
Chrome plating (less commonly chromium plating) is a technique of electroplating a thin layer of chromium onto a metal object.[1] A chrome plated part is called chrome, or is said to have been chromed. The chromium layer can be decorative, provide corrosion resistance, facilitate cleaning, and increase surface hardness. Sometimes a less expensive substitute for chrome, such as nickel, may be used for aesthetic purposes.
Chromium compounds used in electroplating are toxic. In most countries, their disposal is tightly regulated. Some fume suppressants used to control the emission of airborne chromium from plating baths are also toxic, making disposal even more difficult.
Process

The preparation and chrome plating of a part typically includes some or all of these steps:
- Surface preparation
- Manual cleaning to remove dirt and surface impurities
- Removal of remaining organic contaminants using emulsion cleaning, alkaline cleaning, anodic electrocleaning, or solvent cleaning by immersion, spray, manual application, or vapor condensation[2]
- Rinsing
- Activation or electroetching
- Rinsing (not necessary if the activation and plating steps are done in the same bath)
- Immersion in the chrome plating bath, where the part is allowed to warm to solution temperature
- Application of plating current for the required time to attain the desired thickness
- Rinsing
There are many variations to this process, depending on the type of substrate being plated. Different substrates need different etching solutions, such as hydrochloric, hydrofluoric, and sulfuric acids. Ferric chloride is also popular for the etching of nimonic alloys. Sometimes the component enters the chrome plating vat while electrically live. Sometimes the component has a conforming anode made from lead/tin or platinized titanium. A typical hard chrome vat plates at about 0.001 inches (25 μm) per hour.
Some common industry specifications governing the chrome plating process are AMS 2460, AMS 2406, and MIL-STD-1501.
Hexavalent chromium
El cromado hexavalente , también conocido como hex-cromo , Cr 6+ y cromado (VI) , utiliza cromo hexavalente (Cr VI ) como ingrediente principal. La solución de cromado hexavalente se utiliza tanto para recubrimientos decorativos como para recubrimientos duros, así como para el pulido brillante de aleaciones de cobre, el anodizado con ácido crómico y el recubrimiento de conversión de cromato . [ 3 ]
Un proceso típico de cromado hexavalente es:
- baño de activación
- Baño de cromo
- Enjuagar
- Segundo enjuague
El baño de activación suele ser un tanque de ácido crómico con una corriente inversa que lo atraviesa. Esto graba la superficie de la pieza y elimina cualquier incrustación . En algunos casos, la activación se realiza en un baño de cromo. Este baño es una mezcla de trióxido de cromo y ácido sulfúrico , cuya proporción varía considerablemente entre 75:1 y 250:1 en peso. Esto da como resultado un baño extremadamente ácido (pH 0). La temperatura y la densidad de corriente en el baño afectan el brillo y la cobertura final. Para recubrimientos decorativos, la temperatura oscila entre 35 y 45 °C (100 y 110 °F) , mientras que para recubrimientos duros oscila entre 50 y 65 °C (120 y 150 °F) . La temperatura también depende de la densidad de corriente, ya que una mayor densidad de corriente requiere una temperatura más alta. Finalmente, se agita todo el baño para mantener la temperatura constante y lograr una deposición uniforme. [ 3 ]
Desventajas
Una desventaja funcional del recubrimiento de cromo hexavalente es la baja eficiencia del cátodo, lo que resulta en un bajo poder de penetración . Esto significa que deja un recubrimiento no uniforme, con más en los bordes y menos en las esquinas y orificios interiores. Para superar este problema, la pieza puede ser sobrecubierta y rectificada a la medida, o se pueden usar ánodos auxiliares alrededor de las áreas difíciles de recubrir. [ 3 ] El cromo hexavalente también es considerablemente más tóxico que el cromo trivalente, lo que lo convierte en un riesgo importante para la salud tanto en la fabricación como en la eliminación si no se manipula con cuidado. [ 4 ]
cromo trivalente
El cromado trivalente , también conocido como tricrómico , Cr³⁺ y cromado(III) , utiliza sulfato de cromo o cloruro de cromo como ingrediente principal. El cromado trivalente es una alternativa al cromado hexavalente en ciertas aplicaciones y espesores (por ejemplo , en recubrimientos decorativos). [ 3 ]
Un proceso de recubrimiento con cromo trivalente es similar al proceso de recubrimiento con cromo hexavalente, excepto por la química del baño y la composición del ánodo. Existen tres tipos principales de configuraciones de baños de cromo trivalente: [ 3 ]
- Un baño electrolítico a base de cloruro o sulfato que utiliza ánodos de grafito o compuestos, además de aditivos para prevenir la oxidación del cromo trivalente en los ánodos.
- Un baño a base de sulfato que utiliza ánodos de plomo rodeados de cajas llenas de ácido sulfúrico (conocidos como ánodos blindados), lo que impide que el cromo trivalente se oxide en los ánodos.
- Un baño a base de sulfato que utiliza ánodos catalíticos insolubles, lo que mantiene un potencial de electrodo que previene la oxidación.
El proceso de cromado trivalente permite recubrir las piezas a una temperatura, velocidad y dureza similares a las del cromo hexavalente. El espesor del recubrimiento varía de 5 a 50 μin (0,13 a 1,27 μm) . [ 3 ]
Ventajas y desventajas
Las ventajas funcionales del cromo trivalente son una mayor eficiencia del cátodo y un mejor poder de penetración. Un mejor poder de penetración se traduce en mejores tasas de producción. Se requiere menos energía debido a las menores densidades de corriente necesarias. El proceso es más robusto que el del cromo hexavalente, ya que puede soportar interrupciones de corriente. [ 3 ]
Una de las desventajas cuando se introdujo el proceso por primera vez fue que los clientes que buscaban acabados decorativos desaprobaban las diferencias de color. Ahora las empresas utilizan aditivos para ajustar el color. En aplicaciones de recubrimientos duros, la resistencia a la corrosión de los recubrimientos más gruesos no es tan buena como con el cromo hexavalente. El costo de los productos químicos es mayor, pero esto generalmente se compensa con mayores tasas de producción y menores costos generales. En general, el proceso debe controlarse más estrictamente que en el cromado hexavalente, especialmente con respecto a las impurezas metálicas. Esto significa que los procesos difíciles de controlar, como el cromado en tambor, son mucho más difíciles utilizando un baño de cromo trivalente. [ 3 ]
cromo divalente
El recubrimiento de cromo divalente se realiza a partir de líquidos que contienen especies de Cr²⁺ . Estas soluciones se evitaban antes de aproximadamente 2020 debido a su sensibilidad al aire y a la evolución de hidrógeno de las soluciones acuosas de Cr²⁺ . En la década de 2020, se descubrió que el cloruro de cromo tiene una solubilidad de aproximadamente 4,0 M en agua a temperatura ambiente (es decir, con una relación molar H₂O :Cr de alrededor de 14:1), y que estos líquidos se comportan como electrolitos sobresaturados con una menor propensión a la evolución de hidrógeno. Los depósitos brillantes de mejor calidad se producen a una densidad de corriente relativamente alta de 20 mA/ cm² . [ 5 ]
Tipos
Decorativo

El cromado decorativo está diseñado para ser estéticamente agradable y duradero. Los espesores varían de2 a 20μin (0,05 a 0,5μm), aunque generalmente se encuentran entre5 y 10μin (0,13 y 0,25μm). El cromado se aplica generalmente sobreun niquelado. Los materiales base típicos incluyenacero,aluminio,plástico,de cobrey aleaciones de zinc. [ 3 ] El cromado decorativo también es muy resistente a la corrosión y se usa frecuentemente en piezas de automóviles, herramientas y utensilios de cocina.
Cromo denso y delgado
El cromo denso delgado (TDC) se diferencia del cromo decorativo. [ 6 ] Mientras que el cromo decorativo se aplica principalmente con fines estéticos mediante capas delgadas que proporcionan un acabado brillante, el TDC, como Armoloy , se centra en mejorar el rendimiento de la superficie. Ofrece resistencia al desgaste, protección contra la corrosión y dureza sin aumentar significativamente el espesor. El TDC también evita la microfisuración asociada al cromo decorativo, lo que lo hace ideal para aplicaciones industriales donde la durabilidad y la reducción de la fricción son necesarias. El cromo denso delgado se utiliza comúnmente en herramientas de precisión, aeroespacial, médica y en equipos de procesamiento de alimentos.
Duro

Cromo duro , también conocido comocromo industrial oEl cromo de ingeniería se utiliza para reducir la fricción, mejorar la durabilidad mediante la tolerancia a la abrasión y la resistencia al desgaste en general, minimizarel agarrotamientoo el atascamiento de las piezas, ampliar la inercia química para incluir un conjunto más amplio de condiciones (como la resistencia a la oxidación) y como material de relleno para piezas desgastadas para restaurar sus dimensiones originales. [ 7 ] Es muy duro, midiendo entre 65 y 69HRC(también basado en lametal base). El cromo duro tiende a ser más grueso que el cromo decorativo, con espesores estándar en aplicaciones no de salvamento que van de 20 a 40 μm, [ 8 ] pero puede ser un orden de magnitud más grueso para requisitos de resistencia al desgaste extremos, en tales casos 100 μm o más proporciona resultados óptimos. Desafortunadamente, tales espesores enfatizan las limitaciones del proceso, que se superan mediante el recubrimiento de espesor adicional y luego el rectificado y lapeado para cumplir con los requisitos, o para mejorar la estética general de la pieza cromada. [ 3 ] El aumento del espesor del recubrimiento amplifica los defectos superficiales y la rugosidad en gravedad proporcional, porque el cromo duro no tiene un efecto nivelador. [ 9 ] Las piezas que no tienen una forma ideal en referencia a las geometrías del campo eléctrico (casi todas las piezas enviadas para recubrimiento, excepto las esferas y los objetos con forma de huevo) requieren un recubrimiento aún más grueso para compensar la deposición no uniforme, y gran parte de él se desperdicia al rectificar la pieza hasta las dimensiones deseadas.
Los recubrimientos de ingeniería modernos no presentan tales inconvenientes, que a menudo hacen que el cromo duro sea inviable debido únicamente a los costos de mano de obra. Las tecnologías de reemplazo del cromo duro superan al cromo duro en resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y costo. Una dureza de hasta 80 HRC no es extraordinaria para este tipo de materiales. Los recubrimientos de ingeniería modernos aplicados mediante deposición por pulverización pueden formar capas de espesor uniforme que a menudo no requieren pulido ni mecanizado adicionales. Estos recubrimientos suelen ser compuestos de polímeros , metales y polvos o fibras cerámicas, con fórmulas patentadas o secretos comerciales, y por lo tanto, generalmente se conocen por marcas comerciales. [ 10 ]
El cromado duro está sujeto a diferentes tipos de requisitos de calidad según la aplicación; por ejemplo, el cromado de los vástagos de los pistones hidráulicos se somete a pruebas de resistencia a la corrosión mediante una prueba de niebla salina .
Uso automotriz
La mayoría de los elementos decorativos brillantes que se colocan en los automóviles se denominan "cromados", es decir, acero que ha sido sometido a varios procesos de recubrimiento para protegerlo de la intemperie y la humedad. Sin embargo, el término se ha extendido para abarcar cualquier pieza decorativa brillante de aspecto similar, incluidas las molduras de plástico plateado en lenguaje coloquial. El triple recubrimiento es el proceso más costoso y duradero, que consiste en recubrir el acero primero con cobre y luego con níquel antes de aplicar el cromado.
Antes de la aplicación del cromo en la década de 1920, se utilizaba el niquelado electrolítico . Durante la corta producción previa a la entrada de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial , el gobierno prohibió el niquelado para ahorrar cromo, y los fabricantes de automóviles pintaron las piezas decorativas de un color complementario. En los últimos años de la Guerra de Corea , Estados Unidos consideró prohibir el cromo en favor de procesos más económicos (como el niquelado con zinc y el posterior recubrimiento con plástico brillante).
En 2007, se emitió la Directiva sobre Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS), que prohíbe el uso de varias sustancias tóxicas en la industria automotriz europea, incluido el cromo hexavalente , que se utiliza en el cromado. Sin embargo, el cromado es un metal y no contiene cromo hexavalente después del enjuague, por lo que no está prohibido. [ 11 ]
Uso de armas
El revestimiento de cromo protege el cañón o la recámara de las armas de fuego de la corrosión y facilita la limpieza de estas piezas, pero este no es su propósito principal. El revestimiento de cromo se introdujo en las ametralladoras para aumentar la resistencia al desgaste y la vida útil de las piezas sometidas a altas tensiones, como los cañones y las recámaras, permitiendo disparar más cartuchos antes de que el cañón se desgaste y necesite ser reemplazado. El extremo de la recámara, el ánima libre y el cono de entrada (la parte sin estrías del cañón justo delante de la recámara), así como los primeros centímetros o pulgadas de estrías , en los fusiles están sujetos a temperaturas muy elevadas —ya que el contenido energético de los propelentes de fusil puede superar los 3500 kJ/kg— y presiones que pueden superar los 380 MPa (55 114 psi) . Los gases propelentes actúan de forma similar a la llama de un soplete de corte: los gases calientan el metal hasta el rojo vivo y la velocidad lo desgasta. En condiciones de fuego lento, las zonas afectadas pueden enfriarse lo suficiente entre disparos. Bajo fuego rápido sostenido o fuego automático/cíclico, no hay tiempo para que el calor se disipe. Los efectos del calor y la presión ejercidos por los gases propulsores calientes y la fricción del proyectil pueden causar rápidamente daños al erosionar el metal en el extremo de la recámara, el ánima libre, el cono de entrada y el estriado. El revestimiento de cromo duro protege la recámara, el ánima libre, el cono de entrada y el estriado con una fina capa de cromo resistente al desgaste. Esto prolonga significativamente la vida útil del cañón en armas que se disparan durante períodos prolongados en modo automático o fuego rápido sostenido. Algunos fabricantes de armas utilizan aleación de revestimiento de estelita como alternativa al revestimiento de cromo duro para aumentar aún más la resistencia al desgaste y la vida útil de las piezas de armas sometidas a altas tensiones. [ 12 ] [ 13 ]
Preocupaciones sanitarias y medioambientales
El cromo hexavalente es la forma más tóxica del cromo. En Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA ) lo regula estrictamente. La EPA lo cataloga como un contaminante atmosférico peligroso por ser un carcinógeno humano , un "contaminante prioritario" según la Ley de Agua Limpia y un "componente peligroso" según la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos . Debido a su baja eficiencia catódica y alta viscosidad de la solución , se libera una niebla tóxica de agua y cromo hexavalente del baño. Se utilizan depuradores húmedos para controlar estas emisiones. El líquido de los depuradores húmedos se trata para precipitar el cromo y eliminarlo de las aguas residuales antes de su descarga. [ 3 ]
Additional toxic waste created from hexavalent chromium baths include lead chromates, which form in the bath because lead anodes are used. Barium is also used to control the sulfate concentration, which leads to the formation of barium sulfate (BaSO4).[3]
Trivalent chromium is intrinsically less toxic than hexavalent chromium. Because of the lower toxicity it is not regulated as strictly, which reduces overhead costs. Other health advantages include higher cathode efficiencies, which lead to less chromium air emissions; lower concentration levels, resulting in less chromium waste and anodes that do not decompose.[3]
Maintaining a bath surface tension less than 35 dyn/cm is necessary to prevent plating solution from becoming airborne when bubbles rise to the surface and pop. This requires a frequent cycle of treating the bath with a wetting agent fume suppressant and confirming the effect on surface tension.[14] Usually, surface tension is measured with a stalagmometer or tensiometer. This method is, however, tedious and suffers from inaccuracy (errors up to 22 dyn/cm have been reported), and is dependent on the user's experience and capabilities.[15]
While they are effective for the control of toxic airborne chromium, many widely used wetting agent fume suppressants are toxic themselves because they contain perfluoroalkyl substances (PFAS), which are hazardous chemicals that can cause long-term health effects.[16] This makes electroplating one of the jobs with the highest risk of occupational exposure to PFAS, but not as high as firefighters using fluorinated aqueous film forming foams.[17] In addition to their detrimental effects on human health, PFAS are persistent pollutants that cause significant bioaccumulation and biomagnification, putting animals at the highest trophic level at the highest risk for toxic effects.[18][19]
Mechanism of chromium electroplating
It has been known for over a century, that chromium electroplating is relatively easy from (di)chromate solutions, but difficult from Cr3+ solutions. Several theories have been proposed to explain this finding.
Una visión anterior sugería que una especie activa de Cr³⁺ ( quizás con un ligando en lugar de agua) se forma inicialmente a partir de Cr⁶⁺ electroreducido . [ 20 ] [ 21 ] Esta especie activa de Cr³⁺ puede reducirse a cromo metálico con relativa facilidad. Sin embargo, el "Cr³⁺ activo " también experimenta en menos de 1 segundo una transición a "Cr³⁺ inactivo " , que se cree que es un complejo hexa-aqua polimérico. [ 22 ] Algunos complejos de Cr³⁺ con ligandos distintos del agua pueden sufrir una electroreducción relativamente rápida a cromo metálico, y se utilizan en métodos de cromado sin cromato. [ 23 ] [ 24 ]
Otra corriente de pensamiento sugiere que el principal problema del cromado a partir de una solución de Cr 3+ es la reacción de evolución de hidrógeno (HER), y que la función del cromato es capturar iones H + en una reacción que compite con la evolución de H 2 :
El brillo del cromo chapado depende de si las microfisuras en el chapado son visibles en la superficie. El aspecto opaco de algunas capas de cromo se debe a fisuras continuas que se propagan a través de toda la capa metálica chapada, mientras que los depósitos brillantes aparecen en el caso de pequeñas microfisuras confinadas a la profundidad interna del depósito. Este mecanismo de reacción secundaria de HER parece más aceptable para la comunidad electroquímica en la actualidad. Se han comercializado métodos de chapado de cromo a partir de soluciones de Cr³⁺ que se basan en pulsos de corriente invertida (supuestamente, para reoxidar el H₂ ) . [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
Véase también
Referencias
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Further reading
- SAE AMS 2406
- SAE AMS 2438
- SAE AMS 2460 - Plating, Chromium
- Automotive styling features
- Chromium
- Corrosion prevention
- Metal plating