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硬铬又称耐磨铬,硬铬镀层不仅要有一定的光泽,而且要求底层的硬度高、耐磨性好并与基体结合牢固。
镀层厚度应根据使用场合不同而异。在机械载荷较轻和一般性防护时,厚度为10~20μm;在滑动载荷且压力不太大时,厚度为20~25μm;在机械应力较大和抗强腐蚀作用时,厚度高达150~300μm;修复零件尺寸厚度可达800~1000μm。
耐磨镀铬一般采用铬酐浓度较低的镀液,有的工厂也采用标准镀铬液。工艺条件上宜采用较低温度和较高的阴极电流密度,应视零件的使用条件和对铬层的要求而定。生产上一般采用温度为50~60℃(常用55℃)和25~75A/dm2(多数为50A/dm2)的阴极电流密度。工艺条件一经确定,在整个电沉积过程中,尽可能保持工艺条件的恒定,特别是温度,变化不要**过±1℃。
镀硬铬应注意如下问题。
①欲镀零件无论材质如何,只要工件较大,均需预热处理,因为镀硬铬时间较长,镀层较厚,内应力大且硬度高,而基体金属与铬的热膨胀系数差别较大。如不预热就施镀,基体金属容易受热膨胀而产生“暴皮”现象,预热时间根据工件大小而定。
②挂具用材料必须在热的铬酸溶液中不溶解,也不发生其他化学作用。夹具还应有足够的截面积,且与导电部件接触良好。否则因电流大,槽电压升高,局部过热。
应按照各种材料的导电率选择夹具的截面积,常见的几种材料允许使用电流为:紫铜——3A/mm2,黄铜——2.53A/mm2,钢铁——2A/mm2。夹具结构应尽量采用焊接形式连接;夹具非工作部分应用聚氯乙烯塑料布或涂布耐酸胶绝缘。
③装挂时应考虑便于气体的逸出,防止“气袋”形成,造成局部无镀层或镀层厚度不均。
④复杂零件镀铬应采用象形阳极,圆柱形零件两端应加阴极保护,避免两端烧焦及中间镀层薄的现象;带有棱角、的零件可用金属丝屏蔽。
⑤为提高镀层的结合力,可进行反电、大电流冲击及阶梯式给电。反电时间为0.5~3min,阴极电流密度为30~40A/dm2。大电流冲击为80~120A/dm2,时间为l~3min。
⑥对于易析氢的钢铁部件,应在镀后进行除氢处理。
高耐蚀装饰性镀铬是采用特殊工艺改变镀铬层的结构,从而提高镀层的耐蚀性,该镀层适用于室外条件要求苛刻的场合。
在防护装饰性镀铬体系中,多层镍的应用**提高了镀层的耐蚀性,研究发现,镍、铬层的耐蚀性不仅与镍层的性质及厚度有关,同时在很大程度上还取决于铬层的结构特征。从标准镀铬溶液中得到的普通防护装饰性镀铬层虽只有0.25~0.5μm,但镀层的内应力很大,使镀层出现不均匀的粗裂纹。在腐蚀介质中铬镀层是阴极,裂纹处的底层是阳极,因此,遭受腐蚀的总是裂纹处的底层或基体金属。由于裂纹处暴露出的底层金属面积与镀铬层面积相比很小,因而腐蚀电流密度很大,腐蚀速度很快,而且腐蚀一直向纵深发展。由于裂纹不可避免,如果改变微裂纹的结构,使腐蚀分散,那么就可减缓腐蚀。在此构思下,20世纪60年代中期开发出了高耐蚀性的微裂纹铬和微孔铬新工艺。这两种铬统称为“微不连续铬”由于形成的铬层具有众多的微孔和微裂纹,暴露出来的镀镍面积增大但又很分散,使镍层表面上的腐蚀电流密度大大降低,腐蚀速度也大为减缓,从而提高了组合镀层的耐蚀性,并且使镍层的厚度减小5μm左右。
①微裂纹铬在光亮镀镍层上施镀一层0.5~3μm高应力镍,再镀0.25μm普通装饰铬,由于高应力镍层的内应力和铬层内应力相叠加,就能在每平方厘米上获得250~1500条{分布均匀的网状微裂纹铬。
研究发现,普通镀铬电解液中加入少量的SeO42-,可得到内应力很大的镀铬层。在添加seO42-的镀液中得到的铬镀层带有蓝色。SeO42-含量越高,镀层的蓝色越重。
采用双层镀铬法也可获得微裂纹铬镀层。工艺为先镀覆一层覆盖力好的铬镀层,然后在含氟化物的镀铬溶液中镀覆一层微裂纹铬层。双层法的缺点是需要增加设备,电镀时间长,电能消耗多。故已用单层微裂纹铬代替,但单层微裂纹铬也存在氟化物分析困难及微裂纹分布不均等缺点。
②微孔铬 使用多的电镀微孔铬的方法是在光亮镀镍上镀覆厚度不**过0.5μm的镍基复合镀层(镍封闭),再镀光亮铬层,便得到微孔铬层。
铬是一种微带蓝色的银白色金属,金属铬在空气中较易钝化,表面形成一层较薄的钝化膜,从而显示出贵金属的性质。
镀铬层具有很高的硬度,根据镀液成分和工艺条件不同,其硬度可在很大范围400~1200HV内变化。镀铬层有较好的耐热性,在500℃以下加热,其光泽性、硬度均无明显变化,温度大于500℃开始氧化变色,大于700℃硬度开始降低。镀铬层的摩擦系数小,特别是干摩擦系数,在所有的金属中是的。所以镀铬层具有很好的耐磨性。
镀铬层具有良好的化学稳定性,在碱、硫化物、硝酸和大多数有机酸中均不发生作用,但能溶于氢氯酸(如盐酸)和热的硫酸中。在可见光范围内,铬的反射能力约为65%,介于银(88%)和镍(55%)之间,且因铬不变色,使用时能长久保持其反射能力而优于银和镍。
(8~12A/dm2)低,沉积速度慢,适用于薄层电镀。其电流效率和分散能力较高,可用于挂镀和滚镀。
⑦低浓度铬酸镀铬镀液中铬酐浓度较标准镀铬液低5倍,可大大降低对环境的污染。电流效率及镀层的硬度介于标准镀铬液和复合镀铬液之间,其覆盖能力和耐蚀性与高浓度镀铬相当。但镀液的电阻大,槽电压高,对整流设备要求严格,同时镀液的覆盖能力有待提高。
⑧三价铬镀铬镀液中以Cr3+化合物为主盐,添加络合剂、导电盐及添加剂。该工艺消除或降低了环境污染,镀液的分散能力和覆盖能力较铬酸镀液高,阴极电流效率有所改善;可常温施镀;槽压低;电镀不受电流中断的影响。但镀液对杂质敏感,镀层的光泽较暗,镀层厚度为几微米,并不能随意增厚;镀层的硬度低,镀液成分复杂不利于维护。
⑨稀土镀铬液在传统镀铬液的基础上加入一定量的稀土元素及氟离子。采用稀土元素可降低铬酐的浓度、拓宽施镀温度范围(10~50℃)及阴极电流密度范围(5~30A/dm2),降低槽压,改善镀层的光亮度及硬度。使镀铬生产实现低温度、低能耗、低污染和高效率,即所谓的“三低一高”镀铬工艺。但对于镀液的稳定性和可靠性,尚有不同的看法,尤其是对其机理的研究还有待深入。 [1]