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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。
除硫酸根外,氟化物、氟硅酸盐、氟硼酸盐以及这些阴离子的混合物常常作为镀铬的催化剂。当催化剂含量过低时,得不到镀层或得到的镀层很少,主要是棕色氧化物。若催化剂过量时,会造成覆盖能力差、电流效率下降,并可能导致局部或全部没有镀层。应用较广泛的催化剂为硫酸。硫酸的含量取决于铬酐与硫酸的比值,一般控制在80~100:1,值为100:1。当硫酸根含量过高时,对胶体膜的溶解作用强,基体露出的面积大,真实电流密度小,阴极较化小,得到的镀层不均匀,有时发花,特别是凹处还可能露出基体金属。当生产上出现上述问题时,应根据化学分析的结果,在镀液中添加适量的碳酸钡,然后过滤去除生成的硫酸钡沉淀即可。当硫酸根含量过低时,镀层发灰粗糙,光泽性差。因为硫酸根离子含量太低,阴极表面上只有很少部位的膜被溶解,即成膜的速度大于溶解的速度,铬的析出受阻或在局部地区放电长大,所以得到的镀层粗糙。此时向镀液中加入适量的硫酸即可。用含氟的阴离子(F-、SiF62-、BF4-)为催化剂时,其浓度为铬酐含量的1.5%~4%,这类镀液的优点是:镀液的阴极电流效率高,镀层硬度大,使用的电流密度较低,不仅适用于挂镀,也适用于滚镀。中国使用较多的是氟硅酸根离子,它兼有活化镀层表面的作用,在电流中断或二次镀铬时,仍能得到光亮镀层,也能用于滚镀铬。一般加入H2SiF4或Na2SiF6(或K2SiF6)作为SiF62-的主要来源。含SiF2-离子的镀液,随温度升高,其工作范围较硫酸根离子的镀液宽。该镀液的缺点是对工件、阳极、镀槽的腐蚀性大,维护要求高,所以不可能完全代替含有硫酸根离子的镀液。不少厂家将硫酸根离子和SiF62-混合使用,效果较好。
①较大零件人槽前要通过热水冲洗预热,切勿在镀液中预热,否则会腐蚀高亮度的底层表面。
②小零件需采用滚镀铬工艺,滚镀铬镀液中应加入氟硅酸,防止零件滚镀时瞬间不接触导电而致表面钝化。
③零件带电入槽,对于复杂零件采用冲击电流,或增大阴、阳极距离。
④每一电镀层都要抛光,提高光洁程度,减少孔隙,防蚀。
⑤在镍上镀铬时,如镍钝化,可用酸浸法活化,然后镀铬。活化方法为:在30%~50%(体积分数)的盐酸中浸30~60s;在20%(体积分数)的硫酸中浸蚀约5min;在5%(体积分数)的硫酸中阴极处理l5s左右,再镀铬,就可得到结合力良好的镀铬层。
⑥电源宜采用全波整流。
⑦采用高浓度铬酐镀液时,可安装回收槽以节约铬酐,降低成本,减少废水处理量。
(2)滚镀铬
需要镀铬的细小零件,如采用通常的挂镀,不仅效率低,而且镀件上常留下夹具的痕迹,不能**镀层的质量。滚镀铬多用于体积小、数量多、又难以悬挂零件的装饰性多层电镀,如铜/光亮镍/铬或光亮低锡青铜/铬。此法可提高生产效率、降低成本。但它只适用于形状简单、具有一定自重的镀件;不适用于扁平片状、自重小以及外观要求较高的零件电镀。
滚镀铬时应注意的事项如下:
①滚镀铬溶液用蒸馏水或去离子水配制,注意清洁,严防杂质带入,特别注意不要带人Cl-;
②硫酸根应控制适宜,不易过高,以免零件表面发黄或镀不上铬,过量的硫酸可用碳酸钡除去;’
③氟硅酸对镀层有活化作用,并能扩大光亮范围,不可缺少,也不宜过量;
④带电入槽,开始使用冲击电流,约1~2min即可;
⑤零件装入滚桶前,必须将桶内的铬酸液清洗净,以防零件被铬酸腐蚀发花;
⑥滚桶使用一段时间后,用盐酸处理,以除去滚桶网上的铬层;
⑦零件小,温度可稍低些,为避免镀液温度升高用冷却装置。
(1)镀液中各成分的作用
1)铬酐
铬酐的水溶液是铬酸,是铬镀层的惟一来源。实践证明,铬酐的浓度可以在很宽的范围内变动。例如,当温度在45~50℃,阴极电流密度10A/dm2时,铬酐浓度在50~500g/L范围内变动,甚**达800g/L时,均可获得光亮镀铬层。但这并不表示铬酐浓度可以随意改变,一般生产中采用的铬酐浓度为150~400g/L之间。铬酐的浓度对镀液的电导率起决定作用,在每一个温度下都有一个相应于电导率的铬酐浓度;镀液温度升高,电导率值随铬酐浓度增加向稍高的方向移动。因此,单就电导率而言,宜采用铬酐浓度较高的镀铬液。但采用高浓度铬酸电解液时,由于随工件带出损失严重,一方面造成材料的无谓消耗,同时还对环境造成一定的污染。而低浓度镀液对杂质金属离子比较敏感,覆盖能力较差。铬酐浓度过高或过低都将使获得光亮镀层的温度和电流密度的范围变窄。含铬酐浓度低的镀液电流效率高,多用于镀硬铬。较浓的镀液主要用于装饰电镀,镀液的性能虽然与铬酐含量有关,主要的取决于铬酐和硫酸的比值。