Хромирование

Хром — металл стального цвета с голубоватым оттенком. Наличие многих ценных физико-химических свойств обусловило хромовым покрытиям широкое применение во всех областях машиностроения. Удельный вес хрома 6,7; температура плавления 1520°, атомный вес 52. В соединениях хром шестивалентен и трехвалентен. Нормальный потенциал равен — 0,56 В, электрохимический эквивалент 0,323 г/а-час. Ценными физическими свойствами являются красивая декоративная внешность хрома, устойчивый блеск, не тускнеющий от времени, хорошая отражательная способность, жаростойкость и неокисляемость при высоких температурах.

В зависимости от режима осаждения хромовые покрытия изменяют свою твердость в пределах от 400 до 1000 кгс/мм2. Коэффициент трения хромовых покрытий ниже чем у стали, а износостойкость в несколько раз выше, особенно при пользовании пористо-хромовыми покрытиями.

В электрохимическом ряде напряжений хром более электроотрицателен, чем железо, но благодаря свойству пассивироваться, хром изменяет свой потенциал, становясь более электроположительным, чем железо, и приближаясь этим к благородным металлам. Поэтому в гальванической паре хром — железо хром не защищает железо электрохимически. В связи с высокой пористостью хромовых покрытий хром защищает железо механически лишь при наличии подслоев других металлов.

Благодаря образованию пассивной пленки хром нерастворим в азотной кислоте. Серная кислота медленно растворяет хром. В соляной кислоте хром растворяется достаточно хорошо. Органические кислоты, сероводород и щелочи не реагируют с хромом. Хромовые беспористые покрытия хорошо защищают сталь от цементации. В процессе хромирования происходит насыщение поверхностного слоя стали водородом; создается так называемая «водородная хрупкость» закаленных деталей. Поэтому для тонкостенных закаленных изделий типа пружин, вибраторов и им подобных, хромирование не применяют.

Широкое применение хромирование получило в качестве защитно-декоративного покрытия, причем в качестве подслоев используются покрытия никелем и медью. Толщина слоя хрома в этом случае находится в пределах одного микрона. Хорошая отражательная способность и длительное сохранение нетускнеющей зеркальной поверхности используются для покрытия рефлекторов и прочих светоотражателей. Химическая стойкость хрома используется для покрытия химической аппаратуры, предметов домашнего быта и в пищевой промышленности. Жаростойкость и износостойкость хромовых покрытий используются при покрытии хромом прессформ в стекольном производстве, а также матриц и штампов в производстве изделий из пластмасс. Толщина слоя хрома в этом случае составляет 5—8 мкм.

Велика роль хрома в повышении износостойкости мерительного и режущего инструмента. Мерительный инструмент после хромирования повышает срок своей службы в 6—8 раз по сравнению с нехромированным. Толщина слоя хрома для пробковых калибров и прочих видов мерительного инструмента определяется установленными для них допусками на износ и обычно составляет около 5—10 мкм.

Для режущих инструментов (метчиков, разверток и сверл) толщина слоя хрома не превышает 3—4 мкм. Для повышения износостойкости трущихся деталей, работающих в условиях недостаточной смазки, наиболее рационально применение пористого хрома. Толщина слоя хрома для этой цели не превышает обычно 0,20 мм. [2]

Точный механизм выделения хрома на катоде до сих пор не установлен. Некоторые авторы полагают, что металлический хром выделяется в результате непосредственного разряда анионов [3]:

Сг2О72- + 14Н+ + 12е → 2Сг + 7Н2О (1.1)

С другой стороны, предлагаются постадийный процесс восстановления (1.2) и процесс, при котором металлический хром непосредственно образуется из шестивалентного хрома (1.3) [4]:

Сг+6 → Сг+3 → Сг+2 → Сг0 (1.2)

Сг+6 → Сг0 (1.3)

Во время хромирования на катоде происходят следующие основные процессы: осаждение хрома, выделение водорода, восстановление шестивалентного хрома (аниона CrO42-) до трехвалентного и образование на поверхности катода тонкой пленки, состоящей из активного аниона и продуктов восстановления хромовой кислоты.