电镀铬工艺学.doc

电镀铬电镀工艺学 1 电镀铬 概述 镀铬在电镀工业中占有极其重要的地位，并被列为三大镀种之一。电镀铬属于单金属电镀，与其它单金属电镀相比，有许多共同之处。但是，它又有一些其它单金属电镀所没有的特点，故镀铬是电镀单金属中较为特殊的镀层。 随着科学技术的发展及对环境保护的重视，在传统镀铬的基础上，相继发展了微裂纹和微孔铬、乳白铬、松孔镀铬、镀黑铬、低浓度镀铬、稀土镀铬、高效率镀硬铬及三价铬镀铬等新工艺，使镀铬层的应用范围进一步扩大。 1.镀铬层的性质 铬(Cr)是一种略带蓝的银白色金属， 相对原子质量 51.994， 密 度 6.98／cm3~7.219／cm3， 熔 点 1875℃~1920 ℃ ， 标准电极电位 φ0Cr3+/Cr=－0.74V φ0Cr3+/Cr2+=－0.41V φ0Cr2O72-/Cr2+ =1.33V 铬是一种较活泼的金属，但由于它在空气中极易钝化，其表面形成一层极薄的钝化膜，从而显示了贵金属性质 镀铬层具有很高的硬度，根据镀铬液成分及操作条件的不同，其硬度可在很大范围(HV400~1200)内调整。加热温度在500℃以下，对镀铬层的硬度没有明显影响。铬镀层的摩擦系数低，特别是干摩擦系数在所有金属中是最低的，因此，铬镀层具有很好的耐磨性。 铬镀层在一般大气条件下能长久地保持其原有的光泽而不变色，只有当温度在400 ℃～500℃时，才开始在表面呈现氧化色。 铬镀层具有良好的化学稳定性，碱、硫化物、硝酸和大多数有机酸对其均不发生作用，但能溶于氢卤酸(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，因铬不易变色，使用时能长久地保持其反射能力而优于银和镍。 2 镀铬层的分类及应用 镀铬可按其工艺及溶液不同来分类，所得到的铬层可应用于不同的场合。 (1) 防护装饰性镀铬 利用铬镀层的钝化能力、良好的化学稳定性和反射能力，铬层与铜、镍及铜锡合金等组成防护装饰性体系，广泛用于汽车、自行车、缝纫机、钟表、仪器仪表、日用五金等零部件，既保持产品表面的光亮和美观，又达到防护目的。这类铬层的厚度一般为0.25μm~1μm (2) 镀硬铬(耐磨铬) 铬层具有高的硬度和低的摩擦系数，机械零部件镀硬铬后可以提高其抗磨损能力，延长使用寿命。硬铬可用于切削及拉拔工具，各种材料的模具、轴承、轴、量规、齿轮等，还可用于修复磨损零件的尺寸。这类铬层的厚度根据需要而变，从1 μ m到几个mm。 (3) 乳白铬 镀层韧性好，孔隙率低、颜色乳白，光泽性差，硬度较硬铬镀层及光亮镀层都低，但其耐蚀性较高，主要用于各种量具上。为了获得既耐磨又耐蚀的表面，目前常采取双层铬镀层，即在工件表面先镀乳白铬，然后再镀硬铬，这种配合综合了乳白铬镀层及硬铬镀层的优点。 (4) 松孔镀铬 是在镀硬铬后进行松孔处理，使铬层的网状裂纹加深加宽。这种镀层具有贮存润滑油的能力，可以提高零部件表面抗摩擦和磨损的性能，常用于承受较高压力的滑动摩擦，如内燃发动机汽缸筒内壁、活塞环等。 (5) 黑铬 与其它上黑色镀层(如黑镍镀层)相比，有较高的硬度，耐磨损及耐热性能好，而且有极好的消光性能。常用于光学仪器、航空仪表等零件的镀覆。此外，黑铬镀层也可用于装饰。 根据镀铬溶液组成及性能不同，又可分为下列几类： 1)普通镀铬液 以硫酸根作催化剂的镀铬溶液。铬酐和硫酸的比例一般控制在CrO3／H2SO4：100/1，铬酐浓度在150g／L～450g／L之间变化。根据铬酐浓度的不同，可分成高浓度、中等浓度和低浓度镀铬液。习惯上把CrO3 250g／L和H2SO4 2.5g／L的中等浓度镀液称之谓“标准镀铬液”。低浓度镀液的电流效率较高，铬层的硬度也较高，但覆盖能力较差；高浓度镀液稳定，导电性好，电镀时槽电压较低，覆盖能力较稀溶液好，但电流效率较低；标准镀铬液的性能介于两者之间。 2)复合镀铬液 以硫酸和氟硅酸作催化剂的镀铬溶液。氟硅酸的作用与硫酸相似，起催化离子的作用。氟硅酸的添加，使镀液在电流效率、覆盖能力和光亮范围等方面均比普通镀铬液有所改进，阴极电流效率可达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性，必须采取一定的保护措施。 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。在温度和铬酐浓度一定的镀液中，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。当镀液中SO42－或SiF62－浓度过大时，其相应的离子浓度乘积大于溶度积常数，过量的SO42－或SiF62－便生成SrSO4或K2S