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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。
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阳极浸蚀(刻蚀) 对表面有较厚氧化膜的合金钢及高碳钢镀硬铬或在断电时间较长的镀铬层上继续镀铬时,通常先将零件作为阳极进行短时间的浸蚀处理,使氧化膜电化学溶解并形成微观粗糙的表面。
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。
工艺条件编辑
在镀铬过程中阴极电流密度与温度之间存在着相互依赖的关系。在同一溶液中镀铬时,通过调整温度和电流密度,并控制在适当的范围内,可以获得光亮铬、硬铬和乳白铬三种不同性能的镀铬层,如图4-20所示。在低温高电流密度区,铬镀层呈灰暗色或烧焦,这种镀层具有网状裂纹、硬度大、脆性大;高温低电流密度区,铬层呈乳白色,这种组织细致、气孔少,无裂纹,防护性能较好,但硬度低,耐磨性差;中温中电流密度区或两者配合较好时,可获得光亮镀铬层,这种铬层硬度较高,有细而稠密的网状裂纹。