Хромирование деталей из металла в домашних условиях

Состав и методика подготовки электролита

В смеси для осаждения хрома содержится:

Дистиллированная (из аптеки) либо водопроводная (прокипяченная и отстоянная, идеально — фильтрованная) вода.
Хромовый ангидрид (CrO3), из расчета 250 г на 1 л воды.
Серная кислота (H2SO4) – 2-2.5 г/л (с удельной плотностью 1,84 г/см3).

Порядок приготовления:

Сосуд наполовину заполнить водой, разогретой до 60º С.
Всыпать хромовый ангидрид; добиться полного растворения, размешивая.
Долить оставшуюся воду, осторожно добавить кислоту, перемешать.
Электролит выдерживается 3,5 часа под номинальным током (для выравнивания плотности).

При соблюдении всех правил электролит становится темно-коричневым, после чего смесь отстаивается в прохладном помещении 1 сутки.

Основные дефекты и удаление некачественного хромового покрытия

Получение бракованного покрытия не должно пугать начинающего гальваника. Некачественный слой хрома можно снять в растворе соляной кислоты (100-200 г/л). После этого детали промываются в воде, а процесс хромирования можно повторить.

Чаще всего встречается несколько основных дефектов:

Отслаивание хромовой пленки. Главной причиной является плохая адгезия (сцепляемость) из-за недостаточного обезжиривания. После снятия покрытия поверхность заново очищается и активируется.
Наросты (дендриты) хрома на острых краях и углах. Этот дефект свидетельствует о высокой плотности тока на острых гранях. Если можно, края лучше закруглить или установить экраны в проблемных зонах.
Матовое покрытие. Чтобы добиться блеска, необходимо повысить температуру раствора, снизить силу тока или добавить хромовый ангидрид.

Подготовительные работы

Перед хромированием обрабатываемую поверхность необходимо подготовить путем удаления декоративного покрытия (лака, краски), коррозии, загрязнений способом зачистки наждачной бумагой либо шлифовальной машиной. В случае ненадлежащего качества осуществления данных работ возможно образование раковин на хромовом покрытии.

В завершение рабочие поверхности обезжиривают. Причем считается, что вещества, традиционно используемые в качестве растворителей, такие как бензин и уайт-спирит, не подходят для данной цели. Поэтому рекомендуется применять специальный раствор, который может быть сделан самостоятельно. Для этого на 1 л воды нужно растворить 150 г едкого натра, 50 г кальцинированной соды, 5 г силикатного клея. Данную смесь нагревают до 80 — 90°С и выдерживают на протяжении 20 минут в ней обрабатываемый предмет (45 — 60 минут в случае сложного рельефа поверхности).

Кроме того, объем подготовительных работ определяется материалом. Так, для непосредственной обработки, как упоминалось, подходят детали из меди, латуни, никеля. Стальные предметы необходимо предварительно покрыть данными металлами. Пластиковые поверхности обрабатывают графитосодержащим лаком либо графитным порошком и электролитическим способом при 0,7 А/дм2 наносят медь. Приготовление электролита осуществляют путем растворения на литр воды 150 г концентрированной серной кислоты, 35 г сульфата меди, 10 г этилового спирта. После обработки предмет моют и сушат.

Наконец, стальные и чугунные поверхности непосредственно перед началом хромирования подвергают декапированию на протяжении до 1,5 минут при плотности тока 24 — 40 А/дм2 в соляной кислоте.

Меднение

Меднение с использованием гальваники в домашних условиях необходимо для того, чтобы создать на поверхности обрабатываемого изделия токопроводящий слой, отличающийся небольшим значением электрического сопротивления, а также для того чтобы защитить деталь от негативного воздействия внешней среды.

После предварительного никелирования металл покрывают слоем меди с использованием раствора сернокислой меди, концентрированной серной кислоты и воды комнатной температуры.

https://youtube.com/watch?v=QvwAzJe17BA

Меднение путем погружения в раствор

Процесс выполняется с соблюдением следующих этапов:

С поверхности стальной детали удаляется окисная пленка с помощью наждачной бумаги и щетки, а затем деталь промывается и обезжиривается содой с финишной промывкой водой.
В стеклянную банку помещаются две медные пластины, подсоединенные к медным проводникам, которые служат анодом. Для этого их соединяют вместе и подводят к положительной клемме прибора, используемого в качестве источника тока.
Между пластинами свободно подвешивается обрабатываемая деталь. К ней подводится отрицательный полюс клеммы.
В цепь встраивается тестер с реостатом, чтобы регулировать силу тока.
Готовится электролитный раствор, в состав которого обычно входит медный купорос — 20 грамм, кислота (соляная или серная) — от 2 до 3 мл, растворенная в 100 мл (лучше дистиллированной) воды.
Готовый раствор заливается в подготовленную стеклянную банку. Он должен покрыть помещенные в банку электроды полностью.
Электроды подключаются к источнику тока. С помощью реостата устанавливается ток (10-15 мА должны приходиться на 1см2 площади детали).
Через 20-30 минут ток отключается, и деталь, покрытая медью, достается из емкости.

Покрытие медью без помещения в электролитный раствор

Такой способ используется не только для стальных изделий, но и алюминиевых предметов и изделий из цинка. Процесс осуществляется так:

Берется многожильный медный провод, с одного конца которого снимается изоляционное покрытие, а проводкам из меди придается вид своеобразной кисточки. Для удобного использования «кисть» закрепляют на ручке — держателе (можно взять деревянную палку).
Другой конец провода без кисти подсоединяется к положительной клемме используемого источника напряжения.
Готовится электролитный раствор на основе концентрированного медного купороса с добавлением небольшого количества кислоты. Он наливается в широкую емкость, необходимую для удобного окунания кисти.
Подготовленная металлическая деталь, очищенная от оксидной пленки и обезжиренная, помещается в пустую ванночку и подсоединяется к отрицательной клемме.
Кисть смачивается приготовленным раствором и водится вдоль поверхности пластины, не прикасаясь к ней.
После достижения необходимого медного слоя, процесс заканчивается, а деталь промывается и сушится.

Обработка алюминия

Часто с помощью медного электролиза обновляют столовые приборы, сделанные из алюминия. Если нет опыта проведения этого процесса, то можно потренироваться нанести медь на алюминиевые пластинки. Порядок проведения процесса:

Алюминиевую пластинку зачищают и обезжиривают.
Наносят на неё небольшое количество раствора медного купороса.
Подсоединяют отрицательную клемму от источника питания к алюминиевой пластинке. Удачным способом соединения является металлический зажим-крокодил.
Положительный полюс питания подается на медную «щеточку». Это конструкция из медного провода, один конец которого освобожден от оплетки, а медные щетинки образовали кисточку. Зажим от питания присоединяется ко второму концу провода. Сечение провода должно быть от одного до полутора миллиметров.
Медную щетину обмакивают в раствор сернокислой меди и водят на близком расстоянии от поверхности алюминиевой пластинки. При этом нужно стараться не прикасаться щеточкой к заготовке, чтобы не замкнуть цепь.
Омеднение происходит буквально на глазах.
После окончания работы с пластины удаляют остатки не закрепившейся меди и протирают спиртом.

Технологии получения современных материалов§4. Технологии нанесения защитных и декоративных покрытий

В настоящее время широко применяются технологии нанесения на поверхность деталей плёнок (покрытий) с заданными свойствами. Покрытия бывают защитные (например, для предохранения металлов от коррозии), защитно-декоративные, декоративные и специальные (для придания поверхности особых свойств).

Наиболее широкое распространение получили технологии, использующие химические реакции. Например, хромирование, никелирование, цинкование, меднение, серебрение, золочение поверхностей деталей выполняют в ёмкостях, наполненных специальными растворами химикатов (рис. 9).

Рис. 9. Изделия с защитными и декоративными покрытиями: а — хромированный шланг; б — никелированные детали водопровода; в — оцинкованная садовая лейка; г — позолоченные часы

Хромирование — нанесение на поверхность металлической детали тонкого слоя хрома (толщиной до 0,25 мм) для повышения износостойкости и защиты от коррозии.

Никелирование — покрытие поверхностей металлических, керамических, пластмассовых, стеклянных деталей слоем никеля (толщиной до 0,05 мм) для защитно-декоративных целей.

Цинкование — покрытие металла слоем цинка для защиты от коррозии. Современное технологическое оборудование позволяет создавать покрытия методом напыления необходимого материала на поверхность деталей.

При плазменном напылении напыляемый материал в виде порошка или проволоки подаётся в излучаемую плазмотроном струю плазмы, направленную на поверхность детали. Там он плавится и, ударяясь о поверхность, приваривается к ней, образуя равномерный слой покрытия. При газопламенном напылении порошок подаётся к поверхности струёй горящего газа высокой температуры из газовой горелки.

Так формируются хромовые, никелевые, медные, алюминиевые, цинковые покрытия, а также покрытия из окислов металлов и полимеров.

В настоящее время получило широкое распространение покрытие варочных поверхностей кухонной посуды (сковород, кастрюль и др.) тефлоном-полимером, обладающим антипригарными свойствами. Следует помнить, что тефлон может безопасно нагреваться до 200 °C, но свыше этой температуры он выделяет вредные для организма человека вещества.

Знакомимся с профессиями

Металлизатор — специалист, занимающийся нанесением металлических (окисных, полимерных и др.) покрытий на поверхности деталей методом напыления. Он устанавливает и регулирует режимы работы аппаратов для нанесения покрытий в зависимости от материала и назначения изделий, готовит к работе порошки. Метал ли затор должен знать технологические процессы нанесения покрытий, свойства материалов, на которые наносится покрытие, и материалов покрытий, уметь работать с контрольно-измерительными приборами.

Практическая работа № 3

Обсуждение результатов образовательного путешествия

1. Обсудите результаты образовательного путешествия (экскурсии) на выбранное предприятие, использующее современные материалы.

2. Сделайте выводы по результатам исследований работы этого предприятия: современный ли вид имеют производственные помещения предприятия; востребована ли на рынке выпускаемая им продукция; насколько современны применяемые на предприятии технологии; какие современные материалы используются; на каком оборудовании и с помощью каких инструментов изготавливается продукция; какие привлекаются транспортные средства; специалисты каких профессий востребованы на данном предприятии и др.

Запоминаем опорные понятия

Покрытия (защитные, декоративные); хромирование, никелирование, цинкование; напыление (плазменное, газопламенное).

Проверяем свои знания

1. Какие покрытия можно наносить на поверхность деталей с помощью технологий, использующих химические реакции?

2. Как называется технология «бомбардировки» поверхности детали расплавленными частицами порошка?

§ 3§ 4

Некоторые дефекты, с которыми можно столкнуться после хромирования

Блеск на покрытии неравномерный. Причиной может служить слишком высокая сила тока, подаваемого на анод и поверхность. Другая причина — некорректная температура электролита.
Блеск отсутствует. Это обуславливается недостатком или избытком хромового ангидрида. Также причина может крыться в недостаточном количестве серной кислоты или в превышенном номинале рабочего тока.
Появление коричневых пятен на поверхности. Вы однозначно превысили содержание хромового ангидрида в растворе. Также может сказаться нехватка серной кислоты.
Появление мелких раковинок. Поверхность была некачественно отполирована, а также с неё не был удалён водород.
Хромовое покрытие неравномерно. Такое возникает, если сила рабочего тока была превышена.
Нанесённое покрытие слишком мягкое. В этом случает сила тока, наоборот, была занижена, а температура электролита не достигла нужных значений.
Отслоение хромового покрытия. В этом случае имело место быть нестабильное напряжение, а поверхность была обезжирена не полностью. Температура электролита могла снизиться в процессе.

Хромирование в теории и на практике

Хром – металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Атомная масса хрома – 52,0, валентность – 2, 3, 6, плотность – 7,1 г/см3, температура плавления – 1890С. Твердость хромового покрытия варьируется в пределах от 3 до 18ГПа и зависит от состава электролита и режима техпроцесса.

Хромирование занимает особое место среди гальванических покрытий и находит применение во многих областях. К достоинствам хромирования относят высокую твердость покрытия (в среднем выше чем у закаленной стали), стойкость хромированных деталей к коррозии и воздействию агрессивной среды, жаростойкость, а также красивый внешний вид.

Хромированная деталь автомобиля

В зависимости от назначения хромовые покрытия подразделяют на декоративные и функциональные. Декоративные покрытия наносят в виде тонкого (менее 1 мкм) слоя на подслой меди или никеля. Обработанные таким образом изделия кроме привлекательного внешнего вида (блестящий светлый металлик) приобретают стойкость к коррозии. Функциональные покрытия наносят непосредственно на металл, толщина таких покрытий может достигать нескольких миллиметров. Практическое применение функционального хромирования – покрытие инструмента, шаблонов, пресс-форм, ремонт изношенных деталей, снижение трения сопряженных деталей и т. д. Хром устойчив во влажной атмосфере, в сероводороде, растворах щелочей, азотной кислоты и органических кислот. В атмосфере из-за сильно выраженной способности к пассивации хром длительное время сохраняет цвет и блеск. Существуют черные хромовые покрытия, которые, в основном, применяются для придания изделиям защитно-декоративных свойств.

Необходимость хромирования

Под хромированием металла понимают процесс металлизации хромом для улучшения поверхностных свойств и характеристик элементов. При хромировании происходит диффузное насыщение хромом различных поверхностей из стали. Обработка хромом допустима и в отношении АВС пластика, алюминия, латуни, силумина.

Прочие достоинства хромирования:

Защита. Нанесение слоя хрома помогает повысить стойкость изделий к перепадам температур, увеличивает коррозионную и эрозионную устойчивость, снижает подверженность механическим повреждениям. Детали становятся сверхтвердыми (950 – 1100 единиц по соответствующей шкале), поэтому меньше реагируют на химическое повреждение, не окисляются.
Восстановление. Срок службы основания серьезно повышается, крупные и мелкие детали становятся очень стойкими к износу. При низкой глубине износа хромирование полностью восстанавливает изделие (например, у валов и втулок закрываются трещинки до 1 мм глубиной).
Отражательные качества. Некоторые элементы автомобиля хромируют для повышения различимости в темноте. Отражение улучшает декоративные качества техники.
Чистота. Хромирование изделий защитит их от грязи и пыли, поскольку предотвращает прилипание различных загрязнений.

По сравнению с никелированием хромирование имеет меньше недостатков: стоимость услуг ниже, покрытие будет более твердым и прочным. Применение никеля выигрывает лишь по декоративным качествам, так как поверхность становится еще эстетичнее.

Подготовка к хромированию металла

Подготовительный этап заключается в выполнении нескольких обязательных действий:

Подготовка поверхности заготовки посредством шлифовки и полировки.
Очистка от загрязнений с помощью специального средства и дистиллированной воды и протирка ветошью.
Полное изолирование поверхности, куда не нужно наносить хром, заделка отверстий (если не нужно покрывать внутренние полости).
Установка изделия на специальную подвеску.
Полное обезжиривание.
Промывка водой.
Декапирование.

Роль шестивалентного хрома выполняет хромовый ангидрид, трёхвалентного — сульфат или хлорид хрома.

Гальваническую ванну покрывают серной кислотой, а после помещения обрабатываемой заготовки в раствор поддают ток с определенными показателями плотности.

Также необходимо соблюдать подходящий температурный режим раствора в ванной, который устанавливается с учётом особенностей хромирования.

При использовании терморежима необходимо придерживаться одних и тех же температурных показателей на протяжении всего мероприятия. Любые отклонения от установленного стандарта могут привести к ухудшению адгезионных свойств покрытия, в результате чего гальваника потеряет правильную структуру, а на поверхностном слое появятся различные дефекты, такие как разводы, наросты и сталактиты.

Продолжительность гальванической обработки определяется требуемой толщиной хромированного слоя.

В процессе обработки из раствора выделяется ряд вредных паров, поэтому все мероприятия нужно проводить с учетом всех тонкостей техники безопасности и с использованиием средств персональной защиты.

В отдельных условиях металлизацию проводят лишь после травления или нанесения на заготовку другого металла, например, меди или никеля. Таким образом осуществляется укрепление полученного слоя.

Чтобы заделать образованные поры хрома, деталь дополнительно покрывают маслом или лаком. Образовавшуюся хромовую пленку дополнительно защищают термической обработкой, в процессе чего заготовку выдерживают под воздействием высоких температур (около двухсот градусов Цельсия) на протяжении некоторого времени.

Химическая металлизация – основы применения

Три главных этапа процесса – «очистка изделия», «создание покрытия», «напыление защитного слоя». Каждый из шагов требует ответственного к себе отношения, потому что фактически любое нарушение технологии может явно отразиться на результате.

Для получения высокой степени гладкости конечного изделия, следует тщательно подготовить поверхность до применения реактивов. Затем производится покрытие лаком и обработка пламенем газовой горелки, что позволяет следующим слоям прочнее схватываться с лаком (есть методики позволяющие работать без обжига). Для этой же цели, непосредственно перед нанесением металлизированного слоя, проводят обезжиривание.

По окончании первого этапа, необходимо произвести активацию поверхности. Нанесение соответствующего реактива надо распылять таким образом, чтобы он хорошо прилип к поверхности – если огневая подготовка была сделана тщательно, то с этим этапом не возникнет сложностей. После активации, изделие нужно тщательно промыть дистиллированной водой. Затем последовательно проводится распыление серебряного слоя.

После нанесения реактивов изделие следует промывать дистиллированной водой. Это необходимо для удаления излишков веществ, которые могут испортить конечную поверхность. Серебряный слой надо распылять сразу после промывки активатора, не давая ему высохнуть.

Заключительный этап – создание защитного слоя с помощью лака. Также здесь производится колеровка – в лак добавляются специальные красители, позволяющие добиться заданного цвета. Нужно добавить, что именно от финишного лака зависит долговечность покрытия, а чтобы он хорошо держался на глянцевой поверхности необходимо использовать адгезионный грунт-лак. Сначала адгезионный лак с пигментом, потом финишный.

Технология хромирования

Существуют разные способы хромирования, некоторые вполне можно применять в домашних условиях, имея соответствующее оборудование.

Гальванический метод хромирования

Гальваническое хромирование деталей — самый популярный метод, ведь все действия можно осуществить своими руками. Гальваника предполагает помещение деталей в специальный раствор с определенным составом, откуда под воздействием волн (солитонов) электрического тока атомы хрома будут осаждаться на поверхность. Имея нужный набор приспособлений для хромирования, можно самостоятельно создать высококачественное покрытие путем гальванизации.

Электролитический метод хромирования

Одна из разновидностей гальваники. При использовании электролиза трех- или шестивалентный хром придает изделию нужный «металлический» вид. При применении трехвалентного элемента основным веществом раствора выступает хромовый ангидрид. Использование шестивалентного хрома отличается от предыдущего метода наличием в составе раствора сульфата хрома.

При проведении электролитического хромирования дисков или иных деталей важно строго соблюдать пропорции компонентов. В противном случае защитный слой быстро отслоится либо на нем будут пятна, неодинаковая матовость и недостаточный глянец

Диффузионный метод хромирования

Напыление хрома производится при помощи гальванической кисти. В домашних условиях такой метод более предпочтителен, ведь мастеру не потребуется использовать ванну. Особенно рекомендуется выполнять методику для деталей из алюминия, углеродистой стали, сплавов с кремнием.

Химическое хромирование

Применение химических реактивов помогает восстановить хром из его солей. В случае использования химии электрический ток не потребуется. Обычно в качестве реагентов берут соединения фосфора, лимоннокислый натрий, уксусную ледяную кислоту, едкий натр 20 %.

Перед нанесением реагентов детали покрывают слоем меди. После окончания работ промывают заготовки в воде, сушат, полируют (изначально предметы имеют тусклый серый цвет).

Каталитический метод хромирования

Подвид химического хромирования черных или цветных металлов, предполагающий нанесение на деталь жидкости без кислот в составе. Технология безопасна для человека и помогает создать оригинальные, необычные эффекты.

Каталитическое хромирование можно применять в отношении обычных и гибких изделий (при электролизе последнее невозможно, покрытие отслоится).

Обычно в качестве реагента берется серебро в щелочном растворе аммиака, а как восстановитель — формалин или гидразин. Применение серебра делает деталь молочной с зеркальной поверхностью.

Вакуумное хромирование

Технология принадлежит к химической металлизации и имеет еще одно название — PVD-процесс. Дает конденсацию паров хрома на поверхности детали после помещения ее в специальную вакуумную камеру. В этой установке при отрицательном давлении хром нагревается до температуры испарения, потом оседая как туман на изделии.

Расчет давления, срока хромирования будет зависеть от степени износа детали, вида материала. После вакуумного хромирования толщина металлического слоя минимальная, поэтому деталь сверху покрывают специальной краской из баллончика или лакируют.

Применяют средства в порошках, состоящие из шамота, феррохрома. Методика аналогична таковой при химическом хромировании, только изделие в процессе будет подвергаться нагреванию.