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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, o5 z6 F9 U( T" p& H. d
◆ 镀铬的氢脆性
: V8 i- m& p0 J6 K 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。
7 r6 i2 A& p9 W: |, J( \* D去除氢脆方法有 :
4 ~- }0 ?) p% h" h(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。
) f$ |+ ?9 @/ V& 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。
1 i) C J# s% n D 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。
" l* `6 ~8 I0 ~* S1 ^$ n5 {& t 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。5 d1 o) S9 O! A5 c* b, ^2 ?7 f
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。, y3 N! ^/ ~+ W/ N9 f/ a
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)。/ M6 X e8 U! H }# x
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。9 X7 ^& t$ ^: ~4 v, J+ Y+ J
一、镀铬的一般特性& g& U5 d' E8 `0 j+ v& I8 |. z- `
(一)镀铬特点9 C+ J* A" j4 e9 h+ m! X* m
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;
5 X& h4 t$ ~8 J- C 2.铬为变价金属,又有含氧酸根,故阴极还原过程很复杂;
( p* q" w& |( l V% v 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;- X+ t' ~8 b% A' q
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;
" ?* X5 n8 Y/ s3 b+ N) d$ y 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。$ c% H) s& i: T
(二)镀铬过程的特异现象
" x1 p' A' K. Y 镀铬与其它金属电沉积相比,有如下特异现象:7 j9 q. z* d* j9 A! z O3 x
(1)随主盐铬酐浓度升高而电流效率下降;0 r7 d2 F& J/ x! D
(2)随电流密度升高而电流效率提高;
, `7 `4 _; l$ M: A* w# N7 B (3)随镀液温度提高而电流效率降低;- d# P1 U2 ?* Z; |# Z6 ]
(4)随镀液搅拌加强而电流效率降低,甚至不能镀铬。0 H6 }4 Q( i" A0 r
上述特异现象均与镀铬阴极还原的特殊性有关。/ M& n1 W' C% e
二、镀铬层的种类和标记8 V7 o5 R6 t% L! P2 ]. k% e
(一)防护—装饰性镀铬
7 V5 ^* ^" u. A3 |7 H# ~/ u 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。
) \0 z( X# I) x6 b5 q; C W 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。
8 P- p' ~+ U& y8 j* L& O, w 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。
3 _* g( q/ t- _6 T( F ?# n 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。
$ E1 M; x8 E) Y9 {: i 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。3 V6 [0 f/ t. j+ V
按照国际ISO标准,防护—装饰性镀铬标记方法如下:8 R. n2 ^, k" V! O7 O. T; r( _
分类标记构成:
f: S5 x2 W; m3 g6 b Fe——基体金属钢铁的化学符号。 d) `8 c5 p3 B. l& x/ G4 X
Cu——铜的化学符号,数字表示铜镀层最低厚度(μm);
9 \. S# ~- P/ r! \( ^8 s& h- q Ni——镍的化学符号,数字表示镍镀层最低厚度(μm)。# n! ?- g, | ~- y
表示镍镀层类型的符号:
) M2 F O2 z1 ~1 o b——光亮镍镀层;+ x# Z2 J/ X7 C
p——暗镍或半光亮镍镀层,欲得到全光亮镀层需抛光;7 q4 M6 d: x% B8 [
d——双层或三层镍镀层;
8 I, q: T. c( V0 X5 X e Cr——铬的化学符号。
# _) e0 b, e# H6 S; `7 V 表示铬镀层类型及其最低厚度的字符:+ K& E8 \# h# `
r——普通(标准)铬;
: `7 y. F" L' }6 e f——无裂纹铬;8 y0 t1 C; Q( K) m1 C5 U; b
mc——微裂纹铬;
/ m5 D( F& u3 @# l6 T1 S! v. u6 l mp——微孔铬。
/ ^* F2 k( m8 B& ~( M+ q 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. }) A" Y" I7 O" c
几个术语的解释:
7 b% E) U3 ` U G 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。# B! ]1 P3 l. T/ D6 ]9 i6 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。" f5 @# R9 I( k1 g& j* N
无裂纹铬(Cr f)——按ISO规定的试验方法检查时不出现裂纹。* j9 }. s1 l4 E* l4 E- [/ a
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。 ^# Q$ J! ^0 D* h5 Q* I* Z
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。) v/ z3 ]8 W4 M( N
(二)硬铬(耐磨铬、工业镀铬)9 H# a3 K, X1 P+ j9 [" g1 V6 j
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。
- I" A& Z; N+ N7 u (三)乳白铬镀层5 }, M' |5 W4 t% R, b% M4 w! j3 Y4 J
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。3 Q" p; q: m& e5 |% G3 r
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 B( z- T5 t3 n- q (四)松孔镀铬
% U9 e: i- i5 U8 u 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。: L! M$ T# @7 K/ }; w. i5 |& @
(五)黑铬
/ ?: k# |$ C d2 D7 _& j) l 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。
/ O/ a" ?5 P; L6 b 三、镀铬液的种类和特性+ q1 o( n4 I" |! T. l+ V* L9 X- Q6 I
(一)普通镀铬溶液5 [2 ^4 k1 |$ `0 U2 M8 D" w i
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。
$ I# N, S* b% j; I# \; j \- d/ y+ j 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。( ?, \# b" k% I+ h) U: ~8 p
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。- U; I [" y% v# j. l
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。 9 m: W# \) s7 {$ T5 V
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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