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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
③阶梯式给电含镍、铬的合金钢,其表面上有一层较薄而致密的氧化膜,镀硬铬时会影响镀层与基体的结合力,为此,首先将镀件在镀铬液中进行阳极浸蚀,而后将零件转为阴极,以比正常值小数倍的电流,一般电压控制在3.5V左右,使电极上仅进行析氢反应。由于初生态的氢原子具有很强的还原能力,能够把金属表面的氧化膜还原为金属,然后再在一定时间内(如20~30min)采用阶梯式通电,逐渐升高电流直至正常工艺条件施镀。由此在被活化的金属表面上进行电镀,即可得到结合力良好的镀层。另外,在镀硬铬过程中,有时会遇到中途断电,此时镀铬层表面也会产生薄膜氧化层,若直接通电继续施镀,将会出现镀层起皮现象,克服方法可采用“阶梯式给电”,使表面得以活化,而后转入正常电镀。
④镀前预热对于大件镀硬铬,工件施镀前需进行预热处理,否则不仅会影响镀铬层的结合力而且也影响镀液的温度,所以大件镀前要在镀液中预热数分钟,使基体与镀液温度相等时,再进行通电操作。镀液温度变化控制在士2℃以内。
由于镀铬层具有优良的性能,广泛用作防护一装饰性镀层体系的外表层和功能镀层,在电镀工业中一直占重要的地位。随着科学技术的发展和人们对环境保护的日趋重视,在传统镀铬的基础上相继发展了微裂纹和微孔铬、黑铬、松孔铬、低浓度镀铬、高效率镀硬铬、三价铬镀铬、稀土镀铬等新工艺,使镀铬层的应用范围进一步扩大。
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。