Princípio do processo de cromagem:
O processo de cromagem é um processo eletroquímico, um processo de reação redox. O processo básico é imergir as peças em uma solução de sal metálico como cátodo, o metal como ânodo, e após conectar à corrente contínua, um revestimento metálico será depositado nas peças. Diagrama esquemático do processo de galvanoplastia de gravura: o rolo da placa é o cátodo e a malha de titânio é o ânodo.
Principais componentes da solução de cromo Sal principal:
Conteúdo de anidrido crômico: 200-260 g/L Catalisador: Ácido sulfúrico Conteúdo: 2,2-2,5 g/L Aditivos: Nivelamento e melhoria da eficiência Desempenho da camada de cromagem: O cromo é um metal branco prateado com um leve tonalidade azul, com massa atômica relativa de 51,99, densidade de 6,98-7,21 g/cm3 e ponto de fusão de 1875-1920 grau. O cromo metálico é facilmente passivado no ar, formando uma película de passivação muito fina na superfície.
1. A camada cromada em rotogravura possui uma dureza muito elevada. Dependendo da composição da solução de galvanização e das condições do processo, sua dureza pode variar de 400 a 1200 HV.
2. A camada cromada tem boa resistência ao calor. Quando aquecido abaixo de 500 graus, seu brilho e dureza não mudam significativamente.
3. O coeficiente de atrito da camada cromada, especialmente o coeficiente de atrito seco, é o mais baixo entre todos os metais. Portanto, a camada cromada apresenta boa resistência ao desgaste.
4. A camada cromada tem boa estabilidade química e alta estabilidade química em álcalis, ácido nítrico, sulfeto, carbonato e a maioria dos gases e ácidos orgânicos.
5. A camada cromada é facilmente solúvel em ácidos hidrohálicos (como ácido clorídrico) e ácido sulfúrico concentrado a quente.
Recursos de cromagem:
A solução aquosa de anidrido crômico é o ácido crômico, que é a única fonte de cromagem. Embora o desempenho da solução de revestimento esteja relacionado ao teor de anidrido crômico, ele depende principalmente da proporção de ácido, ou seja, da proporção de anidrido crômico para ácido sulfúrico.
1. O principal componente da solução de cromo não é o sal metálico de cromo, mas o ácido crômico, um ácido de cromo contendo oxigênio, que é uma solução de revestimento ácida forte. Durante o processo de galvanoplastia, o processo catódico é complexo e a maior parte da corrente catódica é consumida em duas reações secundárias: reação de evolução de hidrogênio 2 e redução do cromo hexavalente para reação trivalente de cromo 1. Portanto, a eficiência da corrente catódica do cromagem é muito baixa (10% a 18%). Existem também três fenômenos anormais: 1. A eficiência da corrente diminui com o aumento da concentração de anidrido crômico; 2. Diminui com o aumento da temperatura; 3. Aumenta com o aumento da densidade de corrente.
2. Na solução de cromagem, uma certa quantidade de ânions, como SO42-, deve ser adicionada para atingir a deposição normal do cromo metálico.
3. A capacidade de dispersão da solução de cromagem é muito baixa. Para peças com formas complexas, são necessários ânodos pictográficos ou cátodos auxiliares para obter uma camada uniforme de cromagem. Os requisitos para cabides também são relativamente rígidos.
4. O revestimento de cromo requer uma densidade de corrente catódica mais alta, geralmente acima de 20A/dm2, que é mais de 10 vezes maior que o revestimento geral. Devido à grande quantidade de gás liberado do cátodo e do ânodo, a resistência da solução de galvanização é grande, a tensão do tanque aumenta e a fonte de alimentação de galvanoplastia deve ser alta. É necessária uma fonte de alimentação superior a 12V, enquanto outros tipos de placas podem usar uma fonte de alimentação abaixo de 8V.
5. O ânodo da cromagem não utiliza cromo metálico, pois o cromo é muito fácil de dissolver na solução de cromagem, tornando a eficiência da corrente anódica maior que a eficiência do cátodo, resultando em um consumo crescente de ácido crômico. Portanto, um ânodo insolúvel é usado. Chumbo, liga de chumbo-antimônio e liga de chumbo-estanho são geralmente usados. O cromo consumido na solução de revestimento precisa ser complementado com a adição de anidrido crômico.
6. A temperatura operacional do cromagem tem uma certa dependência da densidade da corrente do cátodo. Alterar a relação entre os dois pode obter revestimentos de cromo com propriedades diferentes. Para aumentar a resistência de ligação entre a camada de cromagem e o substrato, o rolo da placa pode ser pré-aquecido.
O princípio de reação do cátodo (superfície do rolo) durante a cromagem por gravura:
A solução de cromagem existe principalmente na forma de ácido crômico (CrO42-) e ácido dicrômico (Cr2O72-). Quando o valor do pH é inferior a 1, (Cr2072- tem 2 cargas negativas e 7 átomos de oxigênio) como forma principal; quando o valor de pH é 2-6, Cr2O72- e CrO42- existem no seguinte equilíbrio, ou seja, Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Pode-se observar que os íons presentes no eletrólito de cromagem incluem Cr2O72-, H+, CrO42- e SO42-. Exceto SO42-, outros íons podem participar da reação catódica. Os quatro processos de reação eletroquímica no cátodo (superfície do rolo):
Estágio 1: À medida que o potencial do eletrodo aumenta, a densidade da corrente aumenta. A reação do eletrodo é 2H → H2 Reação 2
Estágio 2: À medida que o potencial do eletrodo continua a aumentar, a densidade de corrente diminui. Este é o processo de formação de um filme catódico alcalino. (A formação do filme catódico alcalino é devido ao consumo de uma grande quantidade de H+ por duas reações ①② na superfície do cátodo). Reação 1, Reação 2
Estágio 3: Quando o potencial de precipitação de cromo é atingido, o cromo é revestido na superfície do rolo da placa. À medida que o potencial do eletrodo continua a aumentar, a densidade de corrente aumenta novamente. A reação do eletrodo é Cr6→Cr 2H→H2 Reação 1, Reação 4
Teoria do filme catódico e sua influência na qualidade durante a cromagem:
Durante o processo de cromagem, um filme catódico alcalino é formado na superfície do rolo da placa. Essa dissolução ocorre primeiro localmente e se expande gradualmente, expondo assim uma pequena área do substrato, a densidade real da corrente é muito alta e o efeito de polarização é grande. Só então a cromagem (atingindo o potencial de precipitação de cromo) pode ocorrer a uma certa velocidade. Um filme coloidal será gerado na superfície da nova camada de cromo, e a dissolução e geração do filme coloidal serão repetidas, desempenhando um importante papel regulador.
Embora o SO42- na solução de galvanização e o cromo trivalente gerado durante o processo catódico não participem diretamente da reação do eletrodo, sua presença e conteúdo são cruciais para a qualidade da camada de cromagem.
1. Se o teor de cromo trivalente for baixo, o filme coloidal é difícil de formar ou fino e poroso, e o ácido sulfúrico pode dissolvê-lo facilmente. Neste momento, a área exposta do substrato é grande e a área com baixa densidade de corrente não pode atingir o potencial de precipitação do cromo, portanto a capacidade de cobertura do cromo é fraca.
2. Se a concentração de cromo trivalente for alta, o filme coloidal é espesso e denso e o ácido sulfúrico é difícil de dissolver. A camada de cromo só pode crescer nos grãos originais, resultando em cristalização áspera e revestimento escuro e fosco.
3. O teor de ácido sulfúrico é alto, é fácil dissolver o filme coloidal e não há camada de cromo na área de baixa densidade de corrente, que é a mesma situação quando o cromo trivalente é baixo. Se o ácido sulfúrico for insuficiente, a camada de cromo ficará áspera, assim como acontece quando o cromo trivalente é alto.
4. Portanto, seu conteúdo deve ser rigorosamente controlado na cromagem, principalmente a proporção de anidrido crômico para ácido sulfúrico
A influência dos íons de impureza na solução de cromo por rotogravura e métodos de remoção:
As impurezas prejudiciais no eletrólito de cromagem incluem principalmente ferro, cobre, zinco, níquel, etc. Entre elas, quando qualquer íon metálico se acumula até um determinado conteúdo, trará danos ao processo de cromagem, como a redução da faixa de brilho do revestimento, a redução da capacidade de dispersão do eletrólito e a deterioração da condutividade. Quando o teor de íons metálicos no eletrólito é alto, o eletrólito deve ser tratado. O tratamento com baixa densidade de corrente pode alcançar certos resultados. No entanto, o líquido de cromo é altamente corrosivo e algumas impurezas são dissolvidas após a eletrólise. Quando o conteúdo de íons de ferro é muito alto, a troca iônica é usada para tratamento. Durante o tratamento, a solução de cromagem é primeiro diluída para que o teor de ácido crômico não exceda 120g/L e depois injetada na coluna de troca. A solução de cromagem assim tratada pode ser reutilizada. Para prolongar a vida útil da resina, é necessário evitar o contato direto entre a solução concentrada de cromagem e a resina catiônica, para evitar que a resina seja destruída pela oxidação. O método de troca catiônica tem o mesmo efeito sobre os íons cobre e o cromo trivalente, mas é complicado e demorado.
Efeitos do cromo trivalente na solução de cromo de gravura e métodos de remoção:
Geralmente, o aumento do cromo trivalente é tratado por eletrólise com um ânodo grande e um cátodo pequeno. Se o teor de ácido sulfúrico for alto, é melhor reduzir o ácido sulfúrico ao normal antes da eletrólise. O excesso de ácido sulfúrico afetará seriamente o efeito da eletrólise, dificultando a redução do cromo trivalente. Geralmente existem várias razões para o aumento do cromo trivalente:
1. A área do ânodo é muito pequena. A área do ânodo deve ser 2-3 vezes a área do cátodo.
2. O conteúdo de impurezas metálicas na solução de revestimento é muito alto.
3. A oxidação do ânodo faz com que parte do ânodo não seja condutora.
Introdução ao princípio de funcionamento do inibidor de névoa de cromo para impressão de rotogravura:
Durante o processo de cromagem, devido ao uso de ânodos insolúveis e baixa eficiência da corrente catódica, uma grande quantidade de hidrogênio e oxigênio é precipitada. Quando o gás escapa da superfície do líquido, carrega uma grande quantidade de ácido crômico, formando névoa de cromo e causando sérios riscos de poluição. Existem atualmente dois métodos para suprimir a névoa de cromo.
1. Método de corpo flutuante: Coloque pedaços ou fragmentos de espuma plástica na superfície da solução de revestimento. Esses corpos flutuantes podem bloquear o escape da névoa de cromo.
2. Adicionar inibidor de espuma: O inibidor de espuma é um surfactante que pode reduzir a tensão superficial da solução de revestimento e produzir uma camada de espuma estável (semelhante à água do sabão em pó, com inúmeras pequenas bolhas flutuando na superfície da solução de revestimento).
A camada de espuma formada pelo inibidor de névoa de cromo na solução de revestimento cobre firmemente a superfície da solução de revestimento. Quando o hidrogênio e o oxigênio contendo ácido crômico evaporam, eles entram em contato com a camada de espuma na superfície, e inúmeras pequenas névoas de ácido crômico se combinam em gotículas maiores. Devido ao efeito da gravidade, eles retornarão à solução de revestimento quando atingirem uma determinada altura, enquanto o hidrogênio e o oxigênio continuarão a subir até deixarem a superfície do líquido, conseguindo assim a remoção do gás e a supressão eficaz da névoa de cromo.