Archäologischen Untersuchungen zufolge wurde die chemische Verchromungstechnologie bereits vor 2.200 Jahren in China auf Bronzewaffen angewendet. Die galvanische Verchromungstechnologie wurde erstmals 1856 von dem deutschen Gelehrten Gerther in seiner Doktorarbeit erwähnt. In den 1920er Jahren entwickelten Sargent und Fink die sechswertige Chrombeschichtungstechnologie unter Verwendung von Chromat als Elektrolyt weiter, wodurch das Verchromungsverfahren industrialisiert wurde. Bis heute hat diese Technologie eine Entwicklungsgeschichte von fast 100 Jahren.
Heute werden die Metallkomponenten vieler Haushaltsprodukte und Industrieprodukte oberflächenverchromt. Dies liegt daran, dass die verchromte Schicht nicht nur einem ästhetischen Zweck dient, sondern vor allem die Oberflächenhärte erhöht und die Korrosion des Grundmetalls reduziert. Obwohl es derzeit verschiedene Oberflächenveredelungs- und Korrosionsschutztechnologien gibt, nimmt die Verchromung immer noch eine wichtige Position ein. Weltweit gibt es zahlreiche Verchromungsfabriken, und die Nachfrage nach Verchromung ist weiterhin hoch.
Basierend auf der Art des verwendeten Elektrolyten werden die Verchromungsverfahren in sechswertige Chromverfahren und dreiwertige Chromverfahren unterteilt. Das sechswertige Chromverfahren (Cr(VI)), das bis heute entwickelt wurde, verwendet Chromsäureanhydrid (CrO₃) als Elektrolyt, und konzentrierte Chromsäurelösung (CrO₃ + H₂SO₄) wird durch Zugabe von Schwefelsäure hergestellt. Die Badlösung hat eine extrem hohe Acidität; Chrom in Chromsäure wird von Cr(VI) zu Cr(II) und schließlich zu Cr(0) reduziert. Die Elektrodenreaktionsgleichungen an der Kathode und Anode während des Verchromungsprozesses sind in Abbildung 1 dargestellt.
Im Cr(VI)-Galvanisierungsprozess wird, da der Kathodenstromwirkungsgrad nur 10 % bis 15 % beträgt und die Anode eine unlösliche Bleilegierung verwendet, eine große Menge an Wasserstoffgas an der Kathode und eine große Menge an Sauerstoffgas an der Anode erzeugt. Wenn diese Gase in Form von Blasen zur Flüssigkeitsoberfläche aufsteigen und in die Luft freigesetzt werden, tragen sie eine große Anzahl von chromhaltigen Tröpfchen mit sich, wodurch sich nebelförmige Schadstoffe bilden, wie in Abbildung 2 dargestellt, die allgemein als "Chromnebel" bezeichnet werden.
Die Chromsäure, die zusammen mit dem Chromnebel abgeleitet wird, macht je nach Arbeitsbedingungen 20 % bis 40 % der in der Verchromung verwendeten Chromsäure aus. Die Entstehung von Chromnebel führt nicht nur zu einem großen Verlust an Chromsäureanhydrid, sondern die starke Korrosivität der Chromsäure beeinträchtigt auch die Gesundheit der Werkstattarbeiter ernsthaft, und ihre Emission in die atmosphärische Umgebung verursacht eine Schwermetallbelastung. Dreiwertiges Chrom verwendet Chromsalze wie Chromchlorid (CrCl₃) oder Chromsulfat [Cr₂(SO₄)₃] als Elektrolyte. Obwohl das Cr(III)-Verfahren die Eigenschaften einer geringen Konzentration der Beschichtungslösung, eines breiten Stromdichtebereichs und einer geringen Toxizität aufweist, erreichte das dreiwertige Chrom Cr(III)-Verfahren aufgrund von Problemen wie schlechter Toleranz gegenüber Verunreinigungen im Prozess, dem leichten Auftreten von Löchern und Rissen auf beschichteten Teilen und der Möglichkeit, dass Cr(III) während des Galvanisierungsprozesses zu Cr(VI) oxidiert wird, was den Elektrolyten verschmutzt, erst in den 1970er Jahren keine industrielle Anwendung. Gegenwärtig wird, obwohl sich das dreiwertige Chrom Cr(III)-Verfahren rasch entwickelt, das ausgereifte sechswertige Chrom Cr(VI)-Verfahren immer noch hauptsächlich für die industrielle Verchromung gewählt.
Referenzen: Anwendung von fluorierten Tensiden als Chromnebelinhibitoren. Organische Fluorindustrie, Ausgabe 4, 2020.
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