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(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
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]
(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。
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