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当电流密度不变时,电流效率随温度升高而下降;若温度固定,则电流效率随电流密度的增大而增加。然而,当铬酸酐与硫酸根离子比值减小时,变化相应变小。因此镀硬铬时,在满足镀层性能的前提下,通常采用较低的温度和较高的阴极电流密度,以获得较高的镀层沉积速度。温度一定时,随电流密度增加,镀液的分散能力稍有改善;与此相反,电流密度不变,镀液的分散能力随镀液温度升高而有一定程度的减小。生产上一般采用中等温度(45~60℃)与中等电流密度(30~45A/dm2)以得到光亮和硬度较高的铬镀层。尽管镀取光亮镀层的工艺条件相当宽,考虑到镀铬液的分散能力特别差,在形状复杂的零件镀装饰铬或硬铬时,欲在不同部位都镀上厚度均匀的铬层,必须严格控制温度和电流密度。当镀铬工艺条件确定后,镀液的温度变化控制在土(1~2)℃之间。 [3] [4]
4)铬雾的抑制
镀铬过程中,由于使用不溶性阳极,阴极电流效率又很低,致使大量氢气和氧气析出,当气体逸出液面时,带有大量的铬酸,形成铬雾造成严重的污染。抑制铬雾的方法有两种。
①浮体法将泡沫塑料碎块或碎片放入镀液的液面上,这些浮体可阻滞铬雾的逸出,
但零件出槽时,操作不方便。另外铬酸氧化能力很强,对加入的碎块有浸蚀作用,使分解产物在镀液中积累,也会影响镀层质量。
②加入泡沫抑制剂 泡沫抑制剂是一种表面活性剂,能降低镀液的表面张力,产生稳定的泡沫层,覆盖在镀液表面。一般的表面活性剂在较高温度和有强氧化剂存在下不稳定,但氟碳型表面活性剂在上述介质中能稳定存在。据报道,已用作铬雾抑制剂的有多种,其中的是含有极性基团的脂肪长链有机化合物,如全氟辛烷基磺酸钠盐[CF3(CF2)6CF2SO3Na]是典型的一种,每升镀液中加入量为0.2~0.5g/L时,即可达到良好的效果。中国已试制出全氟烷基醚磺酸钾,简称F-53铬雾抑制剂,在镀铬液中的添加量为0.04~0.06g/L。使用时,先将F-53用水调成糊状,加水稀释,煮沸溶解静止片刻,转入加热至50~60℃的镀铬槽中,不能把不溶的F-53直接倒入镀槽。
铬雾抑制剂在镀液中形成的泡沫层,严密覆盖在镀液表面,当带有铬酸的氢气和氧气析出时,与表面的泡沫层相碰撞,无数微小的铬酸雾结合成较大的雾滴,由于重力作用,当上升一定高度时将重回镀液,而氢气和氧气继续上升,直至离开液面,这样实现气体的排除和对铬雾的有效抑制。 [3]
根据镀铬液的组成和性能不同,可将镀铬液分为如下几类。
①普通镀铬液 以硫酸根作为催化剂的镀铬溶液。镀液中仅含有铬酐和硫酸,成分简单,使用方便,是应用为广泛的镀铬液。铬酐和硫酸的比例一般控制在100:1,铬酐的浓度在150~450g/L之间变化。根据铬酐浓度的不同,可分为高浓度(350~500g/L)、中浓度(150~250g/L)和低浓度(50~150g/L)镀铬液。低浓度的镀铬液电流效率高,铬层的硬度也高,但覆盖能力较差,主要用于功能性电镀,如镀硬铬、耐磨铬等;高浓度镀液稳定,导电性好,电解时只需较低的电压,覆盖能力较稀溶液好,但电流效率较低,主要用于装饰性镀铬及复杂件镀铬。
②复合镀铬液 以硫酸和氟硅酸作催化剂的镀铬液。氟硅酸的添加,使镀液的电流效率、覆盖能力和光亮范围均比普通镀铬液有所改善,如阴极的电流效率可达到20%以上。然而,氟硅酸对阳极和阴极零件镀不上铬的部位及镀槽的铅衬均有较强的腐蚀作用,必须采取一定的防护措施,其衬里和阳极采用铅一锡合金。此镀液主要用于滚镀铬。
③自动调节镀铬液 以硫酸锶和氟硅酸钾为催化剂的镀铬液。在一定温度及一定浓度的铬酸溶液中,硫酸锶和氟硅酸钾各自存在着沉淀溶解平衡,并分别有一溶度积常数Ksp,即当溶液中[SO42-]或[SiF62-]浓度增大时,相应的离子浓度乘积将大于溶度积常数,过量的SO42-或SiF62-便生成SrSO4或K2SiF6沉淀而析出;相反,当溶液中[SO42-]或[ SiF62-]浓度不足时,槽内的SrSO4或K2SiF6沉淀溶解,直至相应的离子浓度乘积等于其溶度积时为止。所以,当镀液的温度和铬酐的浓度一定时,镀液中[SO42-]或[SiF62-]浓度可通过溶解沉淀平衡而自动的调节,并不随电镀过程的持续而变化。
(4)镀松孔铬
松孔铬镀层是具有一定疏密程度和深度网状沟纹的硬铬镀层,具有很好的储油能力。工作时,沟纹内储存的润滑油被挤出,溢流在工件表面上,由于毛细管作用,润滑油还可以沿着沟纹渗到整个工件表面,从而改善整个工件表面的润滑性能,降低摩擦系数,提高抗磨损性能。
获得松孔铬的方法有机械、化学或电化学法。
①机械法在欲镀铬零件表面用滚压工具将基体表面压成圆锥形或角锥形的小坑或相应地车削成沟槽,然后镀铬、研磨。此法简单,易于控制,但对润滑油的吸附性能不太理想。
②化学法利用镀铬层原有裂纹边缘具有较高活性的特点,在稀盐酸或热的稀硫酸中浸
蚀,裂纹边缘处的铬优先溶解,从而使裂纹加深加宽,达到松孔的目的。此法铬的损耗量大,溶解不均匀,质量不易控制。
③电化学法在镀硬铬后,经除氢、研磨后,再在碱液、铬酸、盐酸或硫酸中进行阳极松孔处理。由于铬层裂纹处的电位低于平面的电位,因此裂纹处的铬优先溶解,从而使裂纹加深加宽。处理后的松孔深度一般为0.02~0.05μm。
阳极浸蚀时,裂纹的加深和加宽速度用通过的电量(浸蚀强度)来控制。在适宜的浸蚀强度范围内,可以选择任一阳极电流密度,只要相应地改变时间,仍可使浸蚀的强度不变。浸蚀强度根据镀铬层原来的厚度确定。
厚度为100μm以下的铬镀层,浸蚀强度为320A·min/dm2,厚度为100~150μm的铬镀层,浸蚀强度为400A·min/dm2,150μm以上的铬镀层,浸蚀强度为480A·min/dm2。对于尺寸要求严格的松孔镀铬件,为控制尺寸,采用低电流密度进行阳极松孔;当要求网纹较密时,可采用稍高的阳极电流密度;当零件镀铬后经过研磨再阳极松孔时,浸蚀的强度应比上述数值减少1/2~1/3。
松孔铬层的网状裂纹密度取决于硬铬镀层原有裂纹密度。因此镀铬工艺对松孔镀铬的影响很大,必须严格控制