Таблица. Состав и режим электролитов для проточного хромирования.

Компоненты электролита	Концентрация, г/л	Скорость потока, см/с	Межэлектродное расстояние, мм	iк, А/дм2	t°, С
Хромовый ангидрид Серная кислота	230- 260 3,5—4,5	80—100	15-30	80-100	35-60
Хромовый ангидрид Серная кислота	250-300 5-7	20 — 150	10-30	50—400	55—75

Механизм влияния пульсации тока на процесс хромирования можно упрощенно представить следующим образом. Во время перерыва тока происходит постепенное разрушение катодной пленки, которая, как известно, оказывает существенное влияние на свойства хромовых покрытий. Можно предполагать, что при некоторой степени разрушения наступает такое ее состояние, при котором достигается оптимальное течение катодного процесса, приводящее к расширению интервала гладких покрытии. Прекращение выделения водорода во время паузы обусловливает некоторое уменьшение наводороживания при импульсном токе.

В работе показано, что хромирование высокопрочной стали 30ХГСНА (49 HRC) с применением импульсного тока уменьшает наводороживание стали Соответственно при испытаниях на разрывных образцах установлено, что при ik=120 А/дм2 t = 58÷60°С, оптимальном импульсе 2 мин и паузе 10 с относительное сужение разрывного образца составляло 19 %, а при постоянном токе оно было 12 %. (Нехромированные образцы 58 %.)

При хромировании постоянным током (iк=60 А/дм2, t = 58÷60°С) цементированной закаленной стали 12Х2Н4А (56 HRC) в напряженном состоянии образец растрескивался из-за водородной хрупкости через 30 мин, а при хромировании импульсным током при оптимальном режиме (Tи = 2 мин, Tn = 6÷10 с) растрескивание не наступило через 180 мин.

Микротвердость покрытий при импульсном токе 8500— 10000 мПа. Возможно получение доброкачественных осадков при ik = 120 А/дм2. Учитывая эти результаты при импульсном токе, в указанной работе рекомендуется следующий режим хромирования в универсальном электролите: ik = 60÷120 А/дм2; t = 60°С; Tи= 2 мин, Tn = 84÷10 с.

При реверсивном токе к изложенным явлениям перерыва процесса добавляется кратковременное анодное травление растущего хромового покрытия. В результате этого усиливается сглаживание покрытия, так как не только прекращается рост кристаллов хрома, но происходит растворение активных точек кристаллизации и выступающих над поверхностью начальных шншкообразований. Наряду с этим возможно уменьшение наводороживания покрытия за счет окисления при анодной поляризации водорода, максимальная концентрация которого сосредоточена в тонком поверхностном слое покрытия.

Известно, что анодная поляризация хромового покрытия вызывает его растрескивание, если в покрытии имеются растягивающие напряжения.

В результате растрескивания напряжения в покрытии уменьшаются или полностью ликвидируются. По этой причине пористый хром, получаемый за счет анодной обработки, не имеет растягивающих напряжений или они незначительны. Периодическая анодная поляризация растущего хромового покрытия предупреждает возможность развития в нем значительных внутренних напряжений. При анодной поляризации усиленно растворяется покрытие на участках, где оно имеет повышенную толщину из-за высокой плотности тока. Скорость этого растворения в несколько раз больше скорости наращивания хрома при катодном периоде и эта разница обусловливает выравнивающее действие реверсивного тока.

Накапливающиеся в прикатодном слое продукты анодного растворения хрома в известной степени способны уменьшить диффузионные ограничения при катодной поляризации, что позволяет повысить допустимую плотность тока.

В результате сложного комплексного воздействия анодной поляризации реверсирование тока при хромировании дает следующие преимущества перед хромированием на постоянном токе: получение гладких малонапряженных покрытий значительной толщины при высоких плотностях тока (до 100—120 А/дм2); достижение повышенной рассеивающей способности; повышение защитной способности покрытий; меньшее снижение усталостной прочности стали; шероховатость поверхности хрома после его осаждения с применением реверсированного тока значительно ниже, чем при хромировании на постоянном токе.

Фактические показатели, характеризующие влияние реверсирования тока, видны из следующих примеров.

При наращивании хрома толщиной 0,2 мм при iк = 60 А/дм2 и t = 58÷60 °С шероховатость поверхности металла после хромирования снижается до Rа = 2,5÷1,25 мкм из-за шишковатости хрома. При переходе на реверсивный ток с Tк = 8,5 мин и Ta= 18 с сохранилась исходная шероховатость Rа = 0,32÷0,16 мкм.

При этом же режиме и толщине слоя 0,15 мм на составном катоде применение реверсивного тока существенно повысило равномерность распределения хрома. Так, разность между наибольшей и наименьшей толщиной слоя при постоянном токе составила 18 приведенных единиц, а при реверсивном токе эта разница была 7 единиц, т. е. равномерность покрытия увеличилась почти в 2,5 раза.

Рассеивающая способность, определявшаяся в работе по методу разборного катода, значительно улучшилась при реверсивном токе (рис. 19). Повышение рассеивающей способности при реверсивном токе установлено также в работе. На разборном катоде общей длиной 185 мм при расстоянии концов катода от анодов, равном 25 мм, средняя толщина слоя 100 мкм. Толщина хрома на крайних секциях катода при хромировании на постоянном токе в 2,5 раза превышала среднюю толщину покрытия. В случае хромирования на реверсивном токе эта величина уменьшалась до 1,5, т. е. рассеивающая способность электролита при реверсе стала ориентировочно в 1,5 раза выше, чем при постоянном токе.

Такое выраженное при реверсе сглаживающее действие и повышение равномерности покрытия позволяет эффективно использовать реверс для размерного хромирования и для повышения экономичности процесса за счет уменьшения неравномерности покрытия. Этот метод получил производственное применение для беспритирочного хромирования поршневых колец. Изменение защитной способности хромовых покрытий под влиянием реверса изучено недостаточно глубоко, но уже проведенные, испытания показывают, что при погружении в 3 % раствор хлористого натрия стальные образцы, покрытые слоем хрома 30 мкм при iк = 60 А/дм2 и t = 60°С, не подверглись коррозии в течение всего срока испытаний (250 ч), а хромированные при этом же режиме постоянным током начали корродировать через 7—10 ч.

Вибрационные испытания турбинных лопаток из стали 2X13 показали, что их усталостная прочность снижается после хромирования на постоянном токе на 18 %, а при реверсивном токе — на 9%.

Усталостная прочность стали, хромированной постоянным током, снижается на 27,8 %, а при хромировании реверсивным током это снижение составляет только 3,8 %.

Для высокопрочных сталей, как указано в работе, реверсирование тока не оказало влияния на снижение усталостной прочности после хромирования.

На микротвердость и износостойкость хромовых покрытий реверсирование при оптимальных режимах не оказывает существенного влияния.

При подходе к выбору оптимального режима реверсирования в работе предложено стремиться по возможности к сокращению длительности катодного периода, чтобы реверсирование тока происходило возможно чаще. Очевидно, что при этом эффект от реверсирования должен возрастать. И действительно проведенные исследования в ряде случаев подтвердили справедливость такого положения. Но в других работах, когда экспериментальным путем определяли оптимальную продолжительность катодного периода для конкретных деталей, были определены режимы, отличающиеся сравнительно большой длительностью катодного периода. Так, в работе для получения равномерного гладкого покрытия на поршневых кольцах была установлена продолжительность катодного периода в 15 мин и анодного 40—60 с. Практическое освоение на одном из заводов привело к уточнению этого режима: Tк = 20÷22 мин, Tа = 20÷30 с.

Для крупногабаритных деталей, хромируемых на этом заводе слоем 0,3—0,4 мм, установлен режим: Tk = 25÷26 мин, Ta= 20÷30 с.

Примером экспериментального определения режима реверса в зависимости от конкретных требований является работа, установившая эти режимы для малоконцентрированной сульфатной ванны с добавкой сернокислого стронция.

Можно полагать, что как для каждого электролита обычного хромирования нет единого режима, так и для реверсирования тока не может быть одного универсального режима па все случаи, встречающиеся в производстве. Поэтому показатели реверсирования и режим хромирования должны выбираться с учетом особенностей конструкции и условий эксплуатации хромируемой детали. При этом может быть использован опыт хромирования подобных деталей, результаты исследования реверсирования или специально проведенной экспериментальной работы.