Forkromet procesprincip:
Forkromningsprocessen er en elektrokemisk proces, en redoxreaktionsproces. Den grundlæggende proces er at nedsænke delene i en metalsaltopløsning som katoden, metallet som anoden, og efter tilslutning til jævnstrøm vil en metalbelægning blive aflejret på delene. Skematisk diagram af dybtryksgalvaniseringsprocessen: pladevalsen er katoden og titannettet er anoden.
Hovedkomponenter i chromopløsning Hovedsalt:
Chromsyreanhydridindhold: 200-260 g/L Katalysator: Svovlsyreindhold: 2.2-2,5 g/L Additiver: Udjævning og forbedring af effektivitet Ydeevne af forkromningslag: Chrom er et sølvfarvet hvidt metal med en let blå nuance, med en relativ atommasse på 51,99, en massefylde på 6.98-7.21 g/cm3, og et smeltepunkt på 1875-1920 grad. Metallisk chrom passiveres let i luften og danner en meget tynd passiveringsfilm på overfladen.
1. Det dybtryksforkromede lag har en meget høj hårdhed. Afhængig af sammensætningen af pletteringsopløsningen og procesbetingelserne kan dens hårdhed variere fra 400 til 1200 HV.
2. Kromlaget har god varmebestandighed. Når den opvarmes til under 500 grader, ændres dens glans og hårdhed ikke væsentligt.
3. Friktionskoefficienten for det forkromede lag, især tørfriktionskoefficienten, er den laveste blandt alle metaller. Derfor har det forkromede lag god slidstyrke.
4. Det forkromede lag har god kemisk stabilitet og høj kemisk stabilitet i alkali, salpetersyre, sulfid, carbonat og de fleste gasser og organiske syrer.
5. Det forkromede lag er let opløseligt i hydrogenhalogenidsyrer (såsom saltsyre) og varm koncentreret svovlsyre.
Forkromet funktioner:
Kromsyreanhydrid vandig opløsning er chromsyre, som er den eneste kilde til forkromning. Selvom ydeevnen af pletteringsopløsningen er relateret til indholdet af chromsyreanhydrid, afhænger det hovedsageligt af syreforholdet, det vil sige forholdet mellem chromsyreanhydrid og svovlsyre.
1. Hovedbestanddelen af forkromningsopløsningen er ikke metalkromsalt, men kromsyre, en oxygenholdig syre af krom, som er en stærkt sur pletteringsopløsning. Under galvaniseringsprocessen er katodeprocessen kompleks, og det meste af katodestrømmen forbruges i to sidereaktioner: hydrogenudviklingsreaktion 2 og hexavalent chromreduktion til trivalent chromreaktion 1. Derfor er katodestrømeffektiviteten af chromplettering meget lav (10% til 18%). Der er også tre unormale fænomener: 1. Strømeffektiviteten falder med stigningen i kromanhydridkoncentrationen; 2. Det falder med stigningen i temperaturen; 3. Den stiger med stigningen i strømtætheden.
2. I forkromningsopløsningen skal en vis mængde anioner, såsom SO42-, tilsættes for at opnå den normale aflejring af metalchrom.
3. Forkromningsopløsningens dispergeringsevne er meget lav. For dele med komplekse former kræves piktografiske anoder eller hjælpekatoder for at opnå et ensartet forkromningslag. Kravene til bøjler er også relativt skrappe.
4. Forkromning kræver en højere katodestrømtæthed, normalt over 20A/dm2, hvilket er mere end 10 gange højere end almindelig plettering. På grund af den store mængde gas, der frigives fra katoden og anoden, er modstanden af pletteringsopløsningen stor, tankspændingen stiger, og galvaniseringsstrømforsyningen skal være høj. En strømforsyning større end 12V er påkrævet, mens andre pletteringstyper kan bruge en strømforsyning under 8V.
5. Anoden af forkromning bruger ikke metallisk krom, fordi krom er meget let at opløse i pletteringsopløsningen, hvilket gør anodestrømeffektiviteten større end katodeeffektiviteten, hvilket resulterer i et stigende forbrug af kromsyre. Derfor anvendes en uopløselig anode. Bly, bly-antimon-legering og bly-tin-legering anvendes normalt. Det chrom, der forbruges i pletteringsopløsningen, skal suppleres med tilsætning af chromsyreanhydrid.
6. Driftstemperaturen for forkromning har en vis afhængighed af katodestrømtætheden. Ændring af forholdet mellem de to kan opnå krombelægninger med forskellige egenskaber. For at øge bindingsstyrken mellem forkromningslaget og substratet kan pladevalsen forvarmes.
Reaktionsprincippet for katode (rulleoverfladen) under dybtryksforkromning:
Forkromningsopløsningen findes hovedsageligt i form af chromsyre (CrO42-) og dikrominsyre (Cr2O72-). Når pH-værdien er mindre end 1, (Cr2072- har 2 negative ladninger og 7 oxygenatomer) som hovedform; når pH-værdien er 2-6, eksisterer Cr2O72- og CrO42- i følgende ligevægt, dvs. Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Det kan ses, at ionerne i forkromningselektrolytten omfatter Cr2O72-, H+, CrO42- og SO42-. Med undtagelse af SO42- kan andre ioner deltage i katodereaktionen. De fire processer af elektrokemisk reaktion ved katoden (rulleoverfladen):
Trin 1: Når elektrodepotentialet stiger, stiger strømtætheden. Elektrodereaktionen er 2H → H2 Reaktion 2
Trin 2: Når elektrodepotentialet fortsætter med at stige, falder strømtætheden. Dette er processen med at danne en alkalisk katodefilm. (Danningen af den alkaliske katodefilm skyldes forbruget af en stor mængde H+ ved to reaktioner ①② på katodeoverfladen). Reaktion 1, Reaktion 2
Trin 3: Når chromudfældningspotentialet er nået, belægges chrom på pladevalsens overflade. Når elektrodepotentialet fortsætter med at stige, vender strømtætheden til at stige igen. Elektrodereaktionen er Cr6→Cr 2H→H2 Reaktion 1, Reaktion 4
Katodisk filmteori og dens indflydelse på kvalitet under forkromning:
Under forkromningsprocessen dannes en alkalisk katodefilm på overfladen af pladevalsen. Denne opløsning sker først lokalt og udvider sig gradvist, hvorved et lille område af substratet blotlægges, den reelle strømtæthed er meget høj, og polarisationseffekten er stor. Først da kan forkromning (når kromfældningspotentialet) fortsætte med en vis hastighed. En kolloid film vil blive genereret på overfladen af det nye chromlag, og opløsningen og genereringen af den kolloide film vil blive gentaget, hvilket spiller en vigtig regulerende rolle.
Selvom SO42- i pletteringsopløsningen og det trivalente chrom, der genereres under katodeprocessen, ikke direkte deltager i elektrodereaktionen, er deres tilstedeværelse og indhold afgørende for kvaliteten af forkromningslaget.
1. Hvis indholdet af trivalent chrom er lavt, er den kolloide film svær at danne eller tynd og porøs, og svovlsyre kan nemt opløse den. På dette tidspunkt er det eksponerede substratareal stort, og området med lav strømtæthed kan ikke nå udfældningspotentialet for chrom, så chromdækningsevnen er dårlig.
2. Hvis den trivalente chromkoncentration er høj, er den kolloide film tyk og tæt, og svovlsyre er svær at opløse. Kromlaget kan kun vokse på de originale korn, hvilket resulterer i grov krystallisering og mørk og mat belægning.
3. Svovlsyreindholdet er højt, det er let at opløse den kolloide film, og der er intet kromlag i området med lav strømtæthed, hvilket er det samme som situationen, når det trivalente krom er lavt. Hvis svovlsyren er utilstrækkelig, vil kromlaget være ru, ligesom situationen, hvor det trivalente krom er højt.
4. Derfor skal deres indhold være strengt kontrolleret ved forkromning, især forholdet mellem chromsyreanhydrid og svovlsyre
Indflydelsen af urenheder i rotogravure chromopløsning og fjernelsesmetoder:
De skadelige urenheder i forkromningselektrolyt omfatter hovedsageligt jern, kobber, zink, nikkel osv. Blandt dem, når enhver metalion akkumuleres til et bestemt indhold, vil det skade forkromningsprocessen, såsom reduktion af det lyse område af belægningen, reduktionen af elektrolyttens dispersionsevne og forringelsen af ledningsevnen. Når metalionindholdet i elektrolytten er højt, skal elektrolytten behandles. Behandling med lav strømtæthed kan opnå visse resultater. Imidlertid er kromvæske stærkt ætsende, og nogle urenheder opløses efter elektrolyse. Når indholdet af jernioner er for højt, anvendes ionbytning til behandling. Under behandlingen fortyndes først forkromningsopløsningen, så indholdet af kromsyre ikke overstiger 120g/L, og sprøjtes derefter ind i udskiftningssøjlen. Den på denne måde behandlede forkromningsopløsning kan genbruges. For at forlænge harpiksens levetid er det nødvendigt at undgå direkte kontakt mellem den koncentrerede forkromningsopløsning og den kationiske harpiks for at forhindre, at harpiksen ødelægges ved oxidation. Kationbyttermetoden har samme effekt på kobberioner og trivalent chrom, men den er kompliceret og tidskrævende.
Effekter af trivalent chrom i dybtrykskromopløsning og fjernelsesmetoder:
Generelt behandles stigningen af trivalent chrom ved elektrolyse med en stor anode og en lille katode. Hvis svovlsyreindholdet er højt, er det bedst at reducere svovlsyren til normal før elektrolyse. For meget svovlsyre vil alvorligt påvirke elektrolyseeffekten, hvilket gør det vanskeligt at reducere trivalent krom. Der er generelt flere årsager til stigningen i trivalent chrom:
1. Anodeområdet er for lille. Anodearealet skal være 2-3 gange katodearealet.
2. Indholdet af metalurenheder i pletteringsopløsningen er for højt.
3. Anodeoxidation får en del af anoden til at være ikke-ledende.
Introduktion til arbejdsprincippet for dybtrykskromtågehæmmer:
Under forkromningsprocessen, på grund af brugen af uopløselige anoder og lav katodestrømeffektivitet, udfældes en stor mængde brint og oxygen. Når gassen slipper ud af væskeoverfladen, bærer den en stor mængde kromsyre, der danner kromtåge og forårsager alvorlige forureningsfarer. Der er i øjeblikket to metoder til at undertrykke kromtåge.
1. Flydende kropsmetode: Læg skumplaststykker eller -fragmenter på overfladen af pletteringsopløsningen. Disse flydende kroppe kan blokere for udslip af kromtåge.
2. Tilføj skuminhibitor: Skumhæmmer er et overfladeaktivt middel, der kan reducere overfladespændingen af pletteringsopløsningen og producere et stabilt skumlag (svarende til vaskemiddelvand, med utallige små bobler, der flyder på overfladen af pletteringsopløsningen).
Skumlaget dannet af kromtågehæmmeren i pletteringsopløsningen dækker tæt overfladen af pletteringsopløsningen. Når den brint- og iltholdige kromsyre fordamper, kommer de i kontakt med skumlaget på overfladen, og utallige bittesmå kromsyretåger forenes til større dråber. På grund af tyngdekraftens virkning vil de vende tilbage til pletteringsopløsningen, når de stiger til en vis højde, mens brinten og ilten fortsætter med at stige, indtil de forlader væskeoverfladen, hvorved der opnås fjernelse af gas og effektiv undertrykkelse af kromtåge.