RU2080423C1

RU2080423C1 - Process of electrolytic chrome plating of parts in hollow anode

Info

Publication number: RU2080423C1
Application number: RU95101484A
Authority: RU
Inventors: Э.А. Кузнецов; Н.И. Соломин
Original assignee: Открытое акционерное общество "ГАЗ"
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1997-05-27
Also published as: RU95101484A

Abstract

FIELD: electrodeposition, deposition of corrosion-and wear-resistant coats. SUBSTANCE: process of electrolytic chrome plating of parts in hollow anode includes sequential deposition of milk layer of chrome at temperature 70 C and of layer of hard chrome at temperature 50 C. Deposition of layers is carried out in one bath and temperature is regulated by change of level of electrolyte relative to upper edge of anode. Level of electrolyte for deposition of layer of milk chrome is set below and for deposition of hard chrome - above upper edge of anode. Relation of volume of internal space of anode to area of surfaces of parts amounts to 0.8-1.1 l/sq.dm. EFFECT: increased reliability of process, improved quality of chrome plated parts. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения коррозионностойких и износостойких покрытий. The invention relates to the field of electroplating and can be used for applying corrosion-resistant and wear-resistant coatings.

Известны способы нанесения гальванических покрытий с использованием полых анодных устройств для покрытия наружных поверхностей деталей, вставляемых на подвесках внутрь анода [1 и 2]
Наиболее близким к предложенному является способ электролитического нанесения хромовых покрытий, в том числе в полом аноде, в котором хромирование осуществляется последовательно в двух ваннах со стандартным электролитом, при этом сначала наносят слой молочного хрома при температуре 70^oC катодной плотности тока 30 А/дм, а затем слой блестящего хрома при температуре 50^oC и катодной плотности тока 50 А/дм² [3]
Используя данный способ, можно получить при различной температуре электролита в ванне различные виды хромовых покрытий или твердых (при температуре электролита 50^oC) или молочных (при температуре 70^oC). При необходимости получения твердых, молочных и многослойных хромовых покрытий (например, двухслойного комбинированного, состоящего из внутреннего слоя молочного и наружного хрома) приходится применять две ванны, так как в одной, как правило, невозможно осуществить быстрое изменение температуры во всем объеме электролита на 15-20^oC. Это является существенным недостатком, так как требует дополнительных площадей, химикатов и оборудования (ванн, источников тока, анодов и пр.).Known methods for applying galvanic coatings using hollow anode devices for coating the outer surfaces of parts inserted on suspensions into the anode [1 and 2]
Closest to the proposed method is the electrolytic deposition of chromium coatings, including in the hollow anode, in which chromium plating is carried out sequentially in two baths with a standard electrolyte, while first a layer of milk chromium is applied at a temperature of 70 ^° C of a cathodic current density of 30 A / dm, and then a layer of brilliant chromium at a temperature of 50 ^o C and a cathode current density of 50 A / DM ² [3]
Using this method, it is possible to obtain various types of chrome coatings, either hard (at an electrolyte temperature of 50 ^° C) or milk (at a temperature of 70 ^° C) at different temperatures of the electrolyte in the bath. If it is necessary to obtain solid, milk and multilayer chromium coatings (for example, a two-layer combined one consisting of an inner layer of milk and outer chromium), two bathtubs have to be used, since in one, as a rule, it is impossible to carry out a rapid temperature change in the entire electrolyte volume by 15- 20 ^o C. This is a significant drawback, as it requires additional space, chemicals and equipment (bathtubs, current sources, anodes, etc.).

При наличии одной ванны невозможно одновременное проведение процесса на разных деталях в режимах твердого и молочного хромирования. In the presence of one bath, it is impossible to simultaneously conduct the process on different parts in hard and milk chromium plating modes.

Целью предлагаемого изобретения является разработка универсального способа хромирования в полом аноде, обеспечивающего возможность одновременного получения твердых и молочных хромовых покрытий (как однослойных, так и многослойных) в одной ванне. The aim of the invention is to develop a universal method of chromium plating in a hollow anode, which provides the possibility of simultaneous production of hard and milk chrome coatings (both single-layer and multi-layer) in one bath.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе электролитического хромирования деталей в полом аноде регулирование различных температурных режимов в процессе электролиза осуществляют изменением уровня электролита относительно верхней кромки анода. При этом уровень электролита при молочном хромировании устанавливают ниже верхней кромки анода, обеспечивая условия для протекания электролиза в замкнутом неподвижном электролите, а при твердом хромировании выше верхней кромки анода, создавая циркуляцию электролита в анодном пространстве, причем для быстрого регулирования и стабильного поддержания температурного режима электролиза, хромирование внутри полого анода осуществляют при соотношении объема внутренней полости анода к площади поверхности деталей 0,8-1,1 л/дм².This goal is achieved by the fact that in the known method of electrolytic chrome plating of parts in a hollow anode, the regulation of various temperature conditions during the electrolysis is carried out by changing the level of electrolyte relative to the upper edge of the anode. In this case, the electrolyte level during milk chromium plating is set below the upper edge of the anode, providing conditions for electrolysis in a closed stationary electrolyte, and when hard chromium is above the upper edge of the anode, creating an electrolyte circulation in the anode space, moreover, for quick regulation and stable maintenance of the temperature of the electrolysis, chromium plating inside the hollow anode is carried out at a ratio of the volume of the inner cavity of the anode to the surface area of the parts of 0.8-1.1 l / dm ² .

Таким образом, предлагаемый способ позволяет в процессе электролиза изменять температуру внутри полого анода изменением уровня электролита относительно верхней кромки анода без изменения температуры электролита во всей ванне. Thus, the proposed method allows the electrolysis process to change the temperature inside the hollow anode by changing the electrolyte level relative to the upper edge of the anode without changing the electrolyte temperature in the entire bath.

При этом типовая технология хромирования не изменяется и сохраняет обычную последовательность операций:
1. Прогрев деталей в электролите.At the same time, the typical chromium plating technology does not change and retains the usual sequence of operations:
1. Heating parts in the electrolyte.

2. Анодная обработка для активирования поверхности детали. 2. Anode treatment to activate the surface of the part.

3. Толчок тока (при плотности тока в два раза выше рабочей). 3. Current shock (at a current density twice as high as the operating one).

4. Хромирование в стандартных режимах. 4. Chrome plating in standard modes.

Для реализации предложенного способа на практике температура электролита в ванне хромирования должна оставаться постоянной на уровне примерно 50^oC.To implement the proposed method in practice, the temperature of the electrolyte in the chromium bath should remain constant at about 50 ^o C.

В случае необходимости нанесения твердого хромового покрытия процесс хромирования выполняют в полом аноде с циркулирующим сквозь него электролитом, т. е. когда уровень электролита выше верхнего края анода. В случае молочного хромирования процесс осуществляют по той же технологии в электролите, находящемся в замкнутом объеме анода, верхний край которого находится ниже уровня электролита. Когда необходимо нанести двухслойное хромовое покрытие (молочное и твердое), положение анода относительно уровня изменяют следующим образом: сначала верхний край анода устанавливают ниже уровня электролита (что соответствует режиму молочного хромирования), затем по достижению необходимой толщины молочного хрома уровень электролита повышают и электролиз продолжается в циркулирующем электролите в режиме твердого хромирования до достижения необходимой толщины твердого (или суммарного, комбинированного) покрытия. If it is necessary to apply a hard chrome coating, the chromium plating process is carried out in a hollow anode with an electrolyte circulating through it, i.e., when the electrolyte level is higher than the upper edge of the anode. In the case of milk chromium plating, the process is carried out according to the same technology in an electrolyte located in a closed volume of the anode, the upper edge of which is below the level of the electrolyte. When it is necessary to apply a two-layer chrome coating (milk and hard), the position of the anode relative to the level is changed as follows: first, the upper edge of the anode is set below the electrolyte level (which corresponds to the milk chrome mode), then, upon reaching the required milk chromium thickness, the electrolyte level is increased and electrolysis continues in circulating electrolyte in hard chromium plating until the required thickness of the solid (or total, combined) coating is reached.

Изменение температуры внутри полого анода со сплошными стенками может быть объяснено с помощью чертежа, где показано различное положение полого анода относительно уровня электролита. The change in temperature inside the hollow anode with solid walls can be explained using the drawing, which shows the different position of the hollow anode relative to the electrolyte level.

Деталь 1 помещают внутрь полого анода 2. Когда уровень электролита находится ниже верхнего края анода, электролиз протекает в замкнутом пространстве А (положение 1). Толчок тока, применяемый в начале процесса хромирования в течение 5-15 мин, позволяет значительно (на 20-30^oC) повысить температуру внутри анода. Если необходимо снизить температуру, уровень электролита относительно анода повышается (положение 2), что приводит к интенсивной циркуляции раствора в пространстве А с выходом его через верхний край анода в весь объем электролита Б, за счет потока пузырьков водорода и кислорода, обильно выделяющихся в процессе электролиза в межэлектродном пространстве, а также за счет конвекции. Регулирование уровня электролита относительно верхнего края анода осуществляют изменением глубины погружения полого анода или выдавливанием электролита в ванне до необходимого уровня.Detail 1 is placed inside the hollow anode 2. When the electrolyte level is below the upper edge of the anode, the electrolysis proceeds in the enclosed space A (position 1). The current impulse used at the beginning of the chromium plating process for 5-15 minutes, allows you to significantly (20-30 ^o C) to increase the temperature inside the anode. If it is necessary to lower the temperature, the level of the electrolyte relative to the anode rises (position 2), which leads to intensive circulation of the solution in space A with its exit through the upper edge of the anode into the entire volume of electrolyte B, due to the flow of hydrogen and oxygen bubbles liberated liberally during electrolysis in the interelectrode space, as well as due to convection. Regulation of the electrolyte level relative to the upper edge of the anode is carried out by changing the immersion depth of the hollow anode or extruding the electrolyte in the bath to the required level.

Скорость циркуляции электролита, а значит и скорость понижения температуры внутри полого анода зависит от расстояния верхнего края анода до уровня электролита. Интенсивность истечения электролита увеличивается по мере повышения уровня электролита. Этим достигают регулирование скорости понижения температуры электролита внутри анода. The rate of circulation of the electrolyte, and hence the rate of decrease in temperature inside the hollow anode, depends on the distance of the upper edge of the anode to the level of the electrolyte. The electrolyte flow rate increases as the electrolyte level rises. This achieves the regulation of the rate of decrease in the temperature of the electrolyte inside the anode.

С целью обеспечения качества хромовых покрытий целесообразно поддерживать расстояние от верхнего края катода (покрываемой детали) до верхнего слоя анода не менее 40-50 мм. Анод, используемый в данном способе, может быть полым цилиндром, трубой прямоугольного или др. сечения и т.д. в зависимости от конфигурации покрываемой детали. In order to ensure the quality of chromium coatings, it is advisable to maintain a distance of at least 40-50 mm from the upper edge of the cathode (the coated part) to the upper layer of the anode. The anode used in this method may be a hollow cylinder, a pipe of rectangular or other cross-section, etc. depending on the configuration of the part to be coated.

Для обеспечения быстрого разогрева электролита и стабильного поддержания температуры во время электролиза внутри полого анода хромирование осуществляют при соотношении объема внутренней полости анода к площади поверхности деталей 0,8-1,1 л/дм². При отклонении от оптимальной величины 0,8-1,1 л/дм² в сторону увеличения соотношения (выше 1,1 л/дм²) возможны затруднения в быстром разогреве электролита до температуры молочного хромирования, при его уменьшении (ниже 0,8 л/дм²) трудно избежать перегрева электролита при работе в режиме твердого хромирования. Опыт показывает, что при таком соотношении обеднение электролита ионами при хромировании в замкнутом объеме не происходит, а качество покрытия даже при длительном электролизере хорошее.To ensure rapid heating of the electrolyte and stable temperature during electrolysis inside the hollow anode, chromium plating is carried out at a ratio of the volume of the internal cavity of the anode to the surface area of the parts of 0.8-1.1 l / dm ² . When deviating from the optimal value of 0.8-1.1 l / dm ² in the direction of increasing the ratio (above 1.1 l / dm ² ), difficulties may arise in the quick heating of the electrolyte to the temperature of milk chromium plating, when it decreases (below 0.8 l / dm ² ) it is difficult to avoid overheating of the electrolyte when working in solid chromium plating mode. Experience shows that with this ratio, ion depletion of the electrolyte does not occur during chromium plating in a closed volume, and the coating quality is good even with a long electrolyzer.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером: двухслойному хромированию (слой молочного и твердого хрома) с целью увеличения коррозионной и износостойкости подверглась деталь "валик заслонки", с покрываемой поверхностью 1,5 дм². Хромирование осуществлялось в стандартном электролите в полом свинцовом аноде (цилиндре). Объем внутренней полости анода 1,5 л. Электролит в ванне для хромирования нагревается до 50^oC. Во внутреннюю полость анода загружалась деталь, уровень электролита путем перемещения анода с деталью устанавливался ниже верхнего края анода. Хромирование осуществлялось в соответствии с типовым технологическим процессом. После прогрева детали в электролите проводилась ее анодная обработка в течении 10-15 с. При анодной плотности тока 30-40 А/дм² для очистки и активирования ее поверхности. Затем деталь подключалась на катод в режиме "толчка" тока при 90-100 А/дм² с целью создания большого числа центров кристаллизации хрома по всей поверхности детали. Во время толчка тока из-за высокой концентрации его в замкнутом объеме электролита температура внутри анода резко повышалась на 20-25^oC и через 2-3 мин достигала 70-77^oC, при которой можно было начинать молочное хромирование (температура электролита во всем объеме ванны при этом оставалась 50^oC). Для этого плотность тока согласно технологии снижалась до 40 А/дм² и процесс продолжался в течение 30-40 мин. Тепла, выделяемого в процессе электролиза в режиме молочного хромирования, достаточно для постоянного поддержания температуры в пределах 70-72^oC.The invention can be illustrated by the following example: two-layer chromium plating (a layer of milk and hard chromium) in order to increase corrosion and wear resistance, the “shutter roller" part was exposed, with a coated surface of 1.5 dm ² . Chrome plating was carried out in a standard electrolyte in a hollow lead anode (cylinder). The volume of the internal cavity of the anode is 1.5 liters. The electrolyte in the chromium bath is heated to 50 ^o C. A part was loaded into the inner cavity of the anode, the electrolyte level was set below the upper edge of the anode by moving the anode with the part. Chrome plating was carried out in accordance with a typical technological process. After heating the part in the electrolyte, its anodic treatment was carried out for 10-15 s. At an anode current density of 30-40 A / dm ² for cleaning and activating its surface. Then the part was connected to the cathode in the "push" mode of current at 90-100 A / dm ² in order to create a large number of centers of crystallization of chromium over the entire surface of the part. During the current shock, due to its high concentration in the closed volume of the electrolyte, the temperature inside the anode sharply increased by 20-25 ^° C and after 2-3 minutes reached 70-77 ^° C, at which milk chromium could be started (the temperature of the electrolyte in while the bath volume remained 50 ^o C). For this, the current density according to the technology was reduced to 40 A / dm ² and the process continued for 30-40 minutes. The heat generated during electrolysis in the mode of milk chromium plating is sufficient to constantly maintain the temperature within 70-72 ^o C.

По достижении необходимой толщины (15 мкм) анод с покрываемой деталью опускается в электролит таким образом, чтобы уровень электролита проходил выше верхнего края анода. При этом нагретый электролит постепенно выходил из внутренней полости, замещаясь на более холодный (50^oC), поступающий из объема ванны.Upon reaching the required thickness (15 μm), the anode with the coated part is lowered into the electrolyte so that the electrolyte level passes above the upper edge of the anode. In this case, the heated electrolyte gradually left the inner cavity, being replaced by a colder (50 ^o C) coming from the volume of the bath.

В это время за 1-2 мин температура внутри анода плавно изменялась с 70 до 55^oC, а плотность тока устанавливалась в соответствии с технологическим режимом твердого хромирования 50 А/дм².At this time, for 1-2 minutes, the temperature inside the anode smoothly changed from 70 to 55 ^o C, and the current density was set in accordance with the technological mode of hard chromium plating 50 A / DM ² .

При проведении электролиза в этом режиме температура внутри анода стабилизировалась за счет равномерной циркуляции электролита в течение всего времени (70-80 мин) необходимого для достижения требуемой толщины твердого хрома (35 мкм). During electrolysis in this mode, the temperature inside the anode stabilized due to the uniform circulation of the electrolyte during the entire time (70-80 min) necessary to achieve the required thickness of solid chromium (35 μm).

Таким образом, в одной ванне получено комбинированное покрытие, состоящее из слоев молочного и твердого хрома без длительного изменения температуры всего объема электролита. Thus, in one bath, a combined coating is obtained consisting of layers of milk and hard chromium without a long-term change in temperature of the entire volume of the electrolyte.

Предлагаемый способ хромирования обладает рядом достоинств, основным из которых является простота и удобство в практическом использовании. При наличии одной ванны хромирования в ней можно одновременно получить твердые, молочные, многослойные и другие покрытия хромом, регулируя только уровень электролита и плотность тока на деталях в разных полых анодах в зависимости от требуемого вида покрытия. The proposed method of chromium plating has several advantages, the main of which is simplicity and convenience in practical use. In the presence of one chromium bath in it, it is possible to simultaneously obtain solid, milk, multilayer and other coatings of chromium, adjusting only the electrolyte level and current density on the parts in different hollow anodes depending on the type of coating required.

Таким образом отпадает необходимость в наличии на участке дополнительной ванны, выпрямителя и токсичного электролита. Thus, there is no need for an additional bath, rectifier and toxic electrolyte in the area.

Claims

1. The method of electrolytic chrome plating of parts in a hollow anode, including the sequential application of a layer of milk chromium at 70 ^o C and a layer of hard chromium at 50 ^o C, characterized in that the deposition of layers is carried out in one bath, and the temperature is controlled by changing the level of electrolyte relative to the upper edge anode, while for applying a layer of milk chromium, the electrolyte level is set lower, and for applying a layer of hard chromium above the upper edge of the anode.

2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the volume of the inner cavity of the anode to the surface area of the parts is 0.8 1.1 l / dm ² .