עיקרון תהליך ציפוי כרום:
תהליך ציפוי הכרום הוא תהליך אלקטרוכימי, תהליך תגובת חיזור. התהליך הבסיסי הוא טבילת החלקים בתמיסת מלח מתכת כקתודה, המתכת כאנודה ולאחר חיבור לזרם ישר יושקע ציפוי מתכת על החלקים. דיאגרמה סכמטית של תהליך ציפוי האלקטרוניקה: רולר הלוחות הוא הקתודה ורשת הטיטניום היא האנודה.
מרכיבים עיקריים של תמיסת כרום מלח עיקרי:
תכולת אנהידריד כרום: 200-260 גרם/ליטר זרז: תכולת חומצה גופרתית: 2.2-2.5 גרם/ליטר תוספים: פילוס ושיפור היעילות ביצועים של שכבת ציפוי כרום: כרום היא מתכת לבנה כסופה עם גוון כחול קל, עם מסה אטומית יחסית של 51.99, צפיפות של 6.98-7.21 גרם/סמ"ק, וכן נקודת התכה של 1875-1920 מעלות . כרום מתכתי עובר פסיבציה בקלות באוויר, ויוצר סרט פסיבציה דק מאוד על פני השטח.
1. לשכבת ה-Rotogravure מצופה כרום יש קשיות גבוהה מאוד. בהתאם להרכב תמיסת הציפוי ולתנאי התהליך, הקשיות שלו יכולה להשתנות בין 400 ל-1200 HV.
2. לשכבת הכרום עמידות טובה בחום. כאשר מחומם מתחת ל-500 מעלות, הברק והקשיחות שלו אינם משתנים באופן משמעותי.
3. מקדם החיכוך של השכבה המצופה בכרום, במיוחד מקדם החיכוך היבש, הוא הנמוך ביותר מבין כל המתכות. לכן, לשכבה מצופה כרום יש עמידות טובה בפני שחיקה.
4. השכבה המצופה כרום בעלת יציבות כימית טובה ובעלת יציבות כימית גבוהה באלקלי, חומצה חנקתית, סולפיד, קרבונט וברוב הגזים והחומצות האורגניות.
5. השכבה המצופה בכרום מתמוססת בקלות בחומצות הידרותליות (כגון חומצה הידרוכלורית) וחומצה גופרתית מרוכזת חמה.
תכונות ציפוי כרום:
תמיסה מימית של אנהידריד כרומית היא חומצה כרומית, שהיא המקור היחיד לציפוי כרום. למרות שהביצועים של תמיסת הציפוי קשורים לתכולת האנהידריד הכרומית, זה תלוי בעיקר ביחס החומצה, כלומר, היחס בין אנהידריד כרומית לחומצה גופרתית.
1. המרכיב העיקרי בתמיסת ציפוי הכרום אינו מלח כרום מתכת, אלא חומצה כרומית, חומצה המכילה חמצן של כרום, שהיא תמיסת ציפוי חומצית חזקה. במהלך תהליך הציפוי האלקטרוני, תהליך הקתודה מורכב, ורוב זרם הקתודה נצרך בשתי תגובות לוואי: תגובת התפתחות מימן 2 והפחתת כרום משושה לתגובת כרום תלת ערכית 1. לכן, יעילות זרם הקתודה של ציפוי כרום נמוכה מאוד (10% עד 18%). ישנן גם שלוש תופעות חריגות: 1. היעילות הנוכחית יורדת עם העלייה בריכוז ה- chromic anhydride; 2. זה יורד עם עליית הטמפרטורה; 3. זה עולה עם עליית צפיפות הזרם.
2. בתמיסת ציפוי הכרום, יש להוסיף כמות מסוימת של אניונים, כגון SO42-, כדי להשיג שקיעה תקינה של כרום מתכת.
3. יכולת הפיזור של תמיסת ציפוי הכרום נמוכה מאוד. עבור חלקים בעלי צורות מורכבות, נדרשות אנודות פיקטוגרפיות או קתודות עזר כדי לקבל שכבת ציפוי כרום אחידה. גם הדרישות למתלים מחמירות יחסית.
4. ציפוי כרום דורש צפיפות זרם קתודה גבוהה יותר, בדרך כלל מעל 20A/dm2, שהיא יותר מפי 10 מאשר ציפוי כללי. בשל כמות הגז הגדולה המשתחררת מהקתודה והאנודה, ההתנגדות של תמיסת הציפוי גדולה, מתח המיכל עולה, ואספקת החשמל של הציפוי נדרשת להיות גבוהה. נדרש ספק כוח גדול מ-12V, בעוד שסוגי ציפוי אחרים יכולים להשתמש באספקת חשמל מתחת ל-8V.
5. האנודה של ציפוי כרום אינה משתמשת בכרום מתכתי, מכיוון שקל מאוד להמיס כרום בתמיסת הציפוי, מה שהופך את יעילות זרם האנודה לגדולה מיעילות הקתודה, וכתוצאה מכך צריכה גדלה של חומצה כרומית. לכן, נעשה שימוש באנודה בלתי מסיס. בדרך כלל משתמשים בעופרת, בסגסוגת עופרת-אנטימון ובסגסוגת עופרת-פח. יש להשלים את הכרום הנצרך בתמיסת הציפוי על ידי הוספת אנהידריד כרום.
6. לטמפרטורת הפעולה של ציפוי כרום יש תלות מסוימת בצפיפות הזרם הקתודה. שינוי היחס בין השניים יכול להשיג ציפויי כרום בעלי תכונות שונות. על מנת להגביר את חוזק ההדבקה בין שכבת ציפוי הכרום למצע, ניתן לחמם את רולר הפלטה מראש.
עקרון התגובה של הקתודה (משטח הגלילים) במהלך ציפוי כרום עמוק:
תמיסת ציפוי הכרום קיימת בעיקר בצורה של חומצה כרומית (CrO42-) וחומצה דיכרומית (Cr2O72-). כאשר ערך ה-pH קטן מ-1, (לCr2072- יש 2 מטענים שליליים ו-7 אטומי חמצן) כצורה העיקרית; כאשר ערך ה-pH הוא 2-6, Cr2O72- ו-CrO42- קיימים בשיווי המשקל הבא, כלומר, Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+. ניתן לראות שהיונים הקיימים באלקטרוליט של ציפוי הכרום כוללים Cr2O72-, H+, CrO42- ו-SO42-. מלבד SO42-, יונים אחרים יכולים להשתתף בתגובת הקתודה. ארבעת התהליכים של תגובה אלקטרוכימית בקתודה (משטח הרולר):
שלב 1: ככל שפוטנציאל האלקטרודה עולה, צפיפות הזרם עולה. תגובת האלקטרודה היא 2H → H2 תגובה 2
שלב 2: ככל שפוטנציאל האלקטרודה ממשיך לעלות, צפיפות הזרם פוחתת. זהו תהליך יצירת סרט קתודה אלקליין. (היווצרות סרט הקתודה האלקליין נובעת מצריכת כמות גדולה של H+ על ידי שתי תגובות ①② על פני הקתודה). תגובה 1, תגובה 2
שלב 3: כאשר מגיעים לפוטנציאל המשקעים בכרום, מצופה כרום על משטח גליל הצלחת. ככל שפוטנציאל האלקטרודה ממשיך לעלות, צפיפות הזרם הופכת לעלות שוב. תגובת האלקטרודה היא Cr6→Cr 2H→H2 תגובה 1, תגובה 4
תורת הסרט הקתודי והשפעתה על האיכות במהלך ציפוי כרום:
במהלך תהליך ציפוי הכרום, נוצר סרט קתודה אלקליין על פני השטח של רולר הצלחת. פירוק זה מתרחש לראשונה באופן מקומי ומתרחב בהדרגה, ובכך חושף שטח קטן של המצע, צפיפות הזרם האמיתית גבוהה מאוד, והשפעת הקיטוב גדולה. רק אז יכול ציפוי כרום (המגיע לפוטנציאל משקעי כרום) להתקדם במהירות מסוימת. סרט קולואיד ייווצר על פני שכבת הכרום החדשה, והפירוק והיצירה של הסרט הקולואידי יחזרו על עצמם, תוך שהוא ממלא תפקיד רגולטורי חשוב.
למרות ש-SO42- בתמיסת הציפוי והכרום התלת-ערכי שנוצר במהלך תהליך הקתודה אינם משתתפים ישירות בתגובת האלקטרודה, נוכחותם ותכולתם חיוניים לאיכות שכבת ציפוי הכרום.
1. אם תכולת הכרום התלת-ערכית נמוכה, הסרט הקולואידי קשה להיווצר או דק ונקבובי, וחומצה גופרתית יכולה להמיס אותו בקלות. בשלב זה, שטח המצע החשוף גדול, והאזור בעל צפיפות הזרם הנמוכה אינו יכול להגיע לפוטנציאל המשקעים של הכרום, ולכן יכולת כיסוי הכרום ירודה.
2. אם ריכוז הכרום המשולש גבוה, הסרט הקולואידי עבה וצפוף, וחומצה גופרתית קשה להמסה. שכבת הכרום יכולה לצמוח רק על הגרגרים המקוריים, וכתוצאה מכך נוצרת התגבשות גסה וציפוי כהה ומשעמם.
3. תכולת החומצה הגופרתית גבוהה, קל להמיס את הסרט הקולואידי, ואין שכבת כרום באזור צפיפות הזרם הנמוכה, זהה למצב שבו הכרום התלת ערכי נמוך. אם החומצה הגופרתית אינה מספקת, שכבת הכרום תהיה מחוספסת, בדיוק כמו המצב שבו הכרום התלת ערכי גבוה.
4. לכן, יש לשלוט בקפדנות על התוכן שלהם בציפוי כרום, במיוחד היחס בין אנהידריד כרומית לחומצה גופרתית
השפעת יוני הטומאה בתמיסת כרום רוטוגרבור ושיטות הסרה:
הזיהומים המזיקים באלקטרוליט ציפוי כרום כוללים בעיקר ברזל, נחושת, אבץ, ניקל וכו'. ביניהם, כאשר כל יון מתכת מצטבר לתכולה מסוימת, זה יביא נזק לתהליך ציפוי הכרום, כמו הפחתת טווח הבהירות של הציפוי, הפחתת יכולת הפיזור של האלקטרוליט, והידרדרות המוליכות. כאשר תכולת יוני המתכת באלקטרוליט גבוהה, יש לטפל באלקטרוליט. טיפול עם צפיפות זרם נמוכה יכול להשיג תוצאות מסוימות. עם זאת, נוזל כרום הוא מאכל מאוד, וחלק מהזיהומים מומסים לאחר אלקטרוליזה. כאשר תכולת יוני הברזל גבוהה מדי, חילופי יונים משמשים לטיפול. במהלך הטיפול, תמיסת ציפוי הכרום מדוללת תחילה כך שתכולת החומצה הכרומית לא תעלה על 120 גרם/ליטר, ולאחר מכן מוזרקת לעמוד ההחלפה. ניתן לעשות שימוש חוזר בתמיסת ציפוי הכרום שטופלה בדרך זו. כדי להאריך את חיי השירות של השרף, יש צורך להימנע ממגע ישיר בין תמיסת ציפוי הכרום המרוכזת לשרף הקטיוני, כדי למנוע מהשרף להיהרס על ידי חמצון. לשיטת חילופי הקטיונים יש את אותה השפעה על יוני נחושת וכרום תלת ערכי, אך היא מסובכת וגוזלת זמן.
השפעות של כרום תלת ערכי בתמיסת כרום חריפה ושיטות הסרה:
בדרך כלל, הגידול של כרום תלת ערכי מטופל על ידי אלקטרוליזה עם אנודה גדולה וקתודה קטנה. אם תכולת החומצה הגופרתית גבוהה, עדיף להפחית את החומצה הגופרתית לנורמה לפני האלקטרוליזה. עודף חומצה גופרתית ישפיע ברצינות על אפקט האלקטרוליזה, ויקשה על הפחתת כרום תלת ערכי. בדרך כלל ישנן מספר סיבות לעלייה של כרום תלת ערכי:
1. שטח האנודה קטן מדי. שטח האנודה צריך להיות פי 2-3 משטח הקתודה.
2. תכולת זיהומי המתכת בתמיסת הציפוי גבוהה מדי.
3. חמצון האנודה גורם לחלק מהאנודה להיות לא מוליך.
היכרות עם עקרון העבודה של מעכב ערפל כרום להדפסת גרורה:
במהלך תהליך ציפוי הכרום, עקב השימוש באנודות בלתי מסיסות ויעילות זרם קתודית נמוכה, משקעים כמות גדולה של מימן וחמצן. כאשר הגז בורח ממשטח הנוזל, הוא נושא כמות גדולה של חומצה כרומית, יוצר ערפל כרום וגורם לסכנות זיהום חמורות. ישנן כיום שתי שיטות לדכא ערפל כרום.
1. שיטת גוף צף: שים חתיכות או שברי פלסטיק קצף על פני השטח של תמיסת הציפוי. גופים צפים אלה יכולים לחסום את בריחת ערפל הכרום.
2. הוסף מעכב קצף: מעכב קצף הוא חומר פעיל שטח שיכול להפחית את מתח הפנים של תמיסת הציפוי ולייצר שכבת קצף יציבה (בדומה למי דטרגנט כביסה, עם אינספור בועות קטנות צפות על פני תמיסת הציפוי).
שכבת הקצף שנוצרת על ידי מעכב ערפל הכרום בתמיסת הציפוי מכסה בחוזקה את פני תמיסת הציפוי. כאשר המימן והחמצן המכילים חומצה כרומית מתאדים, הם באים במגע עם שכבת הקצף שעל פני השטח, ואינספור ערפילי חומצה כרומית זעירים מתאחדים לטיפות גדולות יותר. בשל השפעת כוח המשיכה, הם יחזרו לתמיסת הציפוי כאשר הם עולים לגובה מסוים, בעוד המימן והחמצן ממשיכים לעלות עד שהם יוצאים ממשטח הנוזל, ובכך ישיגו סילוק גז ודיכוי יעיל של ערפל כרום.