Контроль загрязнений ванны хромирования
01 ноября 2023 года
Электролиты твёрдого, шестивалентного хромирования это
Для электролитов покрытий привычно иметь в составе до 5.0 г/л металлических загрязнений, обычно железа и меди. Выше приведённого уровня качество покрытия снижается, а операционные затраты растут.
Чтобы представить это количество в составе ванны объёмом 4.5 тыс. л., то это будет около 20 кг. Это — много, и показывает на сколько реально допустимы загрязнения в электролите шестивалентного хрома. Однако, это не значит, что этим нужно злоупотреблять. Срок службы электролита хромирования при соответствующем поддержании составит более 20−30 лет тогда, как без обслуживания может сократиться до нескольких месяцев.
Воздействие на качествоzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Распространённая практика в хромировании работать с высоким уровнем загрязнений. По неизвестным причинам хромировщики игнорируют негативное воздействие примесей. Потеря качества покрытия более видна в стандартном хромировании 100:1, чем в твёрдом, поскольку он более стоек к примесям. Воздействие высокого содержания примесей сказывается в хрупкости, отслаивании, подгаре, питтинге, разрастании, появлении набросов, шероховатости, плохом цвете покрытия, снижении укрывистости, пятнистости, увеличении напряжения покрытия, макрорастресвкивании, мягкости покрытия, замедлении скорости осаждения и значительной стоимости электроэнергии
Активность хромовой кислотыzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Загрязнения электролита совместно с хромовой кислотой образуют ионизированный комплекс. В результате — «отсутствие» или снижение эффективности доступной хромовой кислоты. Это одна из причин, по которой загрязнения создают проблемы, поскольку в электролите выросло соотношение с сульфатом, выше, чем требуется.
Трёхвалентный хром, медь и железо образуют комплекс с хромовой кислотой в концентрации около 18 г/л на единицу присутствующих примесей. Это означает, что электролит с соотношением 100:1 и 225 г/л с 5% трёхвалентного хрома имеет только 60 г/л активной хромовой кислоты с соотношением 60:1. Тем не менее, нельзя просто снизить содержание сульфата, чтобы «скорректировать» соотношение, поскольку это не работает.
Источники загрязненийzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Источники загрязнений часто охватывают подтрав в гальванической ванне, избыточную маркировку, масла и механические частицы, оставшиеся после обработки, налёт хрома на токоподводящих шинах, коррозия конструкции, попадания из предшествовавших ванн, загрязнённая заводская вентиляция, использование нечистых химикатов и производственное водоснабжение. Некоторые из них связаны с конструкцией оборудования, а другие — операционные проблемы.
Допустимые уровниzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Любой ион, ненамеренно попавший в исходный состав электролита, считается примесью. Рост уровня загрязнений усиливает негативный эффект. Некоторые из примесей более вредные, чем другие.
Задание верхнего предела конкретных примесей нереалистично без учёта концентрации всех других примесей. Потому, что массив примесей имеет больший негативный эффект в электролите, чем высокий уровень любого одиночного загрязнения. Важна накопительная концентрация, если только,
Ниже приведены типичные загрязнения. В электролите хромирования не следует превышать эти уровни.
| Загрязнение | Индивидуальный уровень (макс.) | Идеальный уровень поддержки |
| Железо | 5 г/л | < 3 г/д |
| Медь | 5 г/л | < 2 г/д |
| Трёхвалентный хром | 3% CrO3 | < 2% |
| Металлические | 5 г/л см. | TCL ниже |
| Общий уровень загрязнений (TCL) | 7.2 | 4.8 |
| Хлорид | 50 мг | < 20 мг |
Уровни контроля загрязнений (CIL)приведены ниже. Среди других загрязнений могут быть: алюминий, никель, олово, свинец и цинк. Но они не так часты, как медь и железо, и не имеют столь негативный эффект на электролит. Аналогичное рассмотрение для карбонатов, нитратов, силикатов и фосфатов.
Производственные затратыzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Загрязнения снижают электропроводность электролита и увеличивают плотность (Боме). Низкая электропроводность ведёт к необходимости увеличения напряжения для поддержания токовой нагрузки. Загрязнённые электролиты работают с гораздо большим энергопотреблением. Относительно чистый электролит может работать при напряжении 6 В постоянного тока тогда, как тот же электролит с высоким уровнем загрязнений может потребовать 12 В. Если постоянная токовая нагрузка была 10 тыс. ампер, то увеличение напряжения на 6 вольт означает, что дополнительные 60 кВт электроэнергии были потеряны, а за годовые смены — около 120 тыс.
В качестве примера, крупный производственный участок с ванной хромирования на 9 тыс. литров, с токовой нагрузкой 5 тыс. ампер выпрямленного тока, при односменной работе, сэкономит 442 тыс. долларов в год, просто контролируя уровень загрязнений. Эта экономия приходит от меньших затрат на электропитание, быструю скорость осаждения (увеличение производительности) и значительное снижение затрат на снятие и повторное хромирование.
Контроль уровня загрязнений и TCLzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Электролизёр улучшенной конструкции с низким уровнем загрязнений
Загрязнения электролита неизбежны, они никогда не равны нулю, даже в свежеприготовленном составе. Их нельзя остановить от попадания, но можно контролировать их скорость проникновения, а затем — очищать ванну, при достижении верхнего уровня загрязнений.
Наиболее лёгкий путь оценки уровня загрязнений в ванне хромирования — подсчёт общего уровня загрязнений (TCL). Это простая сумма процента трёхвалентного хрома и г/л железа и меди. В качестве примера, электролит с 3.5% трёхвалентного хрома, 5.5 г/л железа и 4 г/л меди будет иметь TCL 13, который очень высокий и выходит далеко за рамки возможности получения качественного покрытия и поддержания низких эксплуатационных расходов.
Для большинства операций TCL не должен превышать 7.2 и очистка электролита не требуется если TCL ниже 4.8, за исключением хромирования очень ответственных деталей. Поэтому диапазон TCL 4.8−7.2 обеспечивает наилучшую эффективность и качество покрытия, одновременно поддерживая низкой операционную стоимость.
При достижении уровня 7.2 наиболее эффективен слив 1/3 и приготовление свежей порции электролита для снижения затрат и сохранения скорости осаждения. Сливаемое количество может быть уменьшено, если электролит проработать от трёхвалентного хрома до 1% уровня, используя восстановитель CR-3 и соответствующую технологию.
Слив для очистки — не лучшая технология «старой школы», но, реально, нет лучшего доступного метода контроля загрязнений. Йонообмен очень дорог и образует слишком много вредных отходов, электродиализ связанный с техническими проблемами и пористостью, не работает, несмотря на то, что говорят другие. Это тот случай, когда технология «старой школы» по- прежнему является наилучшим и наименее затратным подходом.
Работа с высоким уровнем загрязнений очень затратна по многим аспектам. Не следует рассматривать контроль загрязнений и декантирование как расходы, нужно относиться к этому, как инвестирование в качество хромирования и снижение стоимости.
Трёхвалентный хромzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Трёхвалентный хром наиболее известное загрязнение в шестивалентном электролите хромирования. Обычно определяется как процент концентрации хромовой кислоты. Для оптимальных результатов покрытия требуется 1% уровень трёхвалентного хрома, но около 2% трёхвалентный хром служит загрязнением.
Условий появления трёхвалентного хрома очень много. Однако, наиболее важным является поддержание оптимального соотношения
Влияние избытка трёхвалентного хрома в 6 раз сильнее, чем загрязнение железом, понижая допустимый уровень для других загрязнений. Иные проблемы трёхвалентного хрома охватывают высокую стоимость электричества, малую скорость осаждения, нестандартное покрытие и сильное образование тумана над хромовым электролитом.
К счастью трёхвалентный хром легко удаляется проработкой с восстановителем CR-3. Это необходимо каждый раз при увеличении концентрации до 2% и выше. Электролит с содержанием 5−6% трёхвалентного хрома очень слабый.
Ионы металловzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Железо и медь наиболее известные металлические примеси, но сюда могут входить алюминий, никель, олово и цинк. Металлические примеси увеличивают сопротивление электролита, затраты на электроэнергию и сказываются на плохом качестве покрытия. Нормальный, верхний уровень металлических загрязнений составляет 5.0 г/л, но это применимо только, когда содержание трёхвалентного хрома не превышает 2%.
В противовес ранее сказанному, металлы не осаждаются при электролизе ванны, никогда не снижаясь при работе, а только увеличивая содержание в электролите.
Медьzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Медь очень распространённое загрязнение в ванне хромирования, быстро растворяясь в электролите. Обычные источники — погружение меди, подтравливание, концы подвесок, падение медных деталей, набросы хрома на токоподводах
Железоzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Обычные источники включают: значительное поступление от подтравливания, металлическая стружка или «пыль», неочищенные с деталей, использование стальных анодов вместо рекомендованных из свинцового сплава, растворение стальной монтажной проволоки, незащищённых стальных конструкций. Верхний предел — 5 г/л при отсутствии других примесей или около 3.0 г/л, если совместно с другими металлами, как медь.
Хлоридzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Хлорид — очень мощное загрязнение в шестивалентном электролите, с вредным воздействием, начиная с малых концентраций. При содержании менее 50 мг работает как сильное загрязнение, оно должно быть всегда ниже 20 мг. Хлорид работает как галогенный катализатор, влияющий на сульфатное соотношение.
Избыток хлорида вызывает осаждение тусклых, туманных и серых покрытий, шероховатость, подгар, снижение кроющей способности, белые точки, неравномерность покрытия и растрескивание, увеличивая уровень содержания трёхвалентного хрома
Типичным источником хлорида является загрязнение из солянокислого стравливателя или перед никелированием, используя хлорированные растворители для предварительной очистки, заводское водоснабжение, повреждение обшивки ванны или других ПВХ поверхностей.
К счастью удаление избытка хлорида довольно легко. Рекомендуемый метод — проработка ванны с анодным соотношением 30:1, при использовании наряду с восстановителем CR-3. Хлорид можно удалить осаждением с окислом серебра, но это очень дорого.
Иные ионыzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Как упоминалось, любой ион, ненамеренно введённый в электролит, может рассматриваться в качестве примеси. Однако, многие из них не имеют негативного воздействия, как загрязнения, пока присутствуют в очень небольших количествах. Среди таких ионов — щелочные металлы (барий, кальций, магний, натрий, калий и стронций), карбонаты, гидроокиси, нитраты, силикаты и фосфаты. Электролит шестивалентного хромирования довольно терпим к ним, а они, обычно, не создают проблемы.
Масла и органикаzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Загрязнение электролита маслом и органикой довольно типично. В основном, хромовый электролит в некоторой степени терпим к этим загрязнениям, но органика быстро окисляется горячей хромовой кислотой, увеличивая уровень содержания трёхвалентного хрома. Обычные источники загрязнений: масла на деталях, барботаж нефильтрованным, заводским воздухом, неподходящие остановки, непостоянство пеногашения, крашеные зажимы, повреждение футеровки ванны или любые другие органические материалы, соприкасающиеся с хромовым электролитом.
Также, некоторые насыщенные алифатические гидрокарбонаты плохо окисляются, образуя накипь на поверхности электролита и стенках ванны. Она должна удаляться скребком, чтобы не осаждаться на деталях при загрузке и не создавать скачащееся покрытие.
Пеногасителиzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Большинство пеногасителей органические по природе и, разрушаясь, вести к формированию трёхвалентного хрома. Это особенно касается непостоянства пеногашения.
Твёрдые частицыzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Твёрдые посторонние частицы попадают в электролит не растворяясь. Они, обычно, появляются в электролите от неочищенных деталей, заусенцев при механообработке или полировке, и как анодный шлам.
Лёгкие, воздушные заусенцы могут появиться от зачистки, хонингования или при полировке. В идеале производственный участок должен быть отделён от любого места полировки или механической обработки. Кроме гальванических проблем твёрдые частицы склонны закрывать ячейки сетки и HEPA фильтры, применяемые в усовершенствованных вентиляционных системах. Инородные частицы являются источником шероховатости покрытия.
Использование порошкового материала
- Магнитные частицы: обычно появляются от неправильно подготовленные деталей. Они перемещаются в ванне к катоду и осаждаются на нём, приводя к шероховатости и набросам. Источник кроется в полых цилиндрах, покрываемых по внешнему диаметру и некачественно подготовленных внутри. Подходящая зачистка или полировка ликвидирует набросы, оставляя питтинг. Пропускание магнита в электролите с перемешиванием покажет наличие таких частиц.
- Немагнитные частицы: могут появиться из заводского воздуха, абразивных заусенцев и анодного шлама. Любая из них может стать источником шероховатости. Анодный шлам, однако, необычная проблема, поскольку гораздо тяжелее электролита, поэтому, их без ущерба высаживают на дне ванны.
Шероховатость может появиться от присутствия сульфата бария при сульфатной обработке электролита с углекислым барием. Такую обработку лучше проводить в отдельной ванне.
Водообеспечениеzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Одним из источников загрязнений является заводское водообеспечение. Хлориды и сульфаты обычно присутствуют в централизованной поставке горячей воды, добавляя проблем с загрязнением. Хлориды имеют тенденцию к отравлению электролита, а сульфаты обычно увеличивают концентрацию, изменяя соотношение при добавке воды из городской сети. Поэтому, очень рекомендуется использовать систему очистки воды из городской сети., состоящей из обратного осмоса и деионизации воды.
Комплексообразование загрязнителейzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
Dura-76 — добавка, разработанная для связывания обычных примесей: железа, меди и трёхвалентного хрома. Она может использоваться во всех электролитах шестивалентного хрома, исключая электролиты с высоким содержанием фторидов. Связанные ионы не осаждаются, а становятся менее активными в катодной реакции.
Dura-76 особенно полезна в новых составах электролита для связывания примесей и буфферирования электролита, повышая кроющую способность. Dura-76 не охватывает все примеси, оставшиеся ещё нужно отслеживать и уменьшать.
Контроль загрязненийzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz
К этому следует подходить, как к постоянной проблеме качества и для снижения затрат, а не принимать, как должное или игнорировать. Загрязнение электролита очень затратное в терминах плохого качества покрытия, возрастает стравливание и переделка, растёр расход электричества.
Разочарований и высоких затрат можно избежать, просто контролируя уровень загрязнения.
Никоторые из преимуществ этого:
- улучшение качества покрытия;
- снижение брака и переделки;
- увеличение производительности;
- значительное снижение затрат;
- удовлетворённость заказчиков.
*************************
По возможному сотрудничеству в технологиях
Электронная почта: office@bmptek.ru
Тел. +7 (921) 895−1422, (812) 994−9502
Управляющий проекта — Алексей Леонов
