Принцип на процеса на хромиране:
Процесът на хромиране е електрохимичен процес, процес на редокс реакция. Основният процес е частите да се потопят в разтвор на метална сол като катод, металът като анод и след свързване към постоянен ток върху частите ще се нанесе метално покритие. Схематична диаграма на процеса на гравюрно галванизиране: пластинчатият валяк е катод, а титановата мрежа е анод.
Основни компоненти на хромния разтвор Основна сол:
Съдържание на хромен анхидрид: 200-260 g/L Катализатор: Съдържание на сярна киселина: 2.2-2.5 g/L Добавки: Изравняване и подобряване на ефективността Ефективност на хромирания слой: Хромът е сребристобял метал с лек син оттенък, с относителна атомна маса 51,99, плътност 6.98-7.21 g/cm3, и точка на топене от 1875-1920 градуса. Металният хром лесно се пасивира във въздуха, образувайки много тънък пасивиращ филм на повърхността.
1. Хромираният слой при дълбока печат има много висока твърдост. В зависимост от състава на покриващия разтвор и условията на процеса, неговата твърдост може да варира от 400 до 1200 HV.
2. Хромираният слой има добра устойчивост на топлина. При нагряване под 500 градуса неговият блясък и твърдост не се променят значително.
3. Коефициентът на триене на хромирания слой, особено коефициентът на сухо триене, е най-нисък сред всички метали. Поради това хромираният слой има добра устойчивост на износване.
4. Хромираният слой има добра химическа стабилност и има висока химическа стабилност в основи, азотна киселина, сулфид, карбонат и повечето газове и органични киселини.
5. Хромираният слой е лесно разтворим в халогеноводородни киселини (като солна киселина) и гореща концентрирана сярна киселина.
Хромирани характеристики:
Водният разтвор на хромен анхидрид е хромна киселина, която е единственият източник на хромиране. Въпреки че работата на разтвора за покритие е свързана със съдържанието на хромен анхидрид, тя зависи главно от киселинното съотношение, т.е. съотношението на хромов анхидрид към сярна киселина.
1. Основният компонент на разтвора за хромиране не е метална хромова сол, а хромова киселина, съдържаща кислород киселина на хрома, която е силно киселинен разтвор за покритие. По време на процеса на галванопластика катодният процес е сложен и по-голямата част от катодния ток се изразходва в две странични реакции: реакция на отделяне на водород 2 и реакция на редукция на шествалентен хром до тривалентен хром 1. Следователно ефективността на катодния ток на хромирането е много ниска (10% до 18%). Има и три необичайни явления: 1. Ефективността на тока намалява с увеличаване на концентрацията на хромен анхидрид; 2. Намалява с повишаване на температурата; 3. Увеличава се с увеличаване на плътността на тока.
2. В разтвора за хромиране трябва да се добави определено количество аниони, като SO42-, за да се постигне нормално отлагане на метален хром.
3. Дисперсионната способност на разтвора за хромиране е много ниска. За части със сложни форми са необходими пиктографски аноди или спомагателни катоди, за да се получи равномерен слой от хромово покритие. Изискванията към закачалките също са относително строги.
4. Хромирането изисква по-висока плътност на катодния ток, обикновено над 20A/dm2, което е повече от 10 пъти по-високо от обикновеното покритие. Поради голямото количество газ, отделено от катода и анода, съпротивлението на разтвора за покритие е голямо, напрежението на резервоара се увеличава и се изисква захранването за галванично покритие да бъде високо. Изисква се захранване, по-голямо от 12V, докато други видове обшивки могат да използват захранване под 8V.
5. Анодът при хромиране не използва метален хром, тъй като хромът се разтваря много лесно в разтвора за покритие, което прави ефективността на анодния ток по-голяма от ефективността на катода, което води до нарастваща консумация на хромна киселина. Затова се използва неразтворим анод. Обикновено се използват олово, сплав олово-антимон и сплав олово-калай. Хромът, консумиран в разтвора за покритие, трябва да бъде допълнен чрез добавяне на хромен анхидрид.
6. Работната температура на хромирането има известна зависимост от плътността на катодния ток. Промяната на съотношението между двете може да получи хромни покрития с различни свойства. За да се увеличи силата на свързване между хромирания слой и субстрата, пластинчатият валяк може да бъде предварително загрят.
Принципът на реакция катод (ролкова повърхност) по време на дълбоко хромиране:
Разтворът за хромиране съществува главно под формата на хромна киселина (CrO42-) и двухромна киселина (Cr2O72-). Когато стойността на pH е по-малка от 1, (Cr2072- има 2 отрицателни заряда и 7 кислородни атома) като основна форма; когато стойността на pH е 2-6, Cr2O72- и CrO42- съществуват в следното равновесие, т.е. Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Може да се види, че присъстващите йони в електролита за хромиране включват Cr2O72-, H+, CrO42- и SO42-. С изключение на SO42-, други йони могат да участват в катодната реакция. Четирите процеса на електрохимична реакция на катода (ролкова повърхност):
Етап 1: С нарастването на потенциала на електрода, плътността на тока се повишава. Електродната реакция е 2H→ H2 Реакция 2
Етап 2: Тъй като потенциалът на електрода продължава да нараства, плътността на тока намалява. Това е процес на образуване на алкален катоден филм. (Образуването на алкален катоден филм се дължи на консумацията на голямо количество Н+ чрез две реакции ①② на повърхността на катода). Реакция 1, Реакция 2
Етап 3: Когато се достигне потенциалът за утаяване на хром, върху повърхността на ролката на плочата се нанася хром. Тъй като потенциалът на електрода продължава да нараства, плътността на тока отново се увеличава. Електродната реакция е Cr6→Cr 2H→H2 Реакция 1, Реакция 4
Теория на катодния филм и нейното влияние върху качеството по време на хромиране:
По време на процеса на хромиране върху повърхността на ролката на плочата се образува алкален катоден филм. Това разтваряне първо се случва локално и постепенно се разширява, като по този начин излага малка площ от субстрата, реалната плътност на тока е много висока и поляризационният ефект е голям. Само тогава хромирането (достигане на потенциала за утаяване на хром) може да продължи с определена скорост. На повърхността на новия хромов слой ще се генерира колоиден филм и разтварянето и генерирането на колоидния филм ще се повтори, играейки важна регулаторна роля.
Въпреки че SO42- в разтвора за покритие и тривалентният хром, генериран по време на катодния процес, не участват пряко в електродната реакция, тяхното присъствие и съдържание са от решаващо значение за качеството на слоя хромиране.
1. Ако съдържанието на тривалентен хром е ниско, колоидният филм се образува трудно или е тънък и порест и сярната киселина може лесно да го разтвори. По това време откритата повърхност на субстрата е голяма и зоната с ниска плътност на тока не може да достигне потенциала за утаяване на хрома, така че способността за покриване на хром е лоша.
2. Ако концентрацията на тривалентен хром е висока, колоидният филм е дебел и плътен и сярната киселина е трудна за разтваряне. Хромният слой може да расте само върху оригиналните зърна, което води до груба кристализация и тъмно и матово покритие.
3. Съдържанието на сярна киселина е високо, лесно се разтваря колоидният филм и няма хромов слой в областта с ниска плътност на тока, което е същото като ситуацията, когато тривалентният хром е нисък. Ако сярната киселина е недостатъчна, хромният слой ще бъде грапав, точно като ситуацията, когато тривалентният хром е висок.
4. Следователно тяхното съдържание трябва да бъде строго контролирано при хромиране, особено съотношението на хромен анхидрид към сярна киселина
Влиянието на примесните йони в разтвора на хром при ротационен печат и методите за отстраняване:
Вредните примеси в електролита за хромиране включват главно желязо, мед, цинк, никел и др. Сред тях, когато всеки метален йон се натрупа до определено съдържание, това ще навреди на процеса на хромиране, като например намаляване на светлия диапазон на покритието, намаляването на дисперсионната способност на електролита и влошаването на проводимостта. Когато съдържанието на метални йони в електролита е високо, електролитът трябва да се третира. Третирането с ниска плътност на тока може да постигне определени резултати. Хромната течност обаче е силно корозивна и някои примеси се разтварят след електролиза. Когато съдържанието на железни йони е твърде високо, за лечение се използва йонообмен. По време на обработката разтворът за хромиране първо се разрежда, така че съдържанието на хромна киселина да не надвишава 120g/L, и след това се инжектира в обменната колона. Обработеният по този начин разтвор за хромиране може да се използва повторно. За да се удължи експлоатационният живот на смолата, е необходимо да се избягва директен контакт между концентрирания разтвор за хромиране и катионната смола, така че да се предотврати разрушаването на смолата от окисление. Методът на катионен обмен има същия ефект върху медните йони и тривалентния хром, но е сложен и отнема много време.
Ефекти на тривалентен хром в разтвор на гравиран хром и методи за отстраняване:
Обикновено увеличаването на тривалентния хром се третира чрез електролиза с голям анод и малък катод. Ако съдържанието на сярна киселина е високо, най-добре е сярната киселина да се намали до нормално преди електролизата. Прекомерното количество сярна киселина ще повлияе сериозно на ефекта на електролизата, което ще затрудни намаляването на тривалентния хром. Като цяло има няколко причини за увеличаването на тривалентния хром:
1. Анодната площ е твърде малка. Анодната площ трябва да бъде 2-3 пъти площта на катода.
2. Съдържанието на метални примеси в разтвора за покритие е твърде високо.
3. Окисляването на анода причинява част от анода да бъде непроводим.
Въведение в принципа на работа на инхибитора на хромната мъгла за дълбок печат:
По време на процеса на хромиране, поради използването на неразтворими аноди и ниската ефективност на катодния ток, се утаяват голямо количество водород и кислород. Когато газът излезе от повърхността на течността, той носи голямо количество хромна киселина, образувайки хромна мъгла и причинявайки сериозни опасности от замърсяване. Понастоящем има два метода за потискане на хромната мъгла.
1. Метод на плаващо тяло: Поставете парчета или фрагменти от пенопласт върху повърхността на разтвора за покритие. Тези плаващи тела могат да блокират излизането на хромна мъгла.
2. Добавете инхибитор на пяната: Инхибиторът на пяната е повърхностноактивно вещество, което може да намали повърхностното напрежение на разтвора за покритие и да произведе стабилен слой пяна (подобно на вода от перилен препарат, с безброй малки мехурчета, плаващи по повърхността на разтвора за покритие).
Слоят от пяна, образуван от инхибитора на хромната мъгла в разтвора за покритие, покрива плътно повърхността на разтвора за покритие. Когато съдържащите водород и кислород хромова киселина се изпарят, те влизат в контакт със слоя пяна на повърхността и безброй малки мъгли от хромна киселина се комбинират в по-големи капчици. Поради ефекта на гравитацията, те ще се върнат в разтвора за покритие, когато се издигнат до определена височина, докато водородът и кислородът продължават да се издигат, докато напуснат повърхността на течността, като по този начин се постига отстраняване на газ и ефективно потискане на хромната мъгла.