Особенности процесса осаждения хрома.

Электрохимическое осаждение хрома существенно отличается от других гальванических процессов, т. к. хромирование производится из электролитов, содержащих не соли осаждаемых металлов, а смеси хромовых кислот (H2CrO7 и H2Cr2O4 ). При этом установлено, что электролит должен содержать определенное количество активных анионов, чаще всего SO42- , F, SiF62-, без которых хром не выделяется из растворов хромовой кислоты.

Особенностями процесса осаждения хрома являются высокий отрицательный потенциал восстановления хромат-ионов, низкий выход металла по току, высокие плотности тока, необходимость применения нерастворимых анодов и очень низкая рассеивающая способность электролита.

Механизм осаждения хрома очень сложен. Во время хромирования на катоде одновременно протекают процессы осаждения хрома; выделения водорода; восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного; образования на поверхности катода тонкой пленки, состоящей из продуктов восстановления хромовой кислоты и активного аниона.

Не только вид, но и концентрация активного аниона оказывают влияние на процессы, протекающие на катоде. При исследованиях обнаружено, что максимальное значение выхода хрома по току достигается при соотношении между концентрацией  H2CrO4 и постороннего аниона близком к 100 : 1.

При осаждении хрома применяют нерастворимые аноды. Это объясняется тем, что хром растворяется на аноде быстрее, чем осаждается на катоде, при этом он переходит в раствор в виде ионов разной валентности.

Аноды применяют из свинца и его сплавов. В процессе электролиза аноды покрываются слоем оксида свинца PbO2, который защищает аноды от разрушения. При определенном соотношении анодной и катодной плотностей тока можно установить равновесие, при котором на аноде в процессе осаждения хрома будет окисляться такое же количество трехвалентного хрома, какое будет попадать в электролит из катодной зоны. Поэтому рекомендуется поддерживать соотношение катодной и анодной поверхности в пределах 1:2 или 2:3.

Уникальность процесса осаждения хрома в том, что из одного и того же электролита, содержащего в своем составе хромовый ангидрид в количестве 250 г/л и 2,5 г/л серной кислоты,  в зависимости от величины плотности тока и температуры получаются осадки хрома  совершенно разного внешнего вида и обладающие различными свойствами (см. статью «Покрытие хромом – это надежно и красиво!»).

Покрытие блестящим хромом.

Покрытие блестящим хромом.

Осадкам хрома свойственны высокие внутренние напряжения. Наименьшие размеры (0,001 – 0,01 мкм) имеют кристаллы блестящего хрома; размеры матового и молочного хрома 0,1 – 10 мкм.

На пористость хрома основное влияние оказывают температура электролита и соотношение между CrO3 и H2SO4.

  • При повышении температуры электролита хромирования внутреннее напряжение уменьшается и число трещин сокращается. В результате растрескивания под влиянием внутренних напряжений в покрытиях хромом возникает пористость в виде сетки трещин. Появление пористости при хромировании начинается по достижении определенной толщины покрытий.
  • Увеличение концентрации серной кислоты в электролите хромирования приводит к отложению мелкозернистых блестящих осадков хрома, уменьшение – к получению серых недоброкачественных покрытий.  В обоих случаях выход хрома по току снижается.
  • При увеличении содержания хромового ангидрида выход хрома по току также снижается.

Особенно велико влияние на нормальную работу хромовых электролитов двух факторов: плотности тока и температуры. Оба фактора находятся в тесной взаимозависимости и с изменением одного требуется изменять другой.

При увеличении температуры электролита:

  • Снижается выход хрома по току;
  • Уменьшается рабочий интервал;
  • Повышается испарение электролита хромирования.

Следовательно, при увеличении температуры надо повысить плотность тока. Но наряду с этим, при повышении температуры понижается и твердость хромовых осадков.

  • Для каждой температуры хромирования существует определенный минимум плотности тока, ниже которого прекращается выделение металлического хрома.
  • Чем выше температура хромирования, тем ниже предел плотности тока.

Рассеивающая способность электролитов хромирования несколько улучшается с увеличением плотности тока (см. «Зачем нужна технология»).

Увеличение содержания 3-х валентного хрома повышает вязкость растворов и снижает электропроводность. При этом сужается интервал плотностей тока, при которых получаются блестящие осадки хрома. С увеличением концентрации 3-х валентного хрома (15 – 20 г/л) осадки становятся хрупкими, а при значительной концентрации – получаются темные осадки, как и при недостаточном содержании сульфатов или при низких температурах.

Примеси железа в электролитах хромирования действуют примерно так же, как и примеси трехвалентного хрома.

Присутствие азотной кислоты вредно влияет на работу хромовых ванн.

Изменяя режим электролиза при хромировании, можно получить разные типы осадков хрома, различающиеся по своим свойствам, а, следовательно, областью применения.

Для стабилизации электролита хромирования по содержанию аниона SO42- предложено вводить его в виде труднорастворимых солей стронция. Избыток стронция, находящийся в осадке, длительное время поддерживает требуемую концентрацию сульфат-аниона в растворе, поэтому такие электролиты называются саморегулирующимися электролитами хромирования.

Состав саморегулирующихся электролитов хромирования:

CrO3   140 – 170 г/л

SrSO4   6 – 8 г/л

Матовое хромовое покрытие получается при температуре 35 – 45ºС, плотности тока 50 – 80 А/дм2.

Молочное покрытие – при температуре 65 – 75ºС, плотности тока 20 – 40 А/дм2.

Блестящее покрытие  –  при температуре 55 – 65ºС, плотности тока 60 – 80 А/дм2.

Следовательно, выбирая для защиты поверхности хром (см. «Выбор защитного покрытия»), следует указывать его тип по ГОСТ 9.306-85 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения» (обычное, пористое, микротрещинное, микропористое, молочное).

 

По вопросам отработки технологии хромирования обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

 

Запись опубликована в рубрике В помощь технологам. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Комментарии запрещены.