Никелирование и хромирование: обозначение по ГОСТ 9.306, толщина, твёрдый хром, химический никель и допуски

Никель и хром: что и зачем

По ГОСТ 9.303-84 никель — катодное покрытие по отношению к стали: он защищает, пока слой сплошной и без сквозных пор. Его применяют для защитной и защитно-декоративной отделки, повышения твёрдости, износостойкости и электропроводности. Несколько слоёв никеля с разными свойствами защищают лучше одного: при толщине 24 мкм двухслойное покрытие без медного подслоя по стойкости в два раза, а трёхслойное с заполнителем — в три раза превосходит блестящее.

Никель и хром бывают разных видов, и путать их в заказе нельзя: у них разное назначение и свойства.

По ГОСТ 9.303-84 твёрдый хром эффективно работает на трение при нанесении на твёрдую основу. Когда нужны сразу стойкость к коррозии и износу, стандарт рекомендует двухслойный хром — молочный снизу, твёрдый сверху.

Как обозначить покрытие по ГОСТ 9.306-85

Порядок записи задаёт п. 16: способ обработки основного металла (если нужен), способ получения покрытия, материал, минимальная толщина в микрометрах, электролит (если нужен), функциональные или декоративные свойства, дополнительная обработка. Составляющие разделяют точками, кроме пары «материал — толщина». Способ и материал пишут с прописной буквы, остальное — со строчной. Лакокрасочное покрытие отделяют дробью.

Толщину хрома 1 мкм и меньше в обозначении не пишут (п. 17), поэтому в записях «...Х.б» её нет. Двухслойный никель Нд расшифровывается как Нпб.Нб, трёхслойный Нт — как Нпб.Нс.Нб (приложение 1). Допускается указать в обозначении только способ, материал и толщину, а остальное вынести в технические требования чертежа.

Толщина по ГОСТ 9.303-84

Минимальную толщину берут из таблицы 1 по металлу детали и группе условий эксплуатации. Группы связаны с климатическим исполнением и категорией размещения по ГОСТ 15150. По приложению 2 группа 1 соответствует прежнему обозначению «Л» (лёгкие условия), группы 2–4 — «С» (средние), 5–6 — «Ж» (жёсткие), 7–8 — «ОЖ» (очень жёсткие).

Несколько строк таблицы 1 для углеродистой стали, мкм:

Для многослойных покрытий цифра относится к никелю, хром — 0,5–1,0 мкм. Максимальную толщину ограничивает таблица 3: для никеля при минимуме 9 мкм — 15 мкм, при 12 мкм — 18 мкм; для хрома при минимуме 12 мкм — 21 мкм, при 24 мкм — 44 мкм.

Равномерность: кромки, пазы, отверстия

Ток в ванне распределяется неравномерно: линии тока сгущаются на выступающих кромках, и там слой растёт быстрее, а в пазах, отверстиях и вогнутых участках — медленнее.

Для хрома это особенно заметно: по ГОСТ 9.303-84 хромовые электролиты имеют низкую рассеивающую способность, и на сложных деталях вроде пресс-форм равномерного слоя в отверстиях и пазах не получить. ГОСТ 9.301-86 это учитывает: в отверстиях, пазах, на вогнутых участках толщина может быть до 50 % меньше, а хрома там может не быть вовсе, если в КД нет других требований. В глухих отверстиях до 12 мм и сквозных до 6 мм на глубине больше одного диаметра толщину не нормируют.

Что сделать в конструкции:

• Скруглить кромки. ГОСТ 9.301-86 требует радиус не менее 0,3 мм, если нет технического обоснования острой кромки.
• Подготовить шероховатость. Под защитные покрытия — не грубее Ra 10, под защитно-декоративные — не грубее Ra 2,5 (ГОСТ 9.301-86, п. 1.1). Подробнее — в статье «Шероховатость поверхности Ra и Rz».
• Оставить припуск под шлифование, если твёрдый хром должен дать точный размер: наплывы на кромках снимают после покрытия. Это оговаривают в КД.

Химический никель

Химический (электролесс) никель осаждается без тока: никель восстанавливается гипофосфитом натрия в горячем слабокислом растворе, как описывает ISO 4527. Покрытие — сплав никеля с фосфором. Раз тока нет, нет и сгущения на кромках: ISO 4527 отмечает равномерную толщину на деталях сложной формы при условии, что раствор свободно омывает все поверхности.

По ГОСТ 9.303-84 химический никель содержит 3–12 % фосфора, защищает лучше гальванического никеля, твёрже и износостойче, его рекомендуют для трения без смазки. Слабые стороны — хрупкость: гибку и развальцовку после покрытия не делают. После термообработки при 400 °C микротвёрдость растёт до 650–1200 кгс/мм² (6400–11800 МПа). Режим упрочнения в карте 84 ГОСТ 9.305-84 — 390–410 °C, 1–2 ч, в вакууме или аргоне, чтобы не было цветов побежалости.

Водородная хрупкость и обезводороживание

При травлении, катодной обработке и осаждении металла сталь поглощает атомарный водород. ISO 9588 описывает последствия: потеря пластичности и хрупкое разрушение при напряжениях ниже предела текучести, причём обычное испытание на растяжение этого может не показать.

Главные требования ISO 9588 (по прочитанной редакции 1999 г.; действующая — 2007 г.):

• деталям из стали с фактическим временным сопротивлением 1000 МПа и выше (около 300 HV, 31 HRC) и деталям с поверхностной закалкой термообработка после покрытия нужна, если заказчик не указал класс ER-0 — «без обработки»;
• для стали прочнее 1000 МПа избегают катодных обработок в щелочных и кислых растворах при подготовке;
• нагрев начинают как можно раньше — желательно в течение 1 ч, не позже 3 ч после покрытия и до шлифования;
• для закалённой и отпущенной стали температура должна быть минимум на 50 °C ниже температуры отпуска; нагрев до 440–480 °C снижает твёрдость хрома;
• класс обработки выбирает заказчик и указывает на чертеже или в заказе: у гальваника нет данных о нагрузках детали.

Отечественные режимы — в карте 84 ГОСТ 9.305-84. Например, детали, хромируемые на толщину 0,1 мм и более, обезводороживают при 200–220 °C в течение 1,5–2 ч. Но сам ГОСТ 9.305-84 не распространяется на высокопрочные стали — для них режим задают по ISO 9588 или отраслевым документам. Прочность по твёрдости оценивают по статье «Твёрдость HRC, HB, HV и перевод шкал».

Как заложить покрытие в допуск размера

Покрытие толщиной t растёт на каждой стороне, поэтому диаметр вала увеличивается на 2t, а диаметр отверстия уменьшается на 2t. ГОСТ 9.303-84 (приложение 1а) требует обеспечивать размеры проверкой до покрытия и контролем толщины покрытия.

Пример: вал Ø20 h8 после покрытия, толщина 6–9 мкм. По ГОСТ 25346-2013 поле h8 для размеров свыше 18 до 30 мм — от 0 до −33 мкм, то есть 19,967…20,000 мм.

• Наибольший размер до покрытия: 20,000 − 2 · 0,009 = 19,982 мм — при самом толстом слое вал не выйдет за 20,000.
• Наименьший: 19,967 − 2 · 0,006 = 19,955 мм — при самом тонком слое вал не будет меньше 19,967.
• Размер под механообработку — Ø20 −0,018/−0,045: допуск 27 мкм вместо 33 мкм. Разброс толщины 2 · (9 − 6) = 6 мкм «съел» часть допуска.

ГОСТ 9.303-84 для этого случая предлагает готовое решение — вал f8 вместо h8 и покрытие 6–9 мкм; отверстие H9 при этом покрывают на 3–6 мкм. Поле f8 для Ø20 — от −20 до −53 мкм, после покрытия получится 19,959…19,998 мм: верх внутри h8, низ на 8 мкм ниже, и в посадке с зазором зазор просто немного вырастет. Для деталей 5–6 квалитета стандарт рекомендует вместо металлических неметаллические покрытия — оксидные и фосфатные. Поля и посадки удобно проверить в калькуляторе допусков и посадок, выбор посадки — в статье «Квалитеты и посадки: как выбрать».

Что написать в заявке

1. Обозначение покрытия по ГОСТ 9.306-85 и группа условий эксплуатации по ГОСТ 9.303-84.
2. Марка стали, твёрдость или временное сопротивление — от этого зависит обезводороживание.
3. Класс или режим обезводороживания для стали от 1000 МПа, закалённых и цементованных деталей.
4. Поверхности без покрытия: резьбы, посадки, базы — и способ изоляции.
5. Размеры «до покрытия» или «после покрытия», припуск под шлифование для твёрдого хрома.
6. Контроль: толщина на указанных поверхностях, твёрдость, адгезия, пористость.

Сравнение с цинком, порошковой краской и анодированием — в статье «Цинкование, порошковая окраска, анодирование».