Principio del processo di cromatura:
Il processo di cromatura è un processo elettrochimico, un processo di reazione redox. Il processo di base consiste nell'immergere le parti in una soluzione salina metallica come catodo, il metallo come anodo e, dopo aver effettuato il collegamento alla corrente continua, sulle parti verrà depositato un rivestimento metallico. Diagramma schematico del processo di galvanica rotocalco: il rullo della piastra è il catodo e la rete di titanio è l'anodo.
Componenti principali della soluzione di cromo Sale principale:
Contenuto di anidride cromica: 200-260 g/L Catalizzatore: Contenuto di acido solforico: 2,2-2,5 g/L Additivi: Livellamento e miglioramento dell'efficienza Prestazioni dello strato di cromatura: Il cromo è un metallo bianco argenteo con un leggera tinta blu, con una massa atomica relativa di 51,99, una densità di 6,98-7,21 g/cm3 e un punto di fusione di 1875-1920 grado . Il cromo metallico si passiva facilmente all'aria, formando sulla superficie una pellicola passivante molto sottile.
1. Lo strato cromato rotocalco ha una durezza molto elevata. A seconda della composizione della soluzione galvanica e delle condizioni del processo, la sua durezza può variare da 400 a 1200 HV.
2. Lo strato cromato ha una buona resistenza al calore. Se riscaldato sotto i 500 gradi, la sua lucentezza e durezza non cambiano in modo significativo.
3. Il coefficiente di attrito dello strato cromato, in particolare il coefficiente di attrito a secco, è il più basso tra tutti i metalli. Pertanto, lo strato cromato ha una buona resistenza all'usura.
4. Lo strato cromato ha una buona stabilità chimica e ha un'elevata stabilità chimica negli alcali, nell'acido nitrico, nel solfuro, nel carbonato e nella maggior parte dei gas e degli acidi organici.
5. Lo strato cromato è facilmente solubile negli acidi idroalici (come l'acido cloridrico) e nell'acido solforico concentrato a caldo.
Caratteristiche della cromatura:
La soluzione acquosa di anidride cromica è l'acido cromico, che è l'unica fonte di cromatura. Sebbene le prestazioni della soluzione di placcatura siano correlate al contenuto di anidride cromica, dipendono principalmente dal rapporto acido, ovvero dal rapporto tra anidride cromica e acido solforico.
1. Il componente principale della soluzione di cromatura non è il sale di cromo metallico, ma l'acido cromico, un acido di cromo contenente ossigeno, che è una soluzione di placcatura acida forte. Durante il processo di galvanizzazione, il processo catodico è complesso e la maggior parte della corrente catodica viene consumata in due reazioni laterali: reazione di evoluzione dell'idrogeno 2 e riduzione del cromo esavalente a reazione di cromo trivalente 1. Pertanto, l'efficienza della corrente catodica della cromatura è molto bassa (dal 10% al 18%). Si verificano inoltre tre fenomeni anomali: 1. L'efficienza della corrente diminuisce all'aumentare della concentrazione di anidride cromica; 2. Diminuisce con l'aumento della temperatura; 3. Aumenta con l'aumento della densità di corrente.
2. Nella soluzione di cromatura è necessario aggiungere una certa quantità di anioni, come SO42-, per ottenere la normale deposizione di cromo metallico.
3. La capacità di dispersione della soluzione di cromatura è molto bassa. Per parti con forme complesse sono necessari anodi pittografici o catodi ausiliari per ottenere uno strato di cromatura uniforme. Anche i requisiti per le grucce sono relativamente severi.
4. La cromatura richiede una densità di corrente catodica più elevata, solitamente superiore a 20 A/dm2, che è più di 10 volte superiore rispetto alla placcatura generale. A causa della grande quantità di gas rilasciato dal catodo e dall'anodo, la resistenza della soluzione di placcatura è elevata, la tensione del serbatoio aumenta e l'alimentazione di elettroplaccatura deve essere elevata. È richiesto un alimentatore superiore a 12 V, mentre altri tipi di placcatura possono utilizzare un alimentatore inferiore a 8 V.
5. L'anodo della cromatura non utilizza cromo metallico, poiché il cromo è molto facile da sciogliere nella soluzione di placcatura, rendendo l'efficienza della corrente anodica maggiore dell'efficienza del catodo, con conseguente aumento del consumo di acido cromico. Pertanto, viene utilizzato un anodo insolubile. Solitamente vengono utilizzati piombo, leghe piombo-antimonio e leghe piombo-stagno. Il cromo consumato nella soluzione di placcatura deve essere integrato aggiungendo anidride cromica.
6. La temperatura operativa della cromatura dipende in una certa misura dalla densità di corrente del catodo. Modificando il rapporto tra i due si possono ottenere rivestimenti di cromo con proprietà diverse. Per aumentare la forza di adesione tra lo strato di cromatura e il substrato, il rullo della placca può essere preriscaldato.
Il principio di reazione del catodo (superficie del rullo) durante la cromatura rotocalco:
La soluzione di cromatura esiste principalmente sotto forma di acido cromico (CrO42-) e acido dicromico (Cr2O72-). Quando il valore del pH è inferiore a 1, (Cr2072- ha 2 cariche negative e 7 atomi di ossigeno) come forma principale; quando il valore del pH è 2-6, Cr2O72- e CrO42- esistono nel seguente equilibrio, ovvero Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Si può vedere che gli ioni presenti nell'elettrolita di cromatura includono Cr2O72-, H+, CrO42- e SO42-. Ad eccezione di SO42-, altri ioni possono partecipare alla reazione catodica. I quattro processi di reazione elettrochimica al catodo (superficie del rullo):
Fase 1: all’aumentare del potenziale dell’elettrodo, aumenta la densità di corrente. La reazione dell'elettrodo è 2H→ H2 Reazione 2
Fase 2: man mano che il potenziale dell'elettrodo continua ad aumentare, la densità di corrente diminuisce. Questo è il processo di formazione di una pellicola catodica alcalina. (La formazione del film alcalino del catodo è dovuta al consumo di una grande quantità di H+ da parte di due reazioni ①② sulla superficie del catodo). Reazione 1, Reazione 2
Fase 3: Quando viene raggiunto il potenziale di precipitazione del cromo, il cromo viene depositato sulla superficie del rullo di lastra. Man mano che il potenziale dell'elettrodo continua ad aumentare, la densità di corrente aumenta nuovamente. La reazione dell'elettrodo è Cr6→Cr 2H→H2 Reazione 1, Reazione 4
Teoria del film catodico e sua influenza sulla qualità durante la cromatura:
Durante il processo di cromatura, sulla superficie del rullo portaplacca si forma una pellicola catodica alcalina. Questa dissoluzione avviene dapprima localmente e si espande gradualmente, esponendo così una piccola area del substrato, la densità di corrente reale è molto elevata e l'effetto di polarizzazione è ampio. Solo allora la cromatura (raggiungendo il potenziale di precipitazione del cromo) può procedere ad una certa velocità. Sulla superficie del nuovo strato di cromo verrà generato un film colloidale e la dissoluzione e la generazione del film colloidale verranno ripetute, svolgendo un importante ruolo regolatore.
Sebbene la SO42- nella soluzione di placcatura e il cromo trivalente generato durante il processo catodico non partecipino direttamente alla reazione dell'elettrodo, la loro presenza e il loro contenuto sono cruciali per la qualità dello strato di cromatura.
1. Se il contenuto di cromo trivalente è basso, il film colloidale è difficile da formare o è sottile e poroso e l'acido solforico può facilmente dissolverlo. In questo momento, l'area del substrato esposto è ampia e l'area con bassa densità di corrente non può raggiungere il potenziale di precipitazione del cromo, quindi la capacità di copertura del cromo è scarsa.
2. Se la concentrazione di cromo trivalente è elevata, il film colloidale è spesso e denso e l'acido solforico è difficile da dissolvere. Lo strato di cromo può crescere solo sui grani originali, determinando una cristallizzazione grossolana e un rivestimento scuro e opaco.
3. Il contenuto di acido solforico è elevato, la pellicola colloidale è facile da sciogliere e non c'è strato di cromo nell'area a bassa densità di corrente, che è la stessa della situazione in cui il cromo trivalente è basso. Se l'acido solforico è insufficiente, lo strato di cromo sarà ruvido, proprio come nel caso in cui il cromo trivalente sia alto.
4. Pertanto, il loro contenuto deve essere rigorosamente controllato durante la cromatura, in particolare il rapporto tra anidride cromica e acido solforico
L'influenza degli ioni impurità nella soluzione di cromo rotocalco e metodi di rimozione:
Le impurità nocive nell'elettrolita di cromatura includono principalmente ferro, rame, zinco, nichel, ecc. Tra questi, quando uno ione metallico si accumula fino a un certo contenuto, causerà danni al processo di cromatura, come la riduzione della gamma luminosa del rivestimento, la riduzione della capacità di dispersione dell'elettrolita e il deterioramento della conduttività. Quando il contenuto di ioni metallici nell'elettrolito è elevato, l'elettrolito deve essere trattato. Il trattamento con bassa densità di corrente può ottenere determinati risultati. Tuttavia, il cromo liquido è altamente corrosivo e alcune impurità si dissolvono dopo l'elettrolisi. Quando il contenuto di ioni ferro è troppo elevato, per il trattamento viene utilizzato lo scambio ionico. Durante il trattamento, la soluzione di cromatura viene prima diluita in modo che il contenuto di acido cromico non superi i 120 g/L, e poi iniettata nella colonna di scambio. La soluzione di cromatura così trattata può essere riutilizzata. Per prolungare la durata della resina è necessario evitare il contatto diretto tra la soluzione concentrata di cromatura e la resina cationica, in modo da evitare che la resina venga distrutta per ossidazione. Il metodo dello scambio cationico ha lo stesso effetto sugli ioni rame e sul cromo trivalente, ma è complicato e richiede tempo.
Effetti del cromo trivalente nella soluzione di cromo rotocalco e metodi di rimozione:
Generalmente l'aumento del cromo trivalente viene trattato mediante elettrolisi con un anodo grande e un catodo piccolo. Se il contenuto di acido solforico è elevato, è meglio ridurre l'acido solforico al valore normale prima dell'elettrolisi. Un eccesso di acido solforico influenzerà seriamente l'effetto dell'elettrolisi, rendendo difficile la riduzione del cromo trivalente. Generalmente le ragioni dell’aumento del cromo trivalente sono diverse:
1. L'area dell'anodo è troppo piccola. L'area dell'anodo dovrebbe essere 2-3 volte l'area del catodo.
2. Il contenuto di impurità metalliche nella soluzione di placcatura è troppo elevato.
3. L'ossidazione dell'anodo fa sì che parte dell'anodo non sia conduttiva.
Introduzione al principio di funzionamento dell'inibitore della nebbia di cromo per la stampa rotocalco:
Durante il processo di cromatura, a causa dell'uso di anodi insolubili e della bassa efficienza della corrente catodica, vengono precipitate grandi quantità di idrogeno e ossigeno. Quando il gas fuoriesce dalla superficie del liquido, trasporta una grande quantità di acido cromico, formando nebbia di cromo e causando gravi rischi di inquinamento. Attualmente esistono due metodi per eliminare la nebbia di cromo.
1. Metodo del corpo galleggiante: posizionare pezzi o frammenti di plastica espansa sulla superficie della soluzione di placcatura. Questi corpi galleggianti possono bloccare la fuga della nebbia di cromo.
2. Aggiungere un inibitore di schiuma: l'inibitore di schiuma è un tensioattivo che può ridurre la tensione superficiale della soluzione di placcatura e produrre uno strato di schiuma stabile (simile all'acqua del detersivo per bucato, con innumerevoli piccole bolle che galleggiano sulla superficie della soluzione di placcatura).
Lo strato di schiuma formato dall'inibitore della nebbia di cromo nella soluzione di placcatura copre saldamente la superficie della soluzione di placcatura. Quando l'idrogeno e l'ossigeno contenenti acido cromico evaporano, entrano in contatto con lo strato di schiuma sulla superficie e innumerevoli minuscole nebbie di acido cromico si uniscono in goccioline più grandi. Per effetto della gravità, ritorneranno nella soluzione di placcatura quando raggiungono una certa altezza, mentre l'idrogeno e l'ossigeno continuano a salire finché non lasciano la superficie del liquido, ottenendo così la rimozione del gas e l'efficace soppressione della nebbia di cromo.