Что такое диффузионное хромирование
диффузионное хромирование
Полезное
Смотреть что такое «диффузионное хромирование» в других словарях:
Хромирование — [chromizing, chrome plating] 1. Нанесение тонкого слоя Cr на поверхность металлических изделий, чаще всего электролитическим способом. 2. ХТО с диффузионным насыщением Cr поверхностньгх слоев металлов и сплавов для повышения их жаростойкости,… … Энциклопедический словарь по металлургии
ХРОМИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННОЕ — [diffusional Cr plating] хромирование, при котором насыщение поверхности металла хромом осуществляется из твердой, парообразной, газовой и жидкой фаз. Диффузионному хромированию подвергают детали машин и полуфабрикатов из стали, сплавов из Ni, Mo … Металлургический словарь
Хромирование — нанесение хрома или его сплава на металлическое изделие для придания поверхности комплекса физико химических свойств: высокого сопротивления коррозии, износостойкости, жаростойкости, высоких механических и электромагнитных свойств. В… … Большая советская энциклопедия
хромирование в порошках — [powder Cr plating] хромирование (2.) при котором насыщение стали или чугуна хромом осуществляются в смеси порошков: 50 % FeCr, 45 % Аl2O3 и 5 % NH4Cl (или NH4I) при 950 1100 °С; Смотри также: Хромирование … Энциклопедический словарь по металлургии
ХРОМИРОВАНИЕ — [chromizing, chrome plating] 1. Нанесение тонкого слоя Cr на поверхность металлических изделий, чаще всего электролитическим способом. 2. ХТО с диффузионным насыщением Cr поверхностьгх слоев металлов и сплавов для повышения их жаростойкости,… … Металлургический словарь
ХРОМИРОВАНИЕ — (1) электролитическое нанесение покрытия из хрома на поверхности др. металлов млн. изделий с целью: повышения износостойкости, сопротивления коррозии, жаростойкости; получения стойкой отражающей зеркальной поверхности; придания изделиям… … Большая политехническая энциклопедия
Хромирование — Декоративное хромирование мотоцикла. Хромирование диффузионное насыщение поверхности стальных изделий хромом, либо процес … Википедия
хромирование — электролитическое нанесение тонкого слоя хрома на поверхность металлических изделий либо диффузионное насыщение хромом поверхностного слоя стальных изделий для повышения твёрдости, предотвращения коррозии или в защитно декоративных целях. * * *… … Энциклопедический словарь
диффузионное покрытие — [diffusion coating] покрытие, создаваемое диффузионным насыщением поверхности металлов или сплавов (реже неметаллов) одним или несколькими химическими элементами; производится предварительным нанесением материала покрытия на защищенную… … Энциклопедический словарь по металлургии
газовое хромирование — [vapor Cr plating] хромирование (2.), основанное на взаимодействии газовой фазы, которая содержит хром, связанный в химическом соединении, с поверхностью насыщенного металла. В активной газовой фазе служат галогениды хрома (CrСl2, CrF2, CrI2 и др … Энциклопедический словарь по металлургии
Диффузионное хромирование
Хромирование — процесс насыщения поверхностного слоя стали хромом для повышения коррозионной стойкости и жаростойкости, а при хромировании высокоуглеродистых сталей — для повышения твердости и износостойкости.
При хромировании в порошкообразных смесях детали нагревают в стальных ящиках в смеси, состоящей из 50% хрома (феррохрома), 49% глинозема (каолина) и 1% хлористого аммония. Применяют также смесь, состоящую из 60% хрома (феррохрома), 35% глинозема (каолина) и 5% соляной кислоты. Измельченный хром (феррохром) сначала обрабатывают соляной кислотой, а затем смешивают с глиноземом (каолином). Температура хромирования 1000—1050° С, выдержка 6—12 ч, получаемая толщина слоя 0,08—0,15 мм на деталях из низкоуглеродистой стали и 0,01—0,03 мм на деталях из высокоуглеродистой стали.
При хромировании в смеси хрома (феррохрома) с хлористым аммонием протекают реакции:
При контакте поверхности нагретой детали с газообразным
хлоридом хрома происходит реакция
Образующийся атомарный хром диффундирует в поверхность детали.
Газовое хромирование осуществляют следующим образом, Через реторту, где помещены феррохром (хром) и детали (рис. 116), пропускают смесь водорода и хлористого водорода или газообразный хлористый водород (хлор). В первом случае водород пропускают через концентрированную соляную кислоту и вытесненный хлористый водород вместе с водородом поступает в реторту, нагретую до 950—1000° С. При воздействии на феррохром (хром) хлористого водорода образуется легкоиспаряющийся хлорид хрома:
который и диффундирует в поверхность детали. После выдержки в течение 5—6 ч получается слой толщиной 0,08—0,10 мм.
или 20—25% порошка
феррохрома. После выдержки в течение 10—15 мин получается слой толщиной 0,01—0,03 мм; недостаток способа — понижение активности ванны в связи с накапливанием продуктов реакции.
Хромированию подвергают детали из сталей с различным содержанием углерода. С повышением содержания углерода в стали процесс хромирования замедляется. При одной и той же температуре и выдержке на деталях из низкоуглеродистой стали получается значительно более глубокий слой, чем на деталях из высокоуглеродистой стали. В зависимости от содержания углерода в хромируемой стали фазовый состав и свойства хромированного слоя получаются различными.
. Содержание углерода в поверхностном слое достигает 7—8%, а хрома — 75— 95%. В зоне, расположенной непосредственно за хромированным слоем, содержание углерода повышено по сравнению с содержанием углерода в сердцевине в связи с тем, что не весь продиффун-дировавший к поверхности углерод используется для образования карбидного поверхностного слоя, так как скорость диффузии углерода больше скорости диффузии хрома.
Твердость поверхности деталей из хромированной низкоуглеродистой стали невысокая — НV 180—280, а деталей из высокоуглеродистой стали доходит до НУ 1350 и превосходит твердость не только цементованной и закаленной стали, но и азотированной. Хромированный слой на деталях из средне- и высокоуглеродистой сталей обладает высокой износостойкостью. Хромированный слой на деталях из низкоуглеродистой стали обладает хорошей пластичностью; детали можно сгибать, осаживать, сплющивать и т. п. Хромированный слой на деталях из высокоуглеродистой стали обладает повышенной хрупкостью, особенно на острых гранях, что является его основным недостатком.
Технология диффузионной металлизации и ее виды
При помощи диффузионной металлизации можно насытить поверхностный слой стали или другого металла практически любым из диффундирующих элементов, получая при этом более крепкий, износоустойчивый, жаропрочный и химически устойчивый слой.
Диффузионной металлизацией принято называть метод обработки сталей либо других металлов и сплавов, при которой поверхностный слой изменяется внедрением молекул других элементов. Все это происходит при очень высоких температурах в специальной среде. Результатом такой обработки является физическое укрепление слоя, а также повышение его жаростойкости, увеличение сопротивляемости процессу коррозии – поверхность менее изнашивается во время эксплуатации.
В отличие от нитроцементации и цианирования, где атомы углерода с азотом непосредственно внедряются в кристаллическую решетку стали, диффузионная металлизация предполагает более сложный процесс, когда атомы других элементов образуют со сталью так называемые растворы замещения, поэтому такой процесс длительный и требует применение более высоких температур, превышающих 1000 градусов по Цельсию.
Описание технологии и ее назначение
Метод диффузионной металлизации позволяет получить обработанную толщину слоя стали от 10 микрон до 3 миллиметров. Вне зависимости от того, каким металлом насыщают поверхностный слой носителя, технология получения имеет несколько сходных этапов:
Чтобы заготовка имела хороший вид (особенно это касается металлизации декоративных элементов), ее следует подвергнуть дополнительной обработке методом механической полировки.
Виды диффузионной металлизации
По состоянию среды, где протекает обработка металла диффузионным способом, металлизация проводится:
Твердая металлизация
При повышении температуры до рабочего уровня аммоний хлористый начинает вступать в реакцию с ферросплавом, результатом чего является выделение нестойких термических хлоридов металла CrCI2, AlCI3, SiCI4 и других. Эти хлориды, соприкасаясь со стальной поверхностью, начинают диссоциировать. Выделяется химически активный элемент, который проникает в поверхностный слой изделия, насыщая его.
Жидкая металлизация
Диффузионное насыщение в жидкой среде применяют, когда необходимо провести цинкование, хромирование, меднение, алитирование. Для этого используют так называемые ванны-печи, куда помещен расплав, который будет диффундировать, либо соль этого металла. Необходимые для обработки детали помещают в эту жидкую среду при температуре от 800 до 1300 градусов по Цельсию.
Жидким методом можно осуществить диффузионную металлизацию одновременно несколькими элементами. При комплексной металлизации получают такие типы покрытия, как хромоникелирование, хромоалитирование, хромотитанирование.
Газовая металлизация
Металлизацию газовую проводят в печах муфельного типа или в специализированной конструкции, где поддерживается температура порядка 700–1000 градусов по Цельсию.
Процесс диффузионной металлизации сопряжен с опасными для здоровья факторами, поэтому следует придерживаться правил техники безопасности и применять средства индивидуальной защиты.
Плюсы и минусы диффузионного насыщения металлов
Отрицательные же аспекты, которые не позволяют широко использовать такую обработку на предприятиях, следующие:
Уважаемые посетители сайта, кто знает о методе диффузионной металлизации либо применял этот метод на практике, поделитесь своими знаниями в комментариях. Опыт всегда лучше, чем теория!
Технология хромирования деталей
Хромирование — это ряд процессов диффузионного насыщения поверхностей металлических заготовок с помощью хрома, в результате чего они обретают зеркальную поверхность. В официальной литературе такую технологию также называют «металлизацией». Однако последнее название, скорее всего, обобщает все способы изменения характеристик поверхности металлических и неметаллических предметов с помощью тонкого металлического слоя.
Освоив технологию хромирования, вы сможете проводить ряд уникальных работ в домашних условиях. Это позволит вам поменять внешний облик мотоцикла или автомобиля, а также изготовить множество стильных и современных вещей, например: ручки для шкафов или дверей, подставки, крепежные элементы, карнизы, кашпо и другие декоративные изделия, которые превратят ваш интерьер в нечто невероятное.
Краткое описание процесса
И хоть стандарты современной жизни диктуют свои правила, люди по-прежнему с особым интересом относятся к красивым и блестящим вещам, как это делали их предки много столетий назад. Изящные детали кузовов транспортных средств, блестящие изделия в ванных комнатах и кухнях, оригинальные статуэтки и яркие покрытия домов — всё это пользуется очень большой популярностью, поэтому спрос на хромирование деталей неуклонно растёт.
В настоящее время практикуется несколько способов металлизации заготовок. Среди них:
Использование цинка положительно сказывается на антикоррозийных свойствах стальных и металлических заготовок, в результате чего их эксплуатационный срок стремительно растёт.
Алюминий также улучшает антикоррозийные свойства, поэтому его наносят на оборудование, которое вынуждено работать в температурном режиме до 900 градусов Цельсия. В числе таких приборов — детали и механизмы для добычи нефтяных продуктов и перекачки газа, комплектующие печных систем, а также множество других изделий.
Что касается покрытия хромом, то такая методика является хорошим способом создания красивых декоративных покрытий, позволяющая скрыть все производственные дефекты и придать изделию более изящный вид. К тому же хромирование улучшает ряд эксплуатационных характеристик, а именно:
Особенности технологии
Нанесение хрома на металлические заготовки принято называть химическим хромированием. Технологию применяют для улучшения декоративных и функциональных свойств металлических изделий. Сам процесс может выполняться посредством следующих методик:
Если говорить о нанесении хрома на поверхность заготовки с помощью первого метода, то это можно делать двумя путями: диффузным и электролитическим. Чтобы вводить обе разновидности гальваники, нужно запастись специальными резервуарами с кислотоупорным покрытием и водяными рубашками.
Электролитическое хромирование построено на принципе электролиза металлов. В процессе обработки электрический ток подаётся через электролит, представленный в виде специального раствора из солей хрома, кислоты или щелочи. По мере прохождения тока выделяются катионы хрома. В итоге они остаются на обрабатываемой поверхности.
Средние параметры хромирования гальваническим методом выглядят следующим образом:
Чтобы выполнить качественную гальванику, нужно правильно подобрать температуру электролита и плотность тока. Такие параметры оказывают влияние на внешний вид и функциональные свойства нанесенного слоя.
Не забывайте, что любое увеличение температуры снижает выход хрома по току, а увеличение плотности действует противоположным образом.
При низкой температуре и постоянной плотности тока получаемое покрытие становится серым. Если плотность тока не меняется, а температуры остаются высокими, это позволяет получить молочный оттенок.
Диффузный метод гальванической обработки
Применять метод термической обработки стали с помощью хромирования, что положительно сказывается на эксплуатационных свойствах поверхности, придавая материалу прочность, твердость, вязкость, износостойкость, упругость, жаро- и коррозийную стойкость. При соблюдении определенного температурного режима, поверхность конкретной заготовки поддаётся воздействию реагентов, а посредством диффузии происходит насыщение поверхностного слоя хромом. Диффузионная обработка незаменима при нанесении на поверхностный слой кремния, углерода, азота и алюминия.
Термическое хромирование с помощью порошков подразумевает применение смесей, которые состоят из феррохрома и шамота. Подобный состав принято называть солянок кислотой. Ещё одна разновидность диффузной обработки заключается в конденсации паров хрома.
Химическое хромирование
При выполнении химической обработки применяется ряд следующих реагентов:
При проведении реакции выдерживается температурный показатель 80 градусов Цельсия. Перед тем как нанести хромовое покрытие на стальную заготовку, они предварительно покрываются слоем меди. В итоге заготовки моют в воде и тщательно высушивают. Используя раствор кислощелочного происхождения, проводят химическую металлизацию диэлектриков.
Кроме этого, в современном мире широко распространен ещё один тип химической металлизации — вакуумное хромирование или PVD-процесс. Метод обеспечивает комплексную конденсацию паров хрома на поверхностном слое заготовки. Это происходит в специальных вакуумных камерах, где металл нагревается до температуры испарения, а затем оседает в виде тумана на конкретную деталь. Толщина слоя хрома настолько крошечная, что его дополнительно покрывают лаком с целью защиты от царапин. Подобная методика используется при хромировании алюминиевых изделий.
Обработка посредством напыления
Напыление деталей хромом (каталитическое хромирование) осуществляется с помощью реакции «серебряного зеркала». В качестве реагентов используются комплексные серебряные слои в щелочных растворах аммиака. Роль восстановителя выполняет раствор инвертного сахара, гидразина или формалина.
При одновременном напылении серебра и восстановителя металлическая заготовка обретает красивое белоснежное зеркальное покрытие.
Для таких изделий характерна отличная отражательная способность. На следующем этапе каталитического хромирования происходит покрытие заготовки защитным лаком с добавлением красящего светостойкого тонера. Такое средство получается с помощью смешивания фиолетового, синего и черного цветов в соотношении 3:1:1.
Обработка посредством «серебряного зеркала» состоит из нескольких процессов:
Подготовка к хромированию металла
Подготовительный этап заключается в выполнении нескольких обязательных действий:
Роль шестивалентного хрома выполняет хромовый ангидрид, трёхвалентного — сульфат или хлорид хрома.
Гальваническую ванну покрывают серной кислотой, а после помещения обрабатываемой заготовки в раствор поддают ток с определенными показателями плотности.
Также необходимо соблюдать подходящий температурный режим раствора в ванной, который устанавливается с учётом особенностей хромирования.
При использовании терморежима необходимо придерживаться одних и тех же температурных показателей на протяжении всего мероприятия. Любые отклонения от установленного стандарта могут привести к ухудшению адгезионных свойств покрытия, в результате чего гальваника потеряет правильную структуру, а на поверхностном слое появятся различные дефекты, такие как разводы, наросты и сталактиты.
Продолжительность гальванической обработки определяется требуемой толщиной хромированного слоя.
В процессе обработки из раствора выделяется ряд вредных паров, поэтому все мероприятия нужно проводить с учетом всех тонкостей техники безопасности и с использованиием средств персональной защиты.
В отдельных условиях металлизацию проводят лишь после травления или нанесения на заготовку другого металла, например, меди или никеля. Таким образом осуществляется укрепление полученного слоя.
Чтобы заделать образованные поры хрома, деталь дополнительно покрывают маслом или лаком. Образовавшуюся хромовую пленку дополнительно защищают термической обработкой, в процессе чего заготовку выдерживают под воздействием высоких температур (около двухсот градусов Цельсия) на протяжении некоторого времени.Подвиды хромирования
Как уже говорилось выше, гальваническое хромирование позволяет создать эффективный защитно-декоративный слой и придать поверхности особенные свойства.
Хромированный металл декорируется и с помощью других металлов, включая медь или никель. В таком случае эксплуатационные показатели, а именно срок службы и сохранность блеска хрома существенно улучшаются. Также материал обретает отличные антикоррозийные свойства, поэтому он не поддаётся вредным воздействиям.
Твердое хромирование незаменимо в тех случаях, если речь идёт о желании улучшить износостойкость и твердость, уменьшив показатели трения на обрабатываемой заготовке.
В таком случае использовать другой металл не нужно. Выдержка в ванной отличается большой продолжительностью, что необходимо для получения определенной толщины слоя.
На отмену от декоративной металлизации, твердая подразумевает дополнительное использование специальных лаков или масел.
Теперь вы знаете, в чём заключаются все особенности металлизации деталей с помощью хрома. При соблюдении последовательности действий, можно успешно провести такое мероприятие в домашних условиях.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.2. При диффузионном хромировании в порошках достигаются:
прочная связь диффузионного слоя с металлом основы;
равномерное покрытие всех частей поверхности изделий;
увеличение размеров изделий от 5 до 160 мкм;
1.3. Диффузионное хромирование придает поверхностному слою изделий особые физико-химические свойства, позволяющие повысить ресурс изделий, работающих в условиях:
коррозии под напряжением в средах азотной и уксусной кислот, перекиси водорода, растворе поваренной соли, морской воды, топлив, содержащих серу и окислы ванадия;
износа при различных видах трения;
ползучести при повышенных температурах;
Кроме того, диффузионное хромирование позволяет улучшать магнитные характеристики электротехнических сталей.
1.4. Диффузионному хромированию подвергаются стальные изделия любой формы, позволяющей осуществить контакт с хромирующим порошком.
1.5. Шероховатость поверхности изделий после хромирования остается неизменной или несколько уменьшается.
1.6. Процесс диффузионного хромирования в порошках распространяется на все виды изделий мелкосерийного и единичного производства, подвергающихся поверхностному упрочнению.
2. ВЫБОР СТАЛИ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ
2.1. Выбор стали для хромирования определяется назначением изделия, условиями эксплуатации, а также целью, с которой производится процесс поверхностного упрочнения.
2.2. При выборе марки стали учитывают, что поверхность изделия при хромировании приобретает комплекс особых физико-химических свойств (п. 1.3), дающих возможность использовать углеродистые и низколегированные стали взамен сложнолегированных сталей и сплавов.
2.3. При хромировании изделий ответственного назначения используют хорошо раскисленные стали с ограниченным содержанием в них вредных примесей (серы, фосфора и др.).
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ В ПОРОШКАХ
3.1. Диффузионное хромирование с применением порошковой смеси проводят по одному из вариантов технологии:
с применением контейнера с плавким затвором, который обеспечивает герметизацию реакционного пространства и позволяет производить нагрев при хромировании в обычных термических печах;
с применением контейнера без плавкого затвора при использовании специальных печей, где для защиты от окисления хромирующей смеси и изделий применяются инертные атмосферы (например, продукты диссоциации природного газа, аргон и др.).
3.2. Технологический процесс диффузионного хромирования состоит из:
приготовления порошков для хромирования;
подготовки изделий для хромирования;
загрузки изделий в контейнер;
проведения процесса хромирования;
выгрузки и очистки деталей после хромирования; использования отработанных порошков.
3.3. Для хромирования используют порошки, состав которых приводится в табл. 1.
Составы порошковых смесей для диффузионного хромирования
Стандарты на компоненты
ГОСТ 4757-79, от ФХ001 до ФХ100
ГОСТ 4757-79, от ФХ001 до ФХ100
3.8. Хромированию подвергают изделия после механической обработки, имеющие сухую, чистую, обезжиренную поверхность без следов окисления. Обезжиривание производится любыми методами, например, с использованием растворителей.
3.9.1. Размеры и форму контейнеров подбирают в соответствии с габаритными размерами и формой изделий, подвергаемых хромированию, и нагревательных устройств. Контейнеры с плавким затвором изготовляют из жаростойких сталей или сплавов (например, Х23Н18). При применении контейнера без плавкого затвора в качестве материала контейнера могут использоваться и низколегированные стали. Контейнер, особенно при повторных употреблениях, обязательно контролируют на герметичность.
3.9.2. Для герметизации внутренней части контейнера плавкий затвор собирают в следующей последовательности:
засыпают в желоб плавкого затвора (черт. 1, 2 приложение 2) кварцевый песок (ГОСТ 2138-74) на 2/3 высоты;
устанавливают крышку контейнера, утопив ее в песок;
крышку контейнера фиксируют в рабочем положении (например, прутком-фиксатором через проушины).
3.10. В одном контейнере могут хромироваться как одно, так и несколько (партия) изделий. Изделия с большими линейными размерами (например, шток, труба и др.) хромируют в вертикальном положении с использованием специальных приспособлений. Приспособления для определенной ориентации изделий в контейнере используют и в других случаях.
3.11. При загрузке изделий в контейнер и засыпкой их рабочей смесью соблюдают следующие требования:
расстояние между дном контейнера и изделием не менее 30 мм;
расстояние между изделиями или изделиями и стенками контейнера не менее 15 мм;
расстояние между крышкой контейнера и изделием не менее 50 мм;
смесь в контейнере слегка утрамбовывают.
3.13. Нагревательные печи для диффузионного хромирования должны:
обеспечивать нагрев изделий в контейнере до 1200 °С;
иметь равномерное температурное поле в объеме садки (±5°);
иметь систему автоматического регулирования для поддерживания заданной температуры в период проведения процесса с точностью ±10 °С;
иметь вытяжную вентиляцию в соответствии с действующими санитарными нормами.
При использовании для хромирования контейнеров без плавкого затвора рабочее пространство печи герметизируют и снабжают устройствами, обеспечивающими постоянный состав защитной атмосферы в период проведения хромирования.
3.16. Разборку контейнера производят после его остывания до комнатной температуры. Необходимо обратить внимание на то, чтобы посторонние компоненты (например, натросиликатная глыба) не попали в рабочий порошок. Содержимое контейнера выгружают в специальный поддон или другое устройство. Вынутые из контейнера изделия очищают от порошка, промывают в теплом содовом растворе, а затем просушивают.
3.17. Внешними признаками нормально прошедшего процесса хромирования являются:
гладкое зеркало застывшей натросиликатной глыбы в затворе контейнера с плавким затвором;
рассыпчатость смеси и ее розовый цвет;
отсутствие значительного налипания частиц порошка на поверхность изделия;
светло-серый или блестящий вид хромированной поверхности изделий.
4. ВЫБОР РЕЖИМОВ ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ
4.1. Выбор температурно-временных режимов диффузионного хромирования изделий зависит от условия создания необходимой толщины диффузионного слоя.
При выборе режимов производят:
анализ существующих закономерностей между временем, температурой, химическим составом стали и толщиной диффузионного слоя;
экспериментальную проверку выбранных режимов;
контрольное хромирование опытной партии;
составление карты технологического процесса.
4.2. Режим диффузионного хромирования выбирают на основании закономерностей, приведенных на чертеже и в табл. 2 и 3 или в других справочных материалах.
Сравнительная толщина хромированного слоя сталей различного химического
состава (хромирование при 1050 °С, 6 ч, состав порошка: хром 50 %,
окись алюминия 43 %, хлористый аммоний 7 %)