Nguyên lý quá trình mạ Chrome:
Quá trình mạ crom là một quá trình điện hóa, quá trình phản ứng oxi hóa khử. Quy trình cơ bản là nhúng các bộ phận vào dung dịch muối kim loại làm cực âm, kim loại làm cực dương và sau khi nối với dòng điện một chiều, một lớp phủ kim loại sẽ được lắng đọng trên các bộ phận. Sơ đồ quy trình mạ điện ống đồng: con lăn tấm là cực âm và lưới titan là cực dương.
Thành phần chính của dung dịch crom Muối chính:
Anhydrit crom Hàm lượng: 200-260 g/L Chất xúc tác: Axit sulfuric Hàm lượng: 2.2-2.5 g/L Chất phụ gia: Cân bằng và nâng cao hiệu suất Hiệu suất của lớp mạ crom: Crom là kim loại màu trắng bạc với màu xanh nhạt, với khối lượng nguyên tử tương đối là 51,99, mật độ 6,98-7,21 g/cm3 và nhiệt độ nóng chảy là 1875-1920 độ . Crom kim loại dễ bị thụ động trong không khí, tạo thành một lớp màng thụ động rất mỏng trên bề mặt.
1. Lớp mạ crom ống đồng có độ cứng rất cao. Tùy thuộc vào thành phần của dung dịch mạ và điều kiện xử lý, độ cứng của nó có thể thay đổi từ 400 đến 1200 HV.
2. Lớp crom có khả năng chịu nhiệt tốt. Khi đun nóng dưới 500 độ, độ bóng và độ cứng của nó không thay đổi đáng kể.
3. Hệ số ma sát của lớp mạ crom, đặc biệt là hệ số ma sát khô, thấp nhất trong số tất cả các kim loại. Vì vậy, lớp mạ crom có khả năng chống mài mòn tốt.
4. Lớp mạ crom có độ ổn định hóa học tốt và độ ổn định hóa học cao trong kiềm, axit nitric, sunfua, cacbonat và hầu hết các loại khí và axit hữu cơ.
5. Lớp mạ crom dễ hòa tan trong axit hydrohalic (như axit clohydric) và axit sunfuric đậm đặc nóng.
Tính năng mạ Chrome:
Dung dịch nước anhydrit crom là axit cromic, là nguồn mạ crom duy nhất. Mặc dù hiệu suất của dung dịch mạ có liên quan đến hàm lượng anhydrit crom, nhưng nó chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ axit, nghĩa là tỷ lệ giữa anhydrit crom và axit sulfuric.
1. Thành phần chính của dung dịch mạ crom không phải là muối crom kim loại mà là axit cromic, một loại axit crom chứa oxy, là dung dịch mạ có tính axit mạnh. Trong quá trình mạ điện, quá trình catốt rất phức tạp và phần lớn dòng điện catốt được tiêu thụ trong hai phản ứng phụ: phản ứng tiến hóa hydro 2 và khử crom hóa trị sáu thành phản ứng crom hóa trị ba 1. Do đó, hiệu suất dòng catốt của mạ crom rất thấp (10% đến 18%). Ngoài ra còn có ba hiện tượng bất thường: 1. Hiệu suất dòng điện giảm khi nồng độ anhydrit crom tăng; 2. Nó giảm khi nhiệt độ tăng; 3. Nó tăng lên khi mật độ dòng điện tăng lên.
2. Trong dung dịch mạ crom, phải thêm một lượng anion nhất định, chẳng hạn như SO42-, để đạt được sự lắng đọng bình thường của crom kim loại.
3. Khả năng phân tán của dung dịch mạ crom rất thấp. Đối với các bộ phận có hình dạng phức tạp, cần có cực dương tượng hình hoặc cực âm phụ để có được lớp mạ crom đồng nhất. Yêu cầu đối với móc treo cũng tương đối khắt khe.
4. Mạ crom yêu cầu mật độ dòng điện cực âm cao hơn, thường trên 20A/dm2, cao hơn 10 lần so với mạ thông thường. Do lượng khí thoát ra từ cực âm và cực dương lớn nên điện trở của dung dịch mạ lớn, điện áp trong bể tăng cao và yêu cầu nguồn điện mạ điện phải cao. Cần có nguồn điện lớn hơn 12V, trong khi các loại xi mạ khác có thể sử dụng nguồn điện dưới 8V.
5. Cực dương của mạ crom không sử dụng crom kim loại, vì crom rất dễ hòa tan trong dung dịch mạ, khiến hiệu suất dòng điện cực dương lớn hơn hiệu suất cực âm, dẫn đến mức tiêu thụ axit cromic ngày càng tăng. Do đó, một cực dương không hòa tan được sử dụng. Chì, hợp kim chì-antimon và hợp kim chì-thiếc thường được sử dụng. Lượng crom tiêu thụ trong dung dịch mạ cần được bổ sung bằng cách bổ sung anhydrit crom.
6. Nhiệt độ hoạt động của mạ crom có sự phụ thuộc nhất định vào mật độ dòng điện cực âm. Thay đổi mối quan hệ giữa hai loại này có thể thu được lớp phủ crom với các đặc tính khác nhau. Để tăng cường độ liên kết giữa lớp mạ crom và nền, con lăn tấm có thể được làm nóng trước.
Nguyên lý phản ứng catốt (bề mặt con lăn) trong quá trình mạ crom ống đồng:
Dung dịch mạ crom chủ yếu tồn tại ở dạng axit cromic (CrO42-) và axit dicromic (Cr2O72-). Khi giá trị pH nhỏ hơn 1, (Cr2072- có 2 điện tích âm và 7 nguyên tử oxy) là dạng chính; khi giá trị pH là 2-6, Cr2O72- và CrO42- tồn tại ở trạng thái cân bằng sau, tức là Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. Có thể thấy, các ion có trong chất điện phân mạ crom bao gồm Cr2O72-, H+, CrO42- và SO42-. Ngoại trừ SO42-, các ion khác có thể tham gia phản ứng catốt. Bốn quá trình phản ứng điện hóa ở cực âm (bề mặt con lăn):
Giai đoạn 1: Khi điện thế tăng, mật độ dòng điện tăng. Phản ứng điện cực là 2H→H2 Phản ứng 2
Giai đoạn 2: Khi điện thế tiếp tục tăng, mật độ dòng điện giảm dần. Đây là quá trình hình thành màng catốt kiềm. (Sự hình thành màng catốt kiềm là do hai phản ứng ①② trên bề mặt catốt tiêu thụ một lượng lớn H+). Phản ứng 1, Phản ứng 2
Giai đoạn 3: Khi đạt đến thế kết tủa crom, crom được mạ lên bề mặt con lăn tấm. Khi điện thế tiếp tục tăng, mật độ dòng điện lại tăng. Phản ứng điện cực là Cr6→Cr 2H→H2 Phản ứng 1, Phản ứng 4
Lý thuyết màng catốt và ảnh hưởng của nó đến chất lượng trong quá trình mạ crom:
Trong quá trình mạ crom, một màng catốt kiềm được hình thành trên bề mặt của con lăn tấm. Sự hòa tan này đầu tiên xảy ra cục bộ và dần dần mở rộng, do đó làm lộ ra một diện tích nhỏ của chất nền, mật độ dòng điện thực rất cao và hiệu ứng phân cực lớn. Chỉ khi đó quá trình mạ crom (đạt đến khả năng kết tủa crom) mới có thể tiến hành ở một tốc độ nhất định. Một màng keo sẽ được tạo ra trên bề mặt của lớp crom mới, quá trình hòa tan và tạo ra màng keo sẽ được lặp lại, đóng vai trò điều tiết quan trọng.
Mặc dù SO42- trong dung dịch mạ và crom hóa trị ba được tạo ra trong quá trình cực âm không tham gia trực tiếp vào phản ứng điện cực nhưng sự hiện diện và hàm lượng của chúng rất quan trọng đối với chất lượng của lớp mạ crom.
1. Nếu hàm lượng crom hóa trị ba thấp, màng keo khó hình thành hoặc mỏng và xốp, và axit sulfuric có thể dễ dàng hòa tan nó. Tại thời điểm này, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và khu vực có mật độ dòng điện thấp không thể đạt được khả năng kết tủa của crom, do đó khả năng phủ crom kém.
2. Nếu nồng độ crom hóa trị ba cao, màng keo dày và đậm đặc, axit sulfuric khó hòa tan. Lớp crom chỉ có thể phát triển trên các hạt ban đầu, dẫn đến kết tinh thô và lớp phủ sẫm màu, xỉn màu.
3. Hàm lượng axit sunfuric cao, dễ hòa tan màng keo, không có lớp crom trong vùng mật độ dòng điện thấp, tương tự như trường hợp crom hóa trị ba thấp. Nếu axit sunfuric không đủ, lớp crom sẽ thô ráp, giống như trường hợp crom hóa trị ba ở mức cao.
4. Vì vậy, hàm lượng của chúng phải được kiểm soát chặt chẽ trong mạ crom, đặc biệt là tỷ lệ anhydrit crom và axit sunfuric
Ảnh hưởng của các ion tạp chất trong dung dịch crom ống đồng quay và phương pháp loại bỏ:
Các tạp chất có hại trong chất điện phân mạ crom chủ yếu bao gồm sắt, đồng, kẽm, niken, v.v. Trong số đó, khi bất kỳ ion kim loại nào tích tụ đến một hàm lượng nhất định sẽ gây hại cho quá trình mạ crom, chẳng hạn như giảm phạm vi sáng của lớp phủ, giảm khả năng phân tán của chất điện phân và suy giảm độ dẫn điện. Khi hàm lượng ion kim loại trong chất điện phân cao thì chất điện phân phải được xử lý. Điều trị với mật độ dòng điện thấp có thể đạt được kết quả nhất định. Tuy nhiên, chất lỏng crom có tính ăn mòn cao và một số tạp chất bị hòa tan sau khi điện phân. Khi hàm lượng ion sắt quá cao, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để xử lý. Trong quá trình xử lý, dung dịch mạ crom trước tiên được pha loãng để hàm lượng axit cromic không vượt quá 120g/L, sau đó được bơm vào cột trao đổi. Dung dịch mạ crom được xử lý theo cách này có thể được tái sử dụng. Để kéo dài tuổi thọ của nhựa, cần tránh tiếp xúc trực tiếp giữa dung dịch mạ crom đậm đặc và nhựa cation, để tránh nhựa bị phá hủy do quá trình oxy hóa. Phương pháp trao đổi cation có tác dụng tương tự đối với các ion đồng và crom hóa trị ba, nhưng phức tạp và tốn thời gian.
Ảnh hưởng của crom hóa trị ba trong dung dịch crom ống đồng và phương pháp loại bỏ:
Thông thường, sự gia tăng crom hóa trị ba được xử lý bằng phương pháp điện phân với cực dương lớn và cực âm nhỏ. Nếu hàm lượng axit sunfuric cao, tốt nhất nên giảm axit sunfuric xuống mức bình thường trước khi điện phân. Axit sulfuric quá mức sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu ứng điện phân, gây khó khăn cho việc khử crom hóa trị ba. Nói chung có một số lý do cho sự gia tăng crom hóa trị ba:
1. Diện tích cực dương quá nhỏ. Diện tích cực dương phải gấp 2-3 lần diện tích cực âm.
2. Hàm lượng tạp chất kim loại trong dung dịch mạ quá cao.
3. Quá trình oxy hóa cực dương làm cho một phần cực dương không dẫn điện.
Giới thiệu nguyên lý làm việc của chất ức chế sương mù crom in ống đồng:
Trong quá trình mạ crom, do sử dụng cực dương không hòa tan và hiệu suất dòng điện cực âm thấp nên một lượng lớn hydro và oxy bị kết tủa. Khi khí thoát ra khỏi bề mặt chất lỏng, nó mang theo một lượng lớn axit cromic, tạo thành sương mù crom và gây nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng. Hiện nay có hai phương pháp để ngăn chặn sương mù crom.
1. Phương pháp thân nổi: Đặt các miếng hoặc mảnh nhựa xốp lên bề mặt dung dịch mạ. Những vật thể lơ lửng này có thể chặn sự thoát ra của sương mù crom.
2. Thêm chất ức chế tạo bọt: Chất ức chế tạo bọt là chất hoạt động bề mặt có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch mạ và tạo ra lớp bọt ổn định (tương tự như nước giặt, có vô số bong bóng nhỏ nổi trên bề mặt dung dịch mạ).
Lớp bọt được hình thành bởi chất ức chế sương mù crom trong dung dịch mạ bao phủ chặt bề mặt dung dịch mạ. Khi hydro và oxy chứa axit cromic bay hơi, chúng tiếp xúc với lớp bọt trên bề mặt, vô số sương mù axit cromic cực nhỏ kết hợp lại thành những giọt lớn hơn. Do tác dụng của trọng lực, chúng sẽ quay trở lại dung dịch mạ khi chúng tăng lên đến một độ cao nhất định, trong khi hydro và oxy tiếp tục tăng cho đến khi chúng rời khỏi bề mặt chất lỏng, nhờ đó loại bỏ khí và ngăn chặn sương mù crom hiệu quả.