Способ нанесения хромовых покрытий

 

Изобретение относится к области электроосаждения металлических покрытий и может быть использовано в гальванотехнике при нанесении хромовых покрытий всех типов из хромовокислых электролитов. Способ нанесения хромовых покрытий включает операции обезжиривания поверхности детали, активации, обработки водным раствором органического соединения и серной кислоты и хромирования. Способ позволяет снизить растворение медных деталей в электролите хромирования, увеличить работоспособность электролита. 2 табл.

Изобретение относится к области электроосаждения металлических покрытий и может использоваться в гальванотехнике при нанесении хромовых покрытий всех типов из хромовокислых электролитов.

В отечественной и зарубежной практике для нанесения гальванических хромовых покрытий используются электролиты на основе соединений хрома (VI) [1] Эти электролиты представляют собой агрессивные в коррозионном отношении жидкости и вызывают сильное подтравливание хромируемых деталей, особенно стальных и медных. Такое подтравливание приводит к изменению линейных размеров деталей, а также к порче электролита, в котором накапливаются ионы корродирующего металла.

Известен способ хромирования, позволяющий несколько снижать коррозионные потери деталей при хромировании [2] Он заключается во введении в состав электролита ингибирующей добавки органического вещества. Однако в этом случае изменяются свойства покрытий: твердость, кристаллическая структура, пористость и внутренние напряжения, в осадке появляется значительное количество аморфного хрома. Такое изменение свойств хромового покрытия не всегда желательно.

Предложена обработка деталей перед покрытием водным раствором органического соединения алифатической оксикислоты в концентрации 10 30 г/л [3] Однако такая обработка приводит к образованию на поверхности адсорбционного слоя, состоящего только из органического вещества. Такой слой недостаточно электропроводен, в его присутствии медленно формируется катодная пленка, необходимая для электроосаждения хрома. Поэтому такая предварительная обработка существенно не снижает коррозионных потерь металла основы перед хромированием.

Известен также способ хромирования, который является наиболее близким к предложенному и выбран в качестве прототипа [4] Он содержит операции обезжиривания, активации, обработки перед нанесением покрытия анодной обработки и осаждения хрома. Такая предварительная обработка позволяет при сохранении качества покрытий несколько снизить коррозионное разрушение деталей, однако скорость коррозии все еще сохраняется достаточно высокой.

Задача изобретения состоит в снижении коррозионного разрушения покрываемой хромом детали в процессе гальванического хромирования.

Решение задачи достигается тем, что после активации проводится обработка поверхности водным раствором, который кроме органического соединения дополнительно содержит серную кислоту.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения его с аналогами и прототипом. Оно явно не следует из существующего уровня техники. Изобретение легко осуществимо на практике, не требует больших энергетических и материальных затрат.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в процессе обработки детали водным раствором органического вещества и серной кислоты, на поверхности металла образуется адсорбционный (модифицирующий поверхность) слой, который кроме органического вещества содержит сульфат-ионы. Присутствие последних делает слой более электропроводным, а также ускоряет процесс формирования катодной пленки, в результате чего раньше начинается процесс электроосаждения хрома. Присутствующее в адсорбционном слое органическое вещество блокирует активные центры поверхности и дополнительного ингибирует коррозионный процесс на детали при внесении ее в электролит хромирования.

В качестве органического компонента растворов для обработки поверхности металлов перед хромированием следует использовать кислород-, азот-, фосфор- и серасодержащие органические вещества, адсорбирующихся на электродах (поверхностно-активные вещества) с содержанием 0,5 1 мас. Наши исследования показали эффективность использования в качестве модификаторов поверхности многих органических соединений, относящихся к различным классам, в том числе биоразложимые поверхностно-активные вещества. Концентрация органического вещества выбрана таким образом, чтобы она была достаточной для быстрого образования адсорбционного слоя, но раствор не представлял экологической опасности.

Концентрация серной кислоты должна выбираться такой, чтобы она отличалась не более, чем на порядок от ее концентрации в применяемых электролитах хромирования. Как показали исследования, оптимальной будет концентрация серной кислоты в растворе для предварительной обработки от 0,005 до 0,1 моль/г.

Время выдержки детали в модифицирующем растворе зависит от природы используемого вещества и составляет от 2 до 5 минут. Меньшее время недостаточно для установления адсорбционного равновесия, а более длительная выдержка нецелесообразна, так как достигнута предельная для данных условий степень заполнения поверхности адсорбатом. Такое время обработки деталей не создаст дополнительных трудностей при хромировании в автоматическом режиме, так как все этапы предварительной подготовки поверхности, включая данную обработку, как правило требуют меньше времени, чем процесс осаждения хрома.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Коррозионная среда стандартный электролит хромирования, имеющий состав: оксид хрома (VI) 250 г/л, серная кислота 2,5 г/л. Деталь "А" из электролитической меди с площадью поверхности 16 см², деталь "Б" из стали Ст3 с площадью поверхности 16 см².

Перед внесением в ванну с электролитом хромирования детали подготавливали обычным образом: обезжиривали и активировали в растворе серной кислоты. Проводили эксперименты без предварительной обработки применяли: а) анодную пассивацию в растворе серной кислоты (по прототипу); б) выдержку в течение 5 мин. в растворе органического вещества пиридина в концентрации 2 мл/л (раствор 1); в) выдержку в течение 5 мин. в растворе, содержащем серную кислоту (0,01 моль/л) и органическое вещество пиридин в концентрации 2 мл/л (раствор 2).

В таблице 1 приведены результаты коррозионных испытаний. Скорость коррозии стали и меди определяли гравиметрически. Время коррозионных испытаний составляло 1 час.

Пример 2. Хромирование деталей проводили параллельно в четырех гальванических ваннах вместимостью по 2 л каждая из стандартного электролита (состав как и в примере 1) при температуре 45^oC и плотности тока 30 А/дм². Покрытия доводили до толщины 1 1,5 мкм, после чего заменяли новые детали. Они представляли собой медные пластины с площадью поверхности 10 см². В первую ванну их опускали без предварительной обработки перед хромированием, во вторую, третью и четвертую с предварительной обработкой (также, как и в примере 1). Во всех случаях детали погружали в электролит под током. После пропускания определенного количества электричества из всех ванн отбирали пробы, которые анализировали на содержание ионов меди атомно-адсорбционным методом. Результаты испытаний приведены в таблице 2, откуда видно, что накопление ионов меди в электролите происходит существенно медленнее, если проводится предварительная обработка поверхности раствором, содержащим органическое вещество и серную кислоту, даже в случае помещения деталей в электролизер под током.

Использование предлагаемого способа нанесения хромовых покрытий с помощью введения дополнительной операции обработки поверхности детали раствором поверхностно-активного органического соединения по сравнению с существующими способами имеет следующие преимущества: 1. Повышение коррозионной стойкости деталей в электролите хромирования.

2. Увеличение срока службы электролита, за счет снижения концентрации накапливающихся в нем ионов металлов, из которых изготовлены покрываемые детали.

При этом предлагаемый способ не создает дополнительных технологических трудностей, выполняемая операция проста и экологически безопасна.

Формула изобретения

Способ нанесения хромовых покрытий, включающий операции обезжиривания поверхности детали, активации, обработки перед нанесением покрытия и хромирования, отличающийся тем, что после активации поверхности проводят обработку поверхности детали водным раствором органического соединения и серной кислоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1