Структура и свойства электроосажденного хрома

Структура. Электролитический хром отличается мелкокристаллической структурой. Наименьшими размерами обладают кристаллы блестящего хрома 0,001—0,01 мкм. Кристаллы матового и молочного хрома имеют размеры кристаллов 0,1—10 мкм. Осадки хрома характеризуются слоистостью и образованием на поверхности характерных наростов — микросфероидов (рис. 10), которые наблюдаются при осаждении достаточно толстых покрытий (более 30—50 мкм).

Известны две основные структурные модификации электроосажденного хрома:

а-хром — объемно-центрированный куб с параметром элементарной ячейки а = 2,878 А (0,2878 нм) и плотностью 7,1 г/см3;

β-хром — гексагональная решетка с параметрами а = 2,717 А (0,2717 нм) и с= 4,419 А (0,4419 нм), плотностью 6,08 г/см5*. Помимо этих двух модификаций обнаружена также модификация γ-Сr с элементарной ячейкой типа а-Мп, содержащей 58 атомов в элементарной ячейке [а = 8,717 (0,8717 нм], а также хром, имеющий кубическую гранецентрированную решетку.

Структура а-Сr является стабильной, характерной для осадков блестящего типа, т. е. осадков, полученных при высокой температуре.

Структура Р~Сr является метастабильной, характерной для осадков, полученных при низкой температуре, т. е. для матовых осадков. Гексагональный хром представляет собой фазу внедрения водорода в хром или гидрид хрома состава от СrН до СrН2. Гексагональный хром самопроизвольно переходит в стабильную кубическую структуру (а-Сr), что вызывает сокращение объема осадка примерно на 15—16%, возникновение внутренних напряжений растяжения и растрескивание осадка.

Содержание газов. Электролитически осажденный хром содержит (масс, доля, %) в среднем 0,04—0,05 Н2 и до 0,2—0,5 О2, а также незначительное количество N2. Примерное содержание Н2 (масс, доля, %) в осадках, полученных при различных температурах: 32-0,07; 52 - 0,06, 65 -0,03. Водород может быть в различной форме: в составе гидрида, в адсорбированном состоянии, в растворенном состоянии. Кислород попадает в осадок при захвате частиц катодной пленки, содержащих Сr2О3 или дру-гие кислородсодержащие соединения, осака. Полагается, что при включение в осадок N2 является основной причиной хруппкости хромовых покрытий.

Включение газов в осадок в значительной мере зависит от температуры электролиза. При повышении температуры в интервале 40—70 °С содержание газов снижается примерно в 2 раза. Увеличение плотности тока приводит к некоторому увеличению содержания газов в хроме.

Термическая обработка после хромирования приводит к удалению водорода из хромового покрытия, причем основная масса водорода выделяется при температуре, близкой к 200 °С.

Внутренние напряжения. В процессе электроосаждения в хромовых покрытиях возникают σвн растяжения. Причина возникновения этих напряжений — структурные превращения, вызывающие сокращение объема осадка при самопроизвольном переходе нестабильной гексагональной структуры в объемно-центрированную кубическую.

В наибольшей степени на величину σвя оказывает влияние температура электролиза: в интервале получения блестящих и молочных осадков внутренние напряжения σвн снижаются. При каждой температуре электролиза минимум 0ВН в осадках обеспечивается при определенной плотности тока, А/дм2: при 50 °С — 30, при 55 °С — 40. Внутренние напряжения незначительно снижаются при увеличении концентрации СО3.

При Т, близкой к 90 °С, возможно получение хромовых покрытий, не имеющих сЕН.

Микротвердость. Твердость покрытий определяется режимом электролиза. При увеличении температуры электролиза твердость снижается, при увеличении плотности тока максимум микротвердости наблюдается при плотности, близкой к 60 А/дм2. При Т= 35-:-45 °С твердость покрытий, осажденных из разбавленного (150 г/л) и из стандартного электролитов (250 г/л), практически не отличается. При температуре 65—75 СС твердость осадков из разбавленного электролита выше на 10—20%. Термическая обработка после хромирования приводит к снижению твердости и к увеличению размера зерен покрытия.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru