свойствами. Его твердость относительно невысокая, обычно 130–350 HV, но износостойкость в 2–3 раза выше, чем у блестящего никеля при той же толщине. Его коррозионная стойкость сопоставима со стандартным хромом и в значительной степени определяется толщиной основного слоя. Он обладает хорошей термостойкостью, не изменяя цвет при температурах ниже 300 °C. Черный хром часто используется для деталей авиационных приборов, оптического оборудования, а также в качестве защитного и декоративного покрытия для панелей, поглощающих солнечную энергию.

Процесс хромирования

Производство гальванического хрома сопряжено с экологическими и производственными рисками из-за легкого образования тумана хромовой кислоты. Операторы должны использовать средства индивидуальной защиты, а все сточные воды и отходящие газы должны тщательно очищаться для соответствия стандартам сброса. Типичная технологическая схема включает в себя снятие напряжений перед нанесением покрытия, обезжиривание и травление, собственно хромирование и снятие водородной хрупкости после нанесения покрытия. В зависимости от типа детали и требований некоторые этапы могут быть исключены или изменены.

1. Снятие стресса: Этот этап предназначен в первую очередь для высокопрочных стальных деталей, подверженных внутренним напряжениям. Детали помещаются в печь для низкотемпературного отпуска, чтобы снять остаточные напряжения, возникшие в процессе производства, и предотвратить деформацию или отслоение покрытия в процессе гальванизации.
2. Обезжиривание и травление: Этот процесс включает в себя тщательное удаление жира и органических загрязнений щелочными растворами с последующей промывкой водой. Затем деталь погружают в разбавленный раствор кислоты для удаления окалины и ржавчины, тем самым активируя поверхность основного металла.
3. Медное покрытие: Медный слой выполняет функцию первичного грунтовочного слоя, используя свои выравнивающие свойства для заполнения мелких дефектов поверхности и обеспечения прочного переходного слоя для превосходной адгезии последующего слоя никеля.
4. Никелевое покрытие: Никелевый слой обеспечивает основную коррозионную стойкость в хромовой системе, выступая в качестве защитного барьера от воздействия окружающей среды.
5. Хромирование: Деталь погружается в раствор на основе хромовой кислоты в качестве катода, и для электроосаждения слоя хрома применяется ток высокой плотности. Процесс очень чувствителен к температуре ванны и плотности тока.
6. Устранение водородной хрупкости: Поскольку атомы водорода могут проникать в стальную основу во время нанесения покрытия и вызывать хрупкое разрушение, этот важный шаг безопасности включает немедленный нагрев компонента до низкой температуры, чтобы вытеснить скопившийся водород и восстановить пластичность и вязкость основного металла.
7. Сушка: Наконец, детали сушатся при помощи горячего воздуха или обезвоживающего масла, чтобы полностью удалить остатки влаги или раствора с поверхности детали и из пор покрытия, обеспечивая окончательное эстетическое качество и предотвращая вторичное окисление.

Руководство по выбору хромированного покрытия

При выборе хромового покрытия для детали следует соблюдать следующие принципы.

Декоративное хромирование используется для защитно-декоративной отделки деталей интерьера, эксплуатируемых в обычных и промышленных условиях. В качестве промежуточного слоя всегда следует использовать многослойное никелевое или медно-никелевое покрытие.

Твёрдый хром используется в качестве износостойкого защитного слоя для подвижных узлов трения. В качестве промежуточного покрытия часто рекомендуется использовать слой никеля или матового хрома. Для использования в суровых условиях морской атмосферы рекомендуется последующая обработка для герметизации пор.

Хромирование подходит для деталей, требующих:

• Высокая отражательная способность.
• Долговечный декоративный блеск.
• Высокая износостойкость.
• Восстановление размеров изношенных деталей.
• Предотвращение прилипания или адгезии к таким материалам, как пластик и резина.

Хромирование не следует выбирать для следующих компонентов:

• Детали, работающие при температурах свыше 650°C.
• Детали, работающие в минеральном масле.

О Getzshape

Getzshape поставляет прецизионные компоненты, соответствующие международным стандартам, включая решения для твёрдого и декоративного хромирования. Соблюдая такие стандарты, как ASTM B177, мы гарантируем инженерам превосходную износостойкость, высокую твёрдость и точность размеров для критически важных компонентов по всему миру. Свяжитесь с нами для начала ваших проектов.