Princíp procesu chrómovania:
Proces chrómovania je elektrochemický proces, proces redoxnej reakcie. Základným procesom je ponorenie dielov do roztoku soli kovu ako katóda, kov ako anóda a po pripojení na jednosmerný prúd sa na diely nanesie kovový povlak. Schematický diagram procesu hĺbkotlačového galvanického pokovovania: doskový valec je katóda a titánová sieť je anóda.
Hlavné zložky roztoku chrómu Hlavná soľ:
Obsah anhydridu chrómu: 200-260 g/L Katalyzátor: Kyselina sírová Obsah: 2.2-2,5 g/L Prísady: Vyrovnávanie a zlepšenie účinnosti Výkon chrómovej vrstvy: Chróm je strieborno biely kov s jemne modrý odtieň s relatívnou atómovou hmotnosťou 51,99, hustotou 6.98-7,21 g/cm3 a teplotou topenia 1875-1920 stupeň . Kovový chróm sa na vzduchu ľahko pasivuje a na povrchu vytvára veľmi tenký pasivačný film.
1. Rotačná hĺbkotlač pochrómovaná vrstva má veľmi vysokú tvrdosť. V závislosti od zloženia pokovovacieho roztoku a podmienok procesu sa jeho tvrdosť môže meniť od 400 do 1200 HV.
2. Chrómová vrstva má dobrú tepelnú odolnosť. Pri zahriatí pod 500 stupňov sa jeho lesk a tvrdosť výrazne nemení.
3. Koeficient trenia pochrómovanej vrstvy, najmä koeficient suchého trenia, je najnižší spomedzi všetkých kovov. Preto má pochrómovaná vrstva dobrú odolnosť proti opotrebovaniu.
4. Pochrómovaná vrstva má dobrú chemickú stabilitu a má vysokú chemickú stabilitu v zásadách, kyseline dusičnej, sulfidoch, uhličitanoch a väčšine plynov a organických kyselín.
5. Pochrómovaná vrstva je ľahko rozpustná v halogenovodíkových kyselinách (ako je kyselina chlorovodíková) a horúcej koncentrovanej kyseline sírovej.
Vlastnosti chrómovania:
Vodným roztokom anhydridu chrómu je kyselina chrómová, ktorá je jediným zdrojom chrómovania. Hoci výkonnosť pokovovacieho roztoku súvisí s obsahom anhydridu chrómu, závisí hlavne od pomeru kyselín, to znamená pomeru anhydridu chrómu ku kyseline sírovej.
1. Hlavnou zložkou roztoku na pokovovanie chrómom nie je soľ chrómu kovu, ale kyselina chrómová, kyselina chrómu obsahujúca kyslík, čo je silný kyslý roztok na pokovovanie. Počas procesu elektrolytického pokovovania je proces katódy zložitý a väčšina katódového prúdu sa spotrebuje v dvoch vedľajších reakciách: reakcia vývoja vodíka 2 a redukcia šesťmocného chrómu na reakciu trojmocného chrómu 1. Preto je účinnosť katódového prúdu pri pokovovaní chrómom veľmi nízka. (10 % až 18 %). Existujú tiež tri abnormálne javy: 1. Účinnosť prúdu klesá so zvyšujúcou sa koncentráciou anhydridu kyseliny chrómovej; 2. S nárastom teploty klesá; 3. Zvyšuje sa so zvyšujúcou sa hustotou prúdu.
2. Do roztoku na pokovovanie chrómom sa musí pridať určité množstvo aniónov, ako je SO42-, aby sa dosiahlo normálne ukladanie kovového chrómu.
3. Schopnosť disperzie roztoku na pokovovanie chrómom je veľmi nízka. Pre časti so zložitými tvarmi sú potrebné piktografické anódy alebo pomocné katódy, aby sa získala rovnomerná vrstva chrómovania. Pomerne prísne sú aj požiadavky na vešiaky.
4. Chrómovanie vyžaduje vyššiu prúdovú hustotu katódy, zvyčajne nad 20A/dm2, čo je viac ako 10-krát viac ako bežné pokovovanie. Kvôli veľkému množstvu plynu uvoľneného z katódy a anódy je odpor roztoku na pokovovanie veľký, napätie v nádrži sa zvyšuje a napájanie galvanického pokovovania musí byť vysoké. Vyžaduje sa napájanie väčšie ako 12 V, zatiaľ čo iné typy pokovovania môžu používať napájanie pod 8 V.
5. Anóda pokovovania chrómom nepoužíva kovový chróm, pretože chróm sa v pokovovacom roztoku veľmi ľahko rozpúšťa, čím je účinnosť anódového prúdu vyššia ako účinnosť katódy, čo vedie k zvýšeniu spotreby kyseliny chrómovej. Preto sa používa nerozpustná anóda. Zvyčajne sa používa olovo, zliatina olova a antimónu a zliatina olova a cínu. Chróm spotrebovaný v pokovovacom roztoku je potrebné doplniť pridaním anhydridu chrómu.
6. Prevádzková teplota chrómovania má určitú závislosť od prúdovej hustoty katódy. Zmena vzťahu medzi týmito dvoma môže získať chrómové povlaky s rôznymi vlastnosťami. Aby sa zvýšila pevnosť spojenia medzi pochrómovanou vrstvou a substrátom, doskový valec sa môže predhriať.
Princíp reakcie katódy (povrchu valca) počas hĺbkotlačového chrómovania:
Roztok na pochrómovanie existuje hlavne vo forme kyseliny chrómovej (CrO42-) a kyseliny dichrómovej (Cr2O72-). Keď je hodnota pH nižšia ako 1, (Cr2072- má 2 záporné náboje a 7 atómov kyslíka) ako hlavnú formu; keď je hodnota pH 2-6, Cr2O72- a CrO42- existujú v nasledujúcej rovnováhe, to znamená Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Je možné vidieť, že ióny prítomné v elektrolyte na pochrómovanie zahŕňajú Cr2O72-, H+, CrO42- a SO42-. Okrem SO42- sa na katódovej reakcii môžu zúčastniť aj iné ióny. Štyri procesy elektrochemickej reakcie na katóde (povrch valca):
Stupeň 1: So stúpajúcim potenciálom elektródy stúpa hustota prúdu. Elektródová reakcia je 2H → H2 reakcia 2
Stupeň 2: Ako potenciál elektródy stále rastie, hustota prúdu klesá. Toto je proces tvorby alkalického katódového filmu. (Tvorba alkalického katódového filmu je spôsobená spotrebou veľkého množstva H+ dvomi reakciami ①② na povrchu katódy). Reakcia 1, Reakcia 2
Fáza 3: Keď sa dosiahne potenciál zrážania chrómu, na povrch valca sa nanesie chróm. Keď sa potenciál elektródy naďalej zvyšuje, hustota prúdu sa opäť zvyšuje. Elektródová reakcia je Cr6→Cr2H→H2 reakcia 1, reakcia 4
Teória katódového filmu a jej vplyv na kvalitu pri chrómovaní:
Počas procesu chrómovania sa na povrchu doskového valca vytvorí alkalický katódový film. Toto rozpúšťanie sa najskôr vyskytuje lokálne a postupne sa rozširuje, čím sa obnaží malá plocha substrátu, skutočná hustota prúdu je veľmi vysoká a polarizačný efekt je veľký. Až potom môže chrómovanie (dosiahnutie potenciálu zrážania chrómu) prebiehať určitou rýchlosťou. Na povrchu novej vrstvy chrómu sa vytvorí koloidný film a rozpúšťanie a tvorba koloidného filmu sa bude opakovať, čo bude hrať dôležitú regulačnú úlohu.
Hoci SO42- v pokovovacom roztoku a trojmocný chróm generovaný počas katódového procesu sa priamo nezúčastňujú elektródovej reakcie, ich prítomnosť a obsah sú rozhodujúce pre kvalitu pochrómovanej vrstvy.
1. Ak je obsah trojmocného chrómu nízky, koloidný film sa ťažko tvorí alebo je tenký a porézny a kyselina sírová ho môže ľahko rozpustiť. V tomto čase je exponovaná plocha substrátu veľká a oblasť s nízkou prúdovou hustotou nemôže dosiahnuť zrážací potenciál chrómu, takže krycia schopnosť chrómu je slabá.
2. Ak je koncentrácia trojmocného chrómu vysoká, koloidný film je hrubý a hustý a kyselina sírová sa ťažko rozpúšťa. Vrstva chrómu môže rásť iba na pôvodných zrnách, čo vedie k drsnej kryštalizácii a tmavému a matnému povlaku.
3. Obsah kyseliny sírovej je vysoký, je ľahké rozpustiť koloidný film a v oblasti s nízkou prúdovou hustotou nie je žiadna vrstva chrómu, čo je rovnaké ako situácia, keď je trojmocný chróm nízky. Ak je kyselina sírová nedostatočná, vrstva chrómu bude drsná, rovnako ako situácia, keď je vysoký trojmocný chróm.
4. Preto pri chrómovaní treba prísne kontrolovať ich obsah, najmä pomer anhydridu chrómu ku kyseline sírovej
Vplyv iónov nečistôt v roztoku chrómu pre rotačnú hĺbkotlač a metódy odstraňovania:
Medzi škodlivé nečistoty v elektrolyte na pochrómovanie patrí najmä železo, meď, zinok, nikel atď. Medzi nimi, keď sa akýkoľvek kovový ión nahromadí na určitý obsah, spôsobí to poškodenie procesu pochrómovania, ako je zníženie svetelného rozsahu povlaku, zníženie schopnosti disperzie elektrolytu a zhoršenie vodivosti. Keď je obsah kovových iónov v elektrolyte vysoký, elektrolyt sa musí spracovať. Ošetrenie s nízkou hustotou prúdu môže dosiahnuť určité výsledky. Chrómová kvapalina je však vysoko korozívna a niektoré nečistoty sa po elektrolýze rozpustia. Keď je obsah iónov železa príliš vysoký, na ošetrenie sa používa iónová výmena. Počas spracovania sa roztok na pokovovanie chrómom najprv zriedi tak, aby obsah kyseliny chrómovej nepresiahol 120 g/l, a potom sa vstrekne do výmennej kolóny. Takto upravený roztok na pochrómovanie sa môže znovu použiť. Aby sa predĺžila životnosť živice, je potrebné vyhnúť sa priamemu kontaktu medzi koncentrovaným roztokom na pokovovanie chrómom a katiónovou živicou, aby sa zabránilo zničeniu živice oxidáciou. Metóda výmeny katiónov má rovnaký účinok na ióny medi a trojmocný chróm, je však komplikovaná a časovo náročná.
Účinky trojmocného chrómu v hĺbkotlačovom roztoku chrómu a metódy odstraňovania:
Vo všeobecnosti sa nárast trojmocného chrómu spracováva elektrolýzou s veľkou anódou a malou katódou. Ak je obsah kyseliny sírovej vysoký, najlepšie je pred elektrolýzou znížiť kyselinu sírovú na normálnu hodnotu. Nadmerná kyselina sírová vážne ovplyvní účinok elektrolýzy, čo sťažuje redukciu trojmocného chrómu. Vo všeobecnosti existuje niekoľko dôvodov pre zvýšenie trojmocného chrómu:
1. Oblasť anódy je príliš malá. Oblasť anódy by mala byť 2-3-násobkom plochy katódy.
2. Obsah kovových nečistôt v pokovovacom roztoku je príliš vysoký.
3. Oxidácia anódy spôsobuje, že časť anódy je nevodivá.
Úvod do princípu fungovania hĺbkotlače s inhibítorom chrómovej hmly:
Počas procesu chrómovania sa v dôsledku použitia nerozpustných anód a nízkej účinnosti katódového prúdu vyzráža veľké množstvo vodíka a kyslíka. Keď plyn uniká z povrchu kvapaliny, nesie veľké množstvo kyseliny chrómovej, vytvára chrómovú hmlu a spôsobuje vážne nebezpečenstvo znečistenia. V súčasnosti existujú dve metódy na potlačenie chrómovej hmly.
1. Metóda plávajúceho telesa: Položte kúsky alebo úlomky penového plastu na povrch pokovovacieho roztoku. Tieto plávajúce telesá môžu blokovať únik chrómovej hmly.
2. Pridajte inhibítor peny: Inhibítor peny je povrchovo aktívna látka, ktorá môže znížiť povrchové napätie pokovovacieho roztoku a vytvoriť stabilnú penovú vrstvu (podobnú vode s pracím prostriedkom, s nespočetnými malými bublinkami plávajúcimi na povrchu pokovovacieho roztoku).
Penová vrstva tvorená inhibítorom chrómovej hmly v pokovovacom roztoku tesne pokrýva povrch pokovovacieho roztoku. Keď sa vodík a kyslík s obsahom kyseliny chrómovej vyparia, dostanú sa do kontaktu s penovou vrstvou na povrchu a nespočetné množstvo drobných hmlov kyseliny chrómovej sa spojí do väčších kvapiek. Vplyvom gravitácie sa vrátia do roztoku pokovovania, keď vystúpia do určitej výšky, zatiaľ čo vodík a kyslík pokračujú v stúpaní, kým neopustia povrch kvapaliny, čím sa dosiahne odstránenie plynu a účinné potlačenie chrómovej hmly.