Principio del proceso de cromado:
El proceso de cromado es un proceso electroquímico, un proceso de reacción redox. El proceso básico consiste en sumergir las piezas en una solución de sal metálica como cátodo, el metal como ánodo y, después de conectarlas a corriente continua, se depositará una capa metálica sobre las piezas. Diagrama esquemático del proceso de galvanoplastia por huecograbado: el rodillo de placa es el cátodo y la malla de titanio es el ánodo.
Componentes principales de la solución de cromo Sal principal:
Contenido de anhídrido crómico: 200-260 g/L Catalizador: Ácido sulfúrico Contenido: 2,2-2.5 g/L Aditivos: Nivelación y mejora de la eficiencia Rendimiento de la capa de cromado: El cromo es un metal blanco plateado con una ligero tinte azul, con una masa atómica relativa de 51,99, una densidad de 6,98-7.21 g/cm3 y un punto de fusión de 1875-1920 grado . El cromo metálico se pasiva fácilmente en el aire, formando una película de pasivación muy fina en la superficie.
1. La capa cromada por huecograbado tiene una dureza muy alta. Dependiendo de la composición de la solución de recubrimiento y de las condiciones del proceso, su dureza puede variar de 400 a 1200 HV.
2. La capa de cromo tiene buena resistencia al calor. Cuando se calienta por debajo de 500 grados, su brillo y dureza no cambian significativamente.
3. El coeficiente de fricción de la capa cromada, especialmente el coeficiente de fricción en seco, es el más bajo de todos los metales. Por tanto, la capa cromada tiene buena resistencia al desgaste.
4. La capa cromada tiene buena estabilidad química y alta estabilidad química en álcalis, ácido nítrico, sulfuro, carbonato y la mayoría de los gases y ácidos orgánicos.
5. La capa cromada es fácilmente soluble en ácidos halohídricos (como el ácido clorhídrico) y ácido sulfúrico concentrado en caliente.
Características del cromado:
La solución acuosa de anhídrido crómico es ácido crómico, que es la única fuente de cromado. Aunque el rendimiento de la solución de revestimiento está relacionado con el contenido de anhídrido crómico, depende principalmente de la proporción de ácido, es decir, la proporción de anhídrido crómico a ácido sulfúrico.
1. El componente principal de la solución de cromado no es la sal metálica de cromo, sino el ácido crómico, un ácido de cromo que contiene oxígeno, que es una solución de cromado fuerte. Durante el proceso de galvanoplastia, el proceso del cátodo es complejo y la mayor parte de la corriente del cátodo se consume en dos reacciones secundarias: reacción 2 de desprendimiento de hidrógeno y reacción 1 de reducción de cromo hexavalente a cromo trivalente. Por lo tanto, la eficiencia de la corriente catódica del cromado es muy baja. (10% a 18%). También hay tres fenómenos anormales: 1. La eficiencia actual disminuye con el aumento de la concentración de anhídrido crómico; 2. Disminuye con el aumento de temperatura; 3. Aumenta con el aumento de la densidad de corriente.
2. En la solución de cromado, se debe agregar una cierta cantidad de aniones, como SO42-, para lograr la deposición normal del cromo metálico.
3. La capacidad de dispersión de la solución de cromado es muy baja. Para piezas con formas complejas, se requieren ánodos pictográficos o cátodos auxiliares para obtener una capa de cromado uniforme. Los requisitos para las perchas también son relativamente estrictos.
4. El cromado requiere una densidad de corriente catódica más alta, generalmente superior a 20 A/dm2, que es más de 10 veces mayor que el cromado general. Debido a la gran cantidad de gas liberado por el cátodo y el ánodo, la resistencia de la solución de revestimiento es grande, el voltaje del tanque aumenta y se requiere que el suministro de energía de galvanoplastia sea alto. Se requiere una fuente de alimentación superior a 12 V, mientras que otros tipos de enchapado pueden utilizar una fuente de alimentación inferior a 8 V.
5. El ánodo del cromado no utiliza cromo metálico, porque el cromo es muy fácil de disolver en la solución de cromado, lo que hace que la eficiencia de la corriente del ánodo sea mayor que la eficiencia del cátodo, lo que resulta en un consumo creciente de ácido crómico. Por tanto, se utiliza un ánodo insoluble. Generalmente se utilizan plomo, aleaciones de plomo-antimonio y aleaciones de plomo-estaño. El cromo consumido en la solución de revestimiento debe complementarse añadiendo anhídrido crómico.
6. La temperatura de funcionamiento del cromado depende en cierta medida de la densidad de corriente del cátodo. Cambiando la relación entre ambos se pueden obtener recubrimientos de cromo con diferentes propiedades. Para aumentar la fuerza de unión entre la capa de cromado y el sustrato, se puede precalentar el rodillo portaplacas.
El principio de reacción del cátodo (superficie del rodillo) durante el cromado por huecograbado:
La solución de cromado existe principalmente en forma de ácido crómico (CrO42-) y ácido dicrómico (Cr2O72-). Cuando el valor del pH es inferior a 1, (Cr2072- tiene 2 cargas negativas y 7 átomos de oxígeno) como forma principal; cuando el valor de pH es 2-6, Cr2O72- y CrO42- existen en el siguiente equilibrio, es decir, Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Se puede observar que los iones presentes en el electrolito de cromado incluyen Cr2O72-, H+, CrO42- y SO42-. Excepto SO42-, otros iones pueden participar en la reacción catódica. Los cuatro procesos de reacción electroquímica en el cátodo (superficie del rodillo):
Etapa 1: a medida que aumenta el potencial del electrodo, aumenta la densidad de corriente. La reacción del electrodo es 2H→ H2 Reacción 2
Etapa 2: a medida que el potencial del electrodo continúa aumentando, la densidad de corriente disminuye. Este es el proceso de formación de una película catódica alcalina. (La formación de la película catódica alcalina se debe al consumo de una gran cantidad de H+ mediante dos reacciones ①② en la superficie del cátodo). Reacción 1, Reacción 2
Etapa 3: Cuando se alcanza el potencial de precipitación de cromo, se recubre con cromo la superficie del rodillo portaplacas. A medida que el potencial del electrodo continúa aumentando, la densidad de corriente vuelve a aumentar. La reacción del electrodo es Cr6→Cr 2H→H2 Reacción 1, Reacción 4
Teoría de la película catódica y su influencia en la calidad durante el cromado:
Durante el proceso de cromado, se forma una película de cátodo alcalino en la superficie del rodillo portaplacas. Esta disolución ocurre primero localmente y se expande gradualmente, exponiendo así una pequeña área del sustrato, la densidad de corriente real es muy alta y el efecto de polarización es grande. Sólo entonces el cromado (alcanzando el potencial de precipitación de cromo) puede realizarse a una determinada velocidad. Se generará una película coloidal sobre la superficie de la nueva capa de cromo, y se repetirá la disolución y generación de la película coloidal, desempeñando un importante papel regulador.
Aunque el SO42- en la solución de revestimiento y el cromo trivalente generado durante el proceso catódico no participan directamente en la reacción del electrodo, su presencia y contenido son cruciales para la calidad de la capa de revestimiento de cromo.
1. Si el contenido de cromo trivalente es bajo, la película coloidal es difícil de formar o es delgada y porosa, y el ácido sulfúrico puede disolverla fácilmente. En este momento, el área del sustrato expuesto es grande y el área con baja densidad de corriente no puede alcanzar el potencial de precipitación del cromo, por lo que la capacidad de cobertura del cromo es deficiente.
2. Si la concentración de cromo trivalente es alta, la película coloidal es espesa y densa y el ácido sulfúrico es difícil de disolver. La capa de cromo sólo puede crecer en los granos originales, lo que produce una cristalización rugosa y una capa oscura y opaca.
3. El contenido de ácido sulfúrico es alto, es fácil disolver la película coloidal y no hay capa de cromo en el área de baja densidad de corriente, que es la misma situación cuando el cromo trivalente es bajo. Si el ácido sulfúrico es insuficiente, la capa de cromo será rugosa, al igual que en la situación cuando el cromo trivalente es alto.
4. Por lo tanto, su contenido debe controlarse estrictamente en el cromado, especialmente la proporción de anhídrido crómico a ácido sulfúrico.
La influencia de los iones de impureza en la solución de cromo en huecograbado y los métodos de eliminación:
Las impurezas nocivas en el electrolito de cromado incluyen principalmente hierro, cobre, zinc, níquel, etc. Entre ellos, cuando cualquier ion metálico se acumula hasta un cierto contenido, dañará el proceso de cromado, como la reducción del rango de brillo. del recubrimiento, la reducción de la capacidad de dispersión del electrolito y el deterioro de la conductividad. Cuando el contenido de iones metálicos en el electrolito es alto, se debe tratar el electrolito. El tratamiento con baja densidad de corriente puede lograr ciertos resultados. Sin embargo, el cromo líquido es muy corrosivo y algunas impurezas se disuelven después de la electrólisis. Cuando el contenido de iones de hierro es demasiado alto, se utiliza el intercambio iónico para el tratamiento. Durante el tratamiento, la solución de cromado se diluye primero para que el contenido de ácido crómico no supere los 120 g/l y luego se inyecta en la columna de intercambio. La solución de cromado así tratada se puede reutilizar. Para prolongar la vida útil de la resina, es necesario evitar el contacto directo entre la solución concentrada de cromado y la resina catiónica, para evitar que la resina se destruya por oxidación. El método de intercambio catiónico tiene el mismo efecto sobre los iones de cobre y el cromo trivalente, pero es complicado y requiere mucho tiempo.
Efectos del cromo trivalente en solución de cromo de huecograbado y métodos de eliminación:
Generalmente, el aumento de cromo trivalente se trata mediante electrólisis con un ánodo grande y un cátodo pequeño. Si el contenido de ácido sulfúrico es alto, es mejor reducir el ácido sulfúrico a la normalidad antes de la electrólisis. El exceso de ácido sulfúrico afectará gravemente el efecto de la electrólisis, dificultando la reducción del cromo trivalente. Generalmente existen varias razones para el aumento de cromo trivalente:
1. El área del ánodo es demasiado pequeña. El área del ánodo debe ser 2-3 veces el área del cátodo.
2. El contenido de impurezas metálicas en la solución de revestimiento es demasiado alto.
3. La oxidación del ánodo hace que parte del ánodo no sea conductor.
Introducción al principio de funcionamiento del inhibidor de niebla de cromo para impresión en huecograbado:
Durante el proceso de cromado, debido al uso de ánodos insolubles y la baja eficiencia de la corriente catódica, se precipita una gran cantidad de hidrógeno y oxígeno. Cuando el gas escapa de la superficie del líquido, transporta una gran cantidad de ácido crómico, formando neblina de cromo y provocando graves riesgos de contaminación. Actualmente existen dos métodos para suprimir la niebla de cromo.
1. Método del cuerpo flotante: coloque piezas o fragmentos de espuma plástica en la superficie de la solución de revestimiento. Estos cuerpos flotantes pueden bloquear el escape de la niebla de cromo.
2. Agregue inhibidor de espuma: el inhibidor de espuma es un surfactante que puede reducir la tensión superficial de la solución de revestimiento y producir una capa de espuma estable (similar al agua con detergente para ropa, con innumerables pequeñas burbujas flotando en la superficie de la solución de revestimiento).
La capa de espuma formada por el inhibidor de niebla de cromo en la solución de revestimiento cubre herméticamente la superficie de la solución de revestimiento. Cuando el hidrógeno y el oxígeno que contienen ácido crómico se evaporan, entran en contacto con la capa de espuma de la superficie y innumerables pequeñas nieblas de ácido crómico se combinan en gotas más grandes. Debido al efecto de la gravedad, volverán a la solución de revestimiento cuando alcancen una cierta altura, mientras que el hidrógeno y el oxígeno continúan ascendiendo hasta abandonar la superficie del líquido, logrando así la eliminación del gas y la supresión efectiva de la neblina de cromo.