Cr6+. Непокрытые участки никелевого подслоя.

Эта проблема часто обусловлена низкой кроющей способностью (зачастую неправильно употребляемый и неправильно понимаемый термин). Кроющая способность часто связана с ненадлежащим распределением покрытия по толщине или однородностью во всем диапазоне плотностей тока. При использовании более научных терминов, например, в журналах по отделке поверхностей, кроющая способность характеризуется тем, как покрытие начинает и продолжает осаждаться на участках очень низкой плотности тока.

Растворы шестивалентного хрома для декоративных покрытий обладают заведомо низкой кроющей и рассеивающей способностью. В научных журналах рассеивающая способность характеризуется распределением толщины во всем диапазоне плотностей тока. Чтобы избежать путаницы, мы будем использовать термины «кроющая способность» и «рассеивающая способность» согласно определениям в авторитетных научных журналах.

Низкая кроющая способность может быть обусловлена физическими и химическими проблемами, по отдельности или вместе. С химической точки зрения, низкая кроющая способность часто связана с хромовой кислотой, неправильным соотношением катализатора, органическими и металлическими загрязнениями, колебаниями температуры. К физическим факторам относятся: электрические отклонения (например, пульсация или остаточный переменный ток, перегоревшие предохранители, неисправные диоды), пассивность анода, малое расстояние между анодом и катодом, проблемы с подключением, диспропорции плотностей тока, препятствия для протекания тока, проблемы с осаждением никеля.

Определите свою проблему

Образование белых пятен — это трудно определяемое явление, связанное, главным образом, с пассивностью никеля. На детали могут оставаться и непокрытые участки подслоя никеля, и проявляться белые пятна одновременно, но основное отличие состоит в отсутствии хромового покрытия на участках низкой плотности тока. Решение нескольких проблем одновременно может обескуражить, но определить проблему — это уже половина дела. Рассмотрим основные принципы концепции шести сигм, включающей акроним DMAIC (Define — определение, Measure — измерение, Analyze — анализ, Improve — улучшение и Control — контроль). Первый этап — “D” — определение, и не просто так.

Хромовая кислота, неправильное соотношение компонентов и катализаторов

Неправильное соотношение хромовой кислоты и сульфата (первичный катализатор) — это наиболее частая причина низкой кроющей способности, а низкое содержание хромовой кислоты — еще одна вероятная причина. С помощью гидрометра можно быстро и просто измерить плотность по шкале Боме для приблизительной оценки концентрации хромовой кислоты при условии, что ванна не слишком загрязнена органическими и металлическими примесями. Чтобы узнать точное содержание хромовой кислоты проводят титриметрический анализ или анализ методом атомно-абсорбционной спектрометрии/масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.

Регулярный анализ с помощью ячейки Хулла также поможет определить, связана ли проблема с непокрытыми участками с химическим дисбалансом в ванне никелирования или в ванне хромирования. Большинство электролитов декоративного шестивалентного хромирования должны обеспечивать покрытие 60-75% пластины ячейки Хулла при 3А в течение 5 минут слева направо. Если концентрация хромовой кислоты достаточно высокая, а кроющая способность все еще низкая, то может потребоваться восстановление сульфат-иона посредством осаждения карбоната бария. Низкая концентрация встречается чаще, чем высокая, поскольку сульфат восстанавливается при выносе раствора и не участвует в электролитической реакции, однако слишком высокая концентрация также может вызывать проблемы с кроющей способностью. Низкая концентрация других катализаторов, особенно фторидов, также влияет на кроющую способность.

Электрические проблемы и плотность тока

Нестабильный или прерывистый контакт в гальванической системе может увеличить количество непокрытых участков. Падение напряжения часто происходит из-за большого количества точек подключения от выпрямителя к деталям. Проверка напряжения с помощью переносного вольтметра во всех отходящих точках на пути от выпрямителя к деталям поможет решить проблему недостаточного пропускания напряжения / тока. Проблемы, связанные с пассивацией, можно уменьшить подключением источника питания или включением слабого тока в ванне хромирования. Проблемы, связанные с пассивацией, зачастую могут усугубляться из-за чрезмерного количества органических продуктов распада, проникающих в никелевое покрытие, особенно в зонах низкой плотности тока, что проявляется в виде низкой кроющей способности или возможного образования белых пятен.

Для решения этих проблем крайне важно тщательно и регулярно очищать каждую точку контакта, использовать проводящую смазку на опорах и других контактных поверхностях, а также перемещать и очищать крепления, которые могут ограничивать или препятствовать протеканию тока. Ванны декоративного шестивалентного хромирования часто работают при плотности тока примерно 90-160 А/фут2 и меняются в зависимости от используемой каталитической системы. Работа при низкой плотности тока повышает вероятность проблем, связанных с низкой кроющей способностью.

Пассивные или поляризованные аноды

Аноды из свинца или свинцовых сплавов (Sb и Sn чаще всего используют для повышения прочности и коррозионной стойкости) в ваннах шестивалентного хромирования образуют пленку оксида свинца шоколадно-коричневого цвета при замыкании цепи, что способствует окислению трехвалентного хрома обратно в шестивалентный. Неработающие аноды, при низкой плотности анодного тока, с некачественным соединением с шиной или расположенные далеко от катода, могут образовать бледно-желтую пленку хромата свинца и окалину. Следует регулярно проверять аноды, чтобы избежать этой проблемы.

Барьеры, перегородки, вспомогательные электроды

На некоторых участках деталей протекание тока может быть ограничено из-за неудачно расположенных барьеров, перегородок и вспомогательных электродов, которые блокируют или отводят ток от детали. Регулярно проверяйте свое оборудование, чтобы убедиться в отсутствии препятствий для протекания тока.

Межэлектродное расстояние, тип и ориентация

Зачастую аноды бывают слишком большими или слишком длинными, чтобы обеспечить надлежащую кроющую способность. По возможности аноды должны быть меньше и короче катодов во избежание эффекта «собачьей кости». Необходимо, чтобы аноды правильно располагались, а детали на подвесках были правильно ориентированы, чтобы ток проходил во все участки детали. Для некоторых участков низкой плотности тока может потребоваться использование вспомогательных анодов, новая оснастка для подвесок, регулировка расположения деталей или другие более инновационные решения.

Высокая температура

Большинство электролитов декоративного шестивалентного хромирования работает при температуре в диапазоне 105-115 °F. Зачастую неудачно расположенные датчики замеряют температуру только в локализованной области. Плохая циркуляция, особенно в протяженных и/или широких ваннах, приводит температурной стратификации (изменение температуры по глубине) из-за плохого рассеивания тепла. Чтобы обеспечить согласованность и точность измерений, необходимо использовать несколько датчиков. Для достоверности следует регулярно измерять температуру вручную в нескольких зонах ванны.

Органические и металлические загрязнения

Электролиз или проработка электролита при высокой плотности катодного тока (100-200 А/фут2) с плотностью анодного тока 20-100 А/фут2 способствует удалению металлических примесей. Интенсивное перемешивание и высокая температура (145 °F), при условии, что оборудование рассчитано на такие условия, также повышают возможность для окисления и, следовательно, удаления металлов. Использование технологии неполяризующихся электродов и керамических мембран — это более управляемый метод электролиза. Электродиализ имеет определенное сходство в том, что в нем используется толстостенная полиэфирная мембрана, часто погружаемая в электролит или вспомогательную ванну.

Чтобы избежать накопления тяжелых металлов, необходимо регулярно проверять, надежно ли закреплены детали на подвесках и не упали ли они на дно ванны, где они будут растворяться. Загрязнение хлоридами обусловлено некачественной промывкой между ваннами никелирования и хромирования и действует подобно мощному катализатору, что приводит к проблемам с кроющей способностью. Хлориды удаляют при высокой плотности анодного тока (~200 А/фут2). Органические загрязнения могут привести к избытку трехвалентного хрома, который иногда снижает кроющую способность.

Проблемы с никелевым покрытием и электролитом

Как отмечалось выше, кроющая способность может зависеть от химических факторов за пределами ванны хромирования. Зачастую перед хромированием выполняется никелирование, поэтому важно обеспечить чистоту никелевого электролита посредством качественной фильтрации и правильное дозирование запатентованных органических добавок при корректировке ванны. В качестве дополнительной страховки можно включить стадию активации никеля перед хромированием, если в ванне никелирования присутствует избыточное количество органических примесей.

Заключение

Неполное осаждение покрытия характерно для электролитов с низкой кроющей способностью. Причины низкой кроющей способности могут быть многогранными, разнообразными и изменчивыми, но определенные процедуры профилактического обслуживания могут способствовать их устранению. Низкая кроющая способность иногда связана с химическим дисбалансом, а иногда — с неисправностью оборудования, или с обоими факторами одновременно. Регулярный анализ ванны шестивалентного хромирования с определением содержания хромовой кислоты и катализатора не подлежит обсуждению, как постоянный контроль температуры и других параметров, включая чистоту.

Регулярный анализ других электролитов, участвующих в процессе, например, ванна никелирования, также крайне важен для правильного функционирования всей системы. Критическое значение также имеют исправный выпрямитель и аноды, которые надежно закреплены и обеспечивают надлежащее распределение тока. Для решения всех перечисленных проблем можно составить базовый контрольный список, выполнение которого не приведет к резкому или существенному повышению временных или трудозатрат. Это может уберечь вас от убытков, связанных с производственными потерями или неудачными попытками решения проблем, и, что более важно, подарит вам душевное спокойствие.

Адам Блейкли — директор технической службы восточного региона в компании MacDermid Enthone.

Сайт: http://www.macdermid.com