Chromowanie dekoracyjne

Właściwości fizykochemiczne i elektrochemiczne chromu

Chrom jest metalem o liczbie atomowej 24, barwy srebrzystej z niebieskawym odcieniem. Jego własności są następujące:

Powłoka po chromowaniu dekoracyjnym, w warunkach atmosferycznych nie zmienia barwy. Jest odporna na działanie kwasów organicznych, kwasu azotowego oraz siarkowodoru. Powłokę chromową rozpuszcza natomiast kwas solny i gorący kwas siarkowy. Chromowanie dekoracyjne charakteryzuje się małą zwilżalnością powierzchni przez roztwory, smary itp.. Dzięki dużej skłonności do pasywacji jest metalem bardzo odpornym na działanie wody. Potencjał normalny chromu wynosi – 0,509V. W szeregu napięciowym metali znajduje się zatem między cynkiem i żelazem. Jednak dzięki temu, że zaraz po zakończeniu procesu galwanicznego powłoka chromowa pokrywa się niewidoczną mikrowarstewką pasywnego tlenku, następuje przesunięcie potencjału chromu w szeregu elektrochemicznym w kierunku dodatnim w okolicę srebra i platyny (+1,19V). Powłoki dekoracyjne , celem podniesienia odporności na korozję nakłada się zazwyczaj na podwarstwie miedź – nikiel lub nikiel. Grubość warstwy chromu na wymienionych podwarstwach zawiera się między 0,3µm. - 1µm. Takie powłoki stosuje się przy pokrywaniu części samochodowych i motocyklowych, przy pokrywaniu części baterii i galanterii łazienkowej oraz przy pokrywaniu przyrządów precyzyjnych.

Typowa kąpiel do chromowania dekoracyjnego.

Reakcje zachodzące w trakcie procesu chromowania można zapisać w sposób następujący:

CrO₃ + H₂O → H₂CrO₄ → CrO₄^-2 + 2H⁺ (1)

2H₂CrO₄ → H₂CrO₇ + H₂O → Cr₂O₇^-2 + 2H⁺ + H₂O (2)

(1) (2) - reakcje powstawania Cr⁺⁶

Cr₂O₇^-2 + 14H⁺ + 12e → 2Cr + 7H₂O (3)

(3) - reakcja zachodząca na katodzie, wydajność od 12 – 20%

2H⁺ + 2e → H₂ (4)

(4) - reakcja wydzielania wodoru

Cr₂O₇^-2 + 14H⁺ + 6e → 2Cr⁺³ + 7H₂O (5)

2Cr⁺³ + 3O₂ - 6e → 2CrO₃ (6)

(5) (6) - reakcje przebiegające na anodzie

Aby jakość powłok chromowych była właściwa należy składniki kąpieli utrzymywać w następujących granicach:

Chromowanie dekoracyjne - rola składników kąpieli.

Bezwodnik kwasu chromowego CrO₃.

Wzrost zawartości bezwodnika w kąpieli powoduje poprawę przewodnictwa elektrolitu i zdolności krycia kąpieli lecz również powoduje obniżenie katodowej wydajności prądu i zawężenie obszaru gęstości prądu, przy której otrzymuje się powłoki błyszczące.

Kwas siarkowy H₂SO₄ (siarczany SO₄^-2).

Optymalne powłoki chromowe uzyskuje się w kąpieli, w których stosunek CrO₃ do SO₄^-2 jest równy 100 do 0,8 – 1,2. Wyższe stężenie jonów SO₄^-2 jest przyczyną spadku wydajności prądowej, zawężenia obszaru zdolności krycia jak również powstające wówczas powłoki są bardziej kruche. Przy mniejszych zawartościach jonów SO₄^-2 zwiększa się zdolność krycia lecz pogarsza wgłębność. Przy bardzo niskich stężeniach jonów SO₄^-2 na powierzchni powłok powstają plamy o odcieniu brunatnym.

Chrom trójwartościowy Cr⁺³.

Optymalne stężenie jonów Cr⁺³ w przeliczeniu na Cr₂O₃ powinno wynosić 2 g na każde 100 g CrO₃. Duże stężenie jonów Cr⁺³ powoduje powstawanie powłok matowych, szorstkich i kruchych. Małe stężenie jonów Cr⁺³ powoduje pogorszenie zdolności krycia oraz powoduje powstanie miękkich powłok w kolorze brązowo-szarym. Właściwe stężenie jonów Cr⁺³ w kąpieli zapewnia właściwy stosunek powierzchni czynnej anody, do czynnej powierzchni katody, który powinien wynosić 2 : 1.

Chromowanie dekoracyjne - sporządzanie kąpieli.

Wannę zapasową napełnić wodą zdejonizowaną do 2/3 objętości. Ogrzać do temperatury 50 – 60°C, dodać odważoną porcję CrO₃. Po zupełnym rozpuszczeniu CrO₃ kąpiel pozostawić do odstania przez 24 godziny. Po tym okresie klarowną ciecz zdekantować do wanny roboczej. Uzupełnić roztwór do poziomu roboczego, wykonać analizę kąpieli. Następnie dodać brakującą ilość kwasu siarkowego, bezwodnika chromowego CrO₃ i 2 g cukru na każdy litr kąpieli. Kąpiel po ogrzaniu do temperatury roboczej i krótkim przepracowaniu nadaje się do eksploatacji.

Chromowanie dekoracyjne - parametry pracy i eksploatacja kąpieli.

W czasie chromowania dekoracyjnego należy zwracać uwagę na temperaturę kąpieli, gęstość prądu, stan anod, jak również na zawartość bezwodnika chromowego CrO₃, chromu trójwartościowego Cr⁺³ oraz siarczanów SO₄^-2.

Temperaturę kąpieli należy utrzymywać w granicach 49°C ± 1°C. Zmiany temperatury powinny być rejestrowany w sposób ciągły.

Ubytki kąpieli spowodowane parowaniem i wynoszeniem należy uzupełnić roztworem z wanny odzyskowej lub przez dodanie ciepłej wody.

Gęstość prądu katodowa i anodowa winna mieścić się w granicach 10 – 20 A/dcm² (stosunek anody do katody 2 : 1).

Anody ołowiane powinny zapewniać nieprzerwany styk elektryczny z szyną anodową wanny roboczej. W czasie przerw w pracy anody pokrywają się żółtym chromianem ołowiowym PbCrO₄, który powoduje obniżenie gęstości prądu przy stosowanym napięciu. Dlatego okresowo anody należy oczyścić.

Analizę na zawartość bezwodnika chromowego CrO₃, chromu trójwartościowego Cr⁺³ oraz siarczanów SO₄^-2 wykonywać raz w tygodniu.

Nadmiar siarczanów w kąpieli należy usuwać strącając je węglanem baru BaCO₃. Dla wytrącenia 1g siarczanów potrzeba 2g węglanu baru. Natomiast niedobór uzupełnić dodając obliczoną ilość kwasu siarkowego. W przypadku niskiego stężenia Cr⁺³ należy przepracować kąpiel na dużym wsadzie, tak aby gęstość prądy była mała na katodzie a duża na anodzie. Reakcja redukcji Cr⁺⁶ → Cr³ zachodzi znacznie szybciej w obecności cukru spożywczego. 1g cukru powoduje wzrost stężenia Cr⁺³ o około 3 g/l. W przypadku wysokiego stężenia Cr⁺³ obniżyć jego stężenie można poprzez przepracowanie kąpieli w następujących warunkach:

Na utlenienie 1g trójwartościowego Cr⁺³ potrzeba około czterech amperogodzin. Na prawidłową pracę kąpieli chromowej, duży wpływ ma utrzymanie na odpowiednim poziomie zanieczyszczeń takich jak; jony chlorkowe Cl^-, jony żelaza Fe⁺³, jony cynku Zn⁺² i jony miedzi Cu⁺².