Хромирование. Давно было замечено, что хром не только отличается большой твердостью в этом отношении у него нет конкурентов среди металлов, но и хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами.
Тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и прочих травм. Однако хромовые покрытия оказались пористыми, легко отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд. Почти три четверти века бились ученые над проблемой хромирования, и лишь в 20-х годах прошлого столетия проблема была решена.
Причина неудач заключалась в том, что используемый при этом электролит содержал трехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот его шестивалентному собрату такая задача оказалась по плечу. С этого времени в качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий например, на некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов составляет до 0,1 миллиметра.
Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома 0,0002-0,0005 миллиметра. Литовские химики разработали способ создания многослойной кольчуги для особо ответственных деталей. Тончайший верхний слой этого покрытия под микроскопом его поверхность и в самом деле напоминает кольчугу состоит из хрома в процессе службы он первым принимает огонь на себя, но пока хром окисляется, проходят многие годы. Тем временем деталь спокойно несет свою ответственную службу.
Хромированию подвергаются не только металлические детали, но и изделия из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер - полистирол, одетый в хром, стал прочнее, для него оказались менее страшными такие известные враги конструкционных материалов, как истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей.
Существует и другой способ хромирования - диффузионный, протекающий не в гальванических ваннах, а в печах. Первоначально стальную деталь помещали в порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких температур. При этом на поверхности детали появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь. Но при температуре примерно 1000С хромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь.
Пришлось подыскивать другой носитель хрома вместо порошка для этой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома - хлорид или иодид, что позволило снизить температуру процесса. Хлорид или иодид хрома получают непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразный хлорид обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом.
Такое покрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое. 5.2 Сплавы Семейство хромовых сплавов весьма многочисленно. Таблица 3- Основные хромовые сплавы НазваниеХром CrЖелезо FeНикель NiАлюминий AlКобальт CoВольфрам WФеррохром6535 Нихром15-3070-85Хромаль17-3064-794-6Стел лит20-251-345-605-29 Феррохром - сплав хрома с железом, вводимый в жидкую сталь для ее легирования. Вводить хром в чистом виде в сталь очень затруднительно - он медленно растворяются в жидком металле, так как температуры его плавления выше, чем у стали. У феррохрома же температура плавления такая же, как у стали, или ниже. Нихромы и хромали, устойчивы в интервале 1000-13000C, обладают высоким электросопротивлением, используются для изготовления нагревателей в электрических печах сопротивления.
Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при 650-900 С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин. Стеллит очень твердый сплав, стоек против износа и коррозии применяется в металлообрабатывающей промышленности, для изготовления режущих инструментов.
Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии. Хром входит в состав очень многих марок сталей. Нержавейка - сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19 хрома и 8-13 никеля. Но этой стали углерод вреден карбидообразующие наклонности хрома приводят к тому, что большие количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода.
Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали должно быть минимальным не более 0,1. При высоких температурах сталь может покрываться чешуей окалины. В некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов.
Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не страдала окалинообразованием, в нее вводят 25-30 хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000С. Хромолибденовые стали используются для создания фюзеляжей самолетов. 6. Экологические проблемы Влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на окружающую среду Хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки, иногда с образованием язв. Поражают они главным образом верхние дыхательные пути, легкие и глаза.
Оксиды хрома менее токсичны, чем чистый металл. Таблица 4-Предельно допустимые концентрации оксидов хрома CrO3Cr2O3Разовая в воздухе населенных мест, мгм30,011,0Суточная в воздухе населенных мест мгм30,0015-В воде для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения, мгл0,11,0В воде для рыбохозяйственных целей, мгл0,10,5 При проведении геологоразведочных работ на хромовые руды не требуются специальные меры по защите окружающей среды.
При добыче хромовых руд для исключения попадания рудной пыли в воздух населенных пунктов следует выполнять ряд условий соблюдение определенного расстояния от населенных пунктов, орошение дорог в карьерах и в складах добытой руды. Наиболее значительное нарушение окружающей среды связано с переработкой хромового сырья, при котором в воздух попадает значительное количество пыли при сухом долблении и сортировке. При мокром обогащении сточные воды нуждаются в отчистке от хрома, его оксидов, что исключает сброс сточных вод в водоемы и требует строительства экранированных шламохранилищ.