Cr-2

UAB “Atotech-Chemeta”
На предприятии внедрена система управления качеством ISO 9001:2000, серт. № 171455А
ПРОЦЕСС БЛЕСТЯЩЕГО И ТВЕРДОГО
ХРОМИРОВАНИЯ
Chemeta Cr-2
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
Содержание
1. Оборудование
2. Стадии процесса
3. Режимы хромирования
4. Состав электролита
5. Приготовление и очистка электролита
6. Анализ электролита
7. Уход за электролитом и его корректирование
8. Контроль покрытия
9. Обезвреживание сточных вод
10. Возможные неполадки и способы их устранения
11. Требования безопасности
12. Приложение (ячейка Хулла)
2
3
3
4
4
4
6
7
7
7
8
9
Egz. Nr. 69-034/______
2002
UAB “Atotech-Chemeta”, Akademijos 7, LT-08412, Vilnius
Tel. +370-5-2729377, 2729356, faksas +370-5-2729380, E-mail: info@chemeta.com
Chemeta Cr-2
Стр. 2 / 9
Процесс Chemeta Cr-2 предназначен для получения твердого хромового покрытия на
детали из стали, меди и ее сплавов, а также блестящего хромового покрытия на детали из
стали, меди и никеля.
Электролит отличается высокой кроющей и рассеивающей способностью, прост в
эксплуатации, благодаря возможности использования экспресс-анализа для корректирования
электролита. Скорость осаждения достигает 0,8 μм/мин.
1. ОБОРУДОВАНИЕ
1.1. Ванны
Ванны хромирования могут быть свинцовые или стальные, футерованные стойкой к
кислотам резиной, пластмассой, напр. фторопластом, а также изготовленные целиком из
фторопласта или стеклопластика.
1.2. Нагрев
Нагреватели изготавливают из титана, фторопласта, стекла или других химически
стойких материалов.
1.3. Охлаждение
Змеевики охлаждения (теплообменные аппараты) изготавливают из титана,
фторопласта или других химически стойких материалов. Можно применять ванну с водяной
рубашкой, где внутренний корпус и теплоизолированный корпус вставлены один в другой так,
что между ними образуется полость, заполненная водой (рубашка).
1.4. Перемешивание электролита
Барботаж электролита во время его приготовления осуществляют воздухом,
очищенным от пыли, масел и других загрязнений. Барботер изготавливают из
полиэтиленовых, фторопластовых, полипропиленовых или других механически, химически и
теплостойких труб.
1.5. Выпрямители
Обычно применяют выпрямители до 12 В, в отдельных случаях – до 15 В.
Выпрямители должны гарантировать, чтобы остаточный ток пульсации составлял не
более 5 % от общей амплитуды тока.
1.6. Подвески
Подвески должны быть специально сконструированы для ванн и деталей конкретных
величин, конфигураций и типов. Они должны быть изолированы пластизолем или другими
специальными материалами.
1.7. Вентиляция
Выбор типа отсоса определяется требованиями к санитарно-гигиеническим условиям
труда, конструкцией и технико-экономическими расчетами оборудования.
Отсосы изготавливают из винипласта, полипропилена и других химически стойких
материалов.
Для улучшения гигиенических условий в электролит хромирования рекомендуется
добавлять брызгоподавители хрома, предотвращающие образование тумана над ванной. На
поверхности электролита брызгоподавители образуют слой пены, не позволяющий аэрозолю,
содержащему хромовый ангидрид, образоваться над ванной. Это значительно уменьшает
выбросы хромового ангидрида, его потери через вентиляционную систему, а также облегчает
обработку стоков. Брызгоподавители хрома – стабильные продукты. В процессе электролиза
они не разрушают электролит даже при высокой температуре и при высоких плотностях тока,
не влияют на качество покрытия и на результаты анализа электролита.
Chemeta Cr-2
Стр. 3 / 9
1.8. Аноды
Рекомендуется применять свинцовые аноды, содержащие 94 % свинца и 6 % олова (или
сурьмы), или аноды, содержащие 95 % свинца, 2,5 % олова и 2,5 % серебра,
работоспособность которых более продолжительна и они не пассивируются.
Толщина анодов должна быть такой, чтобы они не нагревались. Соотношение
площадей анод : катод – от 1 : 1 до 2 : 1 (оптимально 1,2 : 1).
2. СТАДИИ ПРОЦЕССА
(рекомендуемые)
2.1. Обезжиривание в органическом растворителе
2.2. Обезжиривание в щелочном растворе
2.3. Промывка в теплой воде
2.4. Обезжиривание электрохимическое анодное (и катодное) в щелочном растворе
В отдельных случаях, особенно для крупногабаритных деталей, очистку проводят
водной кашицей венской извести.
2.5. Промывка в горячей воде
2.6. Промывка в горячей воде
2.7. Травление электрохимическое (анодное) в растворе (150 – 250) г/дм3 хромового
ангидрида и (2 – 10) г/дм3 серной кислоты
Температура, С
45 – 65
2
Плотность тока, А/дм
15 – 35
Напряжение, В
4 – 10
Продолжительность, мин
0,3 – 10,0
2.8. Хромирование
2.9. Промывка в улавливателе
2.10. Промывка в холодной воде
2.11. Промывка в теплой воде
2.12. Сушка
3. РЕЖИМЫ ХРОМИРОВАНИЯ
Таблица 1
Покрываемый
металл
Сталь
Латунь, никель
Сплавы ЦАМ
Катодная плотность
тока, А/дм2
20 – 50
10 – 15
10 – 15
Температура
электролита, С
45 – 55
42 – 47
50 – 55
Содержание хрома (III) в
электролите, г/дм3
0,5 – 6,0
0,5 – 6,0
0,5 – 6,0
Продолжительность хромирования зависит от требуемой толщины покрытия, а также
от температуры электролита и катодной плотности тока.
Скорость осаждения при плотности тока 50 А/дм2 и температуре 50 ºС составляет около
0,8 м/мин.
Chemeta Cr-2
Стр. 4 / 9
4. СОСТАВ ЭЛЕКТРОЛИТА
Таблица 2
Наименование материала
1. Ангидрид хромовый
2. Кислота серная
3. Добавка Chemeta Cr-2
Концентрация,
г/дм3
130 – 200
0,6 – 1,2
2,5 – 6,0
Оптимальная
концентрация, г/дм3
150 – 160
0,8 – 1,0
4,0 – 5,0
5. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ЭЛЕКТРОЛИТА
5.1. Ванну для приготовления электролита на 2/3 объема наполняют дистиллированной
или деионизированной водой. При постоянном перемешивании, небольшими порциями
добавляют расчетное количество хромового ангидрида. После полного его растворения вводят
добавку Chemeta Cr-2 из расчета 500 г на 100 дм3 электролита. Объем раствора водой доводят
до требуемого и тщательно перемешивают.
Примечание. Хромовый ангидрид, который поставляется для нужд гальваники, не является
достаточно чистым, поэтому необходимо проверять содержание сульфатов и хлоридов. Для
корректирования электролита применяется концентрированный (800 г/дм3) раствор хромового
ангидрида, очищенный от сульфатов и хлоридов. Удаление хлоридов проводят при помощи
азотнокислого серебра в количестве 4,78 г на 1 г ионов хлора, а удаление сульфатов – при
помощи углекислого бария в количестве 2 г на 1 г сульфат-ионов.
5.2. Проводят анализ на содержание сульфатов. Недостающее их количество
пополняют добавлением серной кислоты.
5.3. Электролит прорабатывают током около 4 часов при напряжении 6 В. После этого
электролит готов к работе.
6. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЛИТА
6.1. Определение содержания окиси хрома (VI)
6.1.1. Реактивы и растворы
Калий иодистый по ГОСТ 4232, ч.д.а., 0,2 н раствор.
Кислота серная по ГОСТ 4204, 2 н раствор.
Натрий серноватистокислый по ГОСТ 27068, ч.д.а., 0,1 н раствор.
Крахмал растворимый по ГОСТ 10163, 0,5 %-ный раствор.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.
6.1.2. Проведение анализа
Содержание окиси хрома (VI) определяют иодометрически. Пипеткой отбирают 5 см3
электролита и разбавляют в мерной колбе вместимостью 100 см3 дистиллированной водой до
метки. В коническую колбу последовательно помещают 10 см3 раствора иодистого калия, 10
см3 раствора серной кислоты и 5 см3 разбавленного электролита. Спустя (2 – 3) мин смесь
разбавляют водой до (100 – 150) см3 и титруют раствором серноватистокислого натрия до
светло желтой окраски. Затем добавляют (2 – 3) см3 раствора крахмала и продолжают
титрование до исчезновения синей окраски.
6.1.3. Обработка результатов
Содержание окиси хрома (Х) в г/дм3 вычисляют по формуле:
Х = 133,3  N  V,
где
V – объем раствора серноватистокислого натрия, израсходованный на титрование, см3,
N – нормальность раствора серноватистокислого натрия.
Chemeta Cr-2
Стр. 5 / 9
6.2. Определение содержания хрома (III)
6.2.1. Аппаратура, реактивы и растворы
Аммоний надсернокислый по ГОСТ 20478, ч.д.а., 10 %-ный раствор.
Кислота серная по ГОСТ 4204, ч.д.а., разбавленная 1 : 5.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.
Плитка электрическая.
6.2.2. Проведение анализа
Пипеткой отбирают 5 см3 электролита и разбавляют в мерной колбе вместимостью 100
см3 дистиллированной водой до метки. В коническую колбу вместимостью 250 см 3
помещают 5 см3 разбавленного электролита, 100 см3 воды, 15 см3 разбавленной серной
кислоты и 5 см3 раствора надсернокислого аммония. Содержимое колбы кипятят в течение (10
– 15) мин с целью превращения хрома (III) в хром (VI). Раствор охлаждают и проводят
определение общего шестивалентного хрома, как описано в п. 6.1.
6.2.3. Обработка результатов
Содержание хрома (III) вычисляют по разности между содержанием общего
шестивалентного хрома (п. 6.2) и содержанием только шестивалентного хрома (п. 6.1).
6.3. Определение содержания сульфат-ионов
6.3.1. Аппаратура, реактивы и растворы
Кислота соляная концентрированная по ГОСТ 3118.
Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300.
Кислота уксусная по ГОСТ 61.
Барий хлористый по ГОСТ 4108, 10 %-ный раствор.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.
Фильтр обеззоленный «синяя лента».
Фильтр обеззоленный «белая лента».
Тигли фарфоровые высокие по ГОСТ 9147.
Печь муфельная.
6.3.2. Проведение анализа
В коническую колбу вместимостью (250 – 300) см3 помещают 20 см3
профильтрованного через фильтр «белая лента» электролита, прибавляют последовательно 50
см3 воды, 30 см3 соляной кислоты, 10 см3 уксусной кислоты, 20 см3 этилового спирта и раствор
выпаривают досуха. Остаток растворяют в 30 см3 соляной кислоты, разбавленной (50 – 70) см3
воды, нагревают до полного растворения остатка и снова профильтровывают. Затем фильтр
тщательно промывают горячей водой, фильтрат сливают в колбу и нагревают до кипения.
В горячем растворе фильтрата и промывных вод осаждают сульфаты, прибавляя по
каплям 20 см3 горячего 10 %-ного раствора хлористого бария. После кипячения содержимого
колбы в течение 5 мин выпадает осадок сернокислого бария. Затем раствор отстаивают в
темном месте (5 – 6) часов и фильтруют через двойной фильтр «синяя лента».
Осадок на фильтре промывают теплой водой, фильтр с осадком высушивают и,
поместив в предварительно прокаленный и взвешенный тигель, прокаливают в муфельной
печи при температуре (800 – 900) С в течение (3 – 4) часов до постоянной массы.
6.3.3. Обработка результатов
Содержание сульфат-ионов (Х2) в г/дм3 вычисляют по формуле:
Х2 = 20,58  m,
где
m – масса осадка сернокислого бария после прокаливания, г.
Chemeta Cr-2
Стр. 6 / 9
6.4. Определение действия в ячейке Хулла
6.4.1. Аппаратура, реактивы и растворы:
ячейка Хулла вместимостью 267 см3, изготовленная по черт. 1 (приложение) из
материалов, не взаимодействующих с электролитом и выдерживающих температуру 50 ºС
(напр., винипласта);
катод – полированная пластинка из латунного листа или полосы по ГОСТ 931 длиной
(100,0 ± 1,5) мм, шириной (80,0 ± 1,5) мм и толщиной (0,5 ± 0,1) мм;
анод – пластина длиной (80,0 ± 1,5) мм, шириной (60,0 ± 1,0) мм и толщиной (3,0 ± 0,5)
мм, изготовленная из сплава, состоящего из 2,5 % серебра, 2,5 % олова и 95 % свинца или 6 %
олова и 94 % свинца;
источник постоянного тока, остаточная пульсация – не более 5 %, ток – не менее 10 А;
амперметр постоянного тока;
секундомер;
термостат;
бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026;
цилиндры и колбы мерные по ГОСТ 1770;
стаканы термостойкие по ГОСТ 25336.
6.4.2. Проведение анализа
В ячейку Хулла наливают 250 см3 подогретого до температуры 50 ºС электролита и
помещают ячейку в термостат. Вставляют анод и обезжиренный венской известью катод и
немедленно включают ток. Электролиз проводят в течение 5 мин при силе тока 5 А,
поддерживая температуру 50 ºС. После этого катод вынимают, промывают теплой водой и
сушат фильтровальной бумагой. Внешний вид покрытия должен соответствовать: блестящее
хромовое покрытие; на левом краю катода, т.е. при высоких плотностях тока допускается
матовая полоса шириной не более 5 мм; на правом краю катода, т.е. при низких плотностях
тока, допускается непокрытая полоса шириной не более 40 мм. Сужение интервала блестящего
хромового покрытия указывает на необходимость корректирования электролита.
7. УХОД ЗА ЭЛЕКТРОЛИТОМ И ЕГО КОРРЕКТИРОВАНИЕ
7.1. Частоту корректирования электролита определяют в каждом конкретном случае в
зависимости от режимов эксплуатации. Корректирование электролита окисью хрома (VI)
проводят по результатам химического анализа, но практически бывает достаточно
определения плотности ареометром.
Таблица 3
Зависимость плотности электролита от концентрации окиси хрома (VI)
Плотность электролита
при температуре 18 ºС, г/см3
1,07
1,09
1,11
1,12
1,14
1,16
Концентрация окиси
хрома (VI), г/дм3
100
130
160
174
200
227
7.2. Концентрация сульфат-ионов в процессе эксплуатации понижается при выносе
изделий (деталей) из ванны и с парами окиси хрома. Оптимальная концентрация сульфатионов – 1,0 г/дм3. Если концентрация ниже, электролит корректируют концентрированной
серной кислотой. Обычно определение содержания сульфатов проводят 1 – 2 раза в месяц.
Chemeta Cr-2
Стр. 7 / 9
7.3. В процессе эксплуатации электролита периодически вводится добавка Chemeta Cr2. Это необходимо в таких случаях:
1) при снижении выхода по току,
2) при корректировании окисью хрома,
3) в случае образования матового покрытия.
Корректирование добавкой Chemeta Cr-2 необходимо проводить на основании
испытаний в ячейке Хулла. Вводить эту добавку рекомендуется в конце смены, еще лучше – в
последний рабочий день недели.
Норма расхода добавки зависит от толщины покрытия и составляет около 1 г/м 2 при
толщине покрытия 1 μм и около 7 г/м2 при толщине покрытия 10 μм.
Корректирование добавкой Chemeta Cr-2 можно проводить и по показаниям счетчика
амперчасов: на 10.000 А·час расходуется, примерно, (60 – 90) г добавки.
7.4. После каждой смены очищают ванну от упавших деталей, и во избежание
пассивации анодов их выбирают, очищают и помещают в ванну с чистой водой (напр., с
промывочной).
8. КОНТРОЛЬ ПОКРЫТИЙ
8.1. Контроль толщины и прочности сцепления хромовых покрытий проводят в
соответствии с требованиями ГОСТ 9.302.
Контроль толщины покрытия можно проводить при помощи кулонометрических
толщиномеров разных конструкций. Определение ведется согласно инструкции к прибору.
Коррозионную стойкость хромового покрытия определяют по ГОСТ 9.308.
9. OБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД
Обезвреживание сточных вод от хрома проводится химическими или электрохимическими методами до предельно допустимых концентраций хрома. ПДК в водоемах
санитарно бытового водопользования хрома (VI) – 0,1 мг/дм3, а хрома (III) – 0,5 мг/дм3.
10. ВОЗМОЖНЫЕ НЕПОЛАДКИ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Таблица 4
Характер
неполадки
1. Заниженный
выход по
току
2. Пригары
Причина
Низкое содержание сульфат-ионов
Завышена температура
электролита
Загрязнение электролита
посторонними металлами
Завышена плотность тока
Занижена температура
электролита
Низкая концентрация
хромового ангидрида
Низкая концентрация
сульфат-ионов
Способ
устранения
Определить содержание сульфат-ионов
Понизить температуру до нормы
Полностью или частично заменить электролит
Понизить плотность тока до оптим. нормы
Повысить температуру
Согласно данным анализа откорректиро-вать
концентрацию хромового ангидрида
Добавить серную кислоту
Chemeta Cr-2
Стр. 8 / 9
Продолжение табл. 4
Характер
неполадки
3. Питтинг
4. Матовое
покрытие
5. Непокрытие деталей
6. Наросты по
всей поверхности
7. Матовое покрытие на
деталях из
сплава ЦАМ
Причина
Загрязнение электролита
хлоридами
Завышена концентрация
сульфат-ионов
Низкая концентрация
сульфат-ионов
Завышена температура
электролита
Низкая концентрация
добавки Chemeta Cr-2
Завышена концентрация
сульфат-ионов
Низкая концентрация
хрома (VI)
Завышена температура
электролита
Занижена плотность тока
Завышена плотность тока
Занижена температура
электролита
Низкая концентрация
сульфат-ионов
Низкая концентрация
хрома (III)
Способ
устранения
Удалить хлориды при помощи азотнокислого
серебра (на 1 г хлоридов – 4,8 г азотнокислого
серебра)
Удалить сульфат-ионы при помощи карбоната
бария (на 1 г сульфатов – 2 г карбоната бария)
Согласно данным анализа откорректировать
концентрацию сульфат-ионов при помощи
серной кислоты
Охладить электролит
На основании испытания в ячейке Хулла откорректировать электролит добавкой
Осадить сульфаты карбонатом бария или
увеличить концентрацию хрома (VI)
Увеличить концентрацию хрома (VI)
Понизить температуру
Повысить плотность тока
Понизить плотность тока
Повысить температуру
Добавить серную кислоту
Увеличить концентрацию хрома (III) до 0,5
г/дм3
11. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
11.1. Обшие требования безопасности предусмотрены в ГОСТ 12.3.008 «Система
стандартов безопасности труда. Производство покрытий металлических и неметаллических
неорганических. Общие требования безопасности».
11.2. Наиболее опасны соединения хрома (VI). ПДК соединений хрома (VI) в воздухе
рабочей зоны в пересчете на окись хрома (VI) – 0,01 мг/м3. При концентрациях выше
допустимых эти соединения оказывают общетоксическое действие, вызывая разные
заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и кожи. Соединения хрома (VI)
действуют раздражающе на кожу и слизистые оболочки глаз и носа, вызывая их изъязвление.
Попадание на поврежденную кожу ведет к образованию плохо заживающих язв.
11.3. Рабочие, занятые получением хромовых покрытий, должны быть обеспечены
хлопчатобумажной спецодеждой, резиновыми перчатками, герметичными защитными очками
и прорезиненными фартуками, а при загрузке в ванну хромирования добавки Chemeta Cr-2 – и
пылезащитными респираторами.
Chemeta Cr-2
Стр. 9 / 9
11.4. Добавка Chemeta Cr-2 является токсичным веществом. Токсичность обусловлена
присутствием в ее составе неорганических соединений свинца. Соединения свинца
накапливаются в организме, они могут повлиять на плодовитость. Согласно Гигиеническим
нормам Литовской Республики HN 23:2001 предельное значение длительного воздействия
неорганических соединений свинца (в пересчете на свинец) в воздухе рабочей зоны составляет
0,15 мг/м3.
Приложение (обязательное)
12. Ячейка Хулла
Черт. 1