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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。
1)提高镀层结合力由于镀铬电解液的分散能力和深度能力较差,对某些形状复杂的零件会出现漏镀现象。
在镀硬铬时,也常因结合力不好而产生镀层起皮现象,在生产操作中,可采用以下几种措施。
①冲击电流对一些形状复杂的零件,除了使用象形阳极、保护阴极和辅助阳极外,还可以在零件入槽时,以比正常电流密度高数倍的电流对零件进行短时间冲击,使阴极较化增大,零件表面迅速沉积一层铬,然后再恢复到正常电流密度施镀。
冲击电流也可用于铸铁件镀硬铬,由于铸铁件中含有大量的碳,氢在碳上析出的过电位较低。另外铸铁件表面有很多气孔,使得真实表面积比表观面积大很多,若以正常电流密度施镀,则因真实电流密度太小,没有金属铬的沉积。所以在铸铁件镀硬铬时,必须采用冲击电流,增大阴极较化。
2)镀后除氢
由于镀铬的电流效率低,在阴极上大量析出氢气,对于易析氢的钢铁部件,应在镀后180~200℃的温度,除氢3h,以避免发生氢脆。
3)镀液中杂质影响及去除镀铬电解液中常见的有害杂质主要是Fe3+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ni2+等金属离子和Cl-、NO3-。
金属离子主要来源于没有被铬层覆盖部位金属的溶解、落入镀槽中的零件未及时打捞而溶解以及阳极浸蚀等。当金属离子积累到一定含量时,将给镀铬工艺带来很大的影响,如镀层的光亮范围缩小,电解液的分散能力降低,导电性变差等。镀液对杂质的容忍量随铬酐浓度的增加而增加,所以低浓度镀液对杂质较为敏感。当镀液中Fe3+**过15~20g/L,Cu2+**过5g/L,Zn2+**过3g/L时,镀液必须进行处理。采用低电流密度处理能收到一定的效果。
镀铬液中Cr6+离子在阴极还原产生Cr3+,与此同时在阳极上重新被氧化,三价铬浓度很快达成平衡,平衡浓度取决于阴、阳极面积比。Cr3+离子是阴极形成胶体膜的主要成分,只有当镀液中含有一定量的Cr3+时,铬的沉积才能正常进行。因此,新配制的镀液必须采取适当的措施**含有一定量的Cr3+。
①采用大面积阴极进行电解处理。
②添加还原剂将Cr6+还原为Cr3+,可以用作还原剂的有酒精、草酸、冰糖等,其中较为常用的是酒精(98%),用量为0.5mL/L。在加入酒精时,由于反应放热,应边搅拌边加入,否则会使铬酸溅出。加入酒精后,稍作电解,便可投入使用。
③添加一些老槽液。
普通镀铬液中Cr3+的含量大约在2~5g/L,也有资料报道是铬酸含量的1%~2%,三价铬的允许含量与镀液的类型、工艺以及镀液中杂质的含量有关。当Cr3+浓度偏低时,相当于硫酸根离子的含量偏高时出现的现象。阴极膜不连续,分散能力差,而且只有在较高的电流密度下才发生铬的沉积;当Cr3+浓度偏高时,相当于硫酸根离子的含量不足,阴极膜增厚,不仅**降低镀液的导电性,使槽电压升高,而且会缩小取得光亮镀铬的电流密度范围,严重时,只能产生粗糙、灰色的镀层。当Cr3+的含量偏高时,也用小面积的阴极和大面积阳极,保持阳极电流密度为1~1.5A/dm2电解处理,处理时间视Cr3+的含量而定,从数小时到数昼夜。镀液温度为50~60℃时,效果较好。
金属杂质可用强酸性阳离子交换树脂处理而除去。为减小镀铬溶液对离子交换树脂的氧化破坏,应先将镀液稀释至80g/L以下后再处理。由于强酸性阳离子交换树脂价格较贵,因此有时也将废了的镀液转为他用,如钝化液等而降低生产成本。
新配制的镀铬液,电压一般在3~5V,如浓度高时,电压要低些。如果发现电压大于前述值时,镀液中可能含有杂质。Cl-来源于槽液补充水、零件清洗水等的带入,或是盐酸浸蚀后清洗不干净带入。Cl-过多会使镀液分散能力与深度能力下降,镀层发灰、粗糙、甚至出现花斑,还可引起基体及铅阳极的腐蚀。消除过多的Cl-,可将镀液加热到70℃,大电流密度电解处理,使其在阳极上氧化为氯气析出。但此法能耗大,效果也不十分理想;也可加入适量的碳酸银,生成氯化银沉淀,虽然此方法效果较好,但加入的碳酸银还能与铬酸反应生成铬酸银沉淀,不仅银盐消耗太多,又损失了铬酐,增加了生产成本。较好的办法是尽量减少Cl-带入,因此补充槽液较好使用去离子水,镀前的弱浸蚀采用稀硫酸溶液。必须采用盐酸时,则加强清洗。NO3-是较有害的杂质,即使含量很低也会使镀层发灰、失去光泽,并腐蚀镀槽的铅衬里和铅阳极。除去NO3-的方法是:以每升电解液1A电流电解处理。若镀液中NO3-含量较多时,先用BaCO3将镀槽中的硫酸根除去,然后在65~80℃大电流电解处理,使硝酸根离子在阴极上还原为NH3而除去。
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。