ציפוי כרום
ציפוי כרום הוא תהליך כימי-תעשייתי שבמסגרתו מצפים אובייקטים ממתכת (ולעיתים גם חומרים אחרים) בשכבת כרום דקה, לרוב לצורך שיפור עמידות בפני קורוזיה, שחיקה, או להענקת מראה מבריק ומלוטש. קיימות שתי שיטות עיקריות לציפוי כרום: ציפוי דקורטיבי (Decorative Chrome Plating) וציפוי כרום קשה (Hard Chrome Plating). השיטה הראשונה מיועדת בעיקר לשיפור מראה ולמתן הגנה קלה יחסית, ואילו השנייה משמשת בעיקר למטרות טכניות ותעשייתיות הדורשות עמידות גבוהה.
ציפוי כרום מתבצע לרוב באמצעות תהליך של ציפוי אלקטרוליטי, שבו מועברת זרם חשמלי דרך תמיסה של חומצה כרומית, מה שגורם לכרום להתעצב על פני השטח של הפריט המצופה. התהליך דורש שלבים מוקדמים של ניקוי והכנה, ולעיתים גם ליטוש סופי. ציפוי כרום נפוץ בתעשיית הרכב, התעופה, הכלים והמכונות.
תהליך הציפוי
הכנת חלק לציפוי כרום והתהליך עצמו כוללים בדרך כלל חלק מהשלבים הבאים או את כולם:
- הכנת משטח
- ניקוי ידני להסרת לכלוך וזיהומים משטחיים
- הסרת מזהמים אורגניים שנותרו באמצעות ניקוי תחליבי, ניקוי בסיסי, ניקוי אלקטרוליטי אנודי, או ניקוי בממיסים על ידי טבילה, ריסוס, יישום ידני, או התעבות אדים[1]
- שטיפה
- הפעלה או חריטה אלקטרוכימית
- שטיפה (לא נדרש אם שלבי ההפעלה והציפוי מבוצעים באותו מכל)
- טבילה בתמיסת ציפוי הכרום, שבה החלק מתחמם לטמפרטורת התמיסה
- יישום זרם חשמלי למשך הזמן הנדרש להשגת העובי הרצוי
- שטיפה
קיימות וריאציות רבות לתהליך זה, בהתאם לסוג המצע המצופה. מצעים שונים דורשים תמיסות חריטה שונות, כגון חומצות הידרוכלורית, הידרופלואורית, וגופרתית. ברזל כלורי פופולרי גם לחריטת סגסוגות נימוניק. לעיתים החלק נכנס למכל הציפוי כשהוא מחובר חשמלית. לעיתים משתמשים באנודה תואמת עשויה עופרת/בדיל או טיטניום מצופה פלטינה. מכל ציפוי כרום קשיח טיפוסי מצפה בקצב של של כ-25.4 מיקרומטר לשעה
מפרטים תעשייתיים נפוצים המסדירים את תהליך ציפוי הכרום כוללים את AMS 2460, AMS 2406, ו-MIL-STD-1501.
כרום משושה
ציפוי כרום משושה, הידוע גם כ"הקס-כרום", Cr6+, וציפוי כרום(VI), משתמש בתחמוצת כרום (CrO3, הידועה גם כחומצה כרומית) כמרכיב העיקרי. תמיסת ציפוי כרום משושה משמשת הן לציפוי דקורטיבי והן לציפוי קשיח, וכן לטבילה מבריקה של סגסוגות נחושת, אנודיזציה בחומצה כרומית, וציפוי המרה כרומטי.[2]
תהליך ציפוי כרום משושה טיפוסי כולל:
- מכל הפעלה
- מכל כרום
- שטיפה
- שטיפה שנייה
מכל ההפעלה הוא בדרך כלל מכל של חומצה כרומית שדרכו מועבר זרם הפוך. שלב זה חורט את פני החלק ומסיר כל קשקשת. במקרים מסוימים, שלב ההפעלה מבוצע במכל הכרום. מכל הכרום מכיל תערובת של תחמוצת כרום וחומצה גופרתית, ביחס המשתנה מאוד בין 75:1 ל-250:1 במשקל. התוצאה היא תמיסה חומצית ביותר (pH 0). הטמפרטורה וצפיפות הזרם במכל משפיעות על הברק וכיסוי הסופי.
חסרונות
חיסרון תפקודי אחד של ציפוי כרום משושה הוא יעילות קתודה נמוכה, המובילה לכוח זריקה נמוך. משמעות הדבר היא ציפוי לא אחיד, עם יותר חומר בקצוות ופחות בפינות פנימיות ובחורים. כדי להתגבר על בעיה זו, ניתן לצפות את החלק בעובי עודף ולשייף אותו לגודל הרצוי, או להשתמש באנודות עזר סביב האזורים שקשה לצפות.[2] כרום משושה גם רעיל בהרבה מכרום תלת-ערכי, מהווה סיכון בריאותי משמעותי הן בייצור והן בסילוק אם לא מטופל בזהירות.[3]
כרום תלת ערכי
ציפוי כרום תלת-ערכי, הידוע גם כ"טרי-כרום", Cr3+, וציפוי כרום(III), משתמש בכרום סולפט או כרום כלורי כמרכיב העיקרי. ציפוי כרום תלת-ערכי הוא חלופה לכרום משושה ביישומים ועוביים מסוימים (למשל, ציפוי דקורטיבי).
תהליך ציפוי כרום תלת-ערכי דומה לתהליך ציפוי הכרום המשושה, למעט הרכב התמיסה והאנודה. ישנם שלושה סוגים עיקריים של תצורות תמיסת כרום תלת-ערכי:
תמיסת אלקטרוליט מבוססת כלוריד או סולפט המשתמשת באנודות גרפיט או מרוכבות, בתוספת חומרים למניעת חמצון של כרום תלת-ערכי באנודות.
תמיסה מבוססת סולפט המשתמשת באנודות עופרת מוקפות בתיבות מלאות בחומצה גופרתית (המכונות אנודות מוגנות), המונעות חמצון של הכרום התלת-ערכי באנודות.
תמיסה מבוססת סולפט המשתמשת באנודות קטליטיות בלתי מסיסות, השומרות על פוטנציאל אלקטרודה המונע חמצון.
תהליך ציפוי הכרום התלת-ערכי מאפשר ציפוי של חלקים בטמפרטורה, קצב וקשיות דומים לאלו של כרום משושה. עובי הציפוי נע בין 5 עד 50 μin (0.13 עד 1.27 μm).
יתרונות וחסרונות
היתרונות התפקודיים של כרום תלת-ערכי כוללים יעילות קתודה גבוהה יותר וכוח זריקה משופר. כוח זריקה טוב יותר מאפשר קצבי ייצור גבוהים יותר. נדרשת פחות אנרגיה בשל צפיפות הזרם הנמוכה יותר הנדרשת. התהליך חזק יותר מכרום משושה משום שהוא יכול לעמוד בהפסקות זרם.[2]
אחד החסרונות כאשר התהליך הוצג לראשונה היה חוסר שביעות רצון של לקוחות דקורטיביים מהבדלי הצבע. כיום משתמשות חברות בתוספים להתאמת הצבע. ביישומי ציפוי קשיח, עמידות הקורוזיה של ציפויים עבים יותר אינה טובה כמו זו של כרום משושה. עלות הכימיקלים גבוהה יותר, אך זו בדרך כלל מתקזזת על ידי קצבי ייצור גבוהים יותר ועלויות תקורה נמוכות יותר. באופן כללי, יש לשלוט בתהליך בקפידה רבה יותר מאשר בציפוי כרום משושה, במיוחד בנוגע לזיהומים מתכתיים. משמעות הדבר היא שתהליכים שקשה לשלוט בהם, כמו ציפוי חבית, הם מאתגרים יותר עם תמיסת כרום תלת-ערכי.
כרום דו ערכי
ציפוי כרום דו-ערכי מבוצע מתמיסות המכילות מינים של Cr2+. תמיסות כאלה נמנעו לפני שנת 2020 לערך, בשל רגישותן לאוויר ופליטת מימן מתמיסות מימיות של Cr2+. בשנות ה-2020 התגלה כי כרום(II) כלורי בעל מסיסות של כ-4.0 מולר במים בטמפרטורת החדר (כלומר, עם יחס מולרי של H2O:Cr של כ-14:1), ותמיסות כאלה מתנהגות כמו אלקטרוליטים על-רוויים עם נטייה מופחתת לפליטת מימן. הציפויים הבריקים באיכות הגבוהה ביותר מופקים בצפיפות זרם גבוהה יחסית של 20 מיליאמפר/סמ"ר.[2]
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
- ↑ "MIL-S-5002D: Surface Treatments and Inorganic Coatings for Metal Surfaces of Weapons Systems". EverySpec. נבדק ב-21 במרץ 2023.
{{cite web}}: (עזרה) - ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Pollution Prevention Technology Profile Trivalent Chromium Replacements for Hexavalent Chromium Plating (PDF), Northeast Waste Management Officials’ Association, 2003-10-18, אורכב מ-המקור (PDF) ב-2011-07-20.
- ↑ Surface Engineering Association. "A brief guide to the chrome plating process". Surface Engineering Association. נבדק ב-21 באוגוסט 2023.
{{cite web}}: (עזרה)
ציפוי כרום41015231Q1506986