Твердое гладкое хромирование деталей имеет ряд особенностей: и преимуществ перед другими способами восстановления деталей., основными из которых являются: низкий коэффициент трения, высокая твердость покрытия, повышенные антикоррозийность и износостойкость, хорошая сцепляемость покрытия с основным металлом детали, возможность покрытия деталей из металлов различного химического состава, отсутствие нагрева детали и структурных изменений ее металла.

Коэффициент трения электролитического хрома значительно меньше, чем у всех остальных металлов. Снижение коэффициента трения хромированных деталей облегчает условия их работы.

Твердость хромированной поверхности деталей значительно превышает твердость закаленной стали, поэтому хромированная деталь бывает тверже новой, не хромированной детали. Хромовое покрытие может быть обработано только абразивным инструментом. Наибольшая твердость хромового покрытия получается при плотности тока 60—70 а/дм2 и температуре электролита 55—65°. Повышение температуры приводит к снижению твердости.

Износостойкость хромированных деталей достигает значительных величин, в несколько раз превышающих стойкость таких же нехромированных деталей. Особенно это сказывается на деталях, работающих в агрессивных средах (например, в двигателях внутреннего сгорания), так как окисляемость хрома намного ниже, чем у других металлов.

Однако в ряде случаев препятствием для применения хромирования с целью повышения износостойкости деталей являются такие отрицательные особенности гладкого хрома, как плохая смачиваемость смазочными маслами и плохая прирабатываемость (в цилиндрах и поршневых кольцах двигателей, а также в деталях, работающих в условиях недостаточной смазки). Смачиваемость деталей улучшается с увеличением степени пористости (шероховатости) поверхности, что имеет место при покрытии их пористым хромом.

Сцепляемость хромового покрытия с основным металлом детали достигает высоких величин; при испытаниях хромированных образцов при знакопеременной нагрузке и поломке их отслаивание хрома не наблюдается.

Электролитический хром хрупок и при неправильном подборе режима электролиза отслаивается от детали. С повышением температуры до 65° вязкость хромового покрытия при любой плотности тока повышается, после чего начинает уменьшаться.

Вязкость хромового слоя присуща только тонким слоям покрытия при очень хорошем сцеплении с основным металлом. По мере роста толщины хромового покрытия влияние основного металла уменьшается, и все больше начинает сказываться хрупкость слоя хрома.

Исходя из этих соображений, при восстановлении деталей рекомендуется толщину слоя наращиваемого хрома выдерживать от- 0,1 до 0,3 мм, максимально до 0,5 мм на сторону.

Возможность покрытия хромом различных металлов является весьма положительным фактором, так как практически позволяет хромировать детали, изготовленные из самых разнообразных металлов, с различными видами термообработки. Нельзя покрывать хромом стали, содержащие большое количество вольфрама и кобальта, и чугун с большим содержанием кремния и углерода. Плохое сцепление с хромом имеют поверхности металла со значительными внутренними напряжениями, которые могут образоваться в- результате неправильно проведенной закалки или механической обработки (шлифования).

Отсутствие нагрева детали и структурных изменений ее металла выгодно отличает хромирование от других способов ремонта деталей (сварки, наплавки, давления и др.).

Технологический процесс гладкого хромирования состоит из подготовки детали к наращиванию, процесса электролиза (хромирования) и обработки детали после наращивания. При этом операции выполняются в следующей последовательности:
1) механическая обработка детали;
2) установка деталей на подвески (или изолирование с экранированием);
3) обезжиривание;
4) промывка в горячей проточной воде;
5) промывка в холодной проточной воде;
6) декапирование обратным током;
7) хромирование;
8) промывка в дистиллированной воде (для сбора хромового- ангидрида);
9) промывка в холодной проточной воде;
10) промывка в горячей проточной воде;
11) сушка и разборка подвесок;
12) приемка ОТК;
13) термическая обработка для снижения водородной хрупкости;
14) механическая обработка.

Перед хромированием все детали проходят мойку и обезжиривание в горячем щелочном растворе. Детали, подвергаемые изоляции целлулоидом, вначале обезжиривают, затем промывают в горячей воде и после сушки устанавливают на подвески и изолируют места, не подлежащие покрытию.

Покрываемые хромом места зачищают абразивной бумагой, обезжиривают венской известью, промывают, декапируют и т. д.

Чистота подготовки деталей к хромированию оказывает большое влияние на качество получаемого осадка и его сцепляемость с основным металлом.

Шлифование деталей производится до устранения следов износа на детали и придания ей правильной геометрической формы. Шлифование производится с обильным охлаждением мягким камнем зернистостью от 40 до 80 при окружной скорости камня 18 м/сек и окружной скорости детали 0,8 м/мин.

Деталь после шлифования не должна иметь на поверхности раковин, неметаллических включений, ожогов и шлифовочных трещин. Размер детали должен быть меньше номинального на величину 2 слоев хрома плюс припуск по диаметру на окончательную обработку, если таковая предусмотрена.

На выступах и углублениях деталей происходит неравномерное отложение хрома и образование дендритов вследствие того, что хромовая ванна плохо работает в глубину.

Установку деталей на подвесные приспособления производят для создания плотного электрического контакта, рационального использования объема ванны, удобства загрузки деталей в ванну и соблюдения равного расстояния между деталью и анодами.

В подвесные приспособления устанавливают одновременно несколько деталей (рис. 162).

Аноды изготовляют из сурьмянистого свинца (Sb = 6—10%), что дает возможность делать их фигурными, соблюдая равномерный зазор между деталями и анодами.

В некоторых случаях аноды изготовляются из чистого железа, поверхность которого пассивируется от действия электролита (хромового ангидрида), поэтому аноды делаются почти нерастворимыми. Процесс окисления на поверхности железа идет менее энергично, чем на свинцовых анодах, но при железных анодах в ванне происходит накопление трехвалентного хрома, что является нежелательным.

Рис. 162. Приспособление (подвеска) для хромирования крестовин

Для изоляции поверхностей, не подлежащих хромированию, применяются эмалит, цапон-лак (раствор целлулоида в ацетоне), перхлорвиниловый лак, листовой целлулоид, кинопленка и пластикат. Лак кисточкой наносится на деталь в несколько слоев и просушивается. Цилиндрические поверхности хорошо изолируются целлулоидными колпачками или пластикатом.

Для обеспечения равномерного отложения хрома на деталях применяют дополнительные катоды (проводящие экраны), непроводящие экраны и фигурные аноды.

Дополнительные катоды в виде шайб и колец удлиняют деталь в направлении ее острых кромок, защищая их путем оттягивания на себя избытка силовых линий. Применение в конструкции подвесок дополнительных катодов предупреждает образование и рост на острых кромках дендритов, которые снижают качество металла в местах, прилегающих к ним.

Для изготовления проводящих экранов применяется малоуглеродистая сталь, для изготовления непроводящих экранов — органическое стекло и пластики.
Непроводящие экраны служат для предохранения выступающих поверхностей деталей от хромирования.

Подвески должны иметь достаточную надежность всех креплений и достаточное сечение токоподводящих деталей, так как при одновременной завеске нескольких деталей необходимо обеспечить равномерное распределение тока между ними.

Обезжиривают деталь протиркой бензином или известковой кашицей (венской известью) из 97% окиси кальция и магния с добавкой 3% соды или 1,5% едкого натрия.

Температура ёанны 80—90°; время обезжиривания зависит or загрязненности деталей и колеблется в пределах от 20-Ь-60 мин. Химическое обезжиривание применяют тогда, когда поверхность деталей очень сложная. При более простой форме деталей, когда при завеске детали в ванну электрический ток сможет проникнуть ко всем очищаемым местам, применяют электрохимическое обезжиривание.

Деталь завешивается на катод; анодами служат стальные или никелированные пластины; температура ванны 60—80°; катодная плотность 3—10 а/дм2 при напряжении 6—8 в.

При электрохимическом обезжиривании на катоде усиленно выделяется водород, который энергично перемешивает электролит у поверхности детали и способствует механическому удалению загрязнений. Вследствие энергичного удаления ионов водорода в при- катодном слое электролита происходит накопление ионов гидрокси- ла (ОН), которые, взаимодействуя с жирами, образуют мыло.

Водород, выделяющийся на катоде, диффундирует внутрь металла и в небольшом слое изменяет структуру кристаллической решетки, растягивая ее, что увеличивает хрупкость и ломкость металла, а иногда ухудшает приставание осажденного металла.

Для улучшения процесса обезжиривание ведут вначале на катоде, а заканчивают на аноде. После обезжиривания детали промывают сначала в ванне с горячей водой путем трехкратного погружения, а затем в холодной воде.

Декапирова.ние деталей производят для удаления с их поверхности следов тончайших окислов, обнажения кристаллической структуры основного металла и создания на ней микроскопической шероховатости для лучшего сцепления. Декапирование производится в основной хромовой ванне. Детали загружаются на катодную штангу, где их выдерживают 1—2 мин без тока, для того чтобы они приняли температуру электролита. После этого перекидным рубильником меняют полярность, и деталь в течение 30—60 сек (для углеродистых сталей) или 2—3 мин (для легированных сталей) является анодом при плотности тока 25—60 а/дм2. После этого начинают хромирование при прямой полярности тока.

После декапирования в таком электролите детали без промывки быстро переносят в ванну для хромирования. Большое значение для хорошего сцепления хрома с основным металлом детали имеет продолжительность декапирования. Увеличение времени декапирования дает лучшую сцепляемость.

Так как образование кислорода является преобладающим процессом, то вокруг анодов наблюдается усиленное выделение пузырьков газообразного кислорода.

Серная кислота, находящаяся в электролите, во время осаждения металлического хрома играет двоякую роль: повышение ее концентрации увеличивает концентрацию ионов водорода, что способствует восстановлению хромового ангидрида до хрома металлического; одновременно повышение концентрации кислоты вызывает другой, противоположно направленный процесс — увеличивается скорость окисления закиси хрома (СгО) в окись (Сг203), т. е. ‘ уменьшается скорость осаждения хрома. Поэтому процесс осаждения хрома возможен, если восстановление хромового ангидрида до металлического хрома идет быстрее процесса окисления закиси хрома в трехвалентный хром (Сг203).

Во время электролиза необходимо постоянно наблюдать за составом электролита, т. е. за соотношением хромового ангидрида, серной кислоты и трехвалентного хрома, образующегося в процессе электролиза.

Осаждение качественных осадков хрома возможно только при наличии в электролите ионов трехвалентного хрома. Первоначальное накопление их до определенного количества производится проработкой электролита под током.

Содержание трехвалентного хрома допускается до 10 г/л. Корректировка электролита, т. е. перевод трехвалентного хрома до нужных значений Сг6, производится проработкой электролита под током с малой анодной плотностью тока.

Приготовление электролита начинается с засыпки сухой соли хромового ангидрида в ванну, заливки дистиллированной воды и затем серной кислоты в- нужной пропорции. Приготовленный электролит (оранжево-коричневого цвета) проверяют ареометром на плотность.

Когда электролит приготовлен, в него погружают аноды из сплава свинца и сурьмы и временные катоды в виде железных листов для проработки с целью накопления в растворе 2—4 г/л трехвалентного хрома. Плотность тока на аноде—20—30 а/дм2, на катоде— 0,5—1,0 а/дм2-, температура 20—25°. При таком режиме большая часть тока на катоде идет на восстановление шестивалентного хрома в трехвалентный на аноде и только 3—4% тока расходуется на. окисление трехвалентного хрома.

После пропускания тока 4—6 а • ч через каждый литр электролита устанавливается достаточное количество трехвалентного хрома, а следовательно, и постоянный выход по току.

При хромировании необходимо наблюдать за сохранением постоянного объема и концентрации раствора электролита.

Вредными примесями в хромовом электролите являются железо, медь и соединения азотной кислоты.

Пока содержание железа в электролите не превышает 4 г/л, оно оказывает положительное действие, улучшая работу ванны в глубину. Начиная с концентрации железа 8—10 г/л на деталях часто появляются коричневато-фиолетовые пятна, толстые покрытия не откладываются. При концентрации железа 15—19 г/л электролит заменяют новым.

При завеске деталей в ванну на медной проволоке, а также благодаря стеканию капель электролита с контактных шии в электролите накапливаются ионы меди, действие которых аналогично действию железа. При количестве меди в электролите 8—10 г/л он выходит из строя.

Отношение площади анодной поверхности к катодной должно быть (1—2) : 1. Кроме того, аноды необходимо периодически очищать проволочными щетками.
При постоянном составе электролита внешний вид хромового покрытия зависит от режима, при котором хром отлагается на поверхности металла, т. е. от температуры и плотности тока. Осадки могут быть серые блестящие и молочные, зоны которых указаны на диаграмме DK — t° (рис. 163). Диаграмма показывает изменение качества осадка в зависимости от плотности тока и температуры.

Внешний вид осадка является результатом кристаллического строения образующегося слоя хрома.

Рис. 163. Диаграмма расположения различных зон хромовых осадков:
а — для разведенной ванны; б —для универсальной ванны, не дающей сетки трещин

Для износостойкого покрытия применяют почти исключительно блестящие осадки. Молочный,и серый осадки хрома применяются большей частью для защитно-декоративного покрытия.

Хромовые осадки — первоначально сплошные, но при достижении некоторой определенной толщины растрескиваются. Образовавшийся новый слой снова растрескивается. Такая многослойность наблюдается у блестящих осадков больше, чем у других видов, что свидетельствует о более высокой степени наклепа. Твердость блестящих осадков НВ 400—1100. Молочные осадки и осадки, полученные при малых плотностях тока, не имеют трещин при НВ 450— 660.

Типовые режимы по износостойкому хромированию установлены для следующих групп деталей:
1-я группа — детали, работающие без перемещения рабочих поверхностей взаимно сопряженных пар (вкладыши подшипников, обоймы шариковых и роликовых подшипников, шейки валов под указанные подшипники и др.). Для этой группы деталей с целью устранить люфт или создать натяг применяют блестящий хром при режиме DK = 45—50 а/дм2-, t= 50°;
2-я группа — детали, работающие на трение при различных удельных давлениях и окружных скоростях. Для получения высокой износостойкости применяют блестящие или блестяще-матовые осадки, получаемые при DK=35—50 а/дм2 и ^ = 53—57°;
3-я группа — детали, работающие при больших удельных давлениях и подвергавшиеся значительным знакопеременным нагрузкам, у которых рабочая поверхность должна иметь.высокую износостойкость и максимальную вязкость. Режим: Z)It = 55—60 а/дм2 или 35 а/дм2 при / = 65°;
4-я группа—‘Детали, эксплуатация которых происходит в агрессивных средах и у которых осадок должен быть беспористым. Режим: £>к = 30 а/дм2 и t = 70° или DK = 25 а/дм2 и г=65°.

При свободной завеске деталей в электролите по краям покрываемой поверхности наблюдается местное увеличение плотности тока (краевой эффект), причем оно тем больше, чем больше расстояние от катода до анода и чем больше от краев детали свободное у пространство электролита. Поэтому для получения равномерного слоя хрома необходимо соблюдать одинаковое расстояние между катодом и анодом, а для свободного выхода газов и циркуляции электролита должны быть предусмотрены выходы (отверстия в аноде). Электролит, находящийся между катодом и анодом, должен быть ограничен не проводящими ток поверхностями, которые не позволяют крайним силовым линиям отклоняться в стороны.

Для цилиндрических деталей небольшой длины, хромируемых по наружной поверхности, нормальное отложение хрома достигается при‘погружении детали среди круглых анодов, расположенных по углам квадрата с таким расчетом, чтобы расстояние между анодом и катодом было в пределах 100—120 мм.

В случае хромирования длинных деталей наблюдается значительная конусность покрытия, т. е. в нижней части оно толще, чем в верхней. Поэтому деталь в некоторых случаях завешивается в горизонтальном положении.

Большое значение для нормальной работы имеет предупреждение утечки тока через стенки ванны, что бывает при больших плотностях тока и близком расположении анодов к освинцованной (футерованной) стенке ванны. В этом случае стенка работает как анод, и ток опять переходит в электролит, проходит через него и попадает на конец детали. Коццы деталей подгорают из-за большой силы тока, а противоположные концы с трудом покрываются тонким слоем хрома.

Установленная после включения ванны величина тока должна без колебаний и перерыва поддерживаться на протяжении всего электролиза, иначе в осадке появятся дополнительные внутренние напряжения, что приведет к отслаиванию его от детали. Кроме того, вместо блестящего Ъсадка будет откладываться серый.

Термическую обработку деталей после хромирования производят для уменьшения хрупкости осажденного слоя хрома. Большие растягивающие напряжения, которые возникают в слое хрома при его формировании в электролите, вызывают понижение его усталостной прочности (до 22%). Эту причину необходимо учитывать, если хромируемые детали подвергаются в эксплуатации высоким, циклически меняющимся напряжениям.

Отпуск до 100° несколько улучшает усталостную прочность.

Термическая обработка промытых, снятых с подвесок и очищенных от изоляции деталей производится в масляной ванне, нагретой до 180—200°, или в сушильном шкафу в течение 2—4 ч в зависимости от размеров детали и толщины осажденного хрома.

Рис. 164. Ванна для хромирования:
1 — наружная ванна; 2 — внутренняя ванна; 3 —штанга; 4 — бортовой отсос; 5 — сборник; 6 — подогреватель

Механическая обработка хрома (если детали хромировали без соблюдения точного размера) производится шлифованием мягкими кругами с величиной зерна от 60 до 120 с охлаждением. Окружная скорость круга — 12—20 м/сек и выше, детали — 12—20 м/мин. Припуск при бесцентровом шлифовании — от 0,05 до 0,1 мм; при шлифовании в центрах — от 0,1 до 0,15 мм.

Оборудование для хромирования состоит из источников тока, ванны и подвесных приспособлений.

Источниками тока являются генераторы постоянного тока, а также селеновые и купроксные выпрямители.

Ванны изготавливаются из листовой стали с паровыми рубашками для подогрева электролита (рис. 164). Ванны должны иметь мощную бортовую вентиляцию для отсоса выделяющихся газов.

Внутреннюю поверхность ванны облицовывают (футеруют) кислотостойким рольным свинцом или винипластом толщиной не менее 3 мм. На бортах ванны на специальных изоляторах крепятся анодные и катодные продольные штанги. На крайних штангах завешиваются аноды, на средней — детали. Для больших деталей на ванне делают специальные шины, которые позволяют размещать аноды в любой последовательности. Для хромирования деталей большого веса около ванны устанавливают монорельс с электроталью.

Ниже приводится пример восстановления хромированием плунжера топливного насоса дизеля. Во время работы на плунжере и его гильзе около отверстия, через которое подается топливо, появляются местные износ и риски, зазор между ними увеличивается, нарушается нормальная работа насоса.

Предложенный работниками Ногинского завода топливной аппаратуры способ точного ступенчатого хромирования плунжеров позволяет наращивать плунжеры слоем твердого .хрома в 35—40 мк с сохранением точности формы цилиндрической части плунжера после хромирования (конусность и эллипсность не свыше 1—2 мк). Притирками с абразивными пастами на изношенных плунжерах удаляют риски, затем проверяют их размеры оптиметром и устанавливают на подвеску.

Расстояние между торцами плунжеров должно быть 1,0—1,5 мм, что обеспечивается толщиной металлической шайбы, укрепленной на центрирующем стерженьке.

Обезжиривание деталей производят горчичной пастой (горчица, разведенная водой до пастообразной консистенции) и промывают холоднрй водой.

Декапирование плунжеров производят анодной обработкой в ванне, работающей на отходах хромового электролита, в течение 40—60 сек.

Хромирование производят ступенчатым режимом при 54—58° в ванне следующего состава: хромовый ангидрид —50—60 г/л, серная кислота —0,5—0,6 г/л. В начальный период хромирования (3 мин) устанавливается плотность тока 20—25 а/дм2 с последующим повышением до 40 а/дм2.

Ванна для хромирования представляет собой коробку из листового винипласта толщиной 10 мм и металлическими бандажами по периметру. Подогрев ванны производят паром через стальные хромированные змеевики. С увеличением толщины покрытия свыше 75 мк на сторону сцепляемость ухудшается. По окончании хромирования подвеску с плунжерами промывают в холодной проточной воде, затем плунжеры снимают с подвески, ополаскивщот в 3%-ном растворе тринатрийфосфата и опять промывают в холодной воде. На хромированной поверхности не допускаются пригар, заусенцы, шелушение и участки без хромового покрытия.

После этого плунжеры в течение 1,5 ч находятся в минеральном масле при 140—160° для устранения водородной хрупкости. Для устранения возможных дефектов геометрии хромированные плунжеры доводят на плоскодоводочном станке и затем спаривают с гильзами.

Пористое хромирование заключается в растравливании микроскопических трещин, образующихся в гладком хроме в процессе электролиза. Для этой цели на детали наносят осадок, имеющий сетку трещин. Растравливание ведется с такой интенсивностью, чтобы объем каналов и пор обеспечивал устойчивую масляную пленку или отдельные очаги подачи смазки на поверхность трения.

Поверхности деталей, покрытые пористым хромом, приобретают способность лучше противостоять износу по сравнению с гладким хромом, выдерживать большие удельные давления (до 100 кГ/см2) и нагрев.

Пористым хромом целесообразно покрывать детали машин,, работающих с частыми остановками и пуском.

Пористое хромирование отличается от гладкого в основном дополнительной операцией после хромирования — анодным травлением. При этом деталь, так же как при декапировании, переключается на анод, но на более длительное время.

Рис. 165. Канальчатая (а) и точечная (б) пористости хрома и формирование канальчатой (е) и точечной (г) пористости

Характер пористости хрома зависит от условий анодного травления и его режима. Различают два основных вида пористости: канальчатый и точечный.
Канальчатый вид пористости характеризуется редкой сеткой узких и глубоких трещин, зачастую заметной невооруженным глазом. Канальчатый вид пористости получается при анодном растравливании молочных и молочно-блестящих осадков хрома, в то время как точечный — при растравливании серых и серо-блестящих осадков.

Точечный вид пористости характеризуется наличием малых пирамидальных возвышений, вершины которых просматриваются под микроскопом в виде многочисленных светлых точек (рис. 165).

Отличие в формировании поверхностей точечного и канальча- того видов пористого хрома объясняется тем, что режимы и структуры молочных и серых осадков хрома различны. Твердость поверхностных слоев канальчатого хрома мало отличается от исходной (твердости гладкого хрома).

Твердость поверхностных слоев точечного хрома в 3 раза меньше глубинных, не подвергавшихся растравливанию.

Объем пор точечного хрома превышает объем канальчатого» хрома более чем. в 3,5 раза.

Приработка поверхностей трения для точечного хрома происходит намного быстрее, чем для канальчатого, однако износостойкость точечного хрома несколько ниже, чем канальчатого. Поэтому канальчатый хром применяют для деталей, где невозможно допустить избытка смазки на трущихся поверхностях (гильзы цилиндров).

Точечный хром применяют для деталей, работающих в наиболее тяжелых условиях смазки при значительном нагреве, а также для деталей, требующих быстрой приработки (поршневые кольца).

В ряде случаев не рекомендуется производить окончательную’ обработку точечного хрома во избежание ухудшения прирабатываемости деталей.

Хонингование гильз цилиндров производят абразивными кругами (окись алюминия, карборунд) с бакелитовой связкой и твердостью СМ-1. В зависимости от сетки пористого хрома выбирается: величина абразивного зерна: 180—240 — при густой сетке и 400— при редкой.

Обработка производится в два этапа: вначале брусками с зернистостью 280—300, а затем брусками с зернистостью 400—600. После обработки поверхность пористого хрома промывают горячим 5%-ным раствором кальцинированной воды или керосином.

Для пористого хромирования поршневых колец по наружной цилиндрической поверхности применяют специальные подвески (рис. 166).

Хромированные точечным хромом поршневые кольца увеличивают срок службы поршневой группы быстроходных дизелей примерно в 3 раза.

Рис. 166. Подвесное приспособление для хромирования наружной цилиндрической поверхности поршневых колец: 1 — анод; 2 — токоподводящие крючки; 3 — текстолитовая опорная шайба; 4 — стержень; 5 — клин; 6 — изолирующие втулки; 7 — изолирующий диск; 8 — стяжные фланцы; 9 — поршневые кольца; 10— гайка; 11 — центрирующая звездочка; 12 — изоляция