Введение

Техника электроосаждения
техника электроосаждения хрома

Хромирование (реже называемое хромированием) — это техника электроосаждения тонкого слоя хрома на металлический предмет. Покрытая хромом деталь называется хромированной или говорят, что она была хромирована. Хромовый слой может быть декоративным, обеспечивать коррозионную стойкость, облегчать очистку и повышать твердость поверхности. Иногда для эстетических целей может использоваться менее дорогой заменитель хрома, например, никель. Соединения хрома, используемые в электроосаждении, токсичны. В большинстве стран их утилизация строго регламентируется. Некоторые добавки для подавления тумана, используемые для контроля выбросов хрома в воздух из гальванических ванн, также токсичны, что затрудняет их утилизацию.

Тривалентный хром

Тривалентное хромирование, также известное как трехвалентный хром, Cr3+ и хромирование(III), использует сульфат хрома или хлорид хрома в качестве основного компонента. Тривалентное хромирование является альтернативой шестивалентному хрому в некоторых областях применения и при определенных толщинах покрытия (например, для декоративного хромирования).

Декоративные

Декоративный хром предназначен для эстетичного и долговечного использования. Толщина варьируется от , однако обычно она находится в пределах . Хромирование обычно наносится поверх яркого никелевого покрытия. Типичные основные материалы включают сталь, алюминий, пластик, медные сплавы и цинковые сплавы. Оно очень твердое, с показателем от 65 до 69 HRC (который также зависит от твердости основного металла). Твердый хром, как правило, толще декоративного хрома, со стандартной толщиной в невосстановимых применениях от 20 до 40 мкм, но может быть в десять раз толще при повышенных требованиях к износостойкости; в таких случаях толщина 100 мкм и более обеспечивает оптимальные результаты. К сожалению, такая толщина подчеркивает ограничения процесса, которые преодолеваются путем нанесения избыточной толщины с последующей шлифовкой и полировкой для соответствия требованиям или улучшения общей эстетики хромированной детали. Детали, имеющие неоптимальную форму с точки зрения геометрии электрического поля (практически любая деталь, отправляемая на хромирование, за исключением сфер и овальных объектов), требуют еще большей толщины покрытия для компенсации неравномерного осаждения, при этом значительная часть материала теряется при шлифовке детали до требуемых размеров. Современные инженерные покрытия не имеют таких недостатков, что часто делает твердый хром невыгодным из-за стоимости трудозатрат. Технологии замены твердого хрома превосходят его по износостойкости, коррозионной стойкости и стоимости. Твердость до 80 HRC не является необычной для таких материалов. Современные инженерные покрытия, наносимые методом распыления, могут формировать слои равномерной толщины, которые часто не требуют дополнительной полировки или механической обработки. Эти покрытия часто представляют собой композиты из полимеров, металлов и керамических порошков или волокон, запатентованные формулы, защищенные патентами или являющиеся коммерческой тайной, и поэтому обычно известны под торговыми марками. Твердое хромирование подлежит различным требованиям к качеству в зависимости от области применения; например, покрытие гидравлических поршневых штоков испытывается на коррозионную стойкость в соляном тумане.

Автомобильное использование

Большинство ярких декоративных элементов, устанавливаемых на автомобилях, называют "хромом", подразумевая сталь, прошедшую несколько процессов нанесения покрытий для устойчивости к перепадам температур и атмосферным воздействиям, которым подвергается автомобиль в условиях эксплуатации. Однако этот термин стал применяться ко всем похожим блестящим декоративным автодеталям, включая серебристые пластиковые элементы в разговорной речи. Тройное хромирование – самый дорогостоящий и долговечный процесс, включающий предварительное нанесение на сталь слоев меди и никеля, после чего производится хромирование. До появления хромирования в 1920-х годах использовалось никелирование. В короткий период производства перед вступлением США во Вторую мировую войну правительство запретило хромирование для экономии хрома, и производители автомобилей окрашивали декоративные элементы в сочетающийся цвет. В последние годы Корейской войны США рассматривали возможность запрета хромирования в пользу более дешевых процессов (например, цинкования с последующим покрытием блестящим пластиком). В 2007 году была издана Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS), запрещающая применение ряда токсичных веществ в автомобильной промышленности Европы, включая шестивалентный хром, используемый при хромировании. Однако хромированное покрытие является металлическим и не содержит шестивалентного хрома после промывки, поэтому оно не подпадает под запрет.

Использование оружия

Хромовое покрытие защищает ствол или патронник оружия от коррозии и облегчает очистку этих деталей, но это не основная цель нанесения покрытия на ствол или патронник. Хромовое покрытие было внедрено в пулеметы для повышения износостойкости и срока службы сильнонагруженных деталей оружия, таких как стволы и патронники, позволяя произвести больше выстрелов до того, как ствол износится и потребует замены. Затворная часть патронника, свободный ход пули и ведущая конусность (нерифленая часть ствола непосредственно перед патронником), а также первые несколько сантиметров или дюймов нарезов в винтовках подвергаются очень высоким температурам — поскольку энергетическая ценность порохов для винтовок может превышать 3500 кДж/кг — и давлению, которое может превышать 350 МПа. Продукты сгорания пороха действуют аналогично пламени резака: газы нагревают металл докрасна, а скорость потока вымывает металл. В условиях одиночного огня пораженные участки успевают достаточно охладиться между выстрелами. При непрерывном быстром или автоматическом/циклическом огне времени на рассеивание тепла не остается. Тепловое и давление, оказываемое горячими пороховыми газами и трением пули, может быстро привести к повреждению, вымывая металл в затворной части патронника, свободном ходе пули, ведущей конусности и нарезах. Твердое хромовое покрытие защищает патронник, свободный ход пули, ведущую конусность и нарезы тонким слоем износостойкого хрома. Это значительно увеличивает срок службы ствола оружия, которое используется для длительных периодов стрельбы в автоматическом режиме или при непрерывном быстром огне. Некоторые производители оружия используют сплав на основе стеллита в качестве альтернативы твердому хромовому покрытию для дальнейшего повышения износостойкости и срока службы сильнонагруженных деталей оружия.

Проблемы со здоровьем и окружающей средой

Шестивалентный хром – наиболее токсичная форма хрома. В США Агентство по охране окружающей среды строго регулирует его. EPA включает шестивалентный хром в список опасных загрязнителей воздуха, поскольку он является канцерогеном для человека, "приоритетным загрязнителем" согласно Закону о чистой воде и "опасным компонентом" согласно Закону о сохранении и восстановлении ресурсов. Из-за низкой катодной эффективности и высокой вязкости раствора из ванны выделяется токсичный туман, состоящий из воды и шестивалентного хрома. Для контроля этих выбросов используются мокрые газоочистители. Жидкость из мокрых газоочистителей подвергается обработке для осаждения хрома и удаления его из сточных вод перед сбросом. Обычно поверхностное натяжение измеряется с помощью сталагмометра или тензиометра. Однако этот метод трудоемок и характеризуется неточностью (зарегистрированы погрешности до 22 дин/см), а также зависит от опыта и квалификации оператора. Несмотря на эффективность в контроле токсичных выбросов хрома в воздух, многие широко используемые подавители дыма на основе смачивающих агентов сами по себе токсичны, поскольку содержат перфторалкильные и полифторалкильные вещества (ПФАС) – опасные химические вещества, способные вызывать долгосрочные последствия для здоровья. Это делает гальваническое производство одной из профессий с высоким риском профессионального воздействия ПФАС, хотя и не таким высоким, как у пожарных, использующих фторированные пленкообразующие пены. Помимо негативного воздействия на здоровье человека, ПФАС являются стойкими загрязнителями, вызывающими значительное биоаккумулирование и биомагнификацию, что подвергает наибольшему риску токсического воздействия животных, находящихся на высших трофических уровнях.