Krómozás

Díszítő krómozás motorkerékpáron

A krómozás olyan folyamat, amikor egy fémtárgy felületén króm válik ki. Amennyiben nikkellel kombinálva viszik fel a fémréteget, akkor a tárgy szebb lesz, és jobban ellenáll a maró anyagoknak. Az eljárás során a króm sóinak oldatából a katódon elektrolízissel króm válik ki (galvanizálás).

Krómozás

A galvanikusan leválasztott krómbevonat kemény, kopásálló, korrózióállósága jó, oxidálóanyagok hatására felületén vékony oxidréteg alakul ki, amely csökkenti korrózióját. A műszaki célokra leválasztott krómbevonatok esetén a bevonat kopásállósága, keménysége a döntő. A krómbevonat jól ellenáll gázok, savak (sósav (HCl) és folysav (HF) kivételével) sók, lúgok korróziós hatásának.

Fő alkalmazási területei:

• díszítő krómozás,
• műszaki krómozás (kemény krómozás).

Díszítő krómozás esetén vékony krómbevonatot választanak le, általában nikkel közbenső rétegre. A bevonat szerepe itt kettős: csökkenti a nikkelbevonat elmattulását, és növeli a korrózióállóságot.

A műszaki célokra leválasztott bevonat növeli a munkadarabok kopásállóságát csúszó és súrlódó igénybevételek esetén.

A króm vegyületeiben általában három vagy hat vegyértékű. Mindkét vegyületcsoport vizes oldatából a króm galvanikusan leválasztható. A leválasztott réteg fizikai és kémiai tulajdonságai nagymértékben függnek az alkalmazott elektrolit összetételétől, a hőmérséklettől és a leválasztás körülményeitől.

A krómot túlnyomórészt hat vegyértékű vegyületeiből választják le, jóllehet a három vegyértékű vegyületekből való leválasztás kevesebb elektromos energiát igényel. Ennek az az oka, hogy a három vegyértékű krómot tartalmazó elektrolitokból krómbevonat csak szigorú feltételek között készíthető.

A hat vegyértékű krómot tartalmazó vizes oldatok elektrolízisekor a redukció több lépcsőben megy végbe. A hat vegyértékű króm először három vegyértékűvé redukálódik:

HCrO_4^-+ 3 H_2 O+3e□(→) Cr^(3+)+ 7 OH^-

A redukció következtében a katód közvetlen közelében az elektrolit lúgosodik, a katód felületén pedig jól tapadó króm-hidroxid-kromát-réteg képződik

Cr^(3+)+ OH^-+ CrO_4^(2-)→Cr(OH)CrO_4

Mivel a kromátionok így nem érintkeznek közvetlenül a katód felületévei, a króm redukciója csak króm(III)-ig megy végbe. A katód felületén molekuláris vastagságú féligáteresztő hártya alakul ki, amely megakadályozza áram áthaladását. Ha az elektrolitba idegen savat adagolnak (kénsav, hidrogén-fluor hidrogén-((hexafluoro-szilikát(Vl)), ill. a belőlük összeállított savkeverékek)) a katód felületén levő bázikus kromátréteg oldódik, az oldatban levő króm(VI) króm(III) redukciója folyamatossá válik, és a króm(III) redukciója króm(II)-n keresztül:

Cr^(3+)+ 2e→Cr^(2+)

Cr^(2+)+ 2e →Cr

Az oldatból a krómleválás mellett még jelentős mennyiségű hidrogéni-, töltését veszti, és hidrogéngáz szabadul fel: 2 H^++ 2e→ H_2

Emiatt a krómleválasztásra vonatkoztatott katódos áramkihasználás kicsi. A katódos áramkihasználás egyébként függ az alkalmazott idegen savtól és annak koncentrációjától. Az idegen sav koncentrációjának növelésével a katódos áramkihasználás először meredeken nő, elér egy maximumot és utána ismét csökken. Használható krómbevonat csak a krómsav és idegensav-koncentráció meghatározott arányaival érhető el

CrO_3+ ∶C_(idegen sav)=100…120

Ezért rendkívül nagy gondot kell fordítani ezeknek az arányoknak az ellenőrzésekre, és a szükséges korrekciók végrehajtására. Ha az elektrolit idegensav tartalma kicsi, foltos szivárványos krómréteg válik le. Ha az idegensav adott határokat meghalad, a krómleválás csökken, majd teljesen meg is szűnik.

A fluorid, ill. fluoro-szilikát-tartalmú oldatokból leválasztott krómréteg esetén az áramkihasználás meghaladja a kénsavas elektrolitokkal elérhető áramkihasználást, s így bennük a krómleválás nagyobb. Ez az előny elsősorban a vastag műszaki krómbevonatok során realizálható.

Fogén-fluoridos, illetve fluoro-szilikát-tartalmú elektrolitoknak hátrányai is vannak:

• Rövid élettartam,
• sok bomlástermék,
• az elektrolit nagyon agresszív, a felhasznált anódkopási sebessége nagy.

A levált krómbevonat keménysége, fénye függ az elektrolit hőmérséklet-alkalmazott katódos áramsűrűségtől.

katódos áramkihasználás a krómozó elektrolitokkal 10-25% között nagyságát a következők határozzák meg:

• elektrolit krómsav tartalma
• az alkalmazott idegen sav fajtája és koncentrációja, - a katódos áramsűrűség,
• az üzemelési hőmérséklet.

A katódos áramkihasználás nagysága a krómsav koncentráció függvényében különféle idegen savak alkalmazásakor:

Az optimális krómsav/idegen sav arány, a katódos áramkihasználást növeli:

• az elektrolit hőmérsékletének csökkentése.
• az elektrolit krómsav koncentrációjának csökkentése,
• a katódos áramsűrűség növelése.

Az elektrolitban levő három vegyértékű króm, valamint vas- és rézszennyeződés csökkenti az áramkihasználást, és az elektrolit vastartalma (20 g/l felett) csökkenti a fényes leválás intervallumát is.

A gyakorlati krómozásban rendkívül fontos a leválasztott bevonat egyen-vastagsága (szórás) és az elektrolit fedőképessége.

Az elektrolit szórása függ:

• az elsődleges árameloszlástól,
• az alkalmazott hőmérséklettől és áramsűrűségtől.

A növekvő hőmérséklet rontja, a növekvő katódos áramkörűség javítja az elektrolit szórását.

A krómozó elektrolitok szórása közismerten rossz. Ez különösen nagy gondot okoz nagy felületű és profilos alkatrészek krómozásakor. Ezért a csúcsokon, éleken és egyéb felületen jelentkező, a szükségesnél nagyobb rétegvastagságban leváló krómbevonatot árnyékolással és speciális felfüggesztési technikával kell megakadályozni. Ugyanakkor segédanódok alkalmazásával gondoskodni kell arról, hogy a szükséges rétegvastagságú krómbevonat a mélyedésekben is kialakuljon.

Profilos tárgyak krómozásakor főleg díszítő bevonatok készítése esetén a mélyedésekben a krómleválás úgy is megvalósítható. hogy az elektrolízis 30 s-ig nagy, 60 s-tól 20 A/dm2 áramsűrűséggel krómoznak (becsapatás után az áramsűrűséget csökkentik azért, hogy a munkadarab egyéb helyein tartósan ne lépjék túl az előírt áramkörűség értékeket).

A krómozó elektrolitok fedőképessége függ a megmunkálandó alkatrésztől felületi állapotától. Rézből és sárgarézből készült alkatrészek könnyebben krómozhatók, mint hasonló acél, ill. öntöttvas alkatrészek.

Védő-díszítő krómozás

Nikkel-króm vagy réz-nikkel-króm bevonatrendszerben a fedőrétegként krómréteg vastagsága: 0.25-0,5 mikron. A bevonat lehet repedezett, repedésmentes, mikropórusos vagy mikrorepedéses.

A következő elektrolitok alkalmazhatók:

• Kénsavas elektrolitok.

Az elektrolit összetétele és az üzemi feltételek: Króm(VI)-oxid, Cr03, 300-350 g/ l V, H2SO4, 2,5-3,5 g/l Króm (VI)-oxid—kénsav arány 100 - 120/l Hőmérséklet, 35-45 °C Katódos áramsűrűség, 10-20 A/dm2 Leválási sebesség, 0,1 m/min Feszültség, 4-5 V

• Önszabályozó elektrolitok.

A krómbevonat optimális leválási feltételeit az elektrolit idegensav-tartalma határozza meg. Ez különösen fluoridtartalmú elektrolitokban a fluoridion állandó ellenőrzését követeli meg. Az üzemeltetés egyszerűsíthető, ha katalizátorként a kérdéses sav sójának telített oldalát használják. Az elektrolitba a katalizátort feleslegként adagolják, és a felesleg a műveleti kád aljára válik ki, és automatikusan oldódik, ha kihordás miatt koncentráció csökken, vagy az elektrolízis hőmérséklete nő.

Egy ilyen elektrolit összetétele és az üzemi feltételek: Króm(VI)-oxid, Cr03, g/l 250–300 Stroncium-szulfát, SrSO4, g/l 1–4 Kálium-sziliko-fluorid, K,SiF6, g/l 2,5–7,5 Stroncium-kromát, SrCr04, g/I 5–10 Kálium-dikromát, K2Cr207, g/l 7–10 Hőmérséklet, °C 35–40 Katódos áramsűrűség, A/dm2 10–20 Az elektrolit kloridot nem tartalmazhat.

• Tömegkrómozó elektrolit.

Ömlesztett alkatrészek krómozására kifejlesztették az ún. tömegkrómozó elektrolitot. Összetétele és az üzemi feltételek: Króm (VI)-oxid, Cr03, g/l 250 Ammónium-fluorid, NH4F, g/l 1,5 Króm-szulfát, Cr2(SO4)3, g/l 3 Hőmérséklet, °C 25 Katódos áramsűrűség, A/dm2 5–8 Az elektrolit árammegszakadásra kevésbé érzékeny.

Anódként oldhatatlan ólomanódot alkalmaznak, kénsavas elektrolitban 7-8% antimon tartalmú kemény ólom-, fluoridtartalmú elektrolitokban ónnal vagy ónnal és ezüsttel ötvözött ólomanód használata indokolt. Újabban ömlesztett alkatrészek bevonására a krómhoz hasonló megjelenésű ón-kobalt bevonatok előállítására alkalmas elektrolitokat is használnak

Források

• Felületvédelem szervetlen bevonatok – Kocsis László, Nagy Ádám, Műszaki Könyvkiadó, 1984.
• http://cromkontakt.hu/technologia/ Archiválva 2015. július 15-i dátummal a Wayback Machine-ben