Хромовый электролит

Хромовые электролиты представляют собой водные растворы на основе хромовой кислоты (H ₂ CrO ₄ ), которые используются в гальванике для нанесения хромового покрытия на металлические и пластмассовые предметы . В то время как большинство других металлических покрытий могут быть получены с помощью различных процессов гальваники в виде объемного материала, с отдельными контактами или в процессе непрерывной полосы, хромовые покрытия почти всегда производятся с отдельными контактами. Хромовые электролиты очень ядовиты и вызывают сильную коррозию.

заявление

«Классическая» хромированная ванна основана на патенте Эрика Либрейха 1920 года, который он разработал для Elektro-Chrom-Gesellschaft mb H. Berlin . Другой патент от 1924 года считается ключевым патентом для хромирования. Согласно этому, хромовый электролит состоит из примерно 250 г CrO ₃ с добавкой 1% = 2,5 г серной кислоты (H ₂ SO ₄ ) в литровой ванне. Кислота не только действует как катализатор , но также участвует в восстановлении. При 50 А / дм² достигается около 18% выхода по току (= эффективность материала , т.е. 82% тока генерируется водородом ). При использовании того же электролита в высокоскоростных процессах можно достичь выхода по току более 50%, но электролит необходимо перемещать очень быстро. Поршневые штоки амортизаторов в автомобильной промышленности покрываются платиновыми трубками при плотности более 1000 А / дм² всего за несколько секунд.

Дальнейшие попытки повысить эффективность были лишь умеренно успешными. Для осаждения металлического хрома в качестве катализаторов добавляют посторонние кислоты , такие как классическая серная кислота (1% CrO ₃ ), ранее фтористоводородная кислота или гексафтористоводородная кислота , так называемые смешанные кислотные катализаторы, или, в современных электролитах, не содержащих фторидов, сульфоновые кислоты . Чаще всего используются ванны с метансульфоновой кислотой (торговая марка, например, HEEF 25) в качестве катализатора, они достигают текущего выхода 25% при использовании. Из этих ванн можно наносить как твердый, так и блестящий хром.

Нерастворимые свинцовые сплавы служат в качестве анодов . Материал анода здесь важен, потому что трехвалентный хром, который образуется на катоде, должен быть снова окислен до шестивалентного хрома. Особенно хорошо это происходит на свинцовых анодах, покрытых слоем диоксида свинца. Осажденный хром снова добавляется в электролит в виде ангидрида хромовой кислоты (CrO ₃ ).

Чтобы избежать токсичного свинцового шлама, в современных системах свинец заменяется титаном (элементом) с платиновым покрытием . Использование анодов из титановой мантельной меди ( англ. Titanium clad медные шины ) с платинированными титановыми поверхностями микрометрового диапазона является особым преимуществом - хромирование в сернокислотном электролите. Все более строгие экологические нормы и дорогостоящая утилизация отходов требуют методов, которые позволяют более экологически чистые твердое и хромирование в бесфторидном электролите.

Яркое хромирование

При глянцевом хромировании (декоративное хромирование) наносится очень тонкий слой хрома толщиной обычно от 0,2 до 0,5 мкм. Из-за небольшой толщины таких слоев хрома блеск готовой хромированной заготовки определяется не только самим слоем хрома, но и слоем под ним (обычно никелем ). Если слой никеля под хромом матовый, то после (тонкого) блестящего хромирования заготовка остается матовой. Такая матовая поверхность желательна в некоторых случаях, и тогда она воспринимается как очень высококачественная (шелковисто-матовая). Яркий слой хрома должен работать в определенном окне температуры и плотности тока. За пределами этого окна слой хрома становится не блестящим, а матовым и серым. Это может происходить особенно в диапазоне высоких плотностей тока. Если серая область на краях заготовки относительно небольшая, ее можно вернуть до зеркального блеска с помощью специальной полировальной пасты и тканевого полировального диска.

Оптимальное покрытие стали z. B. цианистая медь , кислая медь, блестящий никель, хром; z. Т. к. Слой кислой меди перед никелированием полируется. Особенность в этом случае - нержавеющая сталь ; его можно отполировать до блеска и хромировать без промежуточного слоя.

Хромирование

Термин «твердое хромирование» вводит в заблуждение, поскольку предполагает, что твердый слой хрома тверже, чем (тонкий) слой светлого хрома . На самом деле слой твердого хрома такой же твердый, как и (тонкий) слой блестящего хрома. Однако светлые слои хрома обычно настолько тонкие (см. Выше), что испытательный наконечник не измеряет твердость хромированного слоя во время измерения твердости; измерения твердости на слое хрома с нижележащим грунтом не имеют смысла. Поэтому для измерения твердости кусок вырезается из хромированной детали, стержня или чего-то подобного. Затем измеряется твердость слоя хрома. Подходящим термином было бы «толстое хромирование», но термин «твердое хромирование» является общепринятым. Иногда слои хрома толщиной более 1 мкм называют твердым хромом, но есть также слои твердого хрома толщиной в несколько миллиметров перед z. Б. в печатных цилиндрах. Есть трудности в 1200 HV доступны

Обычный глянцевый или твердый слой хрома содержит густую сеть очень мелких трещин, которые не видны невооруженным глазом и не прощупываются. Образование этих трещин тесно связано с водородом, который выделяется во время осаждения. Часть водорода временно хранится в слое хрома в виде гидрида хрома. При последующем разложении гидрида хрома слой хрома сжимается, и возникающие напряжения приводят к трещинам. Из-за растрескивания слоев хрома становится понятно, что один только блестящий слой хрома, несмотря на превосходные свойства хрома, не обеспечивает хорошей защиты от коррозии . Защита от коррозии создается только в сочетании с подходящими промежуточными слоями (обычно никелем или медью и никелем). Такая трещинная структура даже выгодна для некоторых особых случаев, поскольку z. B. масляная пленка может лучше держаться.

См. Также : Хром

Черное хромирование

Еще один особый случай - черное хромирование: из-за повышенной плотности тока в сочетании со специальными добавками слои хрома наносятся в глубокий черный цвет. Слой черного хрома - одна из немногих электропроводящих поверхностей глубокого черного цвета. Некоторые слои черного хрома обладают умеренной стойкостью к истиранию. Этот эффект можно несколько улучшить путем последующего смазывания. Электролит с черным хромом необходимо охлаждать во время работы. Черный хромирование не следует путать с черным хромовым покрытием .

Качество поверхности

С помощью специальных добавок к электролиту можно наносить слои хрома без трещин, микротрещин или микропористые слои. Слои хрома без трещин не имеют большого значения на практике, потому что в повседневных условиях они обычно растрескиваются позже. Для коррозионной стойкости (в связи с промежуточными слоями) желательно, чтобы структура трещин была более мелкой. Обычный блестящий слой хрома имеет от 1 до 20 трещин на сантиметр. При 300-800 трещинах на сантиметр говорят о микротрещинном слое хрома. Еще один способ повышения коррозионной стойкости - создание микропористых слоев хрома. Как и трещины, микропоры также не видны невооруженным глазом. При определенных условиях возможно двойное хромирование.

Если деталь подвержена коррозии (например, гидроцилиндр), ее необходимо предварительно покрыть (например, химическим никелированием ). Альтернативой этому является механическая последующая обработка путем хонингования или полировки , в этом случае поверхность сглаживается, а трещины размазываются (например, в штоках поршней для амортизаторов транспортных средств ).

Экологические аспекты

Из-за низкого КПД и больших токов во время хромирования образуется много кислородсодержащего водорода, то есть водорода и кислорода. В ванной пенится. Когда пузырьки газа лопаются на поверхности ванны, хромовая ванна тонко распыляется. Из-за высокого риска рака, вызываемого хромом (VI), ванны с хромом должны быть отсосаны и образование аэрозолей хрома должно подавляться, что возможно с помощью вспененного ковра, образованного поверхностно-активными веществами .

Хромовые электролиты на основе нетоксичного хрома (III) в настоящее время исследуются, но в настоящее время они вряд ли пригодны для производства или ограничены особыми случаями. Обычно они состоят из растворов солей аммония и содержат сильные комплексообразователи . Здесь также используются нерастворимые аноды (в основном графит ).

В последнее время появились контрактные гальванические цеха, особенно в Англии, которые используют электролиты хрома (III). Область применения - это в основном арматурная промышленность , поскольку электролиты хрома (III) меньше разрушают основной материал и лучше распределяют его. Хорошая метательная сила означает, что металл откладывается даже в местах с недостатком электричества. Цветовой тон слоя, нанесенного из электролита хрома (III), отличается от цвета, нанесенного из электролита хрома (VI), и сильно зависит от посторонних металлов.

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Патент DE398054 : Процесс электролитического осаждения металлического хрома. Зарегистрировано 9 марта 1920 г. , опубликовано 1 июля 1924 г. , заявитель: Эрик Либрейх. ‌
2. ↑ Патент DE448526 : Процесс производства раствора, подходящего для электролитического осаждения металлического хрома. Зарегистрировано 22 июля 1924 г. , опубликовано 28 июля 1927 г. , заявитель: Elektro-Chrom-Gesellschaft mbH Berlin. ‌
3. ↑ Стефан Итасс: От хромового блеска до слепого пятна . 14.09.17.