Princip procesu chromování:
Proces chromování je elektrochemický proces, proces redoxní reakce. Základním procesem je ponoření dílů do roztoku soli kovu jako katoda, kovu jako anoda a po připojení na stejnosměrný proud se na díly nanese kovový povlak. Schematické schéma procesu hlubotiskového galvanického pokovování: deskový válec je katodou a titanová síť je anodou.
Hlavní složky roztoku chrómu Hlavní sůl:
Obsah anhydridu chromu: 200-260 g/L Katalyzátor: Kyselina sírová Obsah: 2.2-2,5 g/L Aditiva: Vyrovnání a zlepšení účinnosti Výkon chromované vrstvy: Chrom je stříbřitě bílý kov s lehce modrý nádech s relativní atomovou hmotností 51,99, hustotou 6.98-7,21 g/cm3 a bodem tání 1875-1920 stupeň Kovový chrom se na vzduchu snadno pasivuje a na povrchu vytváří velmi tenký pasivační film.
1. Rotační hlubotisk chromovaná vrstva má velmi vysokou tvrdost. V závislosti na složení pokovovacího roztoku a podmínkách procesu se jeho tvrdost může pohybovat od 400 do 1200 HV.
2. Chromová vrstva má dobrou tepelnou odolnost. Při zahřátí pod 500 stupňů se jeho lesk a tvrdost výrazně nemění.
3. Koeficient tření pochromované vrstvy, zejména koeficient tření za sucha, je nejnižší ze všech kovů. Proto má pochromovaná vrstva dobrou odolnost proti opotřebení.
4. Pochromovaná vrstva má dobrou chemickou stabilitu a má vysokou chemickou stabilitu v alkáliích, kyselině dusičné, sulfidu, uhličitanu a většině plynů a organických kyselin.
5. Pochromovaná vrstva je snadno rozpustná v halogenovodíkových kyselinách (jako je kyselina chlorovodíková) a horké koncentrované kyselině sírové.
Vlastnosti chromování:
Vodným roztokem anhydridu chromitého je kyselina chromová, která je jediným zdrojem chromování. Přestože výkonnost pokovovacího roztoku souvisí s obsahem anhydridu chromitého, závisí především na poměru kyselin, tj. poměru anhydridu chromu ke kyselině sírové.
1. Hlavní složkou roztoku pro pokovování chrómem není sůl chrómu kovu, ale kyselina chromová, kyselina chromu obsahující kyslík, což je silně kyselý roztok pro pokovování. Během procesu galvanického pokovování je katodový proces složitý a většina katodového proudu je spotřebována ve dvou vedlejších reakcích: reakce vývoje vodíku 2 a redukce šestimocného chrómu na reakci trojmocného chrómu 1. Proto je účinnost katodového proudu při chromování velmi nízká (10 % až 18 %). Existují také tři abnormální jevy: 1. Účinnost proudu klesá s rostoucí koncentrací anhydridu kyseliny chromové; 2. S rostoucí teplotou klesá; 3. Zvyšuje se s rostoucí proudovou hustotou.
2. Do roztoku pro pokovování chrómem je nutné přidat určité množství aniontů, jako je SO42-, aby se dosáhlo normální depozice kovového chrómu.
3. Disperzní schopnost roztoku pro pochromování je velmi nízká. U dílů se složitými tvary jsou nutné piktografické anody nebo pomocné katody, aby se získala rovnoměrná vrstva chromování. Poměrně přísné jsou i požadavky na ramínka.
4. Chromování vyžaduje vyšší hustotu katodového proudu, obvykle nad 20A/dm2, což je více než 10krát vyšší hodnota než u běžného pokovování. Vzhledem k velkému množství plynu uvolněného z katody a anody je odpor pokovovacího roztoku velký, zvyšuje se napětí v nádrži a je vyžadováno vysoké napájení pro galvanické pokovování. Je vyžadován napájecí zdroj větší než 12V, zatímco jiné typy pokovování mohou používat napájení pod 8V.
5. Anoda chromování nepoužívá kovový chrom, protože chrom se velmi snadno rozpouští v pokovovacím roztoku, čímž je účinnost anodového proudu vyšší než účinnost katody, což vede ke zvýšené spotřebě kyseliny chromové. Proto se používá nerozpustná anoda. Obvykle se používá olovo, slitina olova a antimonu a slitina olova a cínu. Chrom spotřebovaný v pokovovacím roztoku je třeba doplnit přidáním anhydridu chromitého.
6. Provozní teplota chromování má určitou závislost na proudové hustotě katody. Změnou vztahu mezi těmito dvěma lze získat chromové povlaky s různými vlastnostmi. Aby se zvýšila pevnost spojení mezi pochromovanou vrstvou a substrátem, lze deskový válec předehřát.
Princip reakce katody (povrch válce) během hlubotiskového chromování:
Roztok pro pochromování existuje hlavně ve formě kyseliny chromové (CrO42-) a kyseliny dichromové (Cr2O72-). Když je hodnota pH menší než 1, (Cr2072- má 2 záporné náboje a 7 atomů kyslíku) jako hlavní formu; když je hodnota pH 2-6, Cr2O72- a CrO42- existují v následující rovnováze, tj. Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Je vidět, že ionty přítomné v elektrolytu pro pochromování zahrnují Cr2O72-, H+, CrO42- a SO42-. Kromě SO42- se mohou katodové reakce účastnit i jiné ionty. Čtyři procesy elektrochemické reakce na katodě (povrch válce):
Stupeň 1: Se stoupajícím potenciálem elektrody roste proudová hustota. Elektrodová reakce je 2H→H2 reakce 2
Fáze 2: Jak se potenciál elektrody dále zvyšuje, proudová hustota se snižuje. Toto je proces tvorby alkalického katodového filmu. (Vznik alkalického katodového filmu je způsoben spotřebou velkého množství H+ dvěma reakcemi ①② na povrchu katody). Reakce 1, Reakce 2
Fáze 3: Když je dosaženo potenciálu vysrážení chrómu, na povrch válečku se nanese chrom. Jak potenciál elektrody stále roste, proudová hustota se opět zvyšuje. Elektrodová reakce je Cr6→Cr2H→H2 reakce 1, reakce 4
Teorie katodového filmu a její vliv na kvalitu při chromování:
Během procesu chromování se na povrchu deskového válce vytvoří alkalický katodový film. K tomuto rozpouštění dochází nejprve lokálně a postupně se rozšiřuje, čímž se obnaží malá plocha substrátu, skutečná proudová hustota je velmi vysoká a polarizační efekt je velký. Teprve poté může chromování (dosažení potenciálu srážení chromu) probíhat určitou rychlostí. Na povrchu nové vrstvy chrómu se vytvoří koloidní film a rozpouštění a tvorba koloidního filmu se bude opakovat, což bude hrát důležitou regulační roli.
Ačkoli SO42- v pokovovacím roztoku a trojmocný chrom generovaný během katodového procesu se přímo nepodílejí na elektrodové reakci, jejich přítomnost a obsah jsou rozhodující pro kvalitu pochromované vrstvy.
1. Pokud je obsah trojmocného chrómu nízký, koloidní film se obtížně tvoří nebo je tenký a porézní a kyselina sírová jej může snadno rozpouštět. V tomto okamžiku je exponovaná plocha substrátu velká a oblast s nízkou proudovou hustotou nemůže dosáhnout srážecího potenciálu chrómu, takže krycí schopnost chrómu je špatná.
2. Pokud je koncentrace trojmocného chrómu vysoká, koloidní film je tlustý a hustý a kyselina sírová se obtížně rozpouští. Vrstva chrómu může růst pouze na původních zrnech, což má za následek hrubou krystalizaci a tmavý a matný povlak.
3. Obsah kyseliny sírové je vysoký, je snadné rozpustit koloidní film a v oblasti nízké proudové hustoty není žádná vrstva chrómu, což je stejné jako situace, kdy je nízký trojmocný chrom. Pokud je kyseliny sírové nedostatečné, vrstva chrómu bude drsná, stejně jako situace, kdy je vysoký trojmocný chrom.
4. Proto musí být při chromování přísně kontrolován jejich obsah, zejména poměr anhydridu chromu ke kyselině sírové
Vliv iontů nečistot v roztoku chromu pro rotační hlubotisk a metody odstraňování:
Mezi škodlivé nečistoty v elektrolytu pro pokovování chromováním patří především železo, měď, zinek, nikl atd. Mezi nimi, když se jakýkoli kovový ion nahromadí na určitý obsah, poškodí proces chromování, jako je snížení rozsahu jasu. povlaku, snížení schopnosti disperze elektrolytu a zhoršení vodivosti. Když je obsah kovových iontů v elektrolytu vysoký, musí být elektrolyt upraven. Ošetření s nízkou proudovou hustotou může dosáhnout určitých výsledků. Chrómová kapalina je však vysoce korozivní a některé nečistoty se po elektrolýze rozpustí. Při příliš vysokém obsahu iontů železa se k léčbě používá iontová výměna. Během zpracování se roztok pro pochromování nejprve zředí tak, aby obsah kyseliny chromové nepřesáhl 120 g/l, a poté se vstříkne do výměnné kolony. Takto upravený roztok pro chromování lze znovu použít. Pro prodloužení životnosti pryskyřice je nutné zabránit přímému kontaktu mezi koncentrovaným roztokem pro pokovování chrómem a kationtovou pryskyřicí, aby se zabránilo zničení pryskyřice oxidací. Metoda výměny kationtů má stejný účinek na ionty mědi a trojmocný chrom, je však komplikovaná a časově náročná.
Účinky trojmocného chrómu v hlubotiskovém roztoku chrómu a metody odstraňování:
Obecně je nárůst trojmocného chrómu ošetřen elektrolýzou s velkou anodou a malou katodou. Pokud je obsah kyseliny sírové vysoký, je nejlepší snížit před elektrolýzou kyselinu sírovou na normální hodnotu. Nadměrná kyselina sírová vážně ovlivní účinek elektrolýzy, takže je obtížné snížit trojmocný chrom. Obecně existuje několik důvodů pro zvýšení trojmocného chrómu:
1. Oblast anody je příliš malá. Oblast anody by měla být 2-3krát větší než plocha katody.
2. Obsah kovových nečistot v pokovovacím roztoku je příliš vysoký.
3. Oxidace anody způsobuje, že část anody je nevodivá.
Úvod do principu činnosti hlubotiskového inhibitoru chromové mlhy:
Během procesu chromování se v důsledku použití nerozpustných anod a nízké účinnosti katodového proudu vysráží velké množství vodíku a kyslíku. Když plyn uniká z povrchu kapaliny, nese velké množství kyseliny chromové, tvoří chromovou mlhu a způsobuje vážné nebezpečí znečištění. V současnosti existují dva způsoby potlačení chromové mlhy.
1. Metoda plovoucího tělesa: Položte kousky nebo úlomky pěnového plastu na povrch pokovovacího roztoku. Tato plovoucí tělesa mohou blokovat únik chromové mlhy.
2. Přidejte inhibitor pěny: Inhibitor pěny je povrchově aktivní látka, která může snížit povrchové napětí pokovovacího roztoku a vytvořit stabilní pěnovou vrstvu (podobně jako voda s pracím prostředkem, s nespočtem malých bublinek plovoucích na povrchu pokovovacího roztoku).
Pěnová vrstva tvořená inhibitorem chromové mlhy v pokovovacím roztoku těsně pokrývá povrch pokovovacího roztoku. Když se vodík a kyslík obsahující kyselina chromová odpaří, dostanou se do kontaktu s pěnovou vrstvou na povrchu a nespočetné množství drobných mlh kyseliny chromové se spojí do větších kapiček. Působením gravitace se vrátí do pokovovacího roztoku, když vystoupají do určité výšky, zatímco vodík a kyslík dále stoupají, dokud neopustí povrch kapaliny, čímž se dosáhne odstranění plynu a účinného potlačení chromové mlhy.