镀铬工艺种类众多,按其用途可作如类。 ①防护一装饰性镀铬 防护一装饰性镀铬俗称装饰铬,镀层较薄,光亮美丽,通常作为多层电镀的外层,为达到防护目的,在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚的中间层,然后在光亮的中间层上镀以0.25~0.5μm的薄层铬。常用的工艺有Cu/Ni/Cr、Ni/Cu/Ni/Cr、Cu-Sn/Cr等。经过抛光的制品表面镀装饰铬后,可以获得银蓝色的镜面光泽。在大气中经久不变色。这类镀层广泛用于汽车、、缝纫机、钟表、仪器仪表、日用五金等零部件的防护与装饰。经过抛光的装饰铬层对光有很高的反射能力,可用作反光镜。
在镀铬过程中阴极电流密度与温度之间存在着相互依赖的关系。在同一溶液中镀铬时,通过调整温度和电流密度,并控制在适当的范围内,可以获得光亮铬、硬铬和乳白铬三种不同性能的镀铬层,如图4-20所示。在低温高电流密度区,铬镀层呈灰暗色或烧焦,这种镀层具有网状裂纹、硬度大、脆性大;高温低电流密度区,铬层呈乳白色,这种组织细致、气孔少,无裂纹,防护性能较好,但硬度低,耐磨性差;中温中电流密度区或两者配合较好时,可获得光亮镀铬层,这种铬层硬度较高,有细而稠密的网状裂纹。
镀铬液中Cr6+离子在阴极还原产生Cr3+,与此同时在阳极上重新被氧化,三价铬浓度很快达成平衡,平衡浓度取决于阴、阳极面积比。Cr3+离子是阴极形成胶体膜的主要成分,只有当镀液中含有一定量的Cr3+时,铬的沉积才能正常进行。因此,新配制的镀液必须采取适当的措施保证含有一定量的Cr3+。 ①采用大面积阴极进行电解处理。 ②添加还原剂将Cr6+还原为Cr3+,可以用作还原剂的有酒精、草酸、冰糖等,其中较为常用的是酒精(98%),用量为0.5/L。在加入酒精时,由于反应放热,应边搅拌边加入,否则会使铬酸溅出。加入酒精后,稍作电解,便可投入使用。 ③添加一些老槽液。 普通镀铬液中Cr3+的含量大约在2~5g/L,也有资料报道是铬酸含量的1%~2%,三价铬的允许含量与镀液的类型、工艺以及镀液中杂质的含量有关。当Cr3+浓度偏低时,相当于根离子的含量偏高时出现的现象。阴极膜不连续,分散能力差,而且只有在较高的电流密度下才发生铬的沉积;当Cr3+浓度偏高时,相当于根离子的含量不足,阴极膜增厚,不仅显著降低镀液的导电性,使槽电压升高,而且会缩小取得光亮镀铬的电流密度范围,严重时,只能产生粗糙、灰色的镀层。当Cr3+的含量偏高时,也用小面积的阴极和大面积阳极,保持阳极电流密度为1~1.5A/dm2电解处理,处理时间视Cr3+的含量而定,从数小时到数昼夜。镀液温度为50~60℃时,效果较好。
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这类镀液具有电流效率高(270A),允许电流密度范围大(高达80~100A/dm2),镀液的分散能力和覆盖能力好,沉积速度快等优点,故又称“高速自动调节镀铬”。但镀液的腐蚀性强。 ④快速镀铬液在普通镀铬液基础上,加入硼酸和氧化镁,允许使用较高的电流密度,从而提高了沉积速度,所得镀层的内应力小,与基体的结合力好。 ⑤四铬酸盐镀铬液这类镀液的铬酐浓度较高,镀液中除含有铬酐和外,还含有氢氧化钠和氟化钠,以提高阴极较化作用。添加柠檬酸钠以掩蔽铁离子。这类镀液的主要优点是电流效率高(35%以上),沉积速度快、 镀液的分散能力好,但镀液只在室温下稳定,操作温度不宜**过24℃,采用高电流密度时需冷却镀液;镀层的光亮性差,硬度较低,镀后需经抛光才能满足装饰铬的要求。 ⑥常温镀铬镀液由铬酐和氟化物(NH4F或NaF)组成,也可加入少量的。这种镀液的工作温度(15~25℃)和电流密度(8~12A/dm2)低,沉积速度慢,适用于薄层电镀。其电流效率和分散能力较高,可用于挂镀和滚镀。 ⑦低浓度铬酸镀铬镀液中铬酐浓度较标准镀铬液低5倍,可大大降低对环境的污染。电流效率及镀层的硬度介于标准镀铬液和复合镀铬液之间,其覆盖能力和耐蚀性与高浓度镀铬相当。但镀液的电阻大,槽电压高,对整流设备要求严格,同时镀液的覆盖能力有待提高。 ⑧三价铬镀铬镀液中以Cr3+化合物为主盐,添加络合剂、导电盐及添加剂。该工艺消除或降低了环境污染,镀液的分散能力和覆盖能力较铬酸镀液高,阴极电流效率有所改善;可常温施镀;槽压低;电镀不受电流中断的影响。但镀液对杂质敏感,镀层的光泽较暗,镀层厚度为几微米,并不能随意增厚;镀层的硬度低,镀液成分复杂不利于维护。 ⑨稀土镀铬液在传统镀铬液的基础上加入一定量的稀土元素及氟离子。采用稀土元素可降低铬酐的浓度、拓宽施镀温度范围(10~50℃)及阴极电流密度范围(5~30A/dm2),降低槽压,改善镀层的光亮度及硬度。使镀铬生产实现低温度、低能耗、低污染和高效率,即所谓的“三低一高”镀铬工艺。但对于镀液的稳定性和可靠性,目前尚有不同的看法,尤其是对其机理的研究还有待深入。
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