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真空镀铬工艺是怎样的?
发布时间:2017-08-21 浏览:2096 次

万祥彩票开户  铬层硬度高(HV800~110kg/mm2),耐磨性好,反光能力强,有较好的耐热性。在500℃以下光泽和硬度均无明显变化;温度大于500℃开始氧化变色;大于700℃时才开始变软。

  由于镀铬层的优良性能,广泛用作防护—装饰性镀层体系的外表层和机能镀层。

  传统的镀铬工艺,其电镀液以铬酸为基础,以硫酸作催化剂,两者的比例为100:1。工艺的优点为:镀液稳定,易于操作;无论镀光亮铬还是镀硬铬,镀层质量都比较高,具有光亮、耐磨、稳定等优点,所以一直得到广泛的应用。其缺点为:(1)阴极电流效率非常低,一般只有8~16,这样,镀速相当慢,消耗的能量也相当大;(2)铬酸浓度高,含铬废水和废气污染大,材料浪费严重;(3)镀液温度较高,能量浪费大;(4)镀液的分散和覆盖能力差,形状复杂的零件必须采用象形阳极、防护阴极和辅助阳极才能得到厚度均匀的镀层。因此,国内外电镀界一直致力于改革高铬传统镀铬工艺,为降低铬酸浓度,减少其危害,提高镀铬效率进行着广泛的研究和探索。现已获得一定的成果。

  改善传统镀铬工艺一般都采用在铬酸镀液中加添加剂的办法。这些添加剂可分为四类:

  (1)无机阴离子添加剂(如、F-、、、、、、等);

  (2)有机阴离子添加剂(如羧酸、磺酸等);

  (3)稀土阳离子添加剂(如La3 、、Ce3 、Nd3 、Pr3 、Sm3 等);

  (4)非稀土阳离子添加剂(如Sr2 、Mg2 等)。

  在改善传统镀铬工艺的过程中出现了三种较为突出的工艺:

  (1)以氟化物为催化剂的镀铬工艺;

  (2)以氯、溴、碘及稳定的羧酸作催化剂的镀铬工艺;

  (3)以稀土作添加剂的镀铬工艺。

  一、镀铬的一般特性

  (一)镀铬特点

  1.镀铬用含氧酸做主盐,铬和氧亲和力强,电析困难,电流效率低;

  2。铬为变价金属,又有含氧酸根,故阴极还原过程很复杂;

  3.镀铬虽然极化值很大,但极化度很小,故镀液的分散能力和覆盖能力很差,往往要采用辅助阳极和保护阴极;

  4。镀铬需用大电流密度,而电流效率很低,大量析出氢气,导致镀液欧姆电压降大,故镀铬的电压要比较高;

  5.镀铬不能用铬阳极,通常采用纯铅、铅锡合金、铅锑合金等不溶性阳极。

  (二)镀铬过程的特异现象

万祥彩票开户  镀铬与其它金属电沉积相比,有如下特异现象:

  (1)随主盐铬酐浓度升高而电流效率下降;

  (2)随电流密度升高而电流效率提高;

万祥彩票开户  (3)随镀液温度提高而电流效率降低;

  (4)随镀液搅拌加强而电流效率降低,甚至不能镀铬。

  上述特异现象均与镀铬阴极还原的特殊性有关。

  二、镀铬层的种类和标记

  (一)防护—装饰性镀铬

  防护—装饰性镀铬,俗称装饰铬。它具有防腐蚀和外观装饰的双重作用。为达此目的在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚度的中间层,然后在光亮的中间镀层上镀以0。25~0。5μm的薄层铬。例如钢基上镀铜、镍层再镀铬、低锡青铜上镀铬、多层镍上镀铬、镍铁合金镀层上镀铬等等。

  在现代电镀中,在多层镍上镀取微孔或微裂纹铬是降低镀层总厚度,又可获得高耐蚀性的防护—装饰体系,是电镀工艺发展的方向。

  在黄铜上喷砂处理或在缎面镍上镀铬,可获得无光的缎面铬,是用作消光的防护—装饰镀铬。

  装饰性镀铬是镀铬工艺中应用最多的。装饰镀铬的特点是:(1)要求镀层光亮;(2)镀液的覆盖能力要好,零件的主要表面上应覆盖上铬;(3)镀层厚度薄,通常在0。25~0。5μm之间,国内多用0。3μm。为此装饰镀铬常用300~400g/L的高浓度,近些年来加入稀土等添加剂,浓度可降至150~200g/L,覆盖能力、电流效率明显提高,是研究开发和工业生产应用的发展方向。

  防护—装饰镀铬广泛用于汽车、自行车、日用五金制品、家用电器、仪器仪表、机械、船舶舱内的外露零件等。经抛光的铬层有很高的反射系数,可作反光镜。

万祥彩票开户  按照国际ISO标准,防护—装饰性镀铬标记方法如下:

  分类标记构成:

  Fe——基体金属钢铁的化学符号。

  Cu——铜的化学符号,数字表示铜镀层最低厚度(μm);

  Ni——镍的化学符号,数字表示镍镀层最低厚度(μm)。

  表示镍镀层类型的符号:

  b——光亮镍镀层;

  p——暗镍或半光亮镍镀层,欲得到全光亮镀层需抛光;

  d——双层或三层镍镀层;

  Cr——铬的化学符号。

万祥彩票开户  表示铬镀层类型及其最低厚度的字符:

  r——普通(标准)铬;

  f——无裂纹铬;

  mc——微裂纹铬;

  mp——微孔铬。

万祥彩票开户  分类标记示例:钢铁上由20μm(最低)铜、25μm(最低)光亮镍和0.3μm(最低)微裂纹铬构成的镀层的分类标记可写成:Fe/Cu20/Ni25bCrmc0.3

  几个术语的解释:

  最低厚度——零件主要表面上能被直径20mm的球接触到的任何一处镀层厚度必须达到的最小值。

  主要表面——指零件上的某些表面,该表面上的镀层对于零件的外观和使用性能起主要作用。

  无裂纹铬(Crf)——按ISO规定的试验方法检查时不出现裂纹。

  微裂纹铬(Crmc)——按ISO规定的试验方法检查时,有效面所有方向上每1cm长度可有250条以上的裂纹,裂纹呈网孔状结构。

  微孔铬(Crmp)——按ISO规定的试验方法检查时,微孔密度至少为10000孔/cm2以上。

  (二)硬铬(耐磨铬、工业镀铬)

  在一定条件下沉积的铬镀层具有很高硬度和耐磨损性能,硬铬的维氏硬度达到900~1200kg/mm2,铬是常用镀层中硬度最高的镀层,可提高零件的耐磨性 , 延长使用寿命。如工、模、量、卡具;机床、挖掘机、汽车、拖拉机主轴;切削刀具等镀硬铬。镀硬铬可用于修复被磨损零件的尺寸公差。严格控制镀铬工艺,准确地按规定尺寸镀铬,镀后不需再进行机械加工的则称为尺寸镀铬法。

  (三)乳白铬镀层

  在较高温度(65~75℃)和较低电流密度下(20±5A/dm2)获得的乳白色的无光泽的铬称为乳白铬。镀层韧性好,硬度较低,孔隙少,裂纹少,色泽柔和,消光性能好,常用于量具、分度盘、仪器面板等镀铬。

  在乳白铬上加镀光亮耐磨铬,称为双层镀铬。在飞机、船舶零件以及枪炮内腔上得到广泛应用。

  (四)松孔镀铬

  通常在镀硬铬之后,用化学或电化学方法将铬层的粗裂纹进一步扩宽加深,以便吸藏更多的润滑油脂,提高其耐磨性,这就叫松孔铬。松孔镀铬层应用于受重压的滑动摩擦件及耐热、抗蚀、耐磨零件,如内燃机汽缸内腔、活塞环等。

  (五)黑铬

  在不含硫酸根而含有催化剂的镀铬中,可镀取纯黑色的铬层,以氧化铬为主成分,故耐蚀性和消光性能优良,应用于航空、光学仪器、太阳能吸收板及日用品之防护—装饰。

  三、镀铬液的种类和特性

  根据镀铬液的组成和性能不同,可将镀铬液分为如下几类。

万祥彩票开户  (一)普通镀铬溶液

  这是应用量大、面广的一种镀液,基本组分是铬酐和硫酸,按铬酐浓度可分为低、中、高浓度三种。

  低浓度通常系指铬酐含量为120g/L以下的镀液。具有减少污染、降低成本、 电流效率比较高(18~20)、镀层光亮度好、光亮电流密度范围宽等优点。缺点是需槽电压较高,镀液覆盖能力较差,适合于零件形状较简单的场合。

  中浓度通常系指铬酐含量为180~250g/L的镀液。铬酐250g/L,硫酸根2.5g/L的镀液称为标准镀铬液,多用于镀硬铬。在这类镀液中加入镀铬添加剂,特别是混合稀土金属盐添加剂,镀液性能则有很大改善:

  ①可将铬酐浓度降低到150~180g/L以内,镀液的覆盖能力明显提高,超过高浓度液;

  ②可降低析铬的临界电流密度值,可采用较低电流密度(如8~10A/dm2),而电流效率却能达到20以上,槽电压低于10V,故有明显的节电效果;

万祥彩票开户  ③可实现常温电镀,在15~50℃之间均可施镀,有利于节约能源,提高工效。综合经济和环境效益好。这是现代电镀铬工艺的发展方向。

  高浓度系指铬酐浓度为300~400g/L的镀液。具有较高分散能力和覆盖能力,主要用于装饰性镀铬。这种镀液带出损失多、对环境污染较严重。电流效率低(8~13)。随着稀土等镀铬添加剂的开发和应用,这类镀液已逐渐缩减。

  (二)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,其衬里和阳极最好采用铅一锡合金。此镀液主要用于滚镀铬。

  (三)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[S042-]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S042-或SiF62-便生成SrS04或K2SiF6沉淀而析出;相反,当溶液中[S042-]或[ SiF62-]浓度不足时,槽内的SrS04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[S042-]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。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(50/-m/h)等优点,故又称“高速自动调节镀铬”。但镀液的腐蚀性强。

  (四)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。

  (五)四铬酸盐镀铬液

万祥彩票开户  这类镀液的铬酐浓度较高,镀液中除含有铬酐和硫酸外,还含有氢氧化钠和氟化钠,以提高阴极极化作用。添加糖或醇作为还原剂,以稳定镀液中的Crs+;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,操作温度不宜超过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。

  (六)常温镀铬镀液由铬酐和氟化物(NH4F或NaF)组成,也可加入少量的硫酸。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。

  (七)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。

  (八)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。

  (九)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。

  本文由真空镀膜机收集整理,仅供学习!

  
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