Экологически безопасные способы обработки поверхности методом хромирования
Электролиты и процесс электроосаждения хрома значительно отличаются от других электролитов и процессов электроосаждения металлов. Электролиты хромирования содержат лишь два основных компонента - водный раствор хромового ангидрида СrO3 и, в небольшом количестве, анион-«катализатор», в качестве которого используют анионы S042-, SiF62- или F-. В отсутствии этих анионов хром не осаждается[1].
Понятие «раствор хромового ангидрида» является общепринятым, как в научной, так и в технической литературе. На самом деле при растворении Сr3 в воде образуются хромовые кислоты Н2СrО4, Н2Сr2О7, Н2Сr3О10 которые являются основными компонентами электролитов хромирования.
При погружении большинства металлов в раствор хромового ангидрида (хромовых кислот), не содержащего катализаторов, на поверхности металла образуется тонкая, но прочная, радужная оксидно-гидроксидная пленка, которая при электролизе препятствует электроосаждению хрома. Такие металлы, как медь, в растворе хромового ангидрида растворяются.
Электроосаждение хрома на любом металле возможно только в присутствии перечисленных выше анионов-катализаторов отдельно или в смеси. Роль каталитических анионов заключается в частности в том, что они способствуют активации поверхности катода, тем самым облегчая восстановление хромат-ионов до ионов Сr3+ и металлического хрома. Считают, что анионы участвуют также в образовании соединений, из которых возможно и происходит восстановление хрома. Количество аниона-катализатора и соотношение «CrO3: катализатор» зависит от типа хромовокислого электролита и должно поддерживаться в определенном интервале концентраций. Электросаждение металлического хрома начинается лишь при достижении определенной минимальной плотности тока (значительно более высокой, чем в других гальванических процессах). Ниже этой плотности тока на катоде идет лишь процесс восстановления водорода и Сr6+ до Сr3+.
Электроосаждение хрома сопровождается образованием на катоде (в прикатодном слое) гелеобразной фазовой пленки (или прикатодной пленки). В состав прикатодной пленки входят ионы Cr(VI), Cr(III), их оксидно-гидроксидные соединения, а также ионы SО42- и HSО42-.
Следует подчеркнуть, что гелеобразная прикатодная пленка по механизму образования и по составу принципиально отличается от оксидной пленки, которая образуется на поверхности металлов без наложения тока и только в электролите, не содержащем анионов-катализаторов. Оксидная пленка является неотъемлемой частью металла и возникает в результате его химического оксидирования в электролите хромирования. Прикатодная пленка образуется в прикатодном слое только при электролизе.
Возникающая на катоде в процессе электролиза прикатодная пленка затрудняет протекание побочных реакций, и тем самым способствует сдвигу потенциала электрода в отрицательную область до потенциала выделения хрома и созданию условий для осаждения металлического хрома. Наличие прикатодной пленки на катоде является необходимым условием для осаждения хрома из хромовокислых электролитов. В отсутствии прикатодной пленки хром не осаждается. После выключения тока прикатодная пленка растворяется.
Состав и свойства прикатодной пленки (прочность, растворимость, сопротивление) зависят от концентрации СrО3 и анионов в электролите, температуры и плотности тока (ik). В свою очередь все эти факторы, а, следовательно, и свойства пленки, и определяют выход по току хрома, его структуру и свойства.
Еще одним принципиальным отличием хромирования от других процессов является то, что при неизменной концентрации компонентов электролита, изменяя лишь два параметра — плотность тока и температуру электролита, можно получать покрытия различной структуры и свойств: блестящие, микротрещиноватые, пористые, твердые или молочные - малопористые, без микротрещин, относительно мягкие.
Блескообразующие и выравнивающие добавки (ингибиторы), в процессах хромирования не применяются.
Отрицательной особенностью, также характерной только для процессов хромирования, является крайне низкий выход по току. Т.к. основная часть тока при электроосаждении хрома расходуется на реакции восстановления трехвалентного хрома и атомов водорода, в производственных электролитах выход по току металла обычно составляет 11-17 % [1]. В некоторых случаях при определенных условиях выход по току хрома может достигать 25-30 %. Т.о. потери электроэнергии при хромировании достигают 80 % и более.
Другой отрицательной особенностью электролитов хромирования является их крайне низкая, близкая к нулевому значению, рассеивающая способность и очень низкая кроющая способность.
Особенностью электролитов хромирования является их высокая токсичность и агрессивность, которые сохраняются даже у разбавленных электролитов. Поэтому при работе с хромовокислыми электролитами должны быть приняты все необходимые меры предосторожности и строго соблюдаться все правила техники безопасности.
Во время электроосаждения хрома на аноде обильно выделяется кислород, а на катоде водород. Это приводит к образованию вредных хромовокислых аэрозолей - капелек электролита. Следовательно, ванны хромирования обязательно должны быть снабжены мощными отсасывающими устройствами и вентиляционными установками, очищающими воздух от аэрозолей.
При хромировании используются только нерастворимые аноды, что является причиной непрерывного изменения состава раствора. Отсюда следует необходимость постоянного контроля и корректировки состава электролита.
Особенностью процессов хромирования является применение очень высоких плотностей тока, значительно более высоких, чем в других гальванических процессах. Последнее влечет за собой существенное увеличение токовой нагрузки на ванне. Эта особенность определяет выбор выпрямителей для хромирования — они должны быть значительно более мощными, чем для других процессов.
Дата добавления: 2020-06-09; просмотров: 215;