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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
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。
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。
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。