Способ электролитического хромирования деталей в полом аноде

 

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения коррозионностойких и износостойких покрытий. Способ электролитического хромирования деталей в полом аноде включает последовательно нанесение слоя молочного хрома при температуре 70^oC и слоя твердого хлора при температуре 50^oC, причем нанесение слоев осуществляют в одной ванне, а температуру регулируют путем изменения уровня электролита относительно верхней кромки анода, при этом для нанесения слоя молочного хрома уровень электролита устанавливают ниже, а для нанесения слоя твердого хрома - выше верхней кромки анода. Соотношение объема внутренней полости анода к площади поверхности деталей составляет 0,8-1,1 л/дм². 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения коррозионностойких и износостойких покрытий.

Известны способы нанесения гальванических покрытий с использованием полых анодных устройств для покрытия наружных поверхностей деталей, вставляемых на подвесках внутрь анода [1 и 2] Наиболее близким к предложенному является способ электролитического нанесения хромовых покрытий, в том числе в полом аноде, в котором хромирование осуществляется последовательно в двух ваннах со стандартным электролитом, при этом сначала наносят слой молочного хрома при температуре 70^oC катодной плотности тока 30 А/дм, а затем слой блестящего хрома при температуре 50^oC и катодной плотности тока 50 А/дм² [3] Используя данный способ, можно получить при различной температуре электролита в ванне различные виды хромовых покрытий или твердых (при температуре электролита 50^oC) или молочных (при температуре 70^oC). При необходимости получения твердых, молочных и многослойных хромовых покрытий (например, двухслойного комбинированного, состоящего из внутреннего слоя молочного и наружного хрома) приходится применять две ванны, так как в одной, как правило, невозможно осуществить быстрое изменение температуры во всем объеме электролита на 15-20^oC. Это является существенным недостатком, так как требует дополнительных площадей, химикатов и оборудования (ванн, источников тока, анодов и пр.).

При наличии одной ванны невозможно одновременное проведение процесса на разных деталях в режимах твердого и молочного хромирования.

Целью предлагаемого изобретения является разработка универсального способа хромирования в полом аноде, обеспечивающего возможность одновременного получения твердых и молочных хромовых покрытий (как однослойных, так и многослойных) в одной ванне.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе электролитического хромирования деталей в полом аноде регулирование различных температурных режимов в процессе электролиза осуществляют изменением уровня электролита относительно верхней кромки анода. При этом уровень электролита при молочном хромировании устанавливают ниже верхней кромки анода, обеспечивая условия для протекания электролиза в замкнутом неподвижном электролите, а при твердом хромировании выше верхней кромки анода, создавая циркуляцию электролита в анодном пространстве, причем для быстрого регулирования и стабильного поддержания температурного режима электролиза, хромирование внутри полого анода осуществляют при соотношении объема внутренней полости анода к площади поверхности деталей 0,8-1,1 л/дм².

Таким образом, предлагаемый способ позволяет в процессе электролиза изменять температуру внутри полого анода изменением уровня электролита относительно верхней кромки анода без изменения температуры электролита во всей ванне.

При этом типовая технология хромирования не изменяется и сохраняет обычную последовательность операций: 1. Прогрев деталей в электролите.

2. Анодная обработка для активирования поверхности детали.

3. Толчок тока (при плотности тока в два раза выше рабочей).

4. Хромирование в стандартных режимах.

Для реализации предложенного способа на практике температура электролита в ванне хромирования должна оставаться постоянной на уровне примерно 50^oC.

В случае необходимости нанесения твердого хромового покрытия процесс хромирования выполняют в полом аноде с циркулирующим сквозь него электролитом, т. е. когда уровень электролита выше верхнего края анода. В случае молочного хромирования процесс осуществляют по той же технологии в электролите, находящемся в замкнутом объеме анода, верхний край которого находится ниже уровня электролита. Когда необходимо нанести двухслойное хромовое покрытие (молочное и твердое), положение анода относительно уровня изменяют следующим образом: сначала верхний край анода устанавливают ниже уровня электролита (что соответствует режиму молочного хромирования), затем по достижению необходимой толщины молочного хрома уровень электролита повышают и электролиз продолжается в циркулирующем электролите в режиме твердого хромирования до достижения необходимой толщины твердого (или суммарного, комбинированного) покрытия.

Изменение температуры внутри полого анода со сплошными стенками может быть объяснено с помощью чертежа, где показано различное положение полого анода относительно уровня электролита.

Деталь 1 помещают внутрь полого анода 2. Когда уровень электролита находится ниже верхнего края анода, электролиз протекает в замкнутом пространстве А (положение 1). Толчок тока, применяемый в начале процесса хромирования в течение 5-15 мин, позволяет значительно (на 20-30^oC) повысить температуру внутри анода. Если необходимо снизить температуру, уровень электролита относительно анода повышается (положение 2), что приводит к интенсивной циркуляции раствора в пространстве А с выходом его через верхний край анода в весь объем электролита Б, за счет потока пузырьков водорода и кислорода, обильно выделяющихся в процессе электролиза в межэлектродном пространстве, а также за счет конвекции. Регулирование уровня электролита относительно верхнего края анода осуществляют изменением глубины погружения полого анода или выдавливанием электролита в ванне до необходимого уровня.

Скорость циркуляции электролита, а значит и скорость понижения температуры внутри полого анода зависит от расстояния верхнего края анода до уровня электролита. Интенсивность истечения электролита увеличивается по мере повышения уровня электролита. Этим достигают регулирование скорости понижения температуры электролита внутри анода.

С целью обеспечения качества хромовых покрытий целесообразно поддерживать расстояние от верхнего края катода (покрываемой детали) до верхнего слоя анода не менее 40-50 мм. Анод, используемый в данном способе, может быть полым цилиндром, трубой прямоугольного или др. сечения и т.д. в зависимости от конфигурации покрываемой детали.

Для обеспечения быстрого разогрева электролита и стабильного поддержания температуры во время электролиза внутри полого анода хромирование осуществляют при соотношении объема внутренней полости анода к площади поверхности деталей 0,8-1,1 л/дм². При отклонении от оптимальной величины 0,8-1,1 л/дм² в сторону увеличения соотношения (выше 1,1 л/дм²) возможны затруднения в быстром разогреве электролита до температуры молочного хромирования, при его уменьшении (ниже 0,8 л/дм²) трудно избежать перегрева электролита при работе в режиме твердого хромирования. Опыт показывает, что при таком соотношении обеднение электролита ионами при хромировании в замкнутом объеме не происходит, а качество покрытия даже при длительном электролизере хорошее.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером: двухслойному хромированию (слой молочного и твердого хрома) с целью увеличения коррозионной и износостойкости подверглась деталь "валик заслонки", с покрываемой поверхностью 1,5 дм². Хромирование осуществлялось в стандартном электролите в полом свинцовом аноде (цилиндре). Объем внутренней полости анода 1,5 л. Электролит в ванне для хромирования нагревается до 50^oC. Во внутреннюю полость анода загружалась деталь, уровень электролита путем перемещения анода с деталью устанавливался ниже верхнего края анода. Хромирование осуществлялось в соответствии с типовым технологическим процессом. После прогрева детали в электролите проводилась ее анодная обработка в течении 10-15 с. При анодной плотности тока 30-40 А/дм² для очистки и активирования ее поверхности. Затем деталь подключалась на катод в режиме "толчка" тока при 90-100 А/дм² с целью создания большого числа центров кристаллизации хрома по всей поверхности детали. Во время толчка тока из-за высокой концентрации его в замкнутом объеме электролита температура внутри анода резко повышалась на 20-25^oC и через 2-3 мин достигала 70-77^oC, при которой можно было начинать молочное хромирование (температура электролита во всем объеме ванны при этом оставалась 50^oC). Для этого плотность тока согласно технологии снижалась до 40 А/дм² и процесс продолжался в течение 30-40 мин. Тепла, выделяемого в процессе электролиза в режиме молочного хромирования, достаточно для постоянного поддержания температуры в пределах 70-72^oC.

По достижении необходимой толщины (15 мкм) анод с покрываемой деталью опускается в электролит таким образом, чтобы уровень электролита проходил выше верхнего края анода. При этом нагретый электролит постепенно выходил из внутренней полости, замещаясь на более холодный (50^oC), поступающий из объема ванны.

В это время за 1-2 мин температура внутри анода плавно изменялась с 70 до 55^oC, а плотность тока устанавливалась в соответствии с технологическим режимом твердого хромирования 50 А/дм².

При проведении электролиза в этом режиме температура внутри анода стабилизировалась за счет равномерной циркуляции электролита в течение всего времени (70-80 мин) необходимого для достижения требуемой толщины твердого хрома (35 мкм).

Таким образом, в одной ванне получено комбинированное покрытие, состоящее из слоев молочного и твердого хрома без длительного изменения температуры всего объема электролита.

Предлагаемый способ хромирования обладает рядом достоинств, основным из которых является простота и удобство в практическом использовании. При наличии одной ванны хромирования в ней можно одновременно получить твердые, молочные, многослойные и другие покрытия хромом, регулируя только уровень электролита и плотность тока на деталях в разных полых анодах в зависимости от требуемого вида покрытия.

Таким образом отпадает необходимость в наличии на участке дополнительной ванны, выпрямителя и токсичного электролита.

Формула изобретения

1. Способ электролитического хромирования деталей в полом аноде, включающий последовательное нанесение слоя молочного хрома при 70^oС и слоя твердого хрома при 50^oС, отличающийся тем, что нанесение слоев осуществляют в одной ванне, а температуру регулируют путем изменения уровня электролита относительно верхней кромки анода, при этом для нанесения слоя молочного хрома уровень электролита устанавливают ниже, а для нанесения слоя твердого хрома выше верхней кромки анода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение объема внутренней полости анода к площади поверхности деталей составляет 0,8 1,1 л/дм².

РИСУНКИ

Рисунок 1