В обычных условиях для меднения применяется цианистый электролит следующего состава:
медноцианистая комплексная соль . . 40—50 г/л
цианистый натрий.........10—20 »
Режим работы: плотность тока Dк=0,3 ÷ 1,0 а/дм2, температура 20—25° С, выход по току 60—70%.
Наиболее простым способом приготовления медноцианистых электролитов является способ приготовления электролита из цианистой меди, которая с цианистым натрием образует комплексную медноцианистую соль. При отсутствии цианистой меди электролит приготовляют из сернокислой меди (медного купороса) по двум способам: предварительно готовят основную углекислую медь или приготовляют соль Шевреля. Основная углекислая медь приготовляется действием углекислого натрия на раствор медного купороса.
Нецианистые электролиты. Из нецианистых медных электролитов, пригодных для непосредственного осаждения меди на сталь, удовлетворительные результаты дает фосфорнокислый электролит следующего состава:
сернокислая медь............35 г/л
пирофосфорнокислый натрий.......140 »
фосфорнокислый натрий двузамещенный . 95 »
сегнетова соль.............25 »
Режим работы: плотность тока Dк= 0,5 ÷ 1 а/дм2, температура 25—35° С, загрузка деталей производится под током при первоначальной (в течение 5—10 сек) плотности 5 ÷ 6 а/дм2; через 5 мин после начала электролиза рекомендуется перемешивание раствора сжатым воздухом.
Аммиачный электролит для меднения. С целью замены весьма ядовитых и неустойчивых цианистых электролитов предложен аммиачный электролит следующего состава:
сернокислая медь ......... 80—100 г/л
сернокислый никель........ 20 »
сернокислый натрий........ 40 »
сернокислый аммоний....... 80 »
аммиак (25%-ный).........180 мл/л
В этом электролите исходным материалом для образования аммиачно-медного комплекса является сернокислая медь и водный 25%-ный раствор аммиака, который для увеличения устойчивости комплекса вводится с избытком.
Режим работы: плотность тока на катоде Dк= 2,5 ÷ 3,0 а/дм2, плотность тока на аноде Dа=5 ÷ 6 а/дм2, температура 20—25° С, в начале электролиза необходим двукратный толчок тока. Лучшие результаты дают никелевые аноды, которые не пассивируются. Выход по току составляет 90 — 95%. Для улучшения прочности сцепления меди с основой после обычной подготовки поверхности рекомендуется кратковременное травление в 10%-ном растворе азотной кислоты. Детали необходимо завешивать в ванну меднения под током.
Контроль медных покрытий заключается в оценке качества по внешнему виду. Проверка толщины слоя производится в соответствии с ГОСТ 3003-58. [2]
Хром — твердый, хрупкий металл серебристо-стального цвета. Атомный вес хрома 52,01, удельный вес 6,92—7,2 г/см3, температура плавления 1520° С. Электрохимический эквивалент 0,323 г/а·ч. Все хромовые покрытия обладают хорошим сцеплением со сталью, медью, латунью, никелем и другими металлами и придают изделиям, особенно после полирования, красивый блестящий голубоватый оттенок. Хром характеризуется высокой твердостью, износостойкостью, жаростойкостью; только при температуре 480—500° С он начинает приобретать цвета побежалости. Хром имеет большую склонность к пассивированию, благодаря чему хромовые покрытия длительное время сохраняют блестящий вид, что выгодно отличает их от других гальванических покрытий.
Зеркальные хромовые покрытия по отражательной способности уступают лишь отражательной способности серебра, но превосходят ее длительностью сохранения блеска. Хромовые покрытия устойчивы к действию влажной атмосферы, щелочей, органических кислот, концентрированной азотной кислоты; разбавленная азотная и соляная кислоты растворяют хром. Органические кислоты на хром не действуют. Хром хорошо растворяется в соляной кислоте, а также в горячей концентрированной серной кислоте и в щелочах под действием электрического тока. [2]
Благодаря высоким физико-химическим свойствам хрома электролитическое покрытие хромом — хромирование — находит широкое применение в машиностроении.
Основная цель хромирования — сохранение красивой, блестящей поверхности изделий (декоративное хромирование) и повышение сопротивления механическому износу (твердое износостойкое хромирование). Для улучшения коррозийной стойкости при декоративном хромировании в качестве подслоя наносят никель, медь или комбинируют слои этих металлов.
Декоративное хромирование применяется во многих отраслях промышленности.
Другой областью широкого применения хрома как средства против износа является твердое хромирование, имеющее большое значение для инструментального производства. [10]
Процесс электролитического осаждения хрома значительно отличается от других процессов гальваностегии как по составу электролита, так и по условиям протекания процесса. Отличием является также и применение нерастворимых (свинцовых) анодов. Электролиты для хромирования состоят в основном из хромового ангидрида (хромовая кислота). Получение удовлетворительных хромовых покрытий из такого электролита возможно только при добавлении в малых количествах определенных анионов — обычно анионов серной кислоты. Для осаждения хрома в таких электролитах требуется значительно более высокая плотность тока, чем при других покрытиях, что требует применения мощных источников тока.
Процесс хромирования металла отличается весьма малым выходом по току, который для большинства электролитов колеблется в пределах 12—15%. Электрохимический эквивалент хрома в связи с осаждением хрома из шестивалентных соединений также невелик. Поэтому, несмотря на применяемую высокую плотность тока, осаждение хрома происходит довольно медленно.
Особенностью хромирования является крайне низкая рассеивающая способность электролита, что затрудняет хромирование профилированных деталей и вызывает необходимость применения дополнительных анодов и экранов.
Свойства осадков хрома, которые подразделяются на матовые, блестящие и молочные, зависят от условий осаждения, т. е. от состава и концентрации электролита, плотности тока, температуры, величины анодов и их расположения и т. п.
Процесс хромирования очень чувствителен к колебаниям температуры и плотности тока. Оба эти фактора находятся во взаимной зависимости. Повышение температуры снижает выход по току, ь повышение плотности тока повышает его. Блестящие покрытия получаются при высоких плотностях тока только в случае, если одновременно повышаются температура и плотность тока. При температурах ниже 40° С получаются матовые серые осадки хрома, хотя выход по току увеличивается. При температуре ниже 50° С с повышением концентрации интервал блестящих осадков гюзрастает, т. е. более концентрированные растворы дают блестящие осадки при более низкой температуре. При температуре выше 50° С, наоборот, зона блестящих осадков с понижением концентрации хромовой кислоты возрастает. Это значит, что при более высокой температуре получаются блестящие осадки в ваннах малой концентрации. Наиболее широкие возможности дает температура 45—55° С. [6]
Для разных условий производства могут быть рекомендованы следующие практически проверенные составы электролитов и режимы хромирования.
1. Нормальный электролит (универсальный):
хромовый ангидрид...... 250 г/я
серная кислота........ 2,5 »
Режим работы: плотность тока Dк= 15 а/дм2 при температуре 45°С, Dк= 25 а/дм2 при температуре 50° С и Dк= 35 а/дм2 при температуре 55° С. В этом электролите можно производить как декоративно-защитное, так и твердое хромирование.
2. Электролит для износостойкого твердого хромирования профилированных изделий:
хромовый ангидрид..... 120—150 г/л
серная кислота.......1,0—1,5 »
Режим работы: плотность тока Dк=30 / 40 а/дм2 при температуре 50—55° С.
Электролит для хромирования готовится следующим образом.
Вначале хромовый ангидрид растворяют в необходимом количестве воды. Раствор, взятый по расчету, тщательно перемешивают и в случае, если он окажется мутным, отстаивают. Прозрачный раствор сифоном переливают в другой сосуд.
Хромирование в саморегулирующихся электролитах. Для повышения устойчивости хромовых электролитов в работе предложен метод добавок солей, имеющих ограниченную растворимость в хромовом электролите. В качестве таких солей применяют сульфат стронция SrS04 и кремнефторид калия K2SiF6 . Введенные в хромовый электролит в количествах, превышающих их растворимость, эти соли будут находиться в небольшом избытке на дне ванны в виде твердой фазы; содержание посторонних анионов в растворе при постоянной температуре и изменении концентрации хромового ангидрида будет автоматически поддерживаться постоянным за счет частичного растворения этого избытка.
Рекомендуется электролит такого состава:
хромовый ангидрид (очищенный от
примеси сульфатов)....... 250 г/л
сульфат стронция ......... 6 »
кремнефторид калия ........ 20 »
Режим работы: плотность тока Dk=40 / 80 а/дм2, температура 55—65°С, выход металла по току 18—20%.
Преимуществом этого электролита является отсутствие необходимости в частой корректировке, кроме того, он менее чувствителен к изменениям температуры и благодаря повышенному выходу, но току значительно производительнее (в 1,5 раза) обычных хромовых электролитов. [2]
Черное и цветное хромирование. Хромовое покрытие черного цвета может быть получено в электролите, состоящем из 350 г/л хромового ангидрида и 5 мл/л уксусной кислоты, при плотности тока Dк= 100 а/дм2, температуре 10—20° С, в течение 10—20 мин. Для получения декоративного «агатового» покрытия, представляющего сложный рисунок тонких серо-голубых полос на темно-синем фоне, применяется электролит следующего состава: