หลักกระบวนการชุบโครเมี่ยม:
กระบวนการชุบโครเมี่ยมเป็นกระบวนการเคมีไฟฟ้าซึ่งเป็นกระบวนการปฏิกิริยารีดอกซ์ กระบวนการพื้นฐานคือการจุ่มชิ้นส่วนในสารละลายเกลือของโลหะเป็นแคโทด โลหะเป็นขั้วบวก และหลังจากเชื่อมต่อกับกระแสตรงแล้ว จะมีการเคลือบโลหะบนชิ้นส่วน แผนผังของกระบวนการชุบด้วยกราเวียร์ด้วยไฟฟ้า: ลูกกลิ้งเพลทเป็นแคโทด และตาข่ายไทเทเนียมเป็นแอโนด
ส่วนประกอบหลักของสารละลายโครเมียม เกลือหลัก:
ปริมาณโครเมียมแอนไฮไดรด์: 200-260 กรัม/ลิตร ตัวเร่งปฏิกิริยา: ปริมาณกรดซัลฟิวริก: 2.2-2.5 กรัม/ลิตร สารเติมแต่ง: การปรับระดับและปรับปรุงประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพของชั้นชุบโครเมียม: โครเมียมเป็นโลหะสีขาวเงินที่มี สีฟ้าเล็กน้อย โดยมีมวลอะตอมสัมพัทธ์ 51.99 ความหนาแน่น 6.98-7.21 g/cm3 และจุดหลอมเหลวของ 1875-1920 องศา . โลหะโครเมียมสามารถซึมผ่านอากาศได้ง่าย ทำให้เกิดฟิล์มฟิล์มบางมากบนพื้นผิว
1. ชั้นชุบโครเมียม rotogravure มีความแข็งสูงมาก ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารละลายการชุบและสภาวะของกระบวนการ ความแข็งอาจแตกต่างกันตั้งแต่ 400 ถึง 1200 HV
2. ชั้นโครเมียมทนความร้อนได้ดี เมื่อถูกความร้อนต่ำกว่า 500 องศา ความมันวาวและความแข็งจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ
3. ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีของชั้นชุบโครเมียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีแบบแห้งมีค่าต่ำที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด ดังนั้นชั้นชุบโครเมียมจึงมีความทนทานต่อการสึกหรอได้ดี
4. ชั้นชุบโครเมียมมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดีและมีเสถียรภาพทางเคมีสูงในอัลคาไล, กรดไนตริก, ซัลไฟด์, คาร์บอเนตและก๊าซและกรดอินทรีย์ส่วนใหญ่
5. ชั้นชุบโครเมียมละลายได้ง่ายในกรดไฮโดรฮาลิก (เช่นกรดไฮโดรคลอริก) และกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อน
คุณสมบัติการชุบโครเมี่ยม:
สารละลายน้ำโครเมียมแอนไฮไดรด์คือกรดโครมิกซึ่งเป็นแหล่งเดียวของการชุบโครเมียม แม้ว่าประสิทธิภาพของสารละลายชุบจะสัมพันธ์กับปริมาณโครมิกแอนไฮไดรด์ แต่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนกรด ซึ่งก็คืออัตราส่วนของโครมิกแอนไฮไดรด์ต่อกรดซัลฟิวริก
1. ส่วนประกอบหลักของสารละลายการชุบโครเมียมไม่ใช่เกลือโครเมียมของโลหะ แต่เป็นกรดโครมิกซึ่งเป็นกรดที่ประกอบด้วยออกซิเจนของโครเมียมซึ่งเป็นสารละลายการชุบที่เป็นกรดอย่างแรง ในระหว่างกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า กระบวนการแคโทดมีความซับซ้อน และกระแสแคโทดส่วนใหญ่ถูกใช้ไปในปฏิกิริยาสองด้าน: ปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจน 2 และการลดโครเมียมเฮกซะวาเลนต์เป็นปฏิกิริยาโครเมียมไตรวาเลนท์ 1 ดังนั้น ประสิทธิภาพกระแสแคโทดของการชุบโครเมียมจึงต่ำมาก (10% ถึง 18%) นอกจากนี้ยังมีปรากฏการณ์ที่ผิดปกติสามประการ: 1. ประสิทธิภาพในปัจจุบันลดลงเมื่อความเข้มข้นของโครมิกแอนไฮไดรด์เพิ่มขึ้น; 2. ลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 3. เพิ่มขึ้นตามความหนาแน่นกระแสที่เพิ่มขึ้น
2. ในสารละลายการชุบโครเมียม ต้องเติมแอนไอออนจำนวนหนึ่ง เช่น SO42- เพื่อให้เกิดการสะสมของโลหะโครเมียมตามปกติ
3. ความสามารถในการกระจายตัวของสารละลายชุบโครเมียมต่ำมาก สำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน จำเป็นต้องใช้แอโนดแบบรูปภาพหรือแคโทดเสริมเพื่อให้ได้ชั้นการชุบโครเมียมที่สม่ำเสมอ ข้อกำหนดสำหรับไม้แขวนเสื้อก็ค่อนข้างเข้มงวดเช่นกัน
4. การชุบโครเมี่ยมต้องมีความหนาแน่นกระแสแคโทดสูงกว่า ปกติจะสูงกว่า 20A/dm2 ซึ่งสูงกว่าการชุบทั่วไปมากกว่า 10 เท่า เนื่องจากก๊าซจำนวนมากที่ปล่อยออกมาจากแคโทดและแอโนด ความต้านทานของสารละลายการชุบจึงมีสูง แรงดันไฟฟ้าของถังจะเพิ่มขึ้น และจำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟในการชุบสูง จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่สูงกว่า 12V ในขณะที่การชุบประเภทอื่นสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟที่ต่ำกว่า 8V ได้
5. การชุบขั้วบวกของโครเมียมไม่ได้ใช้โครเมียมโลหะ เนื่องจากโครเมียมละลายได้ง่ายในสารละลายชุบ ทำให้ประสิทธิภาพกระแสแอโนดมากกว่าประสิทธิภาพของแคโทด ส่งผลให้มีการใช้กรดโครมิกเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงใช้ขั้วบวกที่ไม่ละลายน้ำ มักใช้ตะกั่ว โลหะผสมตะกั่ว-พลวง และโลหะผสมตะกั่ว-ดีบุก โครเมียมที่ใช้ในสารละลายชุบจะต้องเสริมด้วยการเติมโครเมียมแอนไฮไดรด์
6. อุณหภูมิในการทำงานของการชุบโครเมียมขึ้นอยู่กับความหนาแน่นกระแสแคโทด การเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองจะทำให้ได้การเคลือบโครเมียมที่มีคุณสมบัติต่างกัน เพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างชั้นชุบโครเมียมและพื้นผิว สามารถอุ่นลูกกลิ้งเพลทได้
หลักปฏิกิริยาแคโทด (พื้นผิวลูกกลิ้ง) ในระหว่างการชุบโครเมียมแบบกราเวียร์:
สารละลายการชุบโครเมี่ยมส่วนใหญ่มีอยู่ในรูปของกรดโครมิก (CrO42-) และกรดไดโครมิก (Cr2O72-) เมื่อค่า pH น้อยกว่า 1 (Cr2072- มีประจุลบ 2 ประจุและมีออกซิเจน 7 อะตอม) เป็นรูปแบบหลัก เมื่อค่า pH เป็น 2-6, Cr2O72- และ CrO42- มีอยู่ในสมดุลต่อไปนี้ ซึ่งก็คือ Cr2072- +H20===2CrO{{13} }เอช+ จะเห็นได้ว่าไอออนที่มีอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ชุบโครเมียมประกอบด้วย Cr2O72-, H+, CrO42- และ SO42- ยกเว้น SO42- ไอออนอื่นๆ สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาแคโทดได้ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าทั้งสี่กระบวนการที่แคโทด (พื้นผิวลูกกลิ้ง):
ขั้นที่ 1: เมื่อศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นกระแสก็จะเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาอิเล็กโทรดคือ 2H → H2 ปฏิกิริยา 2
ขั้นที่ 2: เนื่องจากศักย์ไฟฟ้ายังคงเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นกระแสจะลดลง นี่คือกระบวนการสร้างฟิล์มอัลคาไลน์แคโทด (การก่อตัวของฟิล์มอัลคาไลน์แคโทดเกิดจากการใช้ H+ ในปริมาณมากโดยปฏิกิริยา 1 ครั้ง 2 ครั้งบนพื้นผิวแคโทด) ปฏิกิริยาที่ 1, ปฏิกิริยาที่ 2
ขั้นตอนที่ 3: เมื่อถึงศักยภาพการตกตะกอนของโครเมียม โครเมียมจะถูกชุบบนพื้นผิวลูกกลิ้งแผ่น เนื่องจากศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดยังคงเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นกระแสจึงจะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง ปฏิกิริยาอิเล็กโทรดคือ Cr6 → Cr 2H → H2 ปฏิกิริยา 1, ปฏิกิริยา 4
ทฤษฎีฟิล์มแคโทดและอิทธิพลที่มีต่อคุณภาพระหว่างการชุบโครเมี่ยม:
ในระหว่างกระบวนการชุบโครเมียม ฟิล์มอัลคาไลน์แคโทดจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของลูกกลิ้งเพลท การละลายนี้เกิดขึ้นครั้งแรกในพื้นที่และค่อยๆ ขยายตัว ดังนั้นจึงเผยให้เห็นพื้นที่เล็กๆ ของสารตั้งต้น ความหนาแน่นกระแสที่แท้จริงนั้นสูงมาก และเอฟเฟกต์โพลาไรเซชันมีขนาดใหญ่ จากนั้นจึงจะสามารถชุบโครเมียมได้ (ถึงศักยภาพในการตกตะกอนของโครเมียม) ดำเนินการด้วยความเร็วที่กำหนดได้ ฟิล์มคอลลอยด์จะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวของชั้นโครเมียมใหม่ และการละลายและการสร้างฟิล์มคอลลอยด์จะเกิดขึ้นซ้ำ ซึ่งมีบทบาทในการกำกับดูแลที่สำคัญ
แม้ว่า SO42- ในสารละลายการชุบและโครเมียมไตรวาเลนท์ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการแคโทดจะไม่มีส่วนร่วมโดยตรงในปฏิกิริยาอิเล็กโทรด แต่การมีและปริมาณของสารเหล่านี้มีความสำคัญต่อคุณภาพของชั้นการชุบโครเมี่ยม
1. หากมีปริมาณโครเมียมไตรวาเลนท์ต่ำ ฟิล์มคอลลอยด์จะก่อตัวยากหรือบางและมีรูพรุน และกรดซัลฟิวริกสามารถละลายได้ง่าย ในขณะนี้ พื้นที่พื้นผิวที่สัมผัสมีขนาดใหญ่ และพื้นที่ที่มีความหนาแน่นกระแสต่ำไม่สามารถเข้าถึงศักยภาพในการตกตะกอนของโครเมียม ดังนั้นความสามารถในการเคลือบโครเมียมจึงไม่ดี
2. หากความเข้มข้นของโครเมียมไตรวาเลนท์สูง ฟิล์มคอลลอยด์จะหนาและหนาแน่น และกรดซัลฟิวริกจะละลายได้ยาก ชั้นโครเมียมสามารถเติบโตได้บนเกรนดั้งเดิมเท่านั้น ส่งผลให้เกิดการตกผลึกแบบหยาบและการเคลือบสีเข้มและหมองคล้ำ
3. ปริมาณกรดซัลฟิวริกสูง ละลายฟิล์มคอลลอยด์ได้ง่าย และไม่มีชั้นโครเมียมในบริเวณความหนาแน่นกระแสต่ำ ซึ่งเหมือนกับสถานการณ์ที่โครเมียมไตรวาเลนท์ต่ำ หากกรดซัลฟิวริกไม่เพียงพอ ชั้นโครเมียมก็จะหยาบ เช่นเดียวกับสถานการณ์ที่มีโครเมียมไตรวาเลนท์สูง
4. ดังนั้นเนื้อหาจึงต้องได้รับการควบคุมอย่างเคร่งครัดในการชุบโครเมี่ยม โดยเฉพาะอัตราส่วนของโครมิกแอนไฮไดรด์ต่อกรดซัลฟิวริก
อิทธิพลของไอออนเจือปนในสารละลายโครเมียมแบบ rotogravure และวิธีการกำจัด:
สิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายในอิเล็กโทรไลต์การชุบโครเมียมส่วนใหญ่ประกอบด้วยเหล็ก ทองแดง สังกะสี นิกเกิล ฯลฯ ในหมู่พวกเขา เมื่อไอออนของโลหะใด ๆ สะสมอยู่ในเนื้อหาบางอย่าง มันจะเป็นอันตรายต่อกระบวนการชุบโครเมียม เช่น การลดช่วงความสว่าง ของการเคลือบ ความสามารถในการกระจายตัวของอิเล็กโทรไลต์ลดลง และการเสื่อมสภาพของการนำไฟฟ้า เมื่อปริมาณไอออนของโลหะในอิเล็กโทรไลต์สูง จะต้องบำบัดอิเล็กโทรไลต์ การบำบัดด้วยความหนาแน่นกระแสต่ำสามารถบรรลุผลลัพธ์ที่แน่นอนได้ อย่างไรก็ตาม ของเหลวโครเมียมมีฤทธิ์กัดกร่อนสูงและสิ่งสกปรกบางส่วนจะละลายหลังอิเล็กโทรไลซิส เมื่อปริมาณไอออนของเหล็กสูงเกินไป จะใช้การแลกเปลี่ยนไอออนในการบำบัด ในระหว่างการบำบัด สารละลายการชุบโครเมียมจะถูกเจือจางในขั้นแรกเพื่อให้ปริมาณกรดโครมิกไม่เกิน 120 กรัม/ลิตร จากนั้นจึงฉีดเข้าไปในคอลัมน์แลกเปลี่ยน น้ำยาชุบโครเมียมที่ผ่านการบำบัดด้วยวิธีนี้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เพื่อยืดอายุการใช้งานของเรซิน จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงระหว่างสารละลายการชุบโครเมียมเข้มข้นกับเรซินประจุบวก เพื่อป้องกันไม่ให้เรซินถูกทำลายโดยการเกิดออกซิเดชัน วิธีแลกเปลี่ยนแคตไอออนมีผลเช่นเดียวกันกับไอออนของทองแดงและโครเมียมไตรวาเลนต์ แต่มีความซับซ้อนและใช้เวลานาน
ผลของโครเมียมไตรวาเลนท์ในสารละลายโครเมียมกราเวียร์และวิธีการกำจัด:
โดยทั่วไป การเพิ่มขึ้นของโครเมียมไตรวาเลนต์จะได้รับการบำบัดโดยอิเล็กโทรไลซิสที่มีขั้วบวกขนาดใหญ่และแคโทดขนาดเล็ก หากมีปริมาณกรดซัลฟิวริกสูง ควรลดกรดซัลฟิวริกให้เป็นปกติก่อนอิเล็กโทรไลซิส กรดซัลฟิวริกที่มากเกินไปจะส่งผลร้ายแรงต่อผลของอิเล็กโทรลิซิส ทำให้ยากต่อการลดไตรวาเลนท์โครเมียม โดยทั่วไปมีสาเหตุหลายประการที่ทำให้โครเมียมไตรวาเลนท์เพิ่มขึ้น:
1. พื้นที่ขั้วบวกเล็กเกินไป พื้นที่แอโนดควรเป็น 2-3 คูณพื้นที่แคโทด
2. ปริมาณโลหะเจือปนในสารละลายชุบสูงเกินไป
3. การเกิดออกซิเดชันของขั้วบวกทำให้ส่วนหนึ่งของขั้วบวกไม่นำไฟฟ้า
รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหลักการทำงานของตัวยับยั้งหมอกโครเมียมพิมพ์กราเวียร์:
ในระหว่างกระบวนการชุบโครเมียม เนื่องจากการใช้แอโนดที่ไม่ละลายน้ำและประสิทธิภาพของกระแสแคโทดต่ำ ไฮโดรเจนและออกซิเจนจำนวนมากจึงตกตะกอน เมื่อก๊าซหลุดออกจากพื้นผิวของเหลว จะบรรทุกกรดโครมิกจำนวนมาก ก่อตัวเป็นหมอกโครเมียม และก่อให้เกิดอันตรายจากมลภาวะอย่างร้ายแรง ขณะนี้มีสองวิธีในการปราบปรามหมอกโครเมียม
1. วิธีการลอยตัว: ใส่ชิ้นหรือเศษพลาสติกโฟมลงบนพื้นผิวของสารละลายชุบ วัตถุที่ลอยอยู่เหล่านี้สามารถปิดกั้นการหลบหนีของหมอกโครเมียมได้
2. เพิ่มตัวยับยั้งโฟม: ตัวยับยั้งโฟมเป็นสารลดแรงตึงผิวที่สามารถลดแรงตึงผิวของสารละลายชุบและสร้างชั้นโฟมที่มั่นคง (คล้ายกับน้ำผงซักฟอกซักผ้า โดยมีฟองอากาศขนาดเล็กจำนวนนับไม่ถ้วนลอยอยู่บนพื้นผิวของสารละลายชุบ)
ชั้นโฟมที่เกิดจากตัวยับยั้งหมอกโครเมียมในสารละลายการชุบจะปกคลุมพื้นผิวของสารละลายการชุบอย่างแน่นหนา เมื่อไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีกรดโครมิกระเหยออกไป พวกมันจะสัมผัสกับชั้นโฟมบนพื้นผิว และหมอกของกรดโครมิกจำนวนนับไม่ถ้วนจะรวมกันเป็นหยดขนาดใหญ่ขึ้น เนื่องจากผลกระทบของแรงโน้มถ่วง พวกมันจะกลับสู่สารละลายการชุบเมื่อพวกมันสูงขึ้นถึงความสูงที่กำหนด ในขณะที่ไฮโดรเจนและออกซิเจนยังคงเพิ่มขึ้นต่อไปจนกระทั่งพวกมันออกจากพื้นผิวของเหลว จึงบรรลุการกำจัดก๊าซและปราบปรามหมอกโครเมียมอย่างมีประสิทธิภาพ