Načelo postopka kromiranja:
Postopek kromiranja je elektrokemični proces, proces redoks reakcije. Osnovni postopek je potopitev delov v raztopino kovinske soli kot katoda, kovina kot anoda, po priključitvi na enosmerni tok pa se na dele nanese kovinska prevleka. Shematski diagram procesa globoke galvanizacije: ploščni valj je katoda, titanova mreža pa anoda.
Glavne sestavine kromove raztopine Glavna sol:
Vsebnost kromovega anhidrida: 200-260 g/L Katalizator: Žveplova kislina Vsebnost: 2.2-2,5 g/L Dodatki: Izravnava in izboljšanje učinkovitosti Delovanje kromirane plasti: Krom je srebrno bela kovina s rahel modri odtenek, z relativno atomsko maso 51,99, gostoto 6.98-7.21 g/cm3, in tališče 1875-1920 stopinj. Kovinski krom se zlahka pasivizira na zraku in na površini tvori zelo tanek pasivacijski film.
1. Kromirana plast globokega tiska ima zelo visoko trdoto. Odvisno od sestave raztopine za prevleko in pogojev postopka se lahko njegova trdota spreminja od 400 do 1200 HV.
2. Kromirana plast ima dobro toplotno odpornost. Pri segrevanju pod 500 stopinj se njegov sijaj in trdota bistveno ne spremenita.
3. Koeficient trenja kromirane plasti, zlasti koeficient suhega trenja, je najnižji med vsemi kovinami. Zato ima kromirana plast dobro odpornost proti obrabi.
4. Kromirana plast ima dobro kemično stabilnost in ima visoko kemično stabilnost v alkalijah, dušikovi kislini, sulfidu, karbonatu ter večini plinov in organskih kislin.
5. Kromirana plast je zlahka topna v halogenovodkih kislinah (kot je klorovodikova kislina) in vroči koncentrirani žveplovi kislini.
Lastnosti kromiranja:
Vodna raztopina kromovega anhidrida je kromova kislina, ki je edini vir kromiranja. Čeprav je učinkovitost raztopine za prevleko povezana z vsebnostjo kromovega anhidrida, je v glavnem odvisna od kislinskega razmerja, to je razmerja med kromovim anhidridom in žveplovo kislino.
1. Glavna sestavina raztopine za kromiranje ni kovinska kromova sol, temveč kromova kislina, kislina kroma, ki vsebuje kisik, ki je močna kisla raztopina za kromiranje. Med postopkom galvanizacije je katodni postopek zapleten in večina katodnega toka se porabi v dveh stranskih reakcijah: reakciji razvijanja vodika 2 in redukciji šestvalentnega kroma v reakcijo trivalentnega kroma 1. Zato je učinkovitost katodnega toka pri kromanju zelo nizka. (10 % do 18 %). Obstajajo tudi trije nenormalni pojavi: 1. Izkoristek toka se zmanjša s povečanjem koncentracije kromovega anhidrida; 2. Z naraščanjem temperature se zmanjšuje; 3. Povečuje se z večanjem gostote toka.
2. V raztopino za kromiranje je treba dodati določeno količino anionov, kot je SO42-, da se doseže normalno odlaganje kovinskega kroma.
3. Disperzijska sposobnost raztopine za kromiranje je zelo nizka. Za dele s kompleksnimi oblikami so potrebne piktografske anode ali pomožne katode, da dobimo enotno plast kroma. Razmeroma stroge so tudi zahteve za obešalnike.
4. Kromiranje zahteva višjo gostoto katodnega toka, običajno nad 20 A/dm2, kar je več kot 10-krat višje od splošnega prevleke. Zaradi velike količine plina, ki se sprosti s katode in anode, je upor raztopine za prevleko velik, napetost rezervoarja se poveča in napajalnik za galvanizacijo mora biti visok. Potreben je napajalnik, večji od 12 V, medtem ko lahko druge vrste prevleke uporabljajo napajalnik pod 8 V.
5. Anoda pri kromiranju ne uporablja kovinskega kroma, ker se krom zelo enostavno raztopi v raztopini za galvanizacijo, zaradi česar je izkoristek anodnega toka večji od izkoristka katode, kar povzroči večjo porabo kromove kisline. Zato se uporablja netopna anoda. Običajno se uporabljajo svinec, zlitina svinca in antimona ter zlitina svinca in kositra. Krom, porabljen v raztopini za galvanizacijo, je treba dopolniti z dodajanjem kromovega anhidrida.
6. Delovna temperatura kromiranja je v določeni meri odvisna od gostote katodnega toka. S spreminjanjem razmerja med obema lahko dobimo kromove prevleke z različnimi lastnostmi. Da bi povečali trdnost lepljenja med plastjo kromirane prevleke in podlago, je mogoče ploščni valj predhodno segreti.
Načelo reakcije katode (površine valja) med globokim kromiranjem:
Raztopina za kromiranje obstaja predvsem v obliki kromove kisline (CrO42-) in dikromne kisline (Cr2O72-). Ko je vrednost pH manjša od 1, (Cr2072- ima 2 negativna naboja in 7 atomov kisika) kot glavno obliko; ko je vrednost pH 2-6, Cr2O72- in CrO42- obstajata v naslednjem ravnovesju, to je Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Vidimo lahko, da ioni, prisotni v elektrolitu za kromiranje, vključujejo Cr2O72-, H+, CrO42- in SO42-. Razen SO42- lahko pri katodni reakciji sodelujejo tudi drugi ioni. Štirje procesi elektrokemične reakcije na katodi (površini valja):
1. stopnja: Ko se potencial elektrode dvigne, se poveča gostota toka. Reakcija elektrode je 2H → H2 Reakcija 2
Faza 2: Ko potencial elektrode še naprej narašča, se gostota toka zmanjša. To je proces oblikovanja alkalnega katodnega filma. (Tvorba alkalnega katodnega filma je posledica porabe velike količine H+ z dvema reakcijama ①② na površini katode). Reakcija 1, Reakcija 2
Faza 3: Ko je dosežen potencial za obarjanje kroma, se na površino ploščnega valja nanese krom. Ko potencial elektrode še naprej narašča, se gostota toka spet poveča. Reakcija elektrode je Cr6→Cr 2H→H2 Reakcija 1, Reakcija 4
Teorija katodnega filma in njen vpliv na kakovost med kromiranjem:
Med postopkom kromiranja se na površini ploščnega valja oblikuje alkalni katodni film. To raztapljanje se najprej pojavi lokalno in se postopoma širi, pri čemer se izpostavi majhno območje substrata, dejanska gostota toka je zelo visoka in učinek polarizacije je velik. Šele takrat lahko kromiranje (doseganje potenciala obarjanja kroma) poteka z določeno hitrostjo. Na površini nove kromove plasti bo ustvarjen koloidni film, raztapljanje in ustvarjanje koloidnega filma pa bosta ponovljeni, kar bo imelo pomembno regulativno vlogo.
Čeprav SO42- v raztopini za prevleko in trivalentni krom, ki nastane med katodnim postopkom, ne sodelujeta neposredno pri reakciji elektrode, sta njuna prisotnost in vsebnost ključni za kakovost kromirane plasti.
1. Če je vsebnost trivalentnega kroma nizka, je koloidni film težko oblikovati ali pa je tanek in porozen, žveplova kislina pa ga zlahka raztopi. V tem času je izpostavljena površina substrata velika in območje z nizko gostoto toka ne more doseči padavinskega potenciala kroma, zato je sposobnost prekrivanja kroma slaba.
2. Če je koncentracija trivalentnega kroma visoka, je koloidni film debel in gost, žveplovo kislino pa je težko raztopiti. Kromova plast lahko raste le na prvotnih zrnih, kar ima za posledico grobo kristalizacijo ter temno in dolgočasno prevleko.
3. Vsebnost žveplove kisline je visoka, koloidni film je enostavno raztopiti in v območju nizke gostote toka ni plasti kroma, kar je enako kot pri nizki vrednosti trivalentnega kroma. Če je žveplove kisline premalo, bo kromova plast hrapava, tako kot v primeru visoke vsebnosti trivalentnega kroma.
4. Zato je treba njihovo vsebnost pri kromiranju strogo nadzorovati, zlasti razmerje med kromovim anhidridom in žveplovo kislino.
Vpliv ionov nečistoč v raztopini rotacijskega globokega kroma in metode odstranjevanja:
Škodljive nečistoče v elektrolitu za kromiranje vključujejo predvsem železo, baker, cink, nikelj itd. Med njimi, ko se kateri koli kovinski ion kopiči do določene vsebnosti, bo to škodilo procesu kromiranja, kot je zmanjšanje svetlega območja prevleke, zmanjšanje disperzijske sposobnosti elektrolita in poslabšanje prevodnosti. Če je vsebnost kovinskih ionov v elektrolitu visoka, je treba elektrolit obdelati. Zdravljenje z nizko gostoto toka lahko doseže določene rezultate. Vendar pa je kromova tekočina zelo jedka in nekatere nečistoče se po elektrolizi raztopijo. Kadar je vsebnost železovih ionov previsoka, se za zdravljenje uporablja ionska izmenjava. Med obdelavo se raztopina za kromiranje najprej razredči tako, da vsebnost kromove kisline ne preseže 120 g/L, nato pa se vbrizga v izmenjevalno kolono. Tako obdelano raztopino za kromiranje je mogoče ponovno uporabiti. Za podaljšanje življenjske dobe smole se je treba izogibati neposrednemu stiku med koncentrirano raztopino za kromiranje in kationsko smolo, da preprečimo uničenje smole zaradi oksidacije. Metoda kationske izmenjave ima enak učinek na bakrove ione in trivalentni krom, vendar je zapletena in dolgotrajna.
Učinki trivalentnega kroma v raztopini globokega kroma in metode odstranjevanja:
Na splošno se povečanje trivalentnega kroma obravnava z elektrolizo z veliko anodo in majhno katodo. Če je vsebnost žveplove kisline visoka, je najbolje, da žveplovo kislino pred elektrolizo zmanjšate na normalno. Prekomerna žveplova kislina bo resno vplivala na učinek elektrolize, zaradi česar bo težko zmanjšati trivalentni krom. Na splošno obstaja več razlogov za povečanje trivalentnega kroma:
1. Območje anode je premajhno. Površina anode mora biti 2-3-krat večja od površine katode.
2. Vsebnost kovinskih nečistoč v raztopini za galvanizacijo je previsoka.
3. Oksidacija anode povzroči, da je del anode neprevoden.
Uvod v princip delovanja zaviralca kromove meglice za globoki tisk:
Med postopkom kromiranja se zaradi uporabe netopnih anod in nizke katodne tokovne učinkovitosti izloči velika količina vodika in kisika. Ko plin uhaja s površine tekočine, nosi veliko količino kromove kisline, ki tvori kromovo meglico in povzroča resno nevarnost onesnaženja. Trenutno obstajata dve metodi za zatiranje kromove meglice.
1. Metoda lebdečega telesa: na površino raztopine za prevleko položite kose ali delce penaste plastike. Ta lebdeča telesa lahko blokirajo uhajanje kromove meglice.
2. Dodajte zaviralec pene: Zaviralec pene je površinsko aktivna snov, ki lahko zmanjša površinsko napetost raztopine za galvanizacijo in ustvari stabilno plast pene (podobno vodi detergenta za pranje perila, z neštetimi majhnimi mehurčki, ki plavajo na površini raztopine za galvanizacijo).
Plast pene, ki jo tvori zaviralec kromove meglice v raztopini za nanos, tesno pokriva površino raztopine za nanos. Ko vodik in kisik, ki vsebujeta kromovo kislino, izhlapita, prideta v stik s plastjo pene na površini in nešteto drobnih meglic kromove kisline se združi v večje kapljice. Zaradi učinka gravitacije se bodo vrnili v raztopino za prevleko, ko se dvignejo na določeno višino, medtem ko se vodik in kisik še naprej dvigujeta, dokler ne zapustita površine tekočine, s čimer dosežeta odstranitev plina in učinkovito zatiranje kromove meglice.