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发表于 2009-10-17 11:38:39
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来自: 中国北京
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镀铬知识
! m- z, r4 _" B ◆ 镀铬的氢脆性
4 q( y& j5 |. t) }" k9 X 镀铬的电流效率非常低,所以产生大量的氢气,会引起氢脆,尤其是硬化钢、高强度钢更需注意。
' ^. M7 N2 }, ^( K: S1 A去除氢脆方法有 :3 j4 z" X. \" d+ p! ]# F
(l)镀前先做应力消除(stress relieving) : 镀铬表面必须没有应力存在,一般镀件经机械加工、研磨,或硬化热处理都有残留应力( residual stress),可加热150至230℃消除残留应力。
; A# o8 ?" O' b( Z( s6 I(2)镀后烘箱去氢 : 根据工件大小和镀层厚度确定温度和时间,通常选择的温度为150~250℃,时间0.5~5h。 铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽然很负,但它有很强的钝化性能,在大气中很快钝化,显示出具有贵金属的性质,所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定,能长期保持其光泽,在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定,但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。
) b d5 u8 k6 X9 I6 V7 d; a 铬层硬度高(HV800~110kg/mm2),耐磨性好,反光能力强,有较好的耐热性。在500℃以下光泽和硬度均无明显变化;温度大于500℃开始氧化变色;大于700℃时才开始变软。4 C8 h) h" f! A7 R! O2 x- O
由于镀铬层的优良性能,广泛用作防护—装饰性镀层体系的外表层和机能镀层。, X. n4 j7 D1 r8 x6 q/ ?" e8 h1 S# s8 Q
传统的镀铬工艺,其电镀液以铬酸为基础,以硫酸作催化剂,两者的比例为100:1。工艺的优点为:镀液稳定,易于操作;无论镀光亮铬还是镀硬铬,镀层质量都比较高,具有光亮、耐磨、稳定等优点,所以一直得到广泛的应用。其缺点为:(1)阴极电流效率非常低,一般只有8%~16%,这样,镀速相当慢,消耗的能量也相当大;(2)铬酸浓度高,含铬废水和废气污染大,材料浪费严重;(3)镀液温度较高,能量浪费大;(4)镀液的分散和覆盖能力差,形状复杂的零件必须采用象形阳极、防护阴极和辅助阳极才能得到厚度均匀的镀层。因此,国内外电镀界一直致力于改革高铬传统镀铬工艺,为降低铬酸浓度,减少其危害,提高镀铬效率进行着广泛的研究和探索。现已获得一定的成果。 R# Z) A# O% c0 r# w7 D; q) Y( Z
改善传统镀铬工艺一般都采用在铬酸镀液中加添加剂的办法。这些添加剂可分为四类:(1)无机阴离子添加剂(如 、F-、 、 、 、 、 、 等);(2)有机阴离子添加剂(如羧酸、磺酸等);(3)稀土阳离子添加剂(如La3+、、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+等);(4)非稀土阳离子添加剂(如Sr2+、Mg2+等)。
( R7 f0 x/ e4 G$ g1 @9 c' D 在改善传统镀铬工艺的过程中出现了三种较为突出的工艺:(1)以氟化物为催化剂的镀铬工艺;(2)以氯、溴、碘及稳定的羧酸作催化剂的镀铬工艺;(3)以稀土作添加剂的镀铬工艺。, c1 E1 d8 J/ s) E9 `
一、镀铬的一般特性
: K% k/ Z: B& ? d# i (一)镀铬特点5 j p& {% J. F# I1 j. ^8 _: l8 B
1.镀铬用含氧酸做主盐,铬和氧亲和力强,电析困难,电流效率低;
* d. l( c+ Q) W i8 J/ q, l 2.铬为变价金属,又有含氧酸根,故阴极还原过程很复杂;
4 L- J, t: c: S& U/ _3 g3 g0 E) C 3.镀铬虽然极化值很大,但极化度很小,故镀液的分散能力和覆盖能力很差,往往要采用辅助阳极和保护阴极;
9 S: M& L2 g3 R* e+ X 4.镀铬需用大电流密度,而电流效率很低,大量析出氢气,导致镀液欧姆电压降大,故镀铬的电压要比较高;
2 G" e3 C9 ]# i1 i 5.镀铬不能用铬阳极,通常采用纯铅、铅锡合金、铅锑合金等不溶性阳极。
6 K3 e& Y4 J" c: A+ r a& r9 M8 ^ (二)镀铬过程的特异现象
7 y5 k2 L5 s3 ^% |- Z 镀铬与其它金属电沉积相比,有如下特异现象:9 u5 ` s7 r- U! f x% b {
(1)随主盐铬酐浓度升高而电流效率下降;
+ {; |' W2 ~ C" P' ] (2)随电流密度升高而电流效率提高;+ U1 Y U3 r- o/ z1 c7 ?# \
(3)随镀液温度提高而电流效率降低;* T1 l9 j% B8 Z4 u% L
(4)随镀液搅拌加强而电流效率降低,甚至不能镀铬。
+ D. a" K; G1 m+ H5 Q 上述特异现象均与镀铬阴极还原的特殊性有关。" Q3 }6 s( H2 ]% M9 e: ?; x1 R9 @ P
二、镀铬层的种类和标记- ^. m/ `4 ?& x6 r
(一)防护—装饰性镀铬: `, d, Y) r2 J+ f7 X
防护—装饰性镀铬,俗称装饰铬。它具有防腐蚀和外观装饰的双重作用。为达此目的在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚度的中间层,然后在光亮的中间镀层上镀以0.25~0.5μm的薄层铬。例如钢基上镀铜、镍层再镀铬、低锡青铜上镀铬、多层镍上镀铬、镍铁合金镀层上镀铬等等。
' C3 B6 r: {$ ?2 g4 n 在现代电镀中,在多层镍上镀取微孔或微裂纹铬是降低镀层总厚度,又可获得高耐蚀性的防护—装饰体系,是电镀工艺发展的方向。
4 d$ ]- R: b1 ]7 K 在黄铜上喷砂处理或在缎面镍上镀铬,可获得无光的缎面铬,是用作消光的防护—装饰镀铬。8 z2 K3 G3 \, O; T2 X" l4 S
装饰性镀铬是镀铬工艺中应用最多的。装饰镀铬的特点是:(1)要求镀层光亮;(2)镀液的覆盖能力要好,零件的主要表面上应覆盖上铬;(3)镀层厚度薄,通常在0.25~0.5μm之间,国内多用0.3μm。为此装饰镀铬常用300~400g/L的高浓度,近些年来加入稀土等添加剂,浓度可降至150~200g/L,覆盖能力、电流效率明显提高,是研究开发和工业生产应用的发展方向。) {* h% J! r- @6 f* ]1 E
防护—装饰镀铬广泛用于汽车、自行车、日用五金制品、家用电器、仪器仪表、机械、船舶舱内的外露零件等。经抛光的铬层有很高的反射系数,可作反光镜。
. e V6 [, q" B. d/ i0 O, m 按照国际ISO标准,防护—装饰性镀铬标记方法如下:9 _. s2 K: d$ Y/ j4 t* r# b9 O. `
分类标记构成:% Q* m2 e7 k4 S9 j% H, F
Fe——基体金属钢铁的化学符号。
! O2 O N+ Q% _3 v5 z/ w Cu——铜的化学符号,数字表示铜镀层最低厚度(μm);
3 W4 q& ^1 A$ Y$ X" a1 x B Ni——镍的化学符号,数字表示镍镀层最低厚度(μm)。
+ ? o) A2 W: e8 z9 Y; Z, \ 表示镍镀层类型的符号:
' ?/ Y3 d3 ~% F4 T b——光亮镍镀层;
1 u* t% g. g" K' }, e p——暗镍或半光亮镍镀层,欲得到全光亮镀层需抛光;9 {) o6 b' u8 a9 [
d——双层或三层镍镀层;
3 ]' [! t0 M: C Cr——铬的化学符号。# X! z7 L$ ?' ^) ]3 M5 g& W* N, @
表示铬镀层类型及其最低厚度的字符:2 a" @/ i% @) G. `; f" V; `
r——普通(标准)铬;
. b9 R4 N1 C: N7 m! e. K7 z4 Z f——无裂纹铬;, Q8 h) X4 Y- |- t) {) C
mc——微裂纹铬;: C: v- I! {% y& L1 a
mp——微孔铬。
6 p0 b8 ]9 ~5 y* e& [8 z 分类标记示例:钢铁上由20μm(最低)铜、25μm(最低)光亮镍和0.3μm(最低)微裂纹铬构成的镀层的分类标记可写成:Fe/Cu20/Ni25b Cr mc0.3
/ ~3 a; G* b+ R4 C( l3 x 几个术语的解释:
9 o0 R& A5 Z+ l- Y g2 h 最低厚度——零件主要表面上能被直径20mm的球接触到的任何一处镀层厚度必须达到的最小值。2 S4 g& j& X% ?; |$ E
主要表面——指零件上的某些表面,该表面上的镀层对于零件的外观和使用性能起主要作用。
, B5 G* \* i8 |' k1 H8 L9 j9 q 无裂纹铬(Cr f)——按ISO规定的试验方法检查时不出现裂纹。# n8 \3 k: H4 A" E/ C/ X
微裂纹铬(Cr mc)——按ISO规定的试验方法检查时,有效面所有方向上每1cm长度可有250条以上的裂纹,裂纹呈网孔状结构。' g9 B% Y6 S9 W) q# R- D
微孔铬(Cr mp)——按ISO规定的试验方法检查时,微孔密度至少为10000孔/cm2以上。; J! F& l/ B: J* P+ w! f
(二)硬铬(耐磨铬、工业镀铬)
$ a$ z. j) \7 Y9 V5 F 在一定条件下沉积的铬镀层具有很高硬度和耐磨损性能,硬铬的维氏硬度达到900~1200kg/mm2,铬是常用镀层中硬度最高的镀层,可提高零件的耐磨性,延长使用寿命。如工、模、量、卡具;机床、挖掘机、汽车、拖拉机主轴;切削刀具等镀硬铬。镀硬铬可用于修复被磨损零件的尺寸公差。严格控制镀铬工艺,准确地按规定尺寸镀铬,镀后不需再进行机械加工的则称为尺寸镀铬法。8 a! C5 Z% {2 s0 V0 S. ~3 G
(三)乳白铬镀层# I# h( o$ v: l% h) }" I$ D
在较高温度(65~75℃)和较低电流密度下(20±5A/dm2)获得的乳白色的无光泽的铬称为乳白铬。镀层韧性好,硬度较低,孔隙少,裂纹少,色泽柔和,消光性能好,常用于量具、分度盘、仪器面板等镀铬。
' @) j! l/ o! J! a1 S 在乳白铬上加镀光亮耐磨铬,称为双层镀铬。在飞机、船舶零件以及枪炮内腔上得到广泛应用。
2 z7 n$ n& {1 t8 D4 ` (四)松孔镀铬% Q/ H, \' ^" S( } H1 l) S
通常在镀硬铬之后,用化学或电化学方法将铬层的粗裂纹进一步扩宽加深,以便吸藏更多的润滑油脂,提高其耐磨性,这就叫松孔铬。松孔镀铬层应用于受重压的滑动摩擦件及耐热、抗蚀、耐磨零件,如内燃机汽缸内腔、活塞环等。# z; K9 C% j2 _; L5 X8 g% Q
(五)黑铬# Z9 \5 _- Z; g2 Y4 V0 c; D
在不含硫酸根而含有催化剂的镀铬中,可镀取纯黑色的铬层,以氧化铬为主成分,故耐蚀性和消光性能优良,应用于航空、光学仪器、太阳能吸收板及日用品之防护—装饰。
0 k4 X: c l% D 三、镀铬液的种类和特性
3 @0 H1 c X7 w+ ~4 N# e3 e (一)普通镀铬溶液
, E% E6 h2 [% }( M 这是应用量大、面广的一种镀液,基本组分是铬酐和硫酸,按铬酐浓度可分为低、中、高浓度三种。; c3 b& M$ e/ C, m$ Z
低浓度通常系指铬酐含量为120g/L以下的镀液。具有减少污染、降低成本、电流效率比较高(18%~20%)、镀层光亮度好、光亮电流密度范围宽等优点。缺点是需槽电压较高,镀液覆盖能力较差,适合于零件形状较简单的场合。镀铬的工艺过程实际就是电化学,化学反应的过程。严格按照工艺走,问题不是很大。0 b) k; @1 ]- w" E! d1 J. e7 c
中浓度通常系指铬酐含量为180~250g/L的镀液。铬酐250g/L,硫酸根2.5g/L的镀液称为标准镀铬液,多用于镀硬铬。在这类镀液中加入镀铬添加剂,特别是混合稀土金属盐添加剂,镀液性能则有很大改善:①可将铬酐浓度降低到150~180g/L以内,镀液的覆盖能力明显提高,超过高浓度液;②可降低析铬的临界电流密度值,可采用较低电流密度(如8~10A/dm2),而电流效率却能达到20%以上,槽电压低于10V,故有明显的节电效果;③可实现常温电镀,在15~50℃之间均可施镀,有利于节约能源,提高工效。综合经济和环境效益好。这是现代电镀铬工艺的发展方向。
$ C2 b) v) W) }9 L3 H 高浓度系指铬酐浓度为300~400g/L的镀液。具有较高分散能力和覆盖能力,主要用于装饰性镀铬。这种镀液带出损失多、对环境污染较严重。电流效率低(8%~13%)。随着稀土等镀铬添加剂的开发和应用,这类镀液已逐渐缩减。
o6 R) f7 C4 g6 H( K, z/ k 通过镀铬的简单介绍,耐海水侵蚀很难说,做试验应该不会有问题的,但长期在海水中工作,就很有可能不行。 |
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