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(1)防护一装饰性镀铬
防护一装饰性镀铬不仅要求镀层在大气中具有很好的耐蚀性,而且要有美丽的外观。
这类镀层也常用于非金属材料的电镀。
防护一装饰性镀铬可分为一般防护装饰镀铬与高耐蚀性防护装饰镀铬。表4—28列出防护装饰性镀铬的工艺规范。
装饰性镀铬的工艺条件也取决于欲镀的基体金属材料。可根据基体材料的不同适当调整工作温度和阴极电流密度。
当电流密度不变时,电流效率随温度升高而下降;若温度固定,则电流效率随电流密度的增大而增加。然而,当铬酸酐与硫酸根离子比值减小时,变化相应变小。因此镀硬铬时,在满足镀层性能的前提下,通常采用较低的温度和较高的阴极电流密度,以获得较高的镀层沉积速度。温度一定时,随电流密度增加,镀液的分散能力稍有改善;与此相反,电流密度不变,镀液的分散能力随镀液温度升高而有一定程度的减小。生产上一般采用中等温度(45~60℃)与中等电流密度(30~45A/dm2)以得到光亮和硬度较高的铬镀层。尽管镀取光亮镀层的工艺条件相当宽,考虑到镀铬液的分散能力特别差,在形状复杂的零件镀装饰铬或硬铬时,欲在不同部位都镀上厚度均匀的铬层,必须严格控制温度和电流密度。当镀铬工艺条件确定后,镀液的温度变化较好控制在土(1~2)℃之间。
4)铬雾的抑制
镀铬过程中,由于使用不溶性阳极,阴极电流效率又很低,致使大量氢气和氧气析出,当气体逸出液面时,带有大量的铬酸,形成铬雾造成严重的污染。目前抑制铬雾的方法有两种。
①浮体法将泡沫塑料碎块或碎片放入镀液的液面上,这些浮体可阻滞铬雾的逸出,
但零件出槽时,操作不方便。另外铬酸氧化能力很强,对加入的碎块有浸蚀作用,使分解产物在镀液中积累,也会影响镀层质量。
②加入泡沫抑制剂 泡沫抑制剂是一种表面活性剂,能降低镀液的表面张力,产生稳定的泡沫层,覆盖在镀液表面。一般的表面活性剂在较高温度和有强氧化剂存在下不稳定,但氟碳型表面活性剂在上述介质中能稳定存在。据报道,已用作铬雾抑制剂的有多种,其中较好的是含有极性基团的脂肪长链有机化合物,如全氟辛烷基磺酸钠盐[CF3(CF2)6CF2SO3Na]是较典型的一种,每升镀液中加入量为0.2~0.5g/L时,即可达到良好的效果。中国已试制出全氟烷基醚磺酸钾,简称F-53铬雾抑制剂,在镀铬液中的添加量为0.04~0.06g/L。使用时,先将F-53用水调成糊状,加水稀释,煮沸溶解静止片刻,转入加热至50~60℃的镀铬槽中,不能把不溶的F-53直接倒入镀槽。
镀铬工艺种类众多,按其用途可作如下分类。
①防护一装饰性镀铬 防护一装饰性镀铬俗称装饰铬,镀层较薄,光亮美丽,通常作为多层电镀的较外层,为达到防护目的,在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚的中间层,然后在光亮的中间层上镀以0.25~0.5μm的薄层铬。常用的工艺有Cu/Ni/Cr、Ni/Cu/Ni/Cr、Cu-Sn/Cr等。经过抛光的制品表面镀装饰铬后,可以获得银蓝色的镜面光泽。在大气中经久不变色。这类镀层广泛用于汽车、自行车、缝纫机、钟表、仪器仪表、日用五金等零部件的防护与装饰。经过抛光的装饰铬层对光有很高的反射能力,可用作反光镜。在多层镍上镀微孔或微裂纹铬,是降低镀层总厚度,获得高耐蚀性防护一装饰体系的重要途径,也是现代电镀工艺的发展方向。
②镀硬铬(耐磨铬) 镀层具有较高的硬度和耐磨性,可延长工件使用寿命,如切削及拉拔工具,各种材料的压制模及铸模、轴承、轴、量规、齿轮等,还可用来修复被磨损零件的尺寸公差。镀硬铬的厚度一般为5~50μm,也可根据需要而定,有的高达200~800μm。钢铁零件镀硬铬不需要中间镀层,如对耐蚀性有特殊要求,也可采用不同的中间镀层。
③镀乳白铬镀铬层呈乳白色,光泽度低、韧性好、孔隙低、色泽柔和,硬度比硬铬和装饰铬低,但耐蚀性高,所以常用于量具和仪器面板。为提高其硬度,在乳白色镀层表面可再镀覆一层硬铬,即所谓双层铬镀层,兼有乳白镀铬层和硬铬镀层的特点,多用于镀覆既要求耐磨又要求耐腐蚀的零件。
④镀松孔铬(多孔铬) 是利用铬层本身具有细致裂纹的特点,在镀硬铬后再进行机械、化学或电化学松孔处理,使裂纹网进一步加深、加宽。使铬层表面遍布着较宽的沟纹,不仅具有耐磨铬的特点,而且能有效地储存润滑介质,防止无润滑运转,提高工件表面抗摩擦和磨损能力。常用于受重压的滑动摩擦件表面的镀覆,如内燃机汽缸筒内腔、活塞环等。
⑤镀黑铬黑铬镀层色黑具有均匀的光泽,装饰性好,具有良好消光性;硬度较高(130~350HV),在相同厚度下耐磨性比光亮镍高2~3倍;其抗蚀性与普通镀铬相同,主要取决于中间层的厚度。耐热性好,在300℃以下不会变色。黑铬层可以直接镀覆在铁、铜、镍及不锈钢表面,为提高抗蚀性及装饰作用,也可用铜、镍或铜锡合金作底层,在其表面上镀黑铬镀层。黑铬镀层常用于镀覆航空仪表及光学仪器的零部件、太阳能吸收板及日用品的防护与装饰。
从常用的铬酸镀液镀铬,与其他单金属镀液相比,镀铬液虽成分简单,但镀铬过程却相当复杂,并具有如下特点。
①镀铬液的主要成分不是金属铬盐,而是铬的含氧酸——铬酸,属于强酸性镀液。电镀过程中,阴极过程复杂,阴极电流大部分消耗在析氢及六价铬还原为三价铬两个副反应上,故镀铬的阴极电流效率很低(10%~18%)。而且有三个异常现象:电流效率随铬酐浓度的升高而下降l随温度的升高而下降;随电流密度的增加而升高。
②在镀铬液中,必须添加一定量的阴离子,如SO42-、SiF62-、F-等,才能实现金属铬的正常沉积。
③镀铬液的分散能力很低,对于形状复杂的零件,需采用象形阳极或辅助阴极,以得到均匀的镀铬层。对挂具的要求也比较严格。
④镀铬需采用较高的阴极电流密度,通常在20A/dm2以上,比一般的镀种高10倍以上。由于阴极和阳极大量析出气体,使镀液的电阻较大,槽压升高,对电镀电源要求高,需采用大于12V的电源,而其他镀种使用8V以下的电源即可。
⑤镀铬的阳极不用金属铬,而采用不溶性阳极。通常使用铅、铅一锑合金及铅一锡合金。镀液内由于沉积或其他原因而消耗的铬需靠添加铬酐来补充。
⑥镀铬的操作温度和阴极电流密度有一定的依赖关系,改变二者关系可获得不同性能的铬镀层