クロムメッキプロセスの原理:
クロムメッキプロセスは電気化学プロセス、つまり酸化還元反応プロセスです。基本的なプロセスは、陰極として金属塩溶液に部品を浸し、陽極として金属を浸し、直流に接続した後、部品に金属コーティングを堆積させることです。グラビア電気めっきプロセスの概略図: プレートローラーが陰極、チタンメッシュが陽極です。
クロム溶液の主成分 主塩：
無水クロム 含有量: 200-260 g/L 触媒: 硫酸 含有量: 2.2-2.5 g/L 添加剤: レベリングおよび効率向上 クロムめっき層の性能: クロムは、銀白色の金属であり、わずかに青みがかった色で、相対原子量は 51.99、密度は 6.98-7.21 g/cm3、融点は 1875-1920 です。 程度 。金属クロムは空気中で容易に不動態化され、表面に非常に薄い不動態膜を形成します。
1. グラビアクロムメッキ層は非常に高い硬度を持っています。めっき液の組成とプロセス条件に応じて、その硬度は 400 ～ 1200 HV まで変化します。
2. クロム層は耐熱性に優れています。 500度以下の加熱では光沢や硬度はあまり変化しません。
3. クロムめっき層の摩擦係数、特に乾式摩擦係数は金属中最も低い。したがって、クロムめっき層は耐摩耗性に優れている。
4. クロムめっき層は化学的安定性に優れており、アルカリ、硝酸、硫化物、炭酸塩、およびほとんどのガスおよび有機酸に対して高い化学的安定性を示します。
5. クロムめっき層はハロゲン化水素酸（塩酸など）や熱濃硫酸に溶けやすいです。
クロムメッキの特徴：
無水クロム水溶液はクロム酸であり、クロムめっきの唯一の原料です。めっき液の性能は無水クロムの含有量に関係しますが、主に酸比、つまり無水クロムと硫酸の比に依存します。
1. クロムめっき液の主成分は金属クロム塩ではなく、クロムの含酸素酸であるクロム酸であり、強酸性めっき液です。電気めっきプロセス中の陰極プロセスは複雑で、陰極電流の大部分は水素発生反応 2 と六価クロムの三価クロムへの還元反応 1 という 2 つの副反応で消費されます。そのため、クロムめっきの陰極電流効率は非常に低くなります。 (10% ～ 18%)。また、3つの異常現象があります。1. 無水クロム濃度の増加に伴い電流効率が低下します。2. 2. 温度の上昇とともに減少します。 3. 電流密度が増加すると増加します。
2. 金属クロムを正常に析出させるには、クロムめっき液に SO42- などの陰イオンを一定量添加する必要があります。
3. クロムめっき液の分散性は非常に低いです。複雑な形状の部品の場合、均一なクロムめっき層を得るには絵文字の陽極または補助陰極が必要です。ハンガーの要件も比較的厳しいです。
4. クロムめっきには、通常 20A/dm2 以上の高い陰極電流密度が必要です。これは、一般的なめっきの 10 倍以上です。陰極と陽極から放出されるガスが多いため、めっき液の抵抗が大きく、タンク電圧が上昇し、高い電気めっき電源が必要となります。 12Vを超える電源が必要ですが、他のめっきタイプでは8V未満の電源を使用できます。
5. クロムめっきの陽極には金属クロムが使用されていません。これは、クロムがめっき液に溶けやすいため、陽極の電流効率が陰極の効率より大きくなり、クロム酸の消費量が増加するためです。したがって、不溶性陽極が使用されます。通常、鉛、鉛アンチモン合金、鉛錫合金が使用されます。めっき液中に消費されたクロムは、無水クロムを添加することで補う必要があります。
6. クロムめっきの動作温度は陰極電流密度に一定の依存性があります。この 2 つの関係を変えると、異なる特性を持つクロム コーティングを得ることができます。クロムめっき層と基材との接着強度を高めるために、版ローラーを予熱することができます。
グラビアクロムめっき時のカソード（ローラー表面）の反応原理：
クロムめっき液は主にクロム酸（CrO42-）と二クロム酸（Cr2O72-）の形で存在します。 pH 値が 1 未満の場合、主な形として (Cr2072- は 2 つの負電荷と 7 つの酸素原子を持ちます)。 pH値が2-6の場合、Cr2O72-とCrO42-は次の平衡状態で存在します。つまり、Cr2072- +H20===2CrO{{13} }H+。クロムめっき電解液中に存在するイオンには、Cr2O72-、H+、CrO42-、SO42- が含まれていることがわかります。 SO42- を除く他のイオンもカソード反応に参加できます。カソード（ローラー表面）での電気化学反応の 4 つのプロセス:
ステージ 1: 電極電位が上昇すると、電流密度が上昇します。電極反応は 2H→H2 反応 2
ステージ 2: 電極電位が上昇し続けると、電流密度が減少に転じます。アルカリ性の陰極皮膜を形成する工程です。 （アルカリ性陰極皮膜の形成は、陰極表面における①②の２つの反応により多量のH+が消費されることによるものです）。反応1、反応2
段階 3: クロムの析出電位に達すると、版ローラー表面にクロムがめっきされます。電極電位が上昇し続けると、電流密度は再び増加に転じます。電極反応はCr6→Cr2H→H2 反応1、反応4
陰極皮膜理論とクロムめっき時の品質への影響:
クロムめっき工程では、版ローラーの表面にアルカリ性の陰極皮膜が形成されます。この溶解は最初に局所的に発生し、徐々に拡大するため、基板の小さな領域が露出し、実際の電流密度は非常に高く、分極効果は大きくなります。そうして初めて、クロムめっき（クロム析出電位に達する）を一定の速度で進めることができます。新しいクロム層の表面にはコロイド膜が生成され、コロイド膜の溶解と生成が繰り返され、重要な規制の役割を果たします。
めっき液中の SO42- や陰極処理時に生成する三価クロムは電極反応には直接関与しませんが、その存在と含有量はクロムめっき層の品質にとって非常に重要です。
1. 三価クロムの含有量が少ないと、コロイド膜が形成されにくくなったり、薄く多孔質になったりするため、硫酸で溶解しやすくなります。このとき、基板の露出面積が大きく、電流密度が低い領域ではクロムの析出電位に達することができないため、クロムの被覆能力が劣る。
2. 三価クロム濃度が高いとコロイド膜が厚く緻密になり、硫酸が溶解しにくくなります。クロム層は元の粒子上でしか成長できないため、粗い結晶化と暗く鈍いコーティングが生じます。
3. 硫酸含有量が高く、コロイド膜が溶解しやすく、低電流密度領域ではクロム層が存在せず、三価クロムが少ない場合と同様です。硫酸が不足すると三価クロムが多い場合と同様にクロム層が荒れてしまいます。
4. したがって、クロムめっきではその含有量、特に無水クロムと硫酸の比率を厳密に管理する必要があります。
輪転グラビアクロム溶液中の不純物イオンの影響と除去方法:
クロムめっき電解液中の有害な不純物には、主に鉄、銅、亜鉛、ニッケルなどが含まれます。このうち金属イオンが一定量以上蓄積すると、輝線範囲の低下などクロムめっきプロセスに悪影響を及ぼします。塗膜の劣化、電解液の分散性の低下、導電性の低下などを引き起こします。電解液中の金属イオン含有量が多い場合、電解液を処理する必要があります。低電流密度での治療では、一定の結果が得られます。ただし、クロム液は腐食性が高く、電気分解後に不純物が溶け出ます。鉄イオンの含有量が多すぎる場合には、イオン交換による処理が行われます。処理中は、クロムめっき液をクロム酸含有量が120g/Lを超えないように希釈し、交換カラムに注入します。このように処理されたクロムめっき液は再利用が可能です。樹脂の寿命を延ばすためには、濃厚クロムめっき液とカチオン樹脂との直接接触を避け、樹脂の酸化破壊を防ぐ必要がある。陽イオン交換法は銅イオンや三価クロムに対しても同様の効果がありますが、複雑で時間がかかります。
グラビアクロム溶液中の三価クロムの影響と除去方法：
一般に、三価クロムの増加は、大きな陽極と小さな陰極を使用した電気分解によって処理されます。硫酸含有量が高い場合は、電気分解する前に硫酸を標準まで減らすのが最善です。硫酸が多すぎると電解効果が著しく低下し、三価クロムの還元が困難になります。一般に、三価クロムの増加にはいくつかの理由があります。
1. アノード面積が小さすぎます。アノード面積はカソード面積の 2-3 倍である必要があります。
2. めっき液中の金属不純物の含有量が多すぎます。
3. アノードの酸化により、アノードの一部が非導電性になります。
グラビア印刷用クロムミスト防止剤の動作原理の紹介:
クロムめっきプロセス中、不溶性アノードの使用とカソード電流効率の低さにより、大量の水素と酸素が沈殿します。ガスが液面から漏れ出すと、大量のクロム酸が含まれ、クロムミストを形成し、深刻な汚染の危険を引き起こします。クロムミストを抑制するには現在2つの方法があります。
1. 浮体法：めっき液の表面に発泡プラスチック片や破片を置きます。これらの浮遊物はクロムミストの流出を妨げる可能性があります。
2. 抑泡剤の添加: 抑泡剤は、めっき液の表面張力を低下させ、安定した泡層 (洗濯洗剤の水と同様、めっき液の表面に無数の小さな泡が浮いている) を生成する界面活性剤です。
めっき液中のクロムミスト防止剤により形成される発泡層がめっき液の表面をしっかりと覆います。クロム酸を含む水素と酸素が蒸発する際、表面の発泡層と接触し、無数の小さなクロム酸のミストが結合して大きな液滴となります。重力の作用により、一定の高さまで上昇するとめっき液中に戻りますが、水素と酸素は液面から離れるまで上昇を続けるため、ガスの除去とクロムミストの効果的な抑制が実現します。