1.4 Хромирование. Блестящие хромовые покрытия
Хром – метал серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. До хрома ни один элемент периодической системы не выделяется электролизом из водных растворов. Хром относиться к числу наиболее легко пассивирующихся металлов. Электролитический хром отличается исключительно мелкокристаллической структурой. Наименьшими размерами обладают кристаллы блестящего хрома. Блестящие хромовые покрытия применяются для защитно-декоративной отделки металлоизделий (в этом случае хром наноситься на подслой из меди и никеля) для увеличения отражательной способности, для покрытия пар трения деталей для предания им высокой износостойкости и др. Толщина слоя для защитно-декоративного хромирования составляет 0,3-1,5 микрона.
Стандартный электролит хромирования.
Основной электролит для осаждения хрома содержит всего два компонента: хромовый ангидрид и серную кислоту. Массовое соотношение между этими компонентами должно быть 100:1. При таком соотношении достигается наиболее высокий выход по току. Это важно, поскольку процесс хромирования отличается очень низким выходом по току, который в среднем составляет 10-15%.
Составы и режимы осаждения:
| Состав электролита (г/л) и режим работы | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 |
| Хромовый ангидрид CrO3 | 150-170 | 200-250 | 275-300 |
| Серная кислота H2SO4 | 1,5-1,57 | 2,0-2,5 | 2,75-3,0 |
Электролит№ 1 – выход по току 16-18%, рассеивающая способность и твердость осадков наиболее высоки.
Электролит№ 2 – выход по току 12-14%, рассеивающая способность средняя. Широкий рабочий интервал получения блестящих осадков.
Электролит№ 3 – выход по току 8-10%, рассеивающая способность наиболее низкая. Электролит устойчив по составу более длительное время, блестящие осадки получаются в широком рабочем интервале и отличаются низкой твердостью.
Средний интервал условий, в которых получаются блестящие осадки из приведенных электролитов : катодная плотность тока 20-60 А/дм2 и температура 40-60 °. В процессе хромирования используются, не растворимы свинцово-сурьмянистые аноды.
Электролиты хромирования с анионами, содержащими фтор.
Фтор-ион и другие фторсодержащие ионы обычно используют в электролитах холодного хромирования. Преимущества перед сульфатными электролитами: возможность вести процесс при комнатной температуре, обладают лучшей рассеивающей и кроющей способностью, характеризуются меньшей критической плотностью тока, а так же более высоким выходом по току. Недостатки: более высокая агрессивность. Осадки, полученные из фторидных электролитов, имеют более низкую твердость и более пластичны, так же они обладают более низкими внутренними напряжениями.
Составы и режимы осаждения:
| Состав электролита (г/л) и режим работы | №1 | №2 | №3 | №4 | №5 | №6 | №7 | №8 | №9 |
| Хромовый ангидрид CrO3 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 100 | 250 | 200 | 300 |
| Плавиковая кислота HF | 0,8-1,6 | - | - | - | - | - | - | 4 | - |
| Фторид калия KF | - | 3,5 | - | - | - | - | - | - | - |
| Фторид аммония NH4F | - | - | 3-8 | - | - | - | 4 | - | 6 |
| Кремне- фтористоводородная кислота H2SiF6 | - | - | - | 5-10 | - | - | - | - | - |
| Кремнефторид натрия Na2SiF6 | - | - | - | - | 6 | - | - | - | - |
| Борфтористоводородная кислота HBF4 | - | - | - | - | - | 3 | - | - | - |
| Сульфат натрия Na2SO4 | - | - | - | - | 1 | - | - | - | - |
| Серная кислота H2SO4 | - | - | - | - | - | - | 2,5 | - | - |
| Сульфат хрома Cr2(SO4)3. | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,5 |
| Температура, ° | 20-25 | 20-25 | 15-25 | 18-25 | 18-35 | 18-22 | 25-30 | 23-25 | 18-25 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | 2,5-6 | 3-5 | 8-12 | 5-10 | 6-12 | 5-10 | 5-7 | 50 | 8-10 |
К фторсодержащим электролитам относятся также саморегулирующиеся электролиты. Принцип их действия заключается в том, что автоматическое поддержание постоянного соотношения между концентрациями хромовой кислоты и постороннего аниона, достигается путем введения указанного аниона в электролит в составе ограниченно растворимых солей в количествах, превышающих их растворимость. Поэтому осадок на дне (избыток соли) всегда находиться в равновесии с ионами, перешедшими в раствор.
Составы и режимы осаждения:
| Состав электролита (г/л) и режим работы | Электролит №1 | Электролит №2 | Электролит №3 |
| Хромовый ангидрид CrO3 | 250-300 | 230-250 | 230-250 |
| Сульфат стронция SrSO4 | 5,5-6,5 | 5,5-6,5 | - |
| Кремнефторид калия K2SiF6 | 18-20 | - | 18-20 |
| Фторид кальция CaF2 | - | 8-10 | 8-10 |
| Температура, ° | 55-65 | 40-50 | 50-70 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | 40-100 | 40-80 | 30-80 |
| Выход по току, % | 17-18 | 24-25 | 29-30 |
Сверхсульфатный электролит.
Состав и режимы осаждения:
| Состав электролита (г/л) и режим работы | Электролит №1 |
| Хромовый ангидрид CrO3 | 250-300 |
| Серная кислота H2SO4 | 8-10 |
| Хром трехвалентный Cr+3 | 20-22 |
Рекомендуемые режимы электролиза:
| Температура, ° | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 |
| Катодная плотность тока, А/дм2 | 50-80 | 50-90 | 50-200 | 60-250 | 60-280 | 100-300 |
Приведенный электролит рекомендуется для скоростного осаждения толстых блестящих слоев хромовых покрытий (до 1мм). Сверхсульфатный электролит имеет низкую рассеивающую способность, рекомендуется для нанесения покрытий на цилиндрические детали.
Тетрахроматный электролит.
Электролит предназначен исключительно для получения защитно-декоративных покрытий. Он обладает высокой рассеивающей способностью. Выход хрома по току – до 30%. Основные преимущества – возможность ведения хромирования при комнатной температуре. Осадки получаются серыми, но благодаря своей пластичности легко полируются до зеркального блеска. Осадки почти беспористы, рекомендуются в замен трехслойных покрытий медь-никель-хром.
Состав и режимы осаждения:
| Состав электролита (г/л) и режим работы | Электролит№1 |
| Хромовый ангидрид CrO3 | 350-40 |
| Серная кислота H2SO4 | 2,5-2,7 |
| Едкий натр NaOH | 40-60 |
| Хром трехвалентный Cr+3 | 10-15 |
Рекомендуемая катодная плотность тока 10-80 А/дм2. Легко полируются покрытия на обычных войлочных кругах, полученные при катодной плотности тока 15-25 А/дм2.
Важным моментом при блестящем хромировании металлических изделий является первоначальная подготовка поверхности, введу того что блестящие покрытия хрома возможно получить только на блестящей поверхности.