Дефекты твердых хромовых покрытий. Часть 1

Главная » Литература » Статьи » Дефекты твердых хромовых покрытий. Часть 1
Автор: Устюгов А.Г.
Год издания: 1990

В первой части статьи рассматриваются причины и методы устранения дефектов твердых хромовых покрытий, во-второй - способы предотвращения дефектов, их обнаружения и устранения.

На хромированной поверхности часто заметны дефекты. Правильно определить причины этих дефектов - такая задача стоит перед гальваниками и перед потребителями их продукции. Откуда и как возникают эти дефекты, то ли из-за применения неподходящего электролита, то ли плохого обращения с оборудо­ванием, то ли дефектов в самом металле, то ли каких-то других источников - все эти вопросы и рассматриваются в этой статье.

Необходимо понимать, что большинство дефектов твердых хро­мовых покрытий, таких как впадины, сетки, дендриты берут свое начало прежде всего в основном металле или на подготови­тельной поверхности предшествующей нанесению покрытия, стадии работ, и в меньшей степени эти дефекты возникают вследствие использования нестандартного электролита. Если заготовки получаются с широко распространенными дефектами, но хотя бы одна из них получилась с удовлетворительным покрытием, то маловероятно, что исполь­зуемый электролит бракованный. Как правило, причину или источ­ник дефектов следует искать в другом месте.

Однако всё ещё случается брак вследствие использования неподходящего электролита. С этого мы начнем.

Дефекты, вызванные применением нестандартных растворов.

Эти дефекты могут появиться, если подобран неправильный состав электролита или в нем скопились магнитные или другие частицы. Применение растворов с высоким отношением содержания хромовой кислоты к содержанию катализатора может приводить к образованию больших слегка окрашенных впадин диаметром до 3 мм (1/8 дюйма) "налипших корочек" или "полулуний. Эти дефекты характерны для растворов с низкой концентрацией катализатора.

Правильно сбалансированные растворы, но с высоким содер­жанием металлических включений приводят к заметно неровным и узловатым поверхностям покрытий, в большей степени, чем совершенно чистые растворы. Успешно применялись растворы с общей концентрацией железа и 3-х валентного хрома 10-15 г/л (1,5-2 унц/гал), но в покрытиях с толщиной более 0,13 мм (5 милов) при превышении концентрации Fе + ,Сr 3+ на  4 г/л(0,5унц/г)очень заметными были различия в получающейся шероховатости поверхности.

Плавающие в гальванической ванне, отлагающиеся в осадок неадгезионные и немагнитные частицы не влияют на покрытие вертикальных поверхностей. В большинстве гальванических ванн с хромом в не свежеприготовленным электролите содержится определенное количество нерастворимого хромата свинца, поступающего с анодов, а также сульфата бария из-за добавок карбоната бария. Некоторые находят выгодным фильтровать электролиты с хромом. Те, кто это делает, должно быть, получают высококачественное покрытие с толщиной слоя выше 0,18 мм (5 милов).

Однако применение вспомогательных средств может привести к загрязнению раствора и вызвать серьезные дефекты в твердых хромированных покрытиях. К категории вспомогательных средств относятся: гальваническая лента, пластиковые шарики, пласти­фикатор, лак для изоляции, проволочные (крацовочные) щётки.

Адгезионные частички от масла или от ленты стремятся всплыть на поверхность раствора и при погружении заготовки в ванну могут прилипнуть к ней. Такие частицы могут привести к нарушению процесса гальванопокрытия и к появлению точечных дефектов (питтинг).

Известно, что всплывающие пластиковые шарики, использу­емые для контроля испарения электролита собирают восковые и другие продукты расщепления и образуют липкую пленку. При погружении заготовки в ванну и при  её соприкосновении с за­грязненными шариками, липкая пленка может перейти с поверхности шариков на поверхность заготовки, что может привести к дефектам покрытия. Кроме того гибкие полихлорвиниловые трубки могут выделять с поверхности жидкость, образуя при этом липкую плёнку вызывающую дефекты в местах контакта чистой заготовки с труб­ками. Постоянной причиной браков является неполное удаление лака для изоляции или воска.

Для их удаления нельзя исполь­зовать разбавители или растворители, так как остающуюся после промывки тонкую плёнку очень трудно обнаружить перед процессом гальванопокрытия. После нежелательной остановки процесса по­крытие сдирается ножом, заготовки зачищаются мелко зернистой наждачной бумагой, а затем пемзой или "меловым' порошком.

Различные магнитные (железные) частицы, например кусочки роторных проволочных щеток, вещество отделившееся от заготовки при травлении, отходы от непокрываемых внутренних поверхностей и мелкие частицы, уносимые с поверхности вращающихся контактов и подшипников; все эти частицы притягиваются к заготовке маг­нитным полем от электрического тока. Эти частицы прилипают к покрываемой поверхности, приводя к образованию узловых дефектов, несмотря на перемешивание раствора.

Меры, предотвращающие появление дефектов.

 Надо делать следующее:

  • Снимать накипь, загрязнения с поверхности резервуара и содержать в чистоте надводные борта.
  • Устранять источник загрязнений.
  • Увлажнять рабочую поверхность заготовки при погружении её в раствор.
  • Тщательно очищать заготовку, полностью удалить масло, грязь,шлифовальные смеси.
  • Не полировать, не шлифовать в месте нанесения гальванопокрытия.
  • Содержать в чистоте стеллаж, лабораторные столы, резервуары для перевозки растворов, лотки и т.д.
  • Лакировать края и кромки изоляционных лент, во избежание растворения латекса, клейкого в растворе.
  • Очистку и травление заготовки производить в отдельных резервуарах (не в том, в котором проводится процесс гальвано­покрытия).
  • Тщательно очищать все внутренние поверхности и надежно уплотнять их от попадания электролита.
  • Никелировать или лудить вращающиеся станины втулки или кольца коллекторов.

Дефекты, возникшие при транспортировке.

До процесса гальванопокрытия необходимо с большой осто­рожностью переводить заготовку к месту покрытия, чтобы пре­дотвратить её соприкосновение с другими поверхностями.

Неосторожность приводит, например, к ряду впадин на по­верхности покрытий гидравлических   штоков, которые были уложены кучами на тележках с металлическими колесами. Вибрация от ка­чания колёс по жесткому основанию приводила к фрикционной кор­розии на участках, расположенных вдоль линейных контактов между заготовками. Эту проблему удалось решить установкой на колёса тележки резиновых бандажей с целью снижения уровня виб­раций и применением бумажных прокладок между заготовками для того, чтобы предотвратить контакт между ними.

Сразу после отделочной обработки поверхности заготовки, эти поверхности,.полированные или нет, необходимо обернуть прадт-бумагой, чтобы защитить от каких-либо вредных воздей­ствий. Чтобы обеспечить надёжную защиту при самом напряжен­ном режиме работы, наверно, достаточно несколько слоев бумаги.

Также к появлению поверхностных дефектов может привести соприкосновение поверхности заготовки с катодной шиной.

При загрузке заготовки в резервуар в момент непредвиден­ного задевания её или контакта с катодной шиной, проска­кивает электрическая дуга, которая может привести к микропитингу (микроточечными дефектами).    Контактирование поверхности заготовки с поверхностью анодов также приводит к серьезным дефектам. В любом случае заготовку, побывавшую в контакте с катодной шиной или с анодом, необходимо вытащить .из ре­зервуара (ванны) и снова соответствующим образом провести её отделочную обработку и перед повторным проведением процесса гальванопокрытия тщательно её осмотреть.

Часто дефекты могут образоваться и при небрежной перевоз­ке или загрузке заготовок. Поэтому рабочему персоналу необхо­димо очень тщательно соблюдать технологию перевозки или загрузки заготовок, а также быть очень аккуратными в своих действиях.

Дефекты в основном металле.

Если сам основной металл считать источником дефектов, то надо рассмотреть 2 вопроса: (1) механическая отделочная обра­ботка и другие способы подготовки поверхности и (2) металлур­гическая сплошность (цельность) структуры металла на самой его поверхности и вблизи.       

Процессы механической отделочной обработки можно сравнить с работой плуга на пашне. Независимо от того, чем нарезается борозда одной ли точкой режущего инструмента или множеством точек шлифовальных кругов или хонинговальных брусков, каждая точка плуга образует борозду с поднятыми кромками по краям. В этих кромках обычно содержания осколки и микрозаусенцы метал­ла. Образованные таким образом острые кромки и кусочки металла становятся концентраторами высокой плотности тока, с которых и начинается осаждение хрома, что было продемонстрировано Джонсом и Кенезом в исследовательском проекте 1 4AES . В этих местах зарождаются узловые дефекты, которые доставляют много неприятностей при получении твердых хромированных покрытий. При шлифовке готового покрытия эти дефекты выкрашиваются, приводя к образованию впадин.

На фиг.1 показан вал из стали 4140, отшлифованный до чистоты 16 мкм и покрытый слоем хрома 0,5 мм (20 милов). На поверхности покрытия множество узлов и газовых включений. На фиг.2 показано в увеличенном виде газовое включение, дающее начало крупному дефекту основного металла. Хром на аноде рас­творялся. Микроскопическое исследование поверхности основного металла (Фиг.З) дало возможность обнаружить последствия ин­тенсивного шлифования. Так интенсивно проходило истирание основного металла, что происходило упрочнение поверхности и под действием растягивающих напряжений происходило образование трещин на поверхности, перпендикулярно направлению шлифовки.

Подобный вал (фиг.4) до гальванопокрытия подвергли отде­лочной механической обработке различными способами. По резуль­татам видно, что даёт каждый такой способ. Первоначально перед поступлением в лабораторию сплошной вал подвергался черновой шлифовке.            

Участок окружной поверхности средней части вала не трогался совсем, а другие участки полировались (вручную абра­зивными материалами без использования суппорта (опорных элемен­тов)) на токарном станке набором наждачных бумаг; с постоянно увеличивающейся степенью зернистости: вначале со степенью зернистости 320, затем 400, затем применялась бумага с карби­дом кремния со степенью зернистости 600. Затем проводили об­работку по продольным участкам перпендикулярно направлению полирования бумагой окружных участков, по ширине эти продоль­ные участки охватывали примерно 1/4 - 1/3 окружности вала. Один участок полировался кругом с использованием смеси со сталь­ной стружкой. Другой участок продувался всухую частицами глино­зема со степенью зернистости 120. 3 участок обработке не подвергался.   Полученные таким образом поверхности показаны на микроснимках на Фиг.5-10.

На фиг 5 показана шлифованная стальная поверхность до и после нанесения покрытия. Покрытие хрома крайне узловатое, с расположением узловых дефектов вдоль борозд от шлифовки.

На фиг.б показана поверхность, полированная бумагой, до и после нанесения покрытия. Линии от шлифовки, очевидные на фиг.5 (вверху), удалены, но заметны остаточные царапины и неровности. Однако хромированная поверхность получилась зна­чительно лучше, чем на фиг5 (внизу).

На фиг.7 все ещё заметны линии от шлифовки на шлифованной поверхности, продутой частицами глинозема; хромированное покрытие получилось очень узловатое (со многими сфероидальными дендритами). На фиг.8 показана поверхность, отполированная бумагой и продутая частицами глинозема. Линий от шлифовки заметно не больше, но в результате продувки на поверхности появилось очень много сфероидальных дефектов.

На фиг.9 показана шлифованная и полированная эластичным кругом поверхность. После полирования хромированная повер­хность стала удивительно гладкой. На шлифованной, полирован­ной бумагой и полированной эластичным кругом поверхности по­являются концентрированные пятна. По этим пятнам можно судить о вымывании ингибитора коррозии и наличии относительно глубоких царапин от шлифовки. Полировка наждачной бумагой конечно  улучшила качество поверхности, но не была достаточно глубокой чтобы удалить все микронеровности, оставшиеся от шлифовки.

До нанесения покрытия вал анодно (с подключением к аноду) протравили в течение нескольких секунд, это сделано для того, чтобы свести к минимуму различные изменения состояния стальной поверхности. Затем поверхность вала хромировали в промышленной гальванической ванне, толщину слоя довели до 0,2 мм.

На примере видно, что отличную поверхность и покрытие мож­но получить только при полной зачистке микронеровностей, выз­ванных механической отделочной обработкой. Этого можно добиться, если снимать тонкий слой стружки заточенным, часто правленным абразивом, шлифовальным кругом, делая проходы последовательно один за другим и посредством это удаляя глубокие канавки и делая их мельче, их можно удалить последовательно полированием наждачной бумагой и (эластичным) кругом или продувкой частицами  глинозема. Надо заметить, что заточенный, только что заправленный шлифовальный круг, надлежащим образом смазанный, может давать меньше неровностей поверхности, чем лощёный, притупленный или не правильно смазанный, более мелкозернистый шлифовальный круг.

Само шлифование может вызвать питтинг (точечные впаденки за счёт внедрения мелкозернистых частиц круга в поверхность металла. На фиг.11 показана такая мелкозернистая частица, отделившаяся от круга и внедрившаяся в поверхность. Для по­верхности, сильно отшлифованной лощеным, стертым кругом одной полировки недостаточно. Хотя поверхность может быть крайне гладкой, прилипший, но испытывающий растягивающее напряжение, хромированный слой позже может приподнять заусенцы и микро заусенцы, приводя к образованию сфероидальных дефектов. Поэтому до нанесения гальванопокрытия необходимо удалять эти заусенцы с поверхности основного металла. После осторожного шлифования или хонингования поверхности с удалением неровностей дальше для удаления последних микрозаусенцев можно применить несколько методов: полирование смазанной лентой, продувка паром, полирование кругом без использования смазки, полирова­ние (эластичным кругом со стружечной смесью, суперфиниши­рование (или микрошлифовка) и электрополировка. Для получения дальнейшей информации по технологии шлифовки хорошим источ­ником является справочник по механической обработке металлов, выпущенной американским обществом металлистов, пара металла О Н 44073.

Скачать файл - Дефекты твердых хромовых покрытий. Часть 1