Как гальваническое покрытие металла влияет на свойства основного металла

Нанесенное на металл гальваническое покрытие делает его более подверженным усталостным напряжениям (отмечается снижение сопротивления усталости металла). Самое сильное влияние на сталь оказывают хромовые покрытия (в особенности это относится к высокопрочным маркам). Подобный результат обусловлен, по большей части, наводороживанием стали, а также невысокими пластичными и прочностными характеристиками хрома.

· Наводороживание при нанесении гальванических покрытий.

Самое сильное наводороживание можно наблюдать, прибегая к гальванической обработке изделий в цианистых электролитах. Для кислых электролитов характерно меньшее наводороживание, однако и его достаточно для оказания негативного влияния на качество основного металла.

Уровень наводороживания при нанесении гальванического покрытия на металл зависит от многих факторов, к примеру, от структуры и природы покрытия, плотности тока и состава электролита.

Для правильной оценки изменений, которые претерпят механические свойства стали, следует исходить не только из того влияния, которое окажет на нее водород, но и учитывать само покрытие, поскольку в некоторых случаях оно обладает меньшим влиянием по сравнению с продиффундировавшим в поверхностные слои водородом. К примеру, увеличение времени хромирования сказывается на снижении пластичности стали и повышении наводороживания.

При оценке изменений, происходящих с пластичностью стали в процессе хромирования (при этом за основу испытания берутся образцы с хромовым покрытием на изгиб), можно обнаружить, что увеличение времени покрытия хромом (а, соответственно, и толщины защитного слоя) уменьшает относительную хрупкость. Следовательно, достоверная оценка степени охрупчивания стали после обработки гальваническим способом при испытании образцов на изгиб возможна только в отношении мягких эластичных покрытий. В иных случаях (при наличии твердого защитного покрытия, такого как, например, хромовое) подобный способ не способен дать точный ответ относительно степени наводороживания стали.

Существенное значение для наводороживания стали в процессе гальванической обработки имеет концентрация адсорбированных атомов водорода, следовательно, одним из важных параметров, позволяющих определить степень насыщения водородом, является время до начала растрескивания стали.

Для того чтобы определить степень наводороживания стали при гальваническом покрытии металлов, можно воспользоваться:

- пластичностью на изгибе плоских образцов из стали с мартенситной структурой, на которую уже нанесено гальваническое покрытие (этот способ оптимален для мягких покрытий, к примеру, цинковых, кадмиевых);

- пластичностью стали с гальваническим покрытием;

- отрезком времени, предшествующим началу разрушения стали в процессе нанесения гальванического покрытия.

· Наводороживание при цинковании.

Для цинкования стали используются цианистые, кислые и некоторые другие электролиты. При применении в процессе цинкования сернокислого электролита с уровнем рН 4, не содержащего каких-либо поверхностно-активных веществ (ік в этом случае равен 1А/дм2), можно отметить очень медленное наводороживание стали. Если же в состав электролита ввести ПАВ (к примеру, сернокислый алюминий или декстрин), то проникновение водорода в металл существенно повысится. Аналогичный эффект можно наблюдать в случае увеличения плотности тока.

Для снижения наводороживания в процессе гальванического цинкования стали У8А в подогретый электролит добавляется декстрин в количестве 10 г/л.

При использовании в процессе гальванического покрытия металлов цианистых электролитов, наводороживание стали, а значит, и снижение ее пластичности, будет достаточно сильным. Что касается высокопрочных сталей, то они в данном электролите подвергаются водородному растрескиванию.

Цинкование напряженной стали 40ХГСН2А с использованием разных плотностей тока и хлористоаммонийного электролита не приводит к водородному растрескиванию.

· Наводороживание при хромировании.

Поскольку в процессе хромирования можно отметить наводороживание не только стали, но и непосредственно покрытия, удовлетворительный конечный результат достигается за счет правильно подобранных режимов гальванического покрытия металлов.

Объем проникшего в сталь водорода в значительной мере зависит от температуры электролита. Если она повышена (примерно +75 °С), то водороду проще проникнуть в поверхностные слои стали. Природа стали влияет на объем продиффундировавшего водорода, которое может возрасти в 6–10 раз, что связано с повышением его диффузии в случае увеличения температуры, а также свойством хрома его удерживать.

Количество водорода в 1 г молочного хрома составляет примерно 1,7–2,5 см3, а в 1 г блестящего хрома – уже 5,5–6,5 см3. То есть, при обработке детали блестящим хромом в сталь проникает практически в 10 раз меньше водорода, чем в случае использования молочного хрома.

Помимо температуры электролита, наводороживание стали зависит от состава раствора (а также от режимов электролиза). Если ік = 90 А/дм2, то повышение концентрации H2SO4 с 2,5 до 7,5 г/л существенно влияет на проникновение водорода в сталь при температуре электролитического раствора примерно +75 °С (наблюдается понижение диффузии), если же уменьшить температуру до +55 °С, то значительного влияния заметно не будет.

Гальваническое нанесение хромового покрытия влияет на характеристики основного металла. Уменьшается пластичность стали, что наиболее ощутимо в течение первых 10 минут процесса (повышение наводороживания и снижение пластичности). Интенсивность наводороживания можно увидеть по количеству пузырьков водорода, которые появляются на поверхности стали во время электролиза. Приблизительно с середины процесса хромирования наводороживание стали уменьшается.

· Наводороживание при травлении.

Продолжительность травления влияет на наводороживание металла: чем оно дольше, тем меньше пластичность стали. Максимальная скорость наводороживания обычно в начале процессе, постепенно она снижается. В процессе травлении большое значение имеет природа и концентрация кислоты. К примеру, раствор соляной кислоты вызывает меньшее наводороживание стали по сравнению с H2SO4. Однако если концентрации соляной кислоты повышается, то наводороживание снижается, а в случае с H2SO4 – возрастает.

Чтобы снизить степень наводороживания сталей в процессе травления, в травильную ванну добавляют ингибиторы коррозии. Однако следует иметь в виду, что не для всех веществ этого типа характерно одновременное снижение степени растворения металла в кислоте и наводороживания. К примеру, для тиомочевины в растворе H2SO4 характерна отличная защита металла от коррозии, но при этом повышение наводороживания. А диэтиланилин, замедляя наводороживание, является плохим ингибитором коррозии.