2.1. Оборудование, приборы и схема обработки

1. Экспериментальная установка ГМХ.

2. Профилограф-профилометр модели 252.

3. Заготовки из сталей 30ХГСА, 30ХГСНА.

4. Микрокалькулятор.

5. Штангециркуль, микрометр.

6. Весы лабораторные ВЛА-200-М, класс точности 0,5 кг.

7. Спирт (10 г).

8. Салфетки.

9. Изолента полиэтиленовая.

10.Выпрямитель ВАКР-630/12.

Эксперименты по восстановлению деталей хромированием по методу ГМХ осуществляются на экспериментальной установке, предназначенной для гальвано-механического хромирования наружных цилиндрических поверхностей. На установке возможно широкое изменение давления инструмента, межэлектродного расстояния, температуры электролита, плотности тока.

Схема обработки представлена на рис. 2.1.

Технические характеристики установки:

максимальный диаметр штоков, мм	150
максимальная длина штоков, мм	300
частота вращения шпинделя, об/мин	110
число двойных ходов инструмента в мин	110
давление инструмента, Р МПа	0,5-5,5
максимальный ток, А	630
температура электролита, °С	20-80

Установка, изображенная на рис. 2.2, включает в себя головку ГМХ (1), гальваническую ванну (2), оснащенную устройствами подогрева электролита и поддержания его постоянной температуры, а также источник питания (3). Головка ГМХ размещается на колонне (4), оснащенной устройством подъема и опускания ее в ванну с электролитом (5).

Головка ГMX включает в себя раму (6), на которой установлены электродвигатели привода шпинделя (7) и рамки возвратно-поступательного движения (8). Токоподвод на заготовку осуществляется меднографитовыми щетками через коллектор (9), закрепленный на шпинделе. Анодами (10) служат пластины из нерастворимого сурмянистого свинца с содержанием 4-6 % Sb .

Бак для электролита состоит из внутреннего бака, изготовленного из титанового сплава ОТ-4 и наружного бака, изготовленного из сплава 12X18H10T. Подогрев электролита хромирования, находящегося во внутреннем баке емкостью 50 куб. дм., осуществляется трубчатыми нагревательными элементами ТЭН, размещенными в наружном баке, заполненном водой.

2.2. Электролиты хромирования

Электролитическое осаждение хрома и получение хромовых покрытий - сложный физико-химический процесс, течение и результаты которого зависят от множества различных факторов: электролитов хромирования, режима электролиза, качества предварительной обработки покрываемой детали. Основным компонентом электролита, который применяется для хромовых покрытий, является оксид хрома (VI) - СrО₃ (хромовый ангидрид).

В водном растворе он образует смесь, состоящую из

Электроосаждение хрома невозможно только из растворов одной хромовой кислоты, необходимо присутствие небольшого количества посторонних, так называемых активных анионов:

Наиболее широкое распространение получили хромовокислые электролиты, содержащие хром, кроме оксида хрома(VI), небольшие добавки серной кислоты - их называют стандартными или универсальными сульфатными электролитами (УСЭ). Выявлено, что для качественного покрытия необходимо соотношение концентраций трёхокиси хрома и серной кислоты, равное 100:10. Помимо оксида хрома (VI) и серной кислоты в электролите необходимо присутствие Сr³⁺, который образуется при восстановлении Сr⁶⁺ на катоде. Концентрация Сr³⁺, считая Сr₂О₃, должна быть не более 3-4 % от концентрации Сr⁶⁺, т.к. при сильном увеличении концентрация Сr³⁺ понижается электропроводность раствора и увеличивается напряжение на ванне.

По концентрации оксида хрома (VI) и серной кислоты различают 3 вида электролитов, характеристики которых приведены в табл. 2.1. Наиболее часто используют электролиты со средней концентрацией, они обладают следующими достоинствами:

1. Достаточно высокий выход по току - 13-15 %.

2. Большой выбор интервала плотности тока для получения хорошего покрытия.

Но эти достоинства тонут в целом ряде недостатков, которые были выявлены в процессе эксплуатации этих электролитов:

- низкий и непостоянный выход хрома по току;

- недостаточная износостойкость осадков;

- пористость осадков, вызывающая течь по хрому;

- ограниченная толщина осадка;

- низкая защитная способность покрытия от коррозии;

- низкая рассеивающая способность;

- сложность и длительность анализов и корректировок электролита.

В настоящее время ведутся работы по устранению данных недостатков за счет уменьшения концентрации оксида хрома (VI) до 75-150 г/л, применения больших плотностей тока до 200 А/дм² и выше, применения переменной полярности и др. А с другой стороны ведется поиск и создание новых электролитов хромирования.

Начиная с конца 50-х годов, в литературе появляются сообщения о разработках высокопроизводительных (выход по току - 20-22 %) саморегулирующихся электролитов (СЭ), способных автоматически поддерживать определенное соотношение между компонентами в растворе (2, 3, 4).

В настоящее время существует много различных СЭ, созданных при добавлении мелкодисперсных частиц, трудно-растворимых солей и комплексообразующих ионов, например: SiSO₄, K₂SiF₆, CaSiF₆, Ti₂(SiF₆)_3, CaF₆. Эти и другие добавки производят ускоряющее воздействие на процессы, происходящие при электроосаждении хрома, или поддерживают в определенном состоянии в процессе электролиза активированную поверхность катода.

Таблица 2.1

Виды хромовых электролитов

Тип электролита	Содержание, г/л		Характерные особенности
	H2CrO4	H2SO4
Разбавленный	150-175	1,5-1,75	Выход по току 16-18 %, рассеивающая способность и твердость осадков наиболее высоки. Соотношение CrO3:H2SO4меняется быстро.
Стандартный	220-250	2,2-2,5	Выход по току 12-14 %. Рассеивающая способность средняя. Широкий рабочий интервал получения блестящих осадков. Колебания в соотношении CrO3:H2SO4 небольшие.
Концентрированный	275-300	2,75-3,0	Выход по току 8-10 %. Рассеивающая способность наиболее низкая. Электролит устойчив по составу. Осадки получаются блестящими в широком рабочем интервале. Осадки отличаются наиболее низкой твердостью.

Несмотря на то, что производительность СЭ больше УСЭ в 1,4 раза, выход по току - 20-22 %, колебание температуры меньше отражается на качестве осадка и сам осадок с меньшей пористостью, тем не менее и в этих электролитах наблюдается ряд недостатков: отдельные участки, которые не покрываются хромом, растравливаются электролитом; кроме того, электролит сильно агрессивен и по отношению к свинцу, который используется в качестве анода. В табл. 2.2 приведены основные характеристики электролитов хромирования, применяемых помимо стандартного.