Хромирование (реже хромированное покрытие ), часто называемое хром , является методомгальванизации тонкого слоя хрома на металлическом объекте. Хромированный слой может быть декоративным, обеспечивать коррозионную стойкость, облегчать процедуры очистки или повышать твердость поверхности.Иногда для эстетических целей может использоваться менее дорогой имитатор хрома.
Процесс
Хромирование покрытия компонента обычно включает в себя следующие этапы:
Обезжиривание для удаления тяжелых загрязнений
Ручная очистка для удаления всех остаточных следов грязи и поверхностных загрязнений
Различные предварительные обработки в зависимости от субстрата
Размещение в колпаке для хромирования, где его можно нагревать до температуры раствора
Применение плакирующего тока в течение требуемого времени для достижения желаемой толщины
Существует много вариантов хромирование, в зависимости от типа подложки. Различные субстраты нуждаются в различных решениях травления, таких как хлористоводородная , фтористоводородная и серная кислоты . Хлорид железа также популярен для травления нимонических сплавов. Иногда компонент входит в колпак хромирования, когда он электрически живет. Иногда компонент имеет соответствующий анод, изготовленный из свинца / олова или платинизированного титана. Типичные жесткие хромовые чаны размером около 1 мил (25 мкм) в час.
При подготовке компонентов для декоративного хромирования используются различные способы литья и полировки . Хромированные химикаты очень токсичны. Утилизация химических веществ регулируется в большинстве стран.
Некоторые общие отраслевые спецификации, регулирующие процесс хромирования, — AMS 2460, AMS 2406 и MIL-STD-1501.
Хексавалентный хром
Гексавалентное хромирование , также известное как гекс-хром , Cr + 6 и хромирование (VI) ,в качестве основного ингредиентаиспользует триоксид хрома(также известный как хромовый ангидрид). Гексавалентный раствор хромирования используется для декоративного и твердого покрытия, а также яркое погружение медных сплавов, анодирование хромовой кислоты и конверсионное покрытие хрома .
Типичный шестивалентный процесс хромирования: (1) ванна для активации, (2) ванна хрома, (3) промывка и (4) промывка. Активационная ванна обычно представляет собой резервуар хромовой кислоты с протекающим через него обратным током. Это протравливает поверхность заготовки и удаляет любой масштаб . В некоторых случаях стадию активации проводят в бане из хрома. Хром-ванна представляет собой смесь триоксида хрома (CrO 3 ) и серной кислоты ( сульфат , SO 4 ), соотношение которых сильно варьирует между 75: 1 и 250: 1 по весу. Это приводит к чрезвычайно кислой ванне (pH 0).Плотность температуры и тока в ванне влияет на яркость и окончательный охват. Для декоративного покрытия температура составляет от 35 до 45 ° C (100-110 ° F), но для твердого покрытия он составляет от 50 до 65 ° C (от 120 до 150 ° F). Температура также зависит от плотности тока, поскольку для более высокой плотности тока требуется более высокая температура. Наконец, вся ванна перемешивается, чтобы поддерживать постоянную температуру и обеспечить равномерное осаждение.
Недостатки
Одним из функциональных недостатков шестивалентного хромирования является низкая эффективность катода, что приводит к плохой метательной мощности . Это означает, что он оставляет неравномерное покрытие, большее по краям и меньше внутри углов и отверстий. Чтобы преодолеть эту проблему, деталь может быть перевернута и измельчена до размера, или вспомогательные аноды могут использоваться вокруг областей с твердой пластиной.
С точки зрения здоровья шестивалентный хром является наиболее токсичной формой хрома. В США Агентство по охране окружающей среды регулирует его в значительной степени. EPA перечисляет шестивалентный хром как опасный загрязнитель воздуха, поскольку он является канцерогеном человека , «приоритетным загрязнителем» в соответствии с Законом о чистой воде и «опасным компонентом» в соответствии с Законом о сохранении и восстановлении ресурсов . Из-за низкой катодной эффективности и высокой вязкости раствора из ванны выделяется токсичный туман с водой и шестивалентным хромом. Для контроля этих выбросов используются мокрые скрубберы . Выгрузку из мокрых скрубберов обрабатывают для осажденияхрома из раствора, поскольку он не может оставаться в сточной воде.
Поддержание натяжения поверхности ванны менее 35 дин / см требует частых циклов обработки ванны смачивающим агентом и подтверждения влияния на поверхностное натяжение. Традиционно поверхностное натяжение измеряется с помощью сталагмометра . Этот метод, однако, утомительный и страдает от неточности (сообщалось об ошибках до 22 дин / см) и зависит от опыта и возможностей пользователя.
Дополнительные токсичные отходы, создаваемые из шестивалентных хромовых ванн, включают хроматы свинца , которые образуются в ванне, поскольку используются свинцовые аноды. Барий также используется для контроля концентрации сульфата, что приводит к образованию сульфата бария (BaSO 4), опасных отходов.
Трехвалентный хром
Трехвалентное хромирование , также известное как трихром , Cr +3 и хромирование (III) , в качестве основного ингредиента использует сульфат хромаили хлорид хрома . Трехвалентное хромирование является альтернативой шестивалентному хрому в определенных применениях и толщинах (например, декоративное покрытие).
Процесс трехвалентного хромирования похож на процесс шестивалентного хромирования, за исключением химии ванны и анодной композиции.Существует три основных типа конфигураций трехвалентной хромовой ванны:
Ванна с электролитом на основе хлорида или сульфата с использованием графитовых или композитных анодов, плюс добавки для предотвращенияокисления трехвалентного хрома до анодов.
Ванна на основе сульфата, которая использует свинцовые аноды, окруженные ящиками, заполненными серной кислотой (известными как экранированные аноды), которая удерживает трехвалентный хром от окисления на анодах.
Ванна на основе сульфата, которая использует нерастворимые каталитические аноды, которая поддерживает электродный потенциал, который предотвращает окисление.
Процесс трехвалентного хромирования может обрабатывать заготовки с одинаковой температурой, скоростью и твердостью по сравнению с шестивалентным хромом. Толщина покрытия составляет от 0,005 до 0,05 мил (от 0,13 до 1,27 мкм).
Преимущества и недостатки
Функциональными преимуществами трехвалентного хрома являются более высокая эффективность катода и лучшая метательная мощность. Лучшая метательная мощность означает лучшие темпы производства. Требуется меньше энергии из-за меньшей плотности тока. Этот процесс является более надежным, чем шестивалентный хром, поскольку он может выдерживать текущие перерывы.
С точки зрения здоровья трехвалентный хром по своей природе менее токсичен, чем шестивалентный хром. Из-за более низкой токсичности он не регулируется строго, что снижает накладные расходы . Другие преимущества для здоровья включают более высокую эффективность катодов, которые приводят к меньшему количеству выбросов хрома; более низкие концентрации, что приводит к меньшему количеству отходов и анодов хрома, которые не разлагаются.
Одним из недостатков, когда процесс был впервые введен, было то, что декоративные клиенты не одобряли различия в цвете. Компании теперь используют добавки для регулировки цвета. В твердых покрытиях коррозионная стойкость более толстых покрытий не так хороша, как в случае шестивалентного хрома. Стоимость химических веществ выше, но это обычно компенсируется более высокими темпами производства и меньшими накладными расходами. В общем, процесс должен контролироваться более тесно, чем при шестивалентном хромировании, особенно в отношении металлических примесей. Это означает, что процессы, которые трудно контролировать, такие как нанесение баррель, намного сложнее с использованием трехвалентной хромовой ванны.
Типы
Декоративные
Декоративный хром предназначен для эстетического и долговечного использования. Толщина колеблется от 0,002 до 0,02 мил (от 0,05 до 0,5 мкм), однако они обычно составляют от 0,005 до 0,01 мил (0,13 и 0,25 мкм).Хромирование обычно применяется на ярком никелевом покрытии . Типичные базовые материалы включают сталь ,алюминий , пластик , медные сплавы и цинковые сплавы. Декоративное хромированное покрытие также очень устойчиво к коррозии и часто используется на автомобильных деталях, инструментах и ??кухонных принадлежностях.
Жесткий хром
Жесткий хром , также известный как промышленный хром или модифицированный хром , используется для снижения трения, повышения долговечности благодаря толерантности к истиранию и износостойкости в целом, минимизации гашения или захвата деталей, расширению химической инертности, включая более широкий набор условий (особенно стойкость к окислению , возможно, его самое известное качество) и наполнительный материал для изношенных деталей, чтобы восстановить их первоначальные размеры. Это очень трудно, измеряя от 65 до 69 HRC (также на основе твердости основного металла). Твердый хром имеет толщину более тонкого, чем декоративный хром, со стандартной толщиной в нераспространении в диапазоне от 0,02 до 0,04 мм (от 20 до 40 мкм) , но он может быть на порядок толще для экстремальных требований к износостойкости, в таких случаях .1 мм (100 мкм) или толще обеспечивает оптимальные результаты. К сожалению, такие толщины подчеркивают ограничения процесса, которые преодолеваются путем нанесения дополнительной толщины, а затем шлифования и притирки для удовлетворения требований или для улучшения общей эстетики «хромированной» детали. Увеличение толщины покрытия увеличивает поверхностные дефекты и шероховатость в пропорциональной степени, поскольку твердый хром не оказывает нивелирующего эффекта. Части, которые не идеально подобны геометриям электрического поля (почти каждая часть, отправленная для нанесения покрытия, за исключением сфер и объектов в форме яйца), требует еще более толстого покрытия для компенсации неравномерного осаждения, и большая часть его теряется, когда измельчение детали обратно до нужных размеров.
Современные «инженерные покрытия» не страдают от таких недостатков, которые часто выходят из строя из-за затрат на рабочую силу. Технологии замены жесткого хрома превосходят твердый хром в износостойкости, коррозионной стойкости и стоимости. Твердость по Роквеллу 80 не является экстраординарной для таких материалов. Использование распылительного напыления, равномерная толщина, которая часто не требует дополнительной полировки или механической обработки, является стандартной особенностью современных инженерных покрытий. Эти покрытия часто представляют собой композиты из полимеров, металлов и керамических порошков или волокон в качестве патентованных вариантов, защищенных патентами или в качестве коммерческой тайны, и, как правило, известны под торговой маркой.
Твердое хромирование покрывает различные типы требований к качеству в зависимости от применения; например, покрытие на гидравлическихпоршневых штоках проверяется на коррозионную стойкость при испытании на солевой спрей .
Автомобильное использование
Большинство ярких декоративных предметов, прикрепленных к автомобилям, называются «хром», что означает сталь, которая претерпела несколько процессов нанесения покрытия, чтобы выдержать изменения температуры и погоду, которые автомобиль подвергается наружу. Тройное покрытие является самым дорогим и долговечным процессом, который включает металлизацию стали сначала медью, а затем никелем до нанесения хромирования.
До применения хрома в 1920-х годах использовалось никелевое гальванопокрытие . В коротком производстве, предшествовавшем вступлению США воВторую мировую войну , правительство запретило плакировку для экономии хрома, а автопроизводители нарисовали декоративные элементы в дополнительном цвете. В последние годы корейской войны США предполагали запретить хром в пользу нескольких более дешевых процессов (таких как покрытие цинком, а затем покрытие блестящим пластиком).
В 2007 году была выпущена Директива об ограничении опасных веществ (RoHS), запрещающая использование нескольких токсичных веществ для использования в автомобильной промышленности в Европе, включая шестивалентный хром, который используется в хромировании. Тем не менее, хромирование является металлом и не содержит шестивалентного хрома после его промывки, поэтому хромирование не запрещено.