Исследование дефектов хромовых покрытий

Устюгов А.В. (Мир гальваники 2008)
Как правило, дефекты твердых хромовых покрытий возникают в большинстве случаев в основном металле или в подготовительном слое, и в меньшей степени эти дефекты образуются вследствие использования нестандартного электролита

Настоящая статья рассматривает скрытые дефекты исходной поверхности металлов и влияние различных способов подготовки поверхности на качество хромового покрытия.

Исследования, описанные ниже, были проведены автором в 90-е годы и являются развитием открытий, сделанных американскими учеными (перевод статьи из журнала «Plating and surface finishing» см. на портале www.galvanicworld.com в разделе «статьи»).

Скрытые дефекты исходной поверхности, незаметные при визуальном осмотре, могут проявляться при последующем зеркальном хромировании. В данном случае представлены фотографии из видеофильма хромированных штоков амортизаторов АвтоВАЗ. Все штоки имели равномерную блестящую поверхность без видимых дефектов. После зеркального хромирования проявилась действительная структура поверхности штока.

Это явление имеет несколько объяснений. Во-первых, при закалке поверхности ТВЧ, процесс проходит по винтовой линии, т.е. на поверхности чередуются закаленные и незакаленные слои.

При этом на закаленной поверхности осаждается более блестящий и более твердый хром. См. рис. 1.

Во-вторых, при последующем шлифовании закаленной поверхности ТВЧ ее качество на каждом участке будет различным. На закаленном участке чистота поверхности выше, а на незакаленном участке, которая имеет меньшую твердость, при нарушении технологии шлифования возможны дефекты: прижоги, вкрапления продуктов шлифования и т.д. Как правило, на таких дефектных участках при хромировании образуются поры. См. рис. 2.

Нарушением технологии шлифования может быть плохо заправленный круг шлифования, который на обрабатываемой поверхности создает четкие кольцевые риски с точечными дефектами. См. рис. 3.

Некачественная подготовка поверхности также возможна в случае биения штока при шлифовании, когда возникает неравномерная обработка поверхности по диаметру. На стороне, где имела место более интенсивная обработка, на поверхности образуются выемки, возможны частичный наклеп поверхности,  точечные прижоги, вкрапления продуктов шлифования и другие дефекты. См. рис. 4.

При шлифовании штока в центрах также наблюдаются различия в структуре поверхности, как в средней части, так и по краям детали. См. рис. 5.

Другие дефекты поверхности могут иметь различную природу происхождения: закалочные трещины, пористость исходного металла и мн. др.

Влияние подготовки поверхности на качество хромового покрытия

Сотрудниками лаборатории НПП «Гальванус» были разработаны технология и инструмент для нанесения толстослойных хромовых покрытий (около 700 мкм). Решения оказались достаточно эффективными.

На рис. 6а показан внешний вид хромового покрытия толщиной 400 мкм, полученного на поверхности, подготовленной по традиционной технологии (исходная поверхность хонингования Rа=0,7-0,8 мкм). Как видно, дендриты располагаются четко по хонинговальным рискам.

На рис. 6б показан поперечный разрез осадка по дендриту. Как видно, центром образования дендрита является именно риска, оставленная после хонингования.

На этой же детали был обработан участок специальным инструментом. Шероховатость поверхности практически не изменилась, но стала стабильной (Rа=0,7 мкм). Толщина покрытия 400 мкм. Поверхность хромового покрытия имеет незначительные по размеру дендриты, расположенные хаотично. На рис. 6в представлен внешний вид данного образца.

Дальнейшее совершенствование технологии подготовки поверхности заключалось в дополнительном шлифовании хонингованной поверхности (Rа=0,36-0,66 мкм) и обработке специальным инструментом (Rа=0,27-0,39 мкм).

Получено покрытие толщиной 700 мкм с незначительными дендритами. Внешний вид хромового покрытия представлен на рис. 6г.

Разработанная технология подготовки поверхности позволяет получать качественные толстослойные хромовые покрытия даже на очень грубо обработанной исходной поверхности. На рис. 6д изображен участок с грубо обработанной поверхностью Ra=3,93 мкм (5 кл. чистоты). Хромирование проводилось при плотности тока 90 А\дм2. Получено качественное покрытие толщиной 500 мкм.

Таким образом, при соответствующей механической подготовке поверхности возможно получение качественных хромовых покрытий значительной толщины (без пор и дендритов), качество которых определяется не макро- и микрогеометрией поверхности, а ее наногеометрией. Получение поверхности под гальванопокрытие с заданной наногеометрией возможно по определенной технологии, известной как гальваномеханическое хромирование, которая позволяет избежать многих дефектов хромового покрытия, обусловленных исходной поверхностью.