آبکاری کروم و کاربردهای آن

امروزه از فرآیند آبکاری در صنعت بسیار استفاده می شود و فلزات بسیاری وجود دارند که هر کدام آن ها با توجه به خواص و ویژگی های خود برای آبکاری مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت آبکاری، کروم است. کروم از جمله فلزاتی است ک به دلیل داشتن جلوه بالا، خواص هیدروفوبیک، مقاومت بالا در برابر فرسایش و خوردگی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. از این فلز برای آبکاری و ایجاد لایه نازک روی بسیاری از فلزات دیگر مانند آلومینیوم، مس، برنج، فولاد زنگ نزن و غیره استفاده می شود. در ادامه با آبکاری کروم و کابردها و ویژگی های آن بیشتر آشنا خواهیم شد.

آبکاری کروم چیست؟

آبکاری یا پوشش دهی کروم (chrome plating) یک تکنیک آبکاری الکتریکی است که برای انجام شدن آن، به شار الکتریکی نیاز است. این فرایند با عبور جریان الکتریکی بین دو الکترود که در یک حمام الکترولیت متشکل از اسید کرومیک غوطه ور هستند، به دست می آید. در این فرایند لایه ی نازکی از Cr را روی یک شی فلزی مثل فولاد، آلومینیوم و آلیاژهای مس قرار می دهند. این لایه کاربرد های زیادی از جمله تزئینات، ایجاد مقاومت در برابر خوردگی، آسان سازی مراحل تمیز کاری و افزایش سختی سطح را دارد.

مراحل فرایند کروم آبکاری

مراحل این فرایند شامل موارد زیر است:

1. چربی زدایی برای از بین بردن آلودگی های سنگین
2. تمیز کردن معمولی برای از بین بردن ناخالصی های باقی مانده روی سطح
3. قرار دادن قطعه مورد نظر در محلول، پیش از شروع فرایند به منظور ایجاد تعادل دمایی بین قطعه و محلول
4. اعمال جریان آبکاری تا رسیدن به ضخامت مورد نظر

انواع مختلفی از این فرایند وجود دارد که بسته به نوع لایه ای که قرار است آبکاری شود، انتخاب می شود. لایه های مختلف محلول های مختلفی مثل هیدروکلریک اسید، هیدروفلوریک اسید و سولفوریک اسید نیاز دارند.

انواع پوشش دهی

پوشش دهی با کروم معمولا به دو دسته تزئینی و سخت بر اساس ضخامت لایه و موارد استفاده آنها تقسیم می شود.

پوشش دهی با کروم تزئینی

کروم تزئینی با استفاده از الکترولیت های کروم شش ظرفیتی تولید می شود اما طی دو دهه گذشته فرآیندهای مبتنی بر کروم سه ظرفیتی در صنعت بیشترمورد پذیرش قرار گرفتند. پوشش دهی با کروم تزئینی، بسیار زیبا و بادوام بوده و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد همچنین نرخ ضخامت در این فرایند 0.002-0.02 میلی متر است.

این فرایند معمولا روی آبکاری نیکل اعمال می شود و سطوح  پایه معمولا از جنس فولاد، آلومینیوم، پلاستیک و آلیاژهای مس هستند. این تزئینات در قطعات خودرو، ابزار و ظروف آشپزخانه به طور گسترده کاربرد دارند.

بیشتر بخوانید: آبکاری فلزات چیست | چگونه فلزات را ابکاری کنیم؟

پوشش دهی با کروم سخت

پوشش دهی با کروم سخت که کروم صنعتی یا کروم مهندسی شده نیز نام دارد، برای کاهش اصطکاک استفاده می شود و ضخامت بیشتری نسبت به کروم تزئینی دارد. به دلیل افزایش استقامت و دوام نسبت به کروم تزئینی دارای ارجحیت است و کاربردهایی مثل آبکاری روی میله های پیستون هیدرولیک دارد.

انواع آبکاری کروم

بیشتر رسوبات کروم تزئینی با استفاده از الکترولیت های یون کروم شش ظرفیتی تولید می شوند، اما طی دو دهه گذشته فرآیندهای مبتنی بر یون کروم با ظرفیت سه در صنعت بیشترمورد پذیرش قرار گرفتند. در ادامه به بررسی آبکاری با یون های کروم با ظرفیت های سه و شش می پردازیم.

آبکاری با یون کروم شش ظرفیتی

در آبکاری کروم شش ظرفیتی با فرمول (+Cr6) از کروم تری اکسید به عنوان اصلی ترین جز استفاده می شود. محلول آبکاری (+Cr6) درتزئینات و آبکاری سخت کاربرد دارد و برای روشن شدن این محلول آن را در آلیاژهای مس و اسید کرومیک غوطه ور می کنند. در این فرایند مراحل به ترتیب شامل حمام فعال سازی، حمام کروم و ابکشی است.

حمام فعالسازی معمولا یک تانک (Chromic acid) است که با جریان برعکس عمل می کند، در برخی موارد مرحله فعالسازی در مرحله حمام کروم (واقع کروم تری اکساید و سولفوریک اسید را مخلوط می کند) انجام می شود. دراین حمام ها دما و دانسیته جریان، روی درخشندگی و پوشش آبکاری تاثیر می گذارند برای مثال برای پوشش تزئینی دما بین 35-45 درجه سانتی گراد و برای پوشش سخت بین 50-65 درجه سانتی گراد است. همچنین دما روی چگالی جریان نیز اثر میگذارد زیرا دانسیته جریان بالا، دما بالا نیز می خواهد.

اما اصلی ترین عیب این آبکاری پایین بودن تاثیر کاتد به دلیل قدرت پرتاب بد است. از نقطه نظر سلامتی هم یون کروم شش ظرفیتی خیلی سمی تر از کروم است و آژانس حفاظت از محیط زیست قوانین سنگینی را برای این ماده تنظیم کرده است. برطبق تحقیقات این آژانس (+Cr6) به دلیل ایجاد آلودگی هوا خطرناک، برای انسان ها سرطان زا است.

آبکاری با یون کروم سه ظرفیتی

اجزا اصلی در این فرایند، سولفات و کروم کلراید هستند و این آبکاری جایگزینی برای آبکاری (+Cr6) در کاربرد ها و ضخامت های خاص است. فرایند های آبکاری (+Cr3) مشابه آبکاری (+Cr6) است به جز حمام شیمیایی و ترکیب آند.

اصلی ترین مزیت (+Cr3) بالا بودن تاثیر کاتد و قدرت پرتاب بهتر است. قدرت پرتاب بهتر به معنی بهتر بودن نرخ تولید محصولات است. (+Cr3) از (+Cr6) به دلیل توانایی مقاومت در برابر وقفه های جریان، قوی تر است. از لحاظ سلامتی برای انسان ها سمیت کمتری دارد اما در کنار مزایا بدون عیب هم نیست برای مثال در مقاومت خوردگی، ضخامت پوشش به خوبی (+Cr6) نبوده و هزینه مواد شیمیایی هم بیشتر است.

کاربردهای آبکاری کروم

بیشتر قطعات تزئینی که به خودرو ها می چسبند، کروم است. در واقع فولادی که باید چندین مرحله فرایند را پشت سر بگذارد تا خودرو را برای انواع آب و هوا و شرایط مختلف خارجی آماده کند. این فولاد قبل از آبکاری با کروم، ابتدا با مس و سپس با نیکل آبکاری می شود. در سال 1920 قبل ازپوشش دهی با (Cr)، ازنیکل استفاده می کردند در واقع دولت ها برای ذخیره سازی این فلز در زمان جنگ جهانی دوم استفاده از آن را ممنوع اعلام کرده بودند و صنایع خودروسازی از پلاستیک های براق و گاهی از نقره برای بخش تزئینات خودروها استفاده می کردند.

در سال 2007 لیستی تحت عنوان محدودیت استفاده از مواد خطرناک در صنعت خودرو سازی اروپا منتشر شد که کروم شش ظرفیتی (درآبکاری کروم استفاده می شود و سمی است) نیز جز این مواد بود، اما در فرایند آبکاری کروم پس از مرحله شستشو کروم شش ظرفیتی حذف می شود لذا این فرایند ممنوع نبوده و مانعی برای استفاده از آن در قطعات خودرو وجود ندارد. این فرایند علاوه بر تزئینات خودرو در چرخ ها، دستگیر درب ها، ظروف آشپزخانه و گلدان ها نیز کاربرد دارد.

سایر کاربردها:

به طور خلاصه کاربردهای این فرایند شامل:

1. تزئینات خودرو
2. چرخ ها
3. دستگیر درب ها
4. گلدان ها

هستند. البته از آن در تزئین ظروف آشپزخانه مانند کارد و چنگال نیز بهره می برند.

هشدار

هنگام کار با این ماده نکات ایمنی را جدی بگیرید. در آبکاری کروم +Cr6 تولید می شود که سمی و سرطان زا هست. در این فرایند از سرب استفاده می شود که قابلیت جذب توسط پوست را دارد. سرب باعث آسیب به کبد، مغز و سایر اندام ها می شود. همچنین در این فرایند از سیانور نیز استفاده می شود که کشنده است.

جمع بندی

این فرایند یک تکنیک پوشش دهی الکتریکی است که لایه نازکی از کروم را روی یک شی فلزی مثل فولاد، آلومینیوم و آلیاژهای مس قرار می دهند. این لایه کاربرد های زیادی از جمله تزئینات، ایجاد مقاومت در برابر خوردگی، آسان سازی مراحل تمیز کاری و افزایش سختی سطح را دارد. این پوشش دهی به دو دسته پوشش دهی با کروم تزئینی و کروم سخت تقسیم بندی می شود که این فرایند با کروم سخت به دلیل افزایش استقامت و دوام نسبت به کروم تزئینی ارجحیت دارد. در پوشش دهی با کروم تزئینی، بیشتر رسوبات کروم تزئینی با استفاده از الکترولیت های (+Cr6) تولید می شود. اما طی سال های اخیر فرآیندهای مبتنی بر +Cr3 به دلیل سمیت، خطر کمتر و بالا بودن تاثیر کاتد، در صنعت بیشتر مورد پذیرش قرار گرفتند.

بیشتر بخوانید: آبکاری الکتریکی یا الکتروپلیتینگ چگونه انجام می شود؟