Principi del procés de cromat:
El procés de cromat és un procés electroquímic, un procés de reacció redox. El procés bàsic és submergir les peces en una solució de sal metàl·lica com a càtode, el metall com a ànode i, després de connectar-les al corrent continu, es dipositarà un recobriment metàl·lic a les peces. Diagrama esquemàtic del procés de galvanogravat: el rodet de placa és el càtode i la malla de titani és l'ànode.
Components principals de la solució de crom Sal principal:
Anhídrid cròmic Contingut: 200-260 g/L Catalitzador: Àcid sulfúric Contingut: 2.2-2,5 g/L Additius: Anivellant i millora de l'eficiència Rendiment de la capa de cromat: El crom és un metall blanc platejat amb un lleuger color blau, amb una massa atòmica relativa de 51,99, una densitat de 6,98-7,21 g/cm3, i un punt de fusió de 1875-1920 graus . El crom metàl·lic es passiva fàcilment a l'aire, formant una pel·lícula de passivació molt fina a la superfície.
1. La capa cromada de rotogravat té una duresa molt elevada. Depenent de la composició de la solució de revestiment i de les condicions del procés, la seva duresa pot variar entre 400 i 1200 HV.
2. La capa de crom té una bona resistència a la calor. Quan s'escalfa per sota dels 500 graus, la seva brillantor i duresa no canvien significativament.
3. El coeficient de fricció de la capa cromada, especialment el coeficient de fricció en sec, és el més baix entre tots els metalls. Per tant, la capa cromada té una bona resistència al desgast.
4. La capa cromada té una bona estabilitat química i té una alta estabilitat química en àlcali, àcid nítric, sulfur, carbonat i la majoria de gasos i àcids orgànics.
5. La capa cromada és fàcilment soluble en àcids hidrohalics (com l'àcid clorhídric) i àcid sulfúric concentrat en calent.
Característiques del cromat:
La solució aquosa d'anhídrid cròmic és l'àcid cròmic, que és l'única font de cromatització. Tot i que el rendiment de la solució de revestiment està relacionat amb el contingut d'anhídrid cròmic, depèn principalment de la proporció d'àcid, és a dir, de la proporció d'anhídrid cròmic i àcid sulfúric.
1. El component principal de la solució de cromat no és la sal de crom metàl·lica, sinó l'àcid cròmic, un àcid de crom que conté oxigen, que és una solució de crom àcida forta. Durant el procés de galvanoplastia, el procés del càtode és complex i la major part del corrent del càtode es consumeix en dues reaccions secundaries: la reacció d'evolució d'hidrogen 2 i la reducció de crom hexavalent a la reacció de crom trivalent 1. Per tant, l'eficiència del corrent del càtode del cromat és molt baixa. (10% a 18%). També hi ha tres fenòmens anormals: 1. L'eficiència actual disminueix amb l'augment de la concentració d'anhídrid cròmic; 2. Disminueix amb l'augment de la temperatura; 3. Augmenta amb l'augment de la densitat de corrent.
2. A la solució de cromat, s'ha d'afegir una certa quantitat d'anions, com ara SO42-, per aconseguir la deposició normal de crom metàl·lic.
3. La capacitat de dispersió de la solució de cromat és molt baixa. Per a peces de formes complexes, calen ànodes pictogràfics o càtodes auxiliars per obtenir una capa de cromat uniforme. Els requisits per als penjadors també són relativament estrictes.
4. El cromat requereix una densitat de corrent de càtode més alta, generalment per sobre de 20 A/dm2, que és més de 10 vegades més gran que el revestiment general. A causa de la gran quantitat de gas alliberat del càtode i l'ànode, la resistència de la solució de revestiment és gran, la tensió del tanc augmenta i la font d'alimentació de galvanoplastia ha de ser alta. Es requereix una font d'alimentació superior a 12 V, mentre que altres tipus de revestiment poden utilitzar una font d'alimentació inferior a 8 V.
5. L'ànode del cromat no utilitza crom metàl·lic, perquè el crom és molt fàcil de dissoldre a la solució de revestiment, fent que l'eficiència del corrent de l'ànode sigui més gran que l'eficiència del càtode, la qual cosa resulta en un consum creixent d'àcid cròmic. Per tant, s'utilitza un ànode insoluble. Normalment s'utilitzen plom, aliatge plom-antimoni i aliatge plom-estany. El crom consumit a la solució de revestiment s'ha de complementar amb l'addició d'anhídrid cròmic.
6. La temperatura de funcionament del cromat té una certa dependència de la densitat de corrent del càtode. Canviant la relació entre ambdós es poden obtenir recobriments de crom amb propietats diferents. Per augmentar la força d'unió entre la capa de cromat i el substrat, el rodet de plaques es pot preescalfar.
Principi de reacció del càtode (superfície del rodet) durant el cromat de gravat:
La solució de cromat existeix principalment en forma d'àcid cròmic (CrO42-) i àcid dicròmic (Cr2O72-). Quan el valor del pH és inferior a 1, (Cr2072- té 2 càrregues negatives i 7 àtoms d'oxigen) com a forma principal; quan el valor del pH és 2-6, Cr2O72- i CrO42- existeixen en el següent equilibri, és a dir, Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Es pot veure que els ions presents a l'electròlit de cromat inclouen Cr2O72-, H+, CrO42- i SO42-. Excepte SO42-, altres ions poden participar en la reacció del càtode. Els quatre processos de reacció electroquímica al càtode (superfície del rodet):
Etapa 1: a mesura que augmenta el potencial de l'elèctrode, augmenta la densitat de corrent. La reacció de l'elèctrode és 2H → H2 Reacció 2
Etapa 2: a mesura que el potencial de l'elèctrode continua augmentant, la densitat de corrent disminueix. Aquest és el procés de formació d'una pel·lícula de càtode alcalí. (La formació de la pel·lícula del càtode alcalí es deu al consum d'una gran quantitat d'H+ per dues reaccions ①② a la superfície del càtode). Reacció 1, Reacció 2
Etapa 3: quan s'assoleix el potencial de precipitació de crom, el crom es xapa a la superfície del rodet de la placa. A mesura que el potencial de l'elèctrode continua augmentant, la densitat de corrent torna a augmentar. La reacció de l'elèctrode és Cr6→Cr 2H→H2 Reacció 1, Reacció 4
Teoria de la pel·lícula catòdica i la seva influència en la qualitat durant el cromat:
Durant el procés de cromat, es forma una pel·lícula de càtode alcalí a la superfície del rodet de la placa. Aquesta dissolució es produeix primer localment i s'expandeix gradualment, exposant així una petita àrea del substrat, la densitat de corrent real és molt alta i l'efecte de polarització és gran. Només llavors el cromat (assolint el potencial de precipitació del crom) pot procedir a una certa velocitat. Es generarà una pel·lícula col·loïdal a la superfície de la nova capa de crom i es repetirà la dissolució i la generació de la pel·lícula col·loïdal, jugant un paper regulador important.
Tot i que el SO42- a la solució de revestiment i el crom trivalent generat durant el procés del càtode no participen directament en la reacció de l'elèctrode, la seva presència i contingut són crucials per a la qualitat de la capa de cromat.
1. Si el contingut de crom trivalent és baix, la pel·lícula col·loïdal és difícil de formar o és fina i porosa, i l'àcid sulfúric el pot dissoldre fàcilment. En aquest moment, l'àrea del substrat exposada és gran i l'àrea amb baixa densitat de corrent no pot assolir el potencial de precipitació del crom, de manera que la capacitat de cobertura del crom és pobra.
2. Si la concentració de crom trivalent és alta, la pel·lícula col·loïdal és gruixuda i densa i l'àcid sulfúric és difícil de dissoldre. La capa de crom només pot créixer sobre els grans originals, donant lloc a una cristal·lització rugosa i un recobriment fosc i avorrit.
3. El contingut d'àcid sulfúric és alt, és fàcil dissoldre la pel·lícula col·loïdal i no hi ha cap capa de crom a la zona de baixa densitat de corrent, que és la mateixa que la situació quan el crom trivalent és baix. Si l'àcid sulfúric és insuficient, la capa de crom serà rugosa, igual que la situació quan el crom trivalent és alt.
4. Per tant, el seu contingut s'ha de controlar estrictament en el cromat, especialment la proporció d'anhídrid cròmic a àcid sulfúric
La influència dels ions d'impureses en la solució de crom de rotogravat i mètodes d'eliminació:
Les impureses nocives de l'electròlit de cromat inclouen principalment ferro, coure, zinc, níquel, etc. Entre ells, quan qualsevol ió metàl·lic s'acumula a un determinat contingut, perjudicarà el procés de cromat, com ara la reducció del rang brillant. del recobriment, la reducció de la capacitat de dispersió de l'electròlit i el deteriorament de la conductivitat. Quan el contingut d'ions metàl·lics a l'electròlit és elevat, l'electròlit s'ha de tractar. El tractament amb baixa densitat de corrent pot aconseguir certs resultats. Tanmateix, el líquid de crom és altament corrosiu i algunes impureses es dissolen després de l'electròlisi. Quan el contingut d'ions de ferro és massa elevat, s'utilitza l'intercanvi iònic per al tractament. Durant el tractament, la solució de cromat es dilueix primer de manera que el contingut d'àcid cròmic no superi els 120 g/L, i després s'injecta a la columna d'intercanvi. La solució de cromat tractada d'aquesta manera es pot reutilitzar. Per allargar la vida útil de la resina, cal evitar el contacte directe entre la solució concentrada de cromat i la resina catiònica, per evitar que la resina es destrueixi per oxidació. El mètode d'intercanvi catiònic té el mateix efecte sobre els ions de coure i el crom trivalent, però és complicat i requereix molt de temps.
Efectes del crom trivalent en la solució de crom de gravat i mètodes d'eliminació:
Generalment, l'augment de crom trivalent es tracta per electròlisi amb un ànode gran i un càtode petit. Si el contingut d'àcid sulfúric és alt, el millor és reduir l'àcid sulfúric a la normalitat abans de l'electròlisi. L'excés d'àcid sulfúric afectarà greument l'efecte de l'electròlisi, dificultant la reducció del crom trivalent. En general, hi ha diverses raons per a l'augment del crom trivalent:
1. L'àrea de l'ànode és massa petita. L'àrea de l'ànode hauria de ser 2-3 vegades l'àrea del càtode.
2. El contingut d'impureses metàl·liques a la solució de revestiment és massa alt.
3. L'oxidació de l'ànode fa que part de l'ànode sigui no conductora.
Introducció al principi de funcionament de l'inhibidor de boira de crom d'impressió en gravat:
Durant el procés de cromat, a causa de l'ús d'ànodes insolubles i una baixa eficiència del corrent càtodic, es precipita una gran quantitat d'hidrogen i oxigen. Quan el gas s'escapa de la superfície líquida, transporta una gran quantitat d'àcid cròmic, formant boira de crom i provocant greus perills de contaminació. Actualment hi ha dos mètodes per suprimir la boira de crom.
1. Mètode de cos flotant: poseu peces o fragments de plàstic d'escuma a la superfície de la solució de revestiment. Aquests cossos flotants poden bloquejar l'escapada de la boira de crom.
2. Afegiu inhibidor d'escuma: l'inhibidor d'escuma és un tensioactiu que pot reduir la tensió superficial de la solució de revestiment i produir una capa d'escuma estable (similar a l'aigua de detergent de roba, amb innombrables petites bombolles que suren a la superfície de la solució de revestiment).
La capa d'escuma formada per l'inhibidor de boira de crom a la solució de revestiment cobreix fortament la superfície de la solució de revestiment. Quan l'hidrogen i l'oxigen que contenen l'àcid cròmic s'evaporen, entren en contacte amb la capa d'escuma de la superfície i innombrables boires d'àcid cròmic minúscules es combinen en gotes més grans. A causa de l'efecte de la gravetat, tornaran a la solució de revestiment quan pugen a una certa alçada, mentre que l'hidrogen i l'oxigen continuen augmentant fins que surten de la superfície líquida, aconseguint així l'eliminació del gas i la supressió efectiva de la boira de crom.