Princip procesa hromiranja:
Proces kromiranja je elektrohemijski proces, proces redoks reakcije. Osnovni proces je da se dijelovi urone u otopinu soli metala kao katoda, metal kao anoda, a nakon povezivanja na jednosmjernu struju, na dijelove će se nanijeti metalni premaz. Šematski dijagram procesa duboke galvanizacije: valjak ploče je katoda, a titanijumska mreža je anoda.
Glavne komponente rastvora hroma Glavna so:
Sadržaj anhidrida hroma: 200-260 g/L Katalizator: Sadržaj sumporne kiseline: 2.2-2.5 g/L Aditivi: Izravnavanje i poboljšanje efikasnosti Performanse hromiranog sloja: Krom je srebrno bijeli metal sa blage plave nijanse, sa relativnom atomskom masom 51,99, gustinom od 6.98-7.21 g/cm3, i tačku topljenja od 1875-1920 stepeni. Metalni hrom se lako pasivira u vazduhu, formirajući veoma tanak pasivacioni film na površini.
1. Rotografski kromirani sloj ima vrlo visoku tvrdoću. U zavisnosti od sastava rastvora za oblaganje i uslova procesa, njegova tvrdoća može varirati od 400 do 1200 HV.
2. Kromirani sloj ima dobru otpornost na toplinu. Kada se zagreje ispod 500 stepeni, njegov sjaj i tvrdoća se ne menjaju značajno.
3. Koeficijent trenja hromiranog sloja, posebno koeficijent suvog trenja, je najniži među svim metalima. Stoga hromirani sloj ima dobru otpornost na habanje.
4. Hromirani sloj ima dobru hemijsku stabilnost i visoku hemijsku stabilnost u alkalijama, azotnoj kiselini, sulfidima, karbonatima i većini gasova i organskih kiselina.
5. Hromirani sloj je lako rastvorljiv u halogenovodonična kiselina (kao što je hlorovodonična kiselina) i vruća koncentrovana sumporna kiselina.
Karakteristike hromiranja:
Vodeni rastvor anhidrida hroma je hromna kiselina, koja je jedini izvor hromiranja. Iako je učinak otopine za oblaganje vezan za sadržaj kromnog anhidrida, on uglavnom ovisi o omjeru kiseline, odnosno omjeru hromnog anhidrida prema sumpornoj kiselini.
1. Glavna komponenta otopine za kromiranje nije sol metalnog hroma, već hromna kiselina, kiselina hroma koja sadrži kiseonik, a koja je jaka kisela otopina za prevlačenje. Tokom procesa galvanizacije, katodni proces je složen, a većina katodne struje se troši u dvije nuspojave: reakcija evolucije vodika 2 i heksavalentna redukcija hroma u reakciju trovalentnog hroma 1. Stoga je efikasnost katodne struje hromiranja vrlo niska. (10% do 18%). Postoje i tri abnormalna fenomena: 1. Trenutna efikasnost opada sa povećanjem koncentracije hromnog anhidrida; 2. Smanjuje se s porastom temperature; 3. Povećava se sa povećanjem gustine struje.
2. U rastvor za hromiranje, mora se dodati određena količina anjona, kao što je SO42-, da bi se postiglo normalno taloženje metalnog hroma.
3. Sposobnost disperzije rastvora za hromiranje je veoma niska. Za dijelove složenih oblika potrebne su piktografske anode ili pomoćne katode kako bi se dobio ujednačen sloj hromiranja. Zahtjevi za vješalice su također relativno strogi.
4. Hromiranje zahtijeva veću gustinu katodne struje, obično iznad 20A/dm2, što je više od 10 puta veće od općeg oblaganja. Zbog velike količine plina koji se oslobađa iz katode i anode, otpor otopine za galvanizaciju je velik, napon spremnika se povećava, a napajanje za galvanizaciju je potrebno visoko. Potrebno je napajanje veće od 12V, dok druge vrste ploča mogu koristiti napajanje ispod 8V.
5. Anoda hromiranja ne koristi metalni hrom, jer se hrom vrlo lako rastvara u rastvoru za oplatu, čineći efikasnost struje anode većom od efikasnosti katode, što rezultira povećanjem potrošnje hromne kiseline. Stoga se koristi nerastvorljiva anoda. Obično se koriste olovo, legura olovo-antimon i legura olovo-kalaj. Krom utrošen u otopini za oplatu treba nadopuniti dodavanjem hromnog anhidrida.
6. Radna temperatura hromiranja ima određenu zavisnost od gustine katodne struje. Promjenom odnosa između njih mogu se dobiti hromirani premazi s različitim svojstvima. Kako bi se povećala čvrstoća vezivanja između hromiranog sloja i podloge, valjak se može prethodno zagrijati.
Princip reakcije katode (površine valjka) tokom dubokog kromiranja:
Rastvor za hromiranje uglavnom postoji u obliku hromne kiseline (CrO42-) i dihromne kiseline (Cr2O72-). Kada je pH vrijednost manja od 1, (Cr2072- ima 2 negativna naboja i 7 atoma kiseonika) kao glavni oblik; kada je pH vrijednost 2-6, Cr2O72- i CrO{10}} postoje u sljedećoj ravnoteži, odnosno Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Može se vidjeti da joni prisutni u hromiranom elektrolitu uključuju Cr2O72-, H+, CrO42- i SO42-. Osim SO42-, u katodnoj reakciji mogu učestvovati i drugi joni. Četiri procesa elektrohemijske reakcije na katodi (površina valjka):
Faza 1: Kako potencijal elektrode raste, gustina struje raste. Elektrodna reakcija je 2H→ H2 Reakcija 2
Faza 2: Kako potencijal elektrode nastavlja rasti, gustoća struje se smanjuje. Ovo je proces formiranja alkalnog katodnog filma. (Formiranje alkalnog katodnog filma nastaje zbog potrošnje velike količine H+ u dvije reakcije ①② na površini katode). Reakcija 1, Reakcija 2
Faza 3: Kada se dostigne potencijal taloženja hroma, hrom se nanosi na površinu valjka. Kako potencijal elektrode nastavlja rasti, gustina struje se ponovo povećava. Elektrodna reakcija je Cr6→Cr 2H→H2 Reakcija 1, Reakcija 4
Teorija katodnog filma i njen utjecaj na kvalitetu tijekom kromiranja:
Tokom procesa hromiranja, alkalni katodni film se formira na površini pločastog valjka. Ovo otapanje se prvo događa lokalno i postepeno se širi, čime se otkriva mala površina supstrata, stvarna gustoća struje je vrlo visoka, a efekat polarizacije je velik. Tek tada hromiranje (dostizanje potencijala taloženja hroma) može da se odvija određenom brzinom. Koloidni film će se stvoriti na površini novog sloja hroma, a otapanje i stvaranje koloidnog filma će se ponoviti, igrajući važnu regulatornu ulogu.
Iako SO42- u otopini za prevlačenje i trovalentni hrom nastao tokom procesa katode ne učestvuju direktno u reakciji elektrode, njihovo prisustvo i sadržaj su ključni za kvalitet sloja hromiranja.
1. Ako je sadržaj trovalentnog hroma nizak, koloidni film se teško formira ili je tanak i porozan, a sumporna kiselina ga može lako rastvoriti. U ovom trenutku, izložena površina supstrata je velika, a područje sa malom gustinom struje ne može dostići taložni potencijal hroma, tako da je sposobnost pokrivanja hroma slaba.
2. Ako je koncentracija trovalentnog hroma visoka, koloidni film je debeo i gust, a sumporna kiselina se teško rastvara. Sloj hroma može rasti samo na originalnim zrnima, što rezultira grubom kristalizacijom i tamnim i zatamnjenim premazom.
3. Sadržaj sumporne kiseline je visok, lako se rastvara koloidni film, a u području niske gustine struje nema sloja hroma, što je isto kao i situacija kada je trovalentni hrom nizak. Ako je sumporna kiselina nedovoljna, sloj hroma će biti hrapav, baš kao i situacija kada je trovalentni hrom visok.
4. Zbog toga se njihov sadržaj mora strogo kontrolisati u hromiranju, posebno odnos hromnog anhidrida i sumporne kiseline
Utjecaj iona nečistoća u rotografiranoj otopini hroma i metode uklanjanja:
Štetne nečistoće u elektrolitu za kromiranje uglavnom uključuju željezo, bakar, cink, nikl, itd. Među njima, kada se bilo koji ion metala akumulira do određenog sadržaja, to će nanijeti štetu procesu kromiranja, kao što je smanjenje svijetlog raspona premaza, smanjenje sposobnosti disperzije elektrolita i pogoršanje provodljivosti. Kada je sadržaj metalnih jona u elektrolitu visok, elektrolit se mora tretirati. Tretman sa malom gustinom struje može postići određene rezultate. Međutim, tekućina kroma je vrlo korozivna, a neke nečistoće se rastvaraju nakon elektrolize. Kada je sadržaj jona gvožđa previsok, za lečenje se koristi jonska izmena. Tokom tretmana, rastvor za hromiranje se prvo razblaži tako da sadržaj hromne kiseline ne prelazi 120 g/L, a zatim se ubrizgava u kolonu za izmjenu. Ovako tretirana otopina hromiranja može se ponovo koristiti. Da bi se produžio vijek trajanja smole, potrebno je izbjegavati direktan kontakt između koncentrirane otopine kromiranja i kationske smole, kako bi se spriječilo uništavanje smole oksidacijom. Metoda kationske izmjene ima isti učinak na ione bakra i trovalentni hrom, ali je komplikovana i dugotrajna.
Učinci trovalentnog hroma u dubokoj otopini hroma i metode uklanjanja:
Generalno, povećanje trovalentnog hroma se tretira elektrolizom sa velikom anodom i malom katodom. Ako je sadržaj sumporne kiseline visok, najbolje je smanjiti sumpornu kiselinu na normalu prije elektrolize. Višak sumporne kiseline će ozbiljno uticati na efekat elektrolize, otežavajući redukciju trovalentnog hroma. Generalno, postoji nekoliko razloga za povećanje trovalentnog hroma:
1. Površina anode je premala. Površina anode bi trebala biti 2-3 puta veća od površine katode.
2. Sadržaj metalnih nečistoća u rastvoru za oblaganje je previsok.
3. Oksidacija anode uzrokuje da dio anode bude neprovodljiv.
Uvod u princip rada inhibitora kromove magle dubokog tiska:
Tokom procesa hromiranja, zbog upotrebe nerastvorljivih anoda i niske efikasnosti katodne struje, taloži se velika količina vodonika i kiseonika. Kada plin pobjegne s površine tekućine, on nosi veliku količinu hromne kiseline, stvarajući kromnu maglu i uzrokujući ozbiljne opasnosti od zagađenja. Trenutno postoje dvije metode za suzbijanje kromne magle.
1. Metoda plutajućeg tijela: Stavite komade ili fragmente pjenaste plastike na površinu otopine za oblaganje. Ova plutajuća tijela mogu blokirati izlaz kromove magle.
2. Dodajte inhibitor pjene: Inhibitor pjene je surfaktant koji može smanjiti površinsku napetost otopine za oblaganje i proizvesti stabilan sloj pjene (slično vodi deterdženta za pranje rublja, s bezbroj malih mjehurića koji plutaju na površini otopine za oblaganje).
Sloj pjene formiran inhibitorom kromove magle u otopini za oblaganje čvrsto pokriva površinu otopine za oblaganje. Kada ispare vodik i kisik koji sadrže hromnu kiselinu, oni dolaze u kontakt sa slojem pjene na površini, a bezbroj sitnih maglica hromne kiseline se spaja u veće kapljice. Zbog dejstva gravitacije, oni će se vratiti u rastvor za oplate kada se podignu na određenu visinu, dok vodonik i kiseonik nastavljaju da rastu sve dok ne napuste površinu tečnosti, čime se postiže uklanjanje gasa i efikasno suzbijanje hromove magle.