Стоит ли хромировать самому или что для этого нужно

Вне зависимости от того, кто вы – профессиональный химик или любитель-ремесленник, ответ на первую часть вопроса из заголовка будет один – нет, не стоит. На этом месте те, кто зашел сюда только за ответом на этот вопрос, могут закрыть вкладку. А тех, кто хочет узнать ответ на вторую часть вопроса, прошу потратить ещё немного времени и ознакомиться с текстом ниже.

Предупрежу на берегу: в статье не будет точных технологических режимов обработки конкретных деталей, названий самолетов, поездов и автомобилей. Также тут не будет нюансов обработки поверхности до и после хромирования, это я рассмотрел здесь: о нюансах хромирования.

Итак, начнем.

Часть 1. С помощью чего хромировать?

Для того, чтобы начать хромировать, вам понадобится:

1. Ёмкость номер 1, назовем её ванной.

2. Ёмкость номер 2, побольше, назовем её рубашкой.

3. Источник постоянного тока.

4. Нагревательные элементы.

5. Чиллер или другой агрегат, способный охлаждать среду.

6. Термометры для контроля температуры.

7. Свинец с сурьмой, лучше в виде прутков.

8. Медные полосы.

9. Хромовый ангидрид.

10. Серная кислота.

11. Средства индивидуальной защиты, они же СИЗ. Как минимум надо фартук, перчатки, и полнолицевая маска. Разумеется, всё кислотостойкое.

Элементы под номерами 9 и 10 необязательные и могут быть заменены на другие. Подробнее об этом можно узнать в ГОСТе 9.305, там приведено много разных электролитов хромирования.

Касательно серной кислоты мне следует сразу предупредить. Оборот концентрированной серной кислоты ограничен законодательно. Она является прекурсором. Однако не стоит сразу расстраиваться. Купить её легально в концентрации, достаточной для хромирования, можно, но это тема отдельного разговора.

 Кстати, среди моих знакомых часто идет путаница, как правильно прекурсОр или прекУрсор. Прошу оставить в комментариях свой вариант.

 Допустим, у нас есть все эти элементы. Смешиваем электролит, заливаем в ёмкость 1, в ванну. Потом ставим две медные штанги, одна у нас будет для катода, другая для анодов, их подключаем к источнику тока и ставим нагреватели. Деталь вешаем обязательно на штангу для катодов, то есть на минус. Можно попробовать на плюс, то есть на штангу для анода, но боюсь, результат будет далек от ожидаемого.

Кстати, а как вешать деталь? Если мы повесим деталь просто на проволочку, то мы можем получить очень горячую проволоку и, может быть, даже утопить деталь в ванне. Поэтому для хромирования надо использовать специальную оснастку, которая рассчитана на токовую нагрузку. Оснастка эта должна жестко крепиться к детали, площадь контакта должна быть определенного размера. Все это нужно потому, что токи при хромировании бешеные, примерно 40-50 А/дм². То есть, чтобы покрыть деталь площадью 1 м² нужно подать 5 000 А, что, очевидно, весьма немало, но бояться не стоит. Напряжение всего около 6-12 В.

 На всякий случай: трогать токоведущие части под током строго запрещается!

История из личного опыта. Был у нас в цехе хромировщик. Хороший человек, позитивный, но, когда он увидел оснастку, которую сделали для детали, он сказал гениальную фразу «Головой надо думать, а не расчеты делать». Дело в том, что деталь большая, и сила тока на неё тоже получилась большая, поэтому оснастку пришлось изготовить немаленькую и тяжелую. В итоге хромировщик не стал её использовать, а взял ту, которая, по его мнению, соответствует задаче. Итог: токоведущие части в процессе хромирования нагрелись так, что стали светиться красным. Как в том популярном меме: металл сигнализирует о легкой перегрузке.

 Как анод нам надо повесить свинец с сурьмой. Его форма, кстати, должна быть специфической и зависит от геометрии детали. В самом простом случае свинцовые аноды выполнены в виде цилиндров. На это есть вполне объективные особенности. Токи, как уже было сказано выше, при хромировании большие, и острые кромки будут являться концентратором тока, из-за чего изменится распределение тока по ванне. Нам это нужно? Нам это не нужно.

Идем дальше. Вот деталь у нас в ванне, всё подключено. Запускаем? Запускаем, но нагреватели. Нам нужно нагреть ванну до рабочих температур. Обычно это около 50-60 °С для твердого хрома, но разные электролиты могут требовать разную температуру.  Вообще, строго говоря, нагреть ванну надо до того, как вы погрузите туда деталь. Электролит хромирования агрессивный и может повредить поверхность.

Как только ванна нагрелась, врубаем ток и смотрим на ванну. Если пузырьки у детали пошли, то значит все работает корректно. Если не пошли, значит где-то у нас неполадки, но будем оптимистами: у нас всё заработало.

В процессе хромирования активно контролируем температуру электролита. Если мы его перегреем, то вместо твердого хрома мы получим мягкий молочный хром. Если надо было его, то хорошо, но если нет, то надо охлаждать электролит.

Однако тут надо остановиться. А почему, собственно, электролит перегревается? У нас плохо работают нагреватели? Может быть, воткнуть реле, чтобы они отключали нагреватели, как только температура достигнет нужных величин?

Можно, но дело не только в этом. Как известно из курса физики, любой проводник имеет сопротивление и, если его электрическая энергия не может уйти по месту назначения, она будет выходить в другом виде. В данном случае в виде тепла, нагревая электролит. Поэтому нам нужна была ёмкость типа «рубашка». До момента заливки электролита нам нужно в ёмкость типа «рубашка» поместить нашу ванну. В свободное пространство надо залить воду и обеспечить её циркуляцию через аппарат для охлаждения. Только так (ну или другим способом съема тепла) можно обеспечить постоянство температуры в ванне хромирования.

С охлаждением разобрались. Теперь дальше. Сколько по времени надо хромировать? Это зависит от того, какую толщину вам надо. Скорость осаждения хрома ориентировочно 20 мкм в час, исходя из этого надо и рассчитать время хромирования.

После того, как вы нахромировали, надо вытащить деталь из ванны, промыть, просушить и передать на дальнейшую обработку. Вы молодцы! Сделали годную деталь (я надеюсь).

Часть 2. Сопутствующие проблемы

Проблема 1. Один из вопросов, которые возникают у всех уже после того, как получили деталь – а куда девать грязную промывочную воду? Если вы думаете, что в канализацию, то вы крупно ошибаетесь.

Слить туда можно, но потом к вам придет Росприроднадзор и попросит уплатить штраф с шестью (или более) нулями. Дело в том, что хромовый ангидрид — вещество первого класса опасности, канцероген, вызывающий онкологию, и сливать его в канализацию без очистки крайне плохая идея. Шестивалентный хром, а именно он содержится в хромовом ангидриде, легко определяется даже в самых маленьких концентрациях, так что скрыть факт слива будет очень затруднительно. Не делайте так.

А как тогда делать? А делать надо так. Прежде чем организовывать у себя процесс хромирования, нужно подумать об очистке стоков. В самом простом варианте их следует складировать, а потом утилизировать через специальные компании, которые занимаются стоками. Тут, вероятно, всплывает нюанс, что с маленькими объемами они работать не будут, поэтому, возможно, придется договориться с каким-нибудь более-менее крупным предприятием чтобы отдавать стоки на обработку совместно.

Второй путь посложнее (хотя, казалось бы, куда ещё). Нужно организовать очистку сточных вод у себя. Сумма на аппараты для очистки сточных вод исчисляется как минимум сотнями тысяч рублей и всё зависит от ваших объемов. Для серьезного объема сточных вод сумма может достигать десятков миллионов рублей. Ещё раз указываю, что сливать просто в канализацию нельзя. С большой долей вероятности обнаружат факт слива.

Очистка, кстати, не производится просто магическим образом. Для неё требуются расходные материалы, которые тоже стоят денег.

Проблема 2. Вытяжная вентиляция. Если вы думаете, что просто открыть дверь помещения для вентиляции — это хорошая история, то опять нет. Таким образом вы устроите локальную экологическую катастрофу, особенно если работать будете достаточно долго на этом месте. Нужна вытяжная вентиляция с фильтрами, которые будут улавливать капельки и пары электролита. Вытяжная вентиляция не проектируется просто так, она рассчитывается исходя из площади зеркала ванны, концентрации в ванне, норм ПДВ (предельно-допустимые выбросы), высоты трубы, через которую будет выбрасываться воздух. В общем, серьезное мероприятие, хоть и выглядит как труба с вентилятором.

Не пренебрегайте этим. Заработать онкологию и отравить всё вокруг с помощью хромового ангидрида — это раз плюнуть.

Проблема 3. Место хранения химикатов. Как нетрудно догадаться, даже хранить химикаты надо правильно. Если вы просто свалите мешки на улице, то с вероятностью 100% они протекут, и хромовый ангидрид попадет в почву. Опять привет локальная катастрофа. Хромовый ангидрид опасен также тем, что очень хорошо растворяется в воде и улететь он может очень далеко по каналам грунтовых вод. Поэтому для хранения надо предусмотреть отдельное помещение, тоже с вытяжной вентиляцией, с бетонным полом и даже, возможно, с обваловкой, чтобы при проливах и просыпаниях можно было аккуратно собрать. Кстати, о сборе. Для сбора и нейтрализации рядом должен быть предусмотрен соответствующий инструмент. Отдельно хочется упомянуть, что шестивалентный хром крайне реакционноспособен и класть рядом мусор, особенно с промасляными отходами строго не рекомендуется. Ну или будьте готовы тушить пожар.

Проблема 4. Технологический контроль. В процессе работы ванны из неё будет изыматься хром. Его надо пополнять путем добавления хромового ангидрида. Добавлять хромовый ангидрид надо по результатам лабораторных анализов. Можно, конечно, на глаз, но и качество покрытия тогда у вас будет на глаз. При добавлении хромового ангидрида в ванне меняется pH (водородный показатель) и его тоже надо корректировать.

Как будто в основном всё. Как видите, всё просто (на самом деле нет). Зная всё вышеперечисленное, как вы считаете, стоит ли организовывать хромирование деталей в условиях гаражного производства своими силами?

Если у вас возникли вопросы, в том числе по нюансам технологии, то задавайте в комментариях или в личные сообщения. С удовольствием отвечу.

С уважением, Иван Яковлев, к.х.н.