Hromēšanas procesa princips:
Hromēšanas process ir elektroķīmisks process, redoksreakcijas process. Pamatprocess ir iegremdēt detaļas metāla sāls šķīdumā kā katodu, metālu kā anodu, un pēc pievienošanas līdzstrāvai uz detaļām tiks uzklāts metāla pārklājums. Dziļspiedes galvanizācijas procesa shematiskā diagramma: plākšņu veltnis ir katods un titāna sieta ir anods.
Hroma šķīduma galvenās sastāvdaļas Galvenā sāls:
Hromanhidrīds Saturs: 200-260 g/l Katalizators: Sērskābe Saturs: 2.2-2,5 g/L Piedevas: Izlīdzināšana un efektivitātes uzlabošana Hromēšanas slāņa veiktspēja: Hroms ir sudrabaini balts metāls ar viegli zila nokrāsa ar relatīvo atommasu 51,99, blīvumu 6.98-7.21 g/cm3 un a kušanas temperatūra 1875-1920 grādi. Metāliskais hroms viegli pasivējas gaisā, veidojot uz virsmas ļoti plānu pasivācijas plēvi.
1. Rotācijas dobspiedes hromētajam slānim ir ļoti augsta cietība. Atkarībā no apšuvuma šķīduma sastāva un procesa apstākļiem tā cietība var svārstīties no 400 līdz 1200 HV.
2. Hroma slānim ir laba karstumizturība. Sildot zem 500 grādiem, tā spīdums un cietība būtiski nemainās.
3. Hromētā slāņa berzes koeficients, īpaši sausās berzes koeficients, ir viszemākais starp visiem metāliem. Tāpēc hromētajam slānim ir laba nodilumizturība.
4. Hromētam slānim ir laba ķīmiskā stabilitāte un augsta ķīmiskā stabilitāte sārmā, slāpekļskābē, sulfīdā, karbonātā un lielākajā daļā gāzu un organisko skābju.
5. Hromētais slānis viegli šķīst halogenūdeņos (piemēram, sālsskābē) un karstā koncentrētā sērskābē.
Hromētas pārklājuma funkcijas:
Hromanhidrīda ūdens šķīdums ir hromskābe, kas ir vienīgais hromēšanas avots. Lai gan pārklājuma šķīduma veiktspēja ir saistīta ar hromanhidrīda saturu, tas galvenokārt ir atkarīgs no skābes attiecības, tas ir, hromanhidrīda attiecības pret sērskābi.
1. Hromēšanas šķīduma galvenā sastāvdaļa nav metāla hroma sāls, bet gan hromskābe, skābekli saturoša hroma skābe, kas ir stiprs skābs pārklājuma šķīdums. Galvanizācijas procesā katoda process ir sarežģīts, un lielākā daļa katoda strāvas tiek patērēta divās blakusreakcijās: ūdeņraža evolūcijas reakcijā 2 un sešvērtīgā hroma reducēšanā līdz trīsvērtīgā hroma reakcijai 1. Tāpēc hromēšanas katoda strāvas efektivitāte ir ļoti zema. (10% līdz 18%). Ir arī trīs patoloģiskas parādības: 1. Strāvas efektivitāte samazinās, palielinoties hromanhidrīda koncentrācijai; 2. Tas samazinās līdz ar temperatūras paaugstināšanos; 3. Tas palielinās, palielinoties strāvas blīvumam.
2. Hromēšanas šķīdumā jāpievieno noteikts daudzums anjonu, piemēram, SO42-, lai panāktu normālu metāla hroma nogulsnēšanos.
3. Hromēšanas šķīduma dispersijas spēja ir ļoti zema. Sarežģītu formu detaļām ir nepieciešami piktogrāfiskie anodi vai palīgkatodi, lai iegūtu vienmērīgu hroma pārklājuma slāni. Arī prasības pakaramajiem ir samērā stingras.
4. Hromēšanai nepieciešams lielāks katoda strāvas blīvums, parasti virs 20A/dm2, kas ir vairāk nekā 10 reizes lielāks nekā vispārējais pārklājums. Sakarā ar lielo gāzes daudzumu, kas izdalās no katoda un anoda, pārklājuma šķīduma pretestība ir liela, tvertnes spriegums palielinās, un galvanizācijas barošanas avotam ir jābūt augstam. Nepieciešams barošanas avots, kas lielāks par 12 V, savukārt citi pārklājuma veidi var izmantot barošanas avotu, kas ir mazāks par 8 V.
5. Hromēšanas anodā netiek izmantots metālisks hroms, jo hroms ļoti viegli izšķīst pārklājuma šķīdumā, padarot anoda strāvas efektivitāti lielāku par katoda efektivitāti, kā rezultātā palielinās hromskābes patēriņš. Tāpēc tiek izmantots nešķīstošs anods. Parasti izmanto svinu, svina-antimona sakausējumu un svina-alvas sakausējumu. Pārklāšanas šķīdumā patērētais hroms ir jāpapildina, pievienojot hromanhidrīdu.
6. Hromēšanas darba temperatūrai ir noteikta atkarība no katoda strāvas blīvuma. Mainot attiecības starp abiem, var iegūt hroma pārklājumus ar dažādām īpašībām. Lai palielinātu saķeres stiprību starp hroma pārklājuma slāni un pamatni, plāksnes veltni var iepriekš uzsildīt.
Katoda (rullīšu virsmas) reakcijas princips dziļspiedes hromēšanas laikā:
Hromēšanas šķīdums galvenokārt ir hromskābes (CrO42-) un dihromskābes (Cr2O72-) veidā. Ja pH vērtība ir mazāka par 1, (Cr2072- ir 2 negatīvi lādiņi un 7 skābekļa atomi) kā galvenā forma; ja pH vērtība ir 2-6, Cr2O72- un CrO42- pastāv šādā līdzsvarā, tas ir, Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Var redzēt, ka hromēšanas elektrolītā esošie joni ietver Cr2O72-, H+, CrO42- un SO42-. Izņemot SO42-, katoda reakcijā var piedalīties citi joni. Četri elektroķīmiskās reakcijas procesi pie katoda (veltņa virsmas):
1. posms: pieaugot elektroda potenciālam, palielinās strāvas blīvums. Elektrodu reakcija ir 2H → H2 2. reakcija
2. posms: kad elektroda potenciāls turpina pieaugt, strāvas blīvums sāk samazināties. Tas ir sārmainās katoda plēves veidošanas process. (Sārmainās katoda plēves veidošanās ir saistīta ar liela daudzuma H+ patēriņu divās reakcijās ①② uz katoda virsmas). 1. reakcija, 2. reakcija
3. posms: kad tiek sasniegts hroma nokrišņu potenciāls, hroms tiek pārklāts uz plāksnes veltņa virsmas. Tā kā elektrodu potenciāls turpina pieaugt, strāvas blīvums atkal palielinās. Elektrodu reakcija ir Cr6 → Cr 2H → H2 1. reakcija, 4. reakcija
Katoda plēves teorija un tās ietekme uz kvalitāti hromēšanas laikā:
Hromēšanas procesā uz plāksnes veltņa virsmas veidojas sārma katoda plēve. Šī izšķīšana vispirms notiek lokāli un pakāpeniski izplešas, tādējādi pakļaujot nelielu substrāta laukumu, reālais strāvas blīvums ir ļoti augsts, un polarizācijas efekts ir liels. Tikai tad hromēšana (sasniedzot hroma izgulsnēšanās potenciālu) var noritēt ar noteiktu ātrumu. Uz jaunā hroma slāņa virsmas tiks ģenerēta koloidālā plēve, un koloidālās plēves izšķīšana un veidošanās tiks atkārtota, spēlējot svarīgu regulējošo lomu.
Lai gan SO42- pārklājuma šķīdumā un trīsvērtīgais hroms, kas rodas katoda procesā, tieši nepiedalās elektrodu reakcijā, to klātbūtne un saturs ir ļoti svarīgi hromēšanas slāņa kvalitātei.
1. Ja trīsvērtīgā hroma saturs ir zems, koloidālā plēve ir grūti veidojama vai plāna un poraina, un sērskābe to var viegli izšķīdināt. Šobrīd atklātā substrāta laukums ir liels, un apgabals ar zemu strāvas blīvumu nevar sasniegt hroma nokrišņu potenciālu, tāpēc hroma pārklājuma spēja ir slikta.
2. Ja trīsvērtīgā hroma koncentrācija ir augsta, koloidālā plēve ir bieza un blīva, un sērskābi ir grūti izšķīdināt. Hroma slānis var augt tikai uz sākotnējiem graudiem, kā rezultātā rodas rupja kristalizācija un tumšs un blāvs pārklājums.
3. Sērskābes saturs ir augsts, ir viegli izšķīdināt koloidālo plēvi, un zemā strāvas blīvuma zonā nav hroma slāņa, kas ir tāds pats kā situācija, kad trīsvērtīgais hroms ir zems. Ja sērskābes nepietiek, hroma slānis būs raupjš, tāpat kā situācijā, kad trīsvērtīgais hroms ir augsts.
4. Tāpēc hromēšanas procesā stingri jākontrolē to saturs, jo īpaši hromanhidrīda attiecība pret sērskābi.
Piemaisījumu jonu ietekme rotācijas dobspiedes hroma šķīdumā un noņemšanas metodes:
Hromēšanas elektrolīta kaitīgie piemaisījumi galvenokārt ir dzelzs, varš, cinks, niķelis utt. Tostarp, kad kāds metāla jons uzkrājas līdz noteiktam saturam, tas kaitēs hromēšanas procesam, piemēram, samazinās spilgtuma diapazonu. pārklājuma, elektrolīta dispersijas spējas samazināšanās un vadītspējas pasliktināšanās. Ja metāla jonu saturs elektrolītā ir augsts, elektrolīts ir jāapstrādā. Apstrāde ar zemu strāvas blīvumu var sasniegt noteiktus rezultātus. Tomēr hroma šķidrums ir ļoti kodīgs, un daži piemaisījumi tiek izšķīdināti pēc elektrolīzes. Ja dzelzs jonu saturs ir pārāk augsts, ārstēšanai izmanto jonu apmaiņu. Apstrādes laikā hromēšanas šķīdumu vispirms atšķaida tā, lai hromskābes saturs nepārsniegtu 120 g/l, un pēc tam ievada apmaiņas kolonnā. Šādi apstrādāto hromēšanas šķīdumu var izmantot atkārtoti. Lai pagarinātu sveķu kalpošanas laiku, ir jāizvairās no tieša kontakta starp koncentrēto hromēšanas šķīdumu un katjonu sveķiem, lai novērstu sveķu iznīcināšanu oksidēšanās rezultātā. Katjonu apmaiņas metodei ir tāda pati ietekme uz vara joniem un trīsvērtīgo hromu, taču tā ir sarežģīta un laikietilpīga.
Trīsvērtīgā hroma ietekme dziļspiedes hroma šķīdumā un noņemšanas metodes:
Parasti trīsvērtīgā hroma palielināšanos apstrādā ar elektrolīzi ar lielu anodu un mazu katodu. Ja sērskābes saturs ir augsts, vislabāk ir samazināt sērskābi līdz normālam līmenim pirms elektrolīzes. Pārmērīgs sērskābes daudzums nopietni ietekmēs elektrolīzes efektu, apgrūtinot trīsvērtīgā hroma samazināšanu. Trīsvērtīgā hroma daudzuma palielināšanai parasti ir vairāki iemesli:
1. Anoda laukums ir pārāk mazs. Anoda laukumam ir jābūt 2-3 reizes lielākam par katoda laukumu.
2. Metāla piemaisījumu saturs pārklājuma šķīdumā ir pārāk augsts.
3. Anoda oksidēšanās rezultātā daļa no anoda ir nevadoša.
Ievads dziļspiedes hroma miglas inhibitora darbības principā:
Hromēšanas procesā nešķīstošu anodu izmantošanas un zemas katoda strāvas efektivitātes dēļ tiek nogulsnēts liels daudzums ūdeņraža un skābekļa. Kad gāze izplūst no šķidruma virsmas, tā pārvadā lielu daudzumu hromskābes, veidojot hroma miglu un radot nopietnus piesārņojuma draudus. Pašlaik ir divas metodes hroma miglas slāpēšanai.
1. Peldošā korpusa metode: uz apšuvuma šķīduma virsmas uzlieciet putuplasta gabalus vai fragmentus. Šie peldošie ķermeņi var bloķēt hroma miglas izplūšanu.
2. Pievienojiet putu inhibitoru: putu inhibitors ir virsmaktīvā viela, kas var samazināt pārklājuma šķīduma virsmas spraigumu un radīt stabilu putu slāni (līdzīgi kā veļas mazgāšanas līdzekļa ūdenim, ar neskaitāmiem maziem burbuļiem, kas peld uz pārklājuma šķīduma virsmas).
Putu slānis, ko veido hroma miglas inhibitors pārklājuma šķīdumā, cieši nosedz pārklājuma šķīduma virsmu. Kad ūdeņradis un skābeklis, kas satur hromskābi, iztvaiko, tie nonāk saskarē ar putu slāni uz virsmas, un neskaitāmas sīkas hromskābes miglas apvienojas lielākos pilienos. Gravitācijas ietekmes dēļ tie, paceļoties līdz noteiktam augstumam, atgriezīsies apšuvuma šķīdumā, savukārt ūdeņradis un skābeklis turpina celties, līdz iziet no šķidruma virsmas, tādējādi panākot gāzes noņemšanu un efektīvu hroma miglas nomākšanu.