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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
6 ?5 ]. I/ L( U6 p ◆ 镀铬的氢脆性
. N6 V- I/ {% S; A- J 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。1 W& h. ]- N2 v# z$ `
去除氢脆方法有 :0 `: ?; q; r) ^) h7 w
(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。
2 _$ ~1 u. v6 S% r; w(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。: d; V+ Q7 r5 _" a# t1 G
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。6 o2 j/ e$ k% S5 [
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。
! v7 S/ {; X0 ~9 _* b$ @; q0 i3 P 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。: {2 F2 i! t6 I* G$ S
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)。
$ e# {$ }# ? Q6 v 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。
8 @( G* j8 ? X 一、镀铬的一般特性! y; b5 ]/ s: k; L9 O' S
(一)镀铬特点) u' V1 M/ x( A3 s5 [
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;
0 s! I' [+ f* ^/ }- ^& W 2.铬为变价金属,又有含氧酸根,故阴极还原过程很复杂;2 u1 A J i5 Y2 b5 I
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;+ x2 i4 b3 s, h; ^% t
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;' I+ z, h( L- H/ c7 ~3 e4 t
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。; k9 z% z! ~5 A
(二)镀铬过程的特异现象2 j. h! \8 S; d9 m
镀铬与其它金属电沉积相比,有如下特异现象:2 x2 Y2 e3 y j( I7 h
(1)随主盐铬酐浓度升高而电流效率下降;' C0 R! h( @ {% i2 P
(2)随电流密度升高而电流效率提高;1 A B% Z5 [8 C0 N( j2 X5 g8 L& e
(3)随镀液温度提高而电流效率降低;
" ^4 H @$ p9 |8 [4 f% Z (4)随镀液搅拌加强而电流效率降低,甚至不能镀铬。6 j5 m" S0 ^- z
上述特异现象均与镀铬阴极还原的特殊性有关。
E2 N9 A' P9 q! I- K+ I! }+ P( c: x 二、镀铬层的种类和标记
( }! X5 U9 X% S' V' q (一)防护—装饰性镀铬2 E1 n; ]+ g- Q# n/ Z- Z
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。
# g: T* ]# n5 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。
3 ` L+ F" l; L. [: s 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。# y5 R& m& A: K
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。8 u' m5 L6 ?; ~: y4 X5 ?
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。
) W$ @' `1 Q( l9 k+ E/ _+ ~ 按照国际ISO标准,防护—装饰性镀铬标记方法如下:/ \+ V, s% h! C1 t9 E
分类标记构成:
' X, Q- z- |+ U, ] Fe——基体金属钢铁的化学符号。
6 C# m, T$ q0 k1 K) h' N Cu——铜的化学符号,数字表示铜镀层最低厚度(μm);
( g2 M3 {9 p3 V. a* n, A Ni——镍的化学符号,数字表示镍镀层最低厚度(μm)。5 X& F, d* A% q. V
表示镍镀层类型的符号:9 B. m; d8 s* W5 J
b——光亮镍镀层;
/ J0 e ^* S# p5 }* ^! A p——暗镍或半光亮镍镀层,欲得到全光亮镀层需抛光;
$ ~, A. h! }' A" r+ p d——双层或三层镍镀层;8 G, d" k1 W7 [% O& U( E8 ~
Cr——铬的化学符号。9 {1 j. e, z6 |. i, t
表示铬镀层类型及其最低厚度的字符:8 W; P8 t3 P- O
r——普通(标准)铬;
6 h8 L6 ]! O% |4 `, { f——无裂纹铬;6 F6 j {0 X1 ~! W8 ]0 Z
mc——微裂纹铬;
- v3 {, N- _* y, X- q. U mp——微孔铬。" ~' Y+ f a# T0 g) n, a/ i
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/ k) b r/ o9 w
几个术语的解释:/ B ~$ L/ k$ s- ]" J* v
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。% O% U" z) p# g& }, S Z
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。; @9 g$ a; b) M+ s% ?. ~
无裂纹铬(Cr f)——按ISO规定的试验方法检查时不出现裂纹。
7 U' C, P+ }* y9 j B0 Q7 y; m 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。! H/ Y, |2 S7 z( V% H5 t
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。9 q) p1 _$ w# T) D# ?
(二)硬铬(耐磨铬、工业镀铬)& [* g8 K1 z/ q- D
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。# D! n4 y2 l2 J) H* x
(三)乳白铬镀层4 G8 F7 ^4 g) Z7 x! P
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。$ Q! Z5 b7 N" y7 U/ u: B% V9 ~
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。4 m3 B Y! w6 s H8 f5 K" i
(四)松孔镀铬
& }2 j4 B* Q5 [/ V9 v 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。# I; _9 [9 Z+ i/ S3 W
(五)黑铬
: B( e" {8 @/ I9 q8 q1 U 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。
- W0 N9 R% i0 Q 三、镀铬液的种类和特性
" u1 e1 c- }4 b" D (一)普通镀铬溶液
3 }, H* W! J2 v 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。- q/ M& C8 L5 x6 k/ T
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。" \6 r( D3 U9 S" z6 W1 J% F) G- ]
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。
+ h7 y8 |& X2 x! M. K: a 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。 7 D1 k d0 a% z# k8 t x9 D" c
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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