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,镀液的温度变化最好控制在土(1~2)℃之间。
由于镀铬层具有优良的性能,广泛用作防护一装饰性镀层体系的外表层和功能镀层,在电镀工业中一直占重要的地位。随着科学技术的发展和人们对环境保护的日趋重视,在传统镀铬的基础上相继发展了微裂纹和微孔铬、黑铬、松孔铬、低浓度镀铬、高效率镀硬铬、三价铬镀铬、稀土镀铬等新工艺,使镀铬层的应用范围进一步扩大。
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,是目前应用最为广泛的镀铬液。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,其衬里和阳极最好采用铅一锡合金。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)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。目前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,其中最好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]是最典型的一种,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。
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。
本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。
铬是一种微带蓝色的银白色金属,金属铬在空气中极易钝化,表面形成一层极薄的钝化膜,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,在所有的金属中是最低的。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。
金属杂质可用强酸性阳离子交换树脂处理而除去。为减小镀铬溶液对离子交换树脂的氧化破坏,应先将镀液稀释至80g/L以下后再处理。由于强酸性阳离子交换树脂价格较贵,因此有时也将废了的镀液转为他用,如钝化液等而降低生产成本。
新配制的镀铬液,电压一般在3~5V,如浓度高时,电压要低些。如果发现电压大于前述值时,镀液中可能含有杂质。Cl-来源于槽液补充水、零件清洗水等的带入,或是盐酸浸蚀后清洗不干净带入。Cl-过多会使镀液分散能力与深度能力下降,镀层发灰、粗糙、甚至出现花斑,还可引起基体及铅阳极的腐蚀。消除过多的Cl-,可将镀液加热到70℃,大电流密度电解处理,使其在阳极上氧化为氯气析出。但此法能耗大,效果也不十分理想;也可加入适量的碳酸银,生成氯化银沉淀,虽然此方法效果较好,但加入的碳酸银还能与铬酸反应生成铬酸银沉淀,不仅银盐消耗太多,又损失了铬酐,增加了生产成本。最好的办法是尽量减少Cl-带入,因此补充槽液最好使用去离子水,镀前的弱浸蚀采用稀硫酸溶液。必须采用盐酸时,则加强清洗。NO3-是最有害的杂质,即使含量很低也会使镀层发灰、失去光泽,并腐蚀镀槽的铅衬里和铅阳极。除去NO3-的方法是:以每升电解液1A电流电解处理。若镀液中NO3-含量较多时,先用BaCO3将镀槽中的硫酸根除去,然后在65~80℃大电流电解处理,使硝酸根离子在阴极上还原为NH3而除去。
-/gbadacc/-