Kroomimise protsessi põhimõte:
Kroomimise protsess on elektrokeemiline protsess, redoksreaktsiooni protsess. Põhiprotsess seisneb selles, et osad sukeldatakse katoodiks metallisoola lahusesse, anoodiks metall ja pärast alalisvooluga ühendamist sadestatakse osadele metallkate. Sügavtrüki galvaniseerimise protsessi skemaatiline diagramm: plaadirull on katood ja titaanvõrk on anood.
Kroomilahuse põhikomponendid Põhisool:
Kroomianhüdriidi sisaldus: 200-260 g/l Katalüsaator: Väävelhappe sisaldus: 2.2-2,5 g/l Lisandid: Tasandus ja tõhususe parandamine Kroomikattekihi toimivus: Kroom on hõbevalge metall, millel on kergelt sinine toon, suhtelise aatommassiga 51,99, tihedusega 6.98-7.21 g/cm3 ja sulamistemperatuur 1875-1920 kraadi. Metalliline kroom passiveerub kergesti õhu käes, moodustades pinnale väga õhukese passiveerimiskile.
1. Rotatsioonsügavtrükk kroomitud kihil on väga kõrge kõvadus. Sõltuvalt plaadistuslahuse koostisest ja protsessi tingimustest võib selle kõvadus varieeruda vahemikus 400 kuni 1200 HV.
2. Kroomikihil on hea kuumakindlus. Kuumutamisel alla 500 kraadi ei muutu selle läige ja kõvadus oluliselt.
3. Kroomitud kihi hõõrdetegur, eriti kuivhõõrdetegur, on kõigist metallidest madalaim. Seetõttu on kroomitud kihil hea kulumiskindlus.
4. Kroomitud kihil on hea keemiline stabiilsus ja kõrge keemiline stabiilsus leelises, lämmastikhappes, sulfiidis, karbonaadis ning enamikus gaasides ja orgaanilistes hapetes.
5. Kroomitud kiht lahustub kergesti vesinikhalogeniidhapetes (nagu vesinikkloriidhape) ja kuumas kontsentreeritud väävelhappes.
Kroomitud katte omadused:
Kroomianhüdriidi vesilahus on kroomhape, mis on ainus kroomimise allikas. Kuigi plaadistuslahuse toimivus on seotud kroomanhüdriidi sisaldusega, sõltub see peamiselt happe suhtest, st kroomanhüdriidi ja väävelhappe suhtest.
1. Kroomimise lahuse põhikomponent ei ole metalli kroomisool, vaid kroomhape, hapnikku sisaldav kroomi hape, mis on tugev happeline plaadistuslahus. Galvaniseerimisprotsessi ajal on katoodprotsess keeruline ja suurem osa katoodvoolust kulub kahes kõrvalreaktsioonis: vesiniku eraldumise reaktsioon 2 ja kuuevalentse kroomi redutseerimine kolmevalentse kroomi reaktsiooniks 1. Seetõttu on kroomimise katoodvoolu efektiivsus väga madal. (10% kuni 18%). Samuti on kolm ebanormaalset nähtust: 1. Voolu efektiivsus väheneb koos kroomanhüdriidi kontsentratsiooni suurenemisega; 2. See väheneb koos temperatuuri tõusuga; 3. See suureneb koos voolutiheduse suurenemisega.
2. Metallkroomi normaalse sadestumise saavutamiseks tuleb kroomimise lahusesse lisada teatud kogus anioone, näiteks SO42-.
3. Kroomkatte lahuse dispersioonivõime on väga madal. Keerulise kujuga osade puhul on ühtlase kroomimise kihi saamiseks vaja piktogramoode või abikatoode. Ka riidepuudele esitatavad nõuded on suhteliselt karmid.
4. Kroomimiseks on vaja suuremat katoodi voolutihedust, tavaliselt üle 20A/dm2, mis on üle 10 korra suurem kui üldine katmine. Katoodilt ja anoodilt vabaneva suure gaasikoguse tõttu on plaadistuslahuse takistus suur, paagi pinge suureneb ja galvaniseerimise toiteallikas peab olema kõrge. Vajalik on üle 12 V toiteallikas, samas kui muud plaadistuse tüübid võivad kasutada alla 8 V toiteallikat.
5. Kroomimise anoodis ei kasutata metallilist kroomi, kuna kroom lahustub plaadistuslahuses väga kergesti, muutes anoodivoolu efektiivsuse suuremaks kui katoodi efektiivsus, mille tulemusena suureneb kroomhappe tarbimine. Seetõttu kasutatakse lahustumatut anoodi. Tavaliselt kasutatakse pliid, plii-antimoni sulamit ja plii-tina sulamit. Pindamislahuses tarbitavat kroomi tuleb täiendada kroomanhüdriidi lisamisega.
6. Kroomimise töötemperatuuril on teatav sõltuvus katoodi voolutihedusest. Nende kahe suhte muutmine võib saada erinevate omadustega kroomkatteid. Kroomkattekihi ja aluspinna vahelise nakketugevuse suurendamiseks võib plaadirulli eelsoojendada.
Katoodi (rullipinna) reaktsiooni põhimõte sügavtrüki kroomimisel:
Kroomkatte lahus esineb peamiselt kroomhappe (CrO42-) ja dikroomhappe (Cr2O72-) kujul. Kui pH väärtus on väiksem kui 1, on põhivormina (Cr2072- 2 negatiivset laengut ja 7 hapnikuaatomit); kui pH väärtus on 2-6, eksisteerivad Cr2O72- ja CrO42- järgmises tasakaalus, st Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. On näha, et kroomitud elektrolüüdis sisalduvate ioonide hulka kuuluvad Cr2O72-, H+, CrO42- ja SO42-. Peale SO42- võivad katoodireaktsioonis osaleda ka teised ioonid. Neli elektrokeemilise reaktsiooni protsessi katoodil (rulli pinnal):
1. etapp: kui elektroodi potentsiaal tõuseb, suureneb voolutihedus. Elektroodi reaktsioon on 2H → H2 Reaktsioon 2
2. etapp: kui elektroodi potentsiaal kasvab jätkuvalt, hakkab voolutihedus vähenema. See on leeliselise katoodkile moodustamise protsess. (Leeliselise katoodkile moodustumine on tingitud suure hulga H+ tarbimisest kahe reaktsiooni ①② tõttu katoodi pinnal). Reaktsioon 1, reaktsioon 2
3. etapp: kui kroomi sadestumispotentsiaal on saavutatud, kaetakse kroom plaadirulli pinnale. Kui elektroodi potentsiaal kasvab jätkuvalt, hakkab voolutihedus uuesti suurenema. Elektroodi reaktsioon on Cr6 → Cr 2H → H2 Reaktsioon 1, reaktsioon 4
Katoodkile teooria ja selle mõju kvaliteedile kroomimisel:
Kroomimise protsessi käigus moodustub plaadirulli pinnale leeliseline katoodkile. See lahustumine toimub esmalt lokaalselt ja järk-järgult laieneb, paljastades seeläbi substraadi väikese ala, tegelik voolutihedus on väga kõrge ja polarisatsiooniefekt on suur. Alles siis saab kroomimine (saavutades kroomi sadestumise potentsiaali) toimuda teatud kiirusega. Uue kroomikihi pinnale tekib kolloidkile ning kolloidkile lahustumist ja teket korratakse, mängides olulist reguleerivat rolli.
Kuigi plaadistuslahuses sisalduv SO42- ja katoodprotsessi käigus tekkiv kolmevalentne kroom ei osale otseselt elektroodi reaktsioonis, on nende olemasolu ja sisaldus kroomimise kihi kvaliteedi seisukohalt üliolulised.
1. Kui kolmevalentse kroomi sisaldus on madal, on kolloidkile raskesti tekkiv või õhuke ja poorne ning väävelhape võib seda kergesti lahustada. Sel ajal on avatud substraadi pindala suur ja madala voolutihedusega ala ei suuda saavutada kroomi sademete potentsiaali, seega on kroomi kattevõime halb.
2. Kui kolmevalentse kroomi kontsentratsioon on kõrge, on kolloidkile paks ja tihe ning väävelhapet on raske lahustada. Kroomikiht võib kasvada ainult algsetel teradel, mille tulemuseks on konarlik kristalliseerumine ning tume ja tuhm kate.
3. Väävelhappe sisaldus on kõrge, kolloidset kilet on lihtne lahustada ja madala voolutiheduse piirkonnas pole kroomikihti, mis on sama, mis olukorras, kus kolmevalentne kroom on madal. Kui väävelhapet pole piisavalt, jääb kroomikiht kare, nagu ka siis, kui kolmevalentset kroomi on palju.
4. Seetõttu tuleb kroomimisel rangelt kontrollida nende sisaldust, eriti kroomanhüdriidi ja väävelhappe suhet.
Lisandite ioonide mõju sügavtrüki kroomilahuses ja eemaldamismeetodid:
Kahjulike lisandite hulka kroomimise elektrolüüdis on peamiselt raud, vask, tsink, nikkel jne. Nende hulgas on metalliioonide kogunemine teatud koguseni, mis kahjustab kroomimise protsessi, näiteks vähendab valgusvahemikku. kattekiht, elektrolüüdi hajutamisvõime vähenemine ja juhtivuse halvenemine. Kui metalliioonide sisaldus elektrolüüdis on kõrge, tuleb elektrolüüti töödelda. Madala voolutihedusega töötlemine võib saavutada teatud tulemusi. Kroomivedelik on aga väga söövitav ja mõned lisandid lahustuvad pärast elektrolüüsi. Kui rauaioonide sisaldus on liiga kõrge, kasutatakse raviks ioonivahetust. Töötlemise ajal lahjendatakse kroomimislahust esmalt nii, et kroomhappe sisaldus ei ületaks 120 g/l, ja seejärel süstitakse vahetuskolonni. Sel viisil töödeldud kroomimislahust saab uuesti kasutada. Vaigu kasutusea pikendamiseks on vaja vältida otsest kokkupuudet kontsentreeritud kroomilahuse ja katioonse vaigu vahel, et vältida vaigu hävimist oksüdatsiooni tagajärjel. Katioonivahetusmeetodil on sama mõju vaseoonidele ja kolmevalentsele kroomile, kuid see on keeruline ja aeganõudev.
Kolmevalentse kroomi mõju sügavtrüki kroomi lahuses ja eemaldamismeetodid:
Tavaliselt töödeldakse kolmevalentse kroomi suurenemist elektrolüüsiga suure anoodi ja väikese katoodiga. Kui väävelhappe sisaldus on kõrge, on kõige parem väävelhape enne elektrolüüsi vähendada normaalseks. Liigne väävelhape mõjutab tõsiselt elektrolüüsiefekti, muutes kolmevalentse kroomi redutseerimise keeruliseks. Kolmevalentse kroomi sisalduse suurenemisel on üldiselt mitu põhjust:
1. Anoodi pindala on liiga väike. Anoodi pindala peaks olema 2-3 korda suurem katoodi pindalast.
2. Metalli lisandite sisaldus plaadistuslahuses on liiga kõrge.
3. Anoodi oksüdatsioon põhjustab osa anoodist mittejuhtivuse.
Sügavtrükkimise kroomiudu inhibiitori tööpõhimõtte tutvustus:
Kroomimise protsessi käigus sadestub lahustumatute anoodide kasutamise ja madala katoodvoolu efektiivsuse tõttu suur hulk vesinikku ja hapnikku. Kui gaas väljub vedeliku pinnalt, kannab see suures koguses kroomhapet, moodustades kroomiudu ja põhjustades tõsiseid reostusohtu. Praegu on kroomiudu summutamiseks kaks meetodit.
1. Ujuvkere meetod: pange vahtplasti tükid või killud plaadistuslahuse pinnale. Need ujuvad kehad võivad blokeerida kroomiudu väljapääsu.
2. Lisage vahuinhibiitor: vahuinhibiitor on pindaktiivne aine, mis võib vähendada plaadistuslahuse pindpinevust ja tekitada stabiilse vahukihi (sarnaselt pesupesemisvahendi veega, kattelahuse pinnal hõljub lugematu arv väikeseid mullikesi).
Pindamislahuses oleva kroomiudu inhibiitori poolt moodustatud vahukiht katab tihedalt plaadistuslahuse pinna. Kui kroomhapet sisaldav vesinik ja hapnik aurustuvad, puutuvad need kokku pinnal oleva vahukihiga ning lugematud tillukesed kroomhappeudud ühinevad suuremateks tilkadeks. Gravitatsiooni mõjul naasevad need plaadistuslahusesse, kui tõusevad teatud kõrgusele, samal ajal kui vesinik ja hapnik jätkavad tõusu kuni vedeliku pinnalt lahkumiseni, saavutades seeläbi gaasi eemaldamise ja kroomiudu tõhusa summutamise.