فرآیند آبکاری کروم روتوگراور و اصل کنترل کیفیت

اصل فرآیند آبکاری کروم:

فرآیند آبکاری کروم یک فرآیند الکتروشیمیایی، یک فرآیند واکنش ردوکس است. فرآیند اصلی این است که قطعات را در محلول نمک فلزی به عنوان کاتد، فلز را به عنوان آند غوطه ور کنید و پس از اتصال به جریان مستقیم، یک پوشش فلزی بر روی قطعات رسوب می کند. نمودار شماتیک فرآیند آبکاری گراور: غلتک صفحه کاتد و مش تیتانیوم آند است.

اجزای اصلی محلول کروم نمک اصلی:

کروم انیدرید محتوای: 200-260 گرم در لیتر کاتالیزور: محتوای اسید سولفوریک: 2.2-2.5 گرم در لیتر مواد افزودنی: تسطیح و بهبود راندمان عملکرد لایه آبکاری کروم: کروم یک فلز سفید نقره ای با یک رنگ آبی ملایم، با جرم اتمی نسبی 51.99، چگالی 6.98-7.21 گرم بر سانتی متر مکعب و نقطه ذوب 1875-1920 درجه . کروم فلزی به راحتی در هوا غیرفعال می شود و یک فیلم غیرفعال بسیار نازک روی سطح تشکیل می دهد.

1. لایه کروم روت گراور دارای سختی بسیار بالایی است. بسته به ترکیب محلول آبکاری و شرایط فرآیند، سختی آن می تواند از 400 تا 1200 HV متغیر باشد.
2. لایه کروم مقاومت حرارتی خوبی دارد. هنگامی که در دمای زیر 500 درجه گرم می شود، براقیت و سختی آن تغییر قابل توجهی نمی کند.
3. ضریب اصطکاک لایه کروم اندود، به ویژه ضریب اصطکاک خشک، در بین تمام فلزات کمترین است. بنابراین، لایه کروم اندود مقاومت سایش خوبی دارد.
4. لایه کروم اندود شده پایداری شیمیایی خوبی دارد و در قلیایی، اسید نیتریک، سولفید، کربنات و اکثر گازها و اسیدهای آلی پایداری شیمیایی بالایی دارد.
5. لایه کروم اندود شده به راحتی در اسیدهای هیدروهالیک (مانند اسید هیدروکلریک) و اسید سولفوریک غلیظ داغ حل می شود.

ویژگی های آبکاری کروم:

محلول آبی انیدرید کرومیک اسید کرومیک است که تنها منبع آبکاری کروم است. اگرچه عملکرد محلول آبکاری مربوط به محتوای کروم انیدرید است، اما عمدتاً به نسبت اسید، یعنی نسبت انیدرید کرومیک به اسید سولفوریک بستگی دارد.

1. جزء اصلی محلول آبکاری کروم نمک فلز کروم نیست، بلکه کرومیک اسید است که یک اسید حاوی اکسیژن کروم است که محلول آبکاری اسیدی قوی است. در طول فرآیند آبکاری، فرآیند کاتد پیچیده است و بیشتر جریان کاتد در دو واکنش جانبی مصرف می شود: واکنش تکامل هیدروژن 2 و کاهش کروم شش ظرفیتی به واکنش کروم سه ظرفیتی 1. بنابراین، راندمان جریان کاتد آبکاری کروم بسیار پایین است. (10% تا 18%). همچنین سه پدیده غیرعادی وجود دارد: 1. با افزایش غلظت انیدرید کروم بازده جریان کاهش می یابد. 2. با افزایش دما کاهش می یابد. 3. با افزایش چگالی جریان افزایش می یابد.
2. در محلول آبکاری کروم، مقدار مشخصی آنیون مانند SO{1}} باید اضافه شود تا به رسوب طبیعی کروم فلزی برسد.
3. توانایی پراکندگی محلول آبکاری کروم بسیار کم است. برای قطعات با اشکال پیچیده، آندهای تصویری یا کاتدهای کمکی برای به دست آوردن یک لایه روکش کروم یکنواخت مورد نیاز است. الزامات چوب لباسی نیز نسبتاً سختگیرانه است.
4. آبکاری کروم به چگالی جریان کاتدی بالاتری نیاز دارد که معمولاً بالای 20A/dm2 است که بیش از 10 برابر بیشتر از آبکاری عمومی است. به دلیل مقدار زیادی گاز آزاد شده از کاتد و آند، مقاومت محلول آبکاری زیاد است، ولتاژ مخزن افزایش می‌یابد و نیاز است که منبع تغذیه آبکاری بالا باشد. منبع تغذیه بیشتر از 12 ولت مورد نیاز است، در حالی که سایر انواع آبکاری می توانند از منبع تغذیه کمتر از 8 ولت استفاده کنند.
5. در آند آبکاری کروم از کروم فلزی استفاده نمی شود، زیرا کروم بسیار آسان در محلول آبکاری حل می شود و راندمان جریان آند را بیشتر از بازده کاتد می کند و در نتیجه مصرف اسید کرومیک افزایش می یابد. بنابراین از آند نامحلول استفاده می شود. معمولاً از سرب، آلیاژ سرب-آنتیموان و آلیاژ سرب-قلع استفاده می شود. کروم مصرف شده در محلول آبکاری باید با افزودن انیدرید کروم تکمیل شود.
6. دمای کاری آبکاری کروم وابستگی خاصی به چگالی جریان کاتد دارد. با تغییر رابطه بین این دو می توان روکش های کرومی با خواص متفاوت بدست آورد. به منظور افزایش استحکام پیوند بین لایه آبکاری کروم و زیرلایه، غلتک صفحه را می توان از قبل گرم کرد.

اصل واکنش کاتد (سطح غلتک) در حین آبکاری کروم گراور:

محلول آبکاری کروم عمدتاً به شکل اسید کرومیک (CrO{0}}) و اسید دی کرومیک (Cr2O72-) وجود دارد. هنگامی که مقدار pH کمتر از 1 باشد، (کروم{4}} دارای 2 بار منفی و 7 اتم اکسیژن) به عنوان شکل اصلی. وقتی مقدار pH 2-6 است، Cr2O72- و CrO42- در تعادل زیر وجود دارند، یعنی Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. مشاهده می شود که یون های موجود در الکترولیت آبکاری کروم شامل Cr2O72-، H+، CrO42- و SO42- است. به جز SO{20}}، یون‌های دیگر می‌توانند در واکنش کاتد شرکت کنند. چهار فرآیند واکنش الکتروشیمیایی در کاتد (سطح غلتک):

مرحله 1: با افزایش پتانسیل الکترود، چگالی جریان افزایش می یابد. واکنش الکترود 2H → H2 Reaction 2 است
مرحله 2: با ادامه افزایش پتانسیل الکترود، چگالی جریان کاهش می یابد. این فرآیند تشکیل یک فیلم کاتد قلیایی است. (تشکیل فیلم کاتد قلیایی به دلیل مصرف مقدار زیادی H+ توسط دو واکنش ①② روی سطح کاتد است). واکنش 1، واکنش 2
مرحله 3: هنگامی که پتانسیل بارش کروم به دست آمد، کروم بر روی سطح غلتک صفحه قرار می گیرد. با ادامه افزایش پتانسیل الکترود، چگالی جریان دوباره افزایش می یابد. واکنش الکترود Cr6 → Cr 2H → H2 واکنش 1، واکنش 4 است.

تئوری فیلم کاتدی و تأثیر آن بر کیفیت در هنگام آبکاری کروم:

در طی فرآیند آبکاری کروم، یک فیلم کاتد قلیایی بر روی سطح غلتک صفحه تشکیل می شود. این انحلال ابتدا به صورت موضعی رخ می دهد و به تدریج گسترش می یابد، در نتیجه سطح کوچکی از بستر را در معرض دید قرار می دهد، چگالی جریان واقعی بسیار زیاد است و اثر قطبش زیاد است. فقط در این صورت است که آبکاری کروم (دستیابی به پتانسیل بارندگی کروم) می تواند با سرعت مشخصی ادامه یابد. یک فیلم کلوئیدی روی سطح لایه کروم جدید ایجاد می شود و انحلال و تولید فیلم کلوئیدی تکرار می شود و نقش تنظیم کننده مهمی را ایفا می کند.

اگرچه SO{0}} در محلول آبکاری و کروم سه ظرفیتی تولید شده در طی فرآیند کاتد مستقیماً در واکنش الکترود شرکت نمی‌کنند، حضور و محتوای آنها برای کیفیت لایه کروم‌کاری بسیار مهم است.
1. اگر محتوای کروم سه ظرفیتی کم باشد، لایه کلوئیدی به سختی تشکیل می شود یا نازک و متخلخل است و اسید سولفوریک می تواند به راحتی آن را حل کند. در این زمان، سطح بستر در معرض بزرگ است، و منطقه با چگالی جریان کم نمی تواند به پتانسیل بارش کروم برسد، بنابراین توانایی پوشش کروم ضعیف است.
2. اگر غلظت کروم سه ظرفیتی زیاد باشد، لایه کلوئیدی ضخیم و متراکم است و اسید سولفوریک به سختی حل می شود. لایه کروم فقط می تواند روی دانه های اصلی رشد کند و در نتیجه کریستالیزاسیون خشن و پوشش تیره و کسل کننده ایجاد می کند.
3. محتوای اسید سولفوریک زیاد است، به راحتی می توان فیلم کلوئیدی را حل کرد، و هیچ لایه کرومی در ناحیه چگالی جریان کم وجود ندارد، که مانند شرایط زمانی است که کروم سه ظرفیتی کم است. اگر اسید سولفوریک ناکافی باشد، لایه کروم ناهموار خواهد بود، درست مانند شرایطی که کروم سه ظرفیتی زیاد است.
4. بنابراین، محتوای آنها باید در آبکاری کروم به شدت کنترل شود، به ویژه نسبت انیدرید کروم به اسید سولفوریک.

تاثیر یون های ناخالصی در محلول کروم روتوگراور و روش های حذف:
ناخالصی‌های مضر در الکترولیت آبکاری کروم عمدتاً شامل آهن، مس، روی، نیکل و غیره می‌شود. در این میان، وقتی هر یون فلزی به مقدار معینی انباشته شود، به فرآیند آبکاری کروم آسیب می‌رساند، مانند کاهش دامنه روشنایی پوشش، کاهش توانایی پراکندگی الکترولیت، و بدتر شدن رسانایی. هنگامی که محتوای یون فلزی در الکترولیت زیاد است، الکترولیت باید درمان شود. درمان با چگالی جریان کم می تواند به نتایج خاصی دست یابد. با این حال، مایع کروم بسیار خورنده است و برخی ناخالصی ها پس از الکترولیز حل می شوند. هنگامی که محتوای یون های آهن بیش از حد بالا باشد، از تبادل یونی برای درمان استفاده می شود. در طول درمان، محلول آبکاری کروم ابتدا رقیق می شود تا محتوای اسید کرومیک از 120 گرم در لیتر بیشتر نشود و سپس به ستون تبادل تزریق می شود. محلول آبکاری کروم که به این روش درمان شده است را می توان مجددا استفاده کرد. برای افزایش طول عمر رزین، لازم است از تماس مستقیم محلول آبکاری کروم غلیظ و رزین کاتیونی خودداری شود تا از تخریب رزین در اثر اکسیداسیون جلوگیری شود. روش تبادل کاتیونی روی یون‌های مس و کروم سه ظرفیتی تأثیر مشابهی دارد، اما پیچیده و زمان‌بر است.

اثرات کروم سه ظرفیتی در محلول کروم گراور و روش های حذف:
به طور کلی، افزایش کروم سه ظرفیتی با الکترولیز با یک آند بزرگ و یک کاتد کوچک درمان می شود. اگر محتوای اسید سولفوریک زیاد باشد، بهتر است قبل از الکترولیز، اسید سولفوریک را به حالت عادی برسانید. اسید سولفوریک بیش از حد به طور جدی بر اثر الکترولیز تأثیر می گذارد و کاهش کروم سه ظرفیتی را دشوار می کند. به طور کلی چندین دلیل برای افزایش کروم سه ظرفیتی وجود دارد:
1. ناحیه آند خیلی کوچک است. مساحت آند باید 2-3 برابر مساحت کاتد باشد.
2. محتوای ناخالصی های فلزی در محلول آبکاری بسیار زیاد است.
3. اکسیداسیون آند باعث می شود بخشی از آند نارسانا باشد.

مقدمه ای بر اصل کار بازدارنده مه کروم چاپ گراور:

در طی فرآیند آبکاری کروم، به دلیل استفاده از آندهای نامحلول و راندمان پایین جریان کاتد، مقدار زیادی هیدروژن و اکسیژن رسوب می‌کند. هنگامی که گاز از سطح مایع خارج می شود، مقدار زیادی اسید کرومیک را حمل می کند و غبار کروم را تشکیل می دهد و خطرات آلودگی جدی ایجاد می کند. در حال حاضر دو روش برای سرکوب مه کروم وجود دارد.

1. روش بدنه شناور: قطعات یا قطعات فوم پلاستیکی را روی سطح محلول آبکاری قرار دهید. این اجسام شناور می توانند مانع فرار غبار کروم شوند.
2. بازدارنده فوم را اضافه کنید: بازدارنده فوم یک سورفکتانت است که می تواند کشش سطحی محلول آبکاری را کاهش دهد و یک لایه کف پایدار تولید کند (مشابه آب شوینده لباسشویی با حباب های کوچک بی شماری که روی سطح محلول آبکاری شناور هستند).

لایه کف تشکیل شده توسط بازدارنده مه کروم در محلول آبکاری، سطح محلول آبکاری را محکم می پوشاند. هنگامی که هیدروژن و اکسیژن حاوی کرومیک اسید تبخیر می‌شوند، با لایه فوم روی سطح تماس پیدا می‌کنند و تعداد بی‌شماری مه‌های کوچک اسید کرومیک به قطرات بزرگ‌تری تبدیل می‌شوند. به دلیل اثر گرانش، هنگامی که به ارتفاع معینی بالا می‌روند، به محلول آبکاری برمی‌گردند، در حالی که هیدروژن و اکسیژن تا زمانی که سطح مایع را ترک کنند به بالا رفتن ادامه می‌دهند، بنابراین به حذف گاز و سرکوب مؤثر غبار کروم دست می‌یابند.