技術(shù)中心
| 真空鍍鉻工藝是怎樣的？ |
| 發(fā)布時間：2017-08-21 瀏覽： 次 |
|
鉻層硬度高(HV800～110kg/mm2)，耐磨性好，反光能力強，有較好的耐熱性。在500℃以下光澤和硬度均無明顯變化;溫度大于500℃開始氧化變色;大于700℃時才開始變軟。 由于鍍鉻層的優(yōu)良性能，廣泛用作防護(hù)—裝飾性鍍層體系的外表層和機能鍍層。 傳統(tǒng)的鍍鉻工藝，其電鍍液以鉻酸為基礎(chǔ)，以硫酸作催化劑，兩者的比例為100：1。工藝的優(yōu)點為：鍍液穩(wěn)定，易于操作;無論鍍光亮鉻還是鍍硬鉻，鍍層質(zhì)量都比較高，具有光亮、耐磨、穩(wěn)定等優(yōu)點，所以一直得到廣泛的應(yīng)用。其缺點為：(1)陰極電流效率非常低，一般只有8～16，這樣，鍍速相當(dāng)慢，消耗的能量也相當(dāng)大;(2)鉻酸濃度高，含鉻廢水和廢氣污染大，材料浪費嚴(yán)重;(3)鍍液溫度較高，能量浪費大;(4)鍍液的分散和覆蓋能力差，形狀復(fù)雜的零件必須采用象形陽極、防護(hù)陰極和輔助陽極才能得到厚度均勻的鍍層。因此，國內(nèi)外電鍍界一直致力于改革高鉻傳統(tǒng)鍍鉻工藝，為降低鉻酸濃度，減少其危害，提高鍍鉻效率進(jìn)行著廣泛的研究和探索。現(xiàn)已獲得一定的成果。 改善傳統(tǒng)鍍鉻工藝一般都采用在鉻酸鍍液中加添加劑的辦法。這些添加劑可分為四類： (1)無機陰離子添加劑(如、F-、、、、、、等); (2)有機陰離子添加劑(如羧酸、磺酸等); (3)稀土陽離子添加劑(如La3 、、Ce3 、Nd3 、Pr3 、Sm3 等); (4)非稀土陽離子添加劑(如Sr2 、Mg2 等)。 在改善傳統(tǒng)鍍鉻工藝的過程中出現(xiàn)了三種較為突出的工藝： (1)以氟化物為催化劑的鍍鉻工藝; (2)以氯、溴、碘及穩(wěn)定的羧酸作催化劑的鍍鉻工藝; (3)以稀土作添加劑的鍍鉻工藝。 一、鍍鉻的一般特性 (一)鍍鉻特點 1.鍍鉻用含氧酸做主鹽，鉻和氧親和力強，電析困難，電流效率低; 2.鉻為變價金屬，又有含氧酸根，故陰極還原過程很復(fù)雜; 3.鍍鉻雖然極化值很大，但極化度很小，故鍍液的分散能力和覆蓋能力很差，往往要采用輔助陽極和保護(hù)陰極; 4.鍍鉻需用大電流密度，而電流效率很低，大量析出氫氣，導(dǎo)致鍍液歐姆電壓降大，故鍍鉻的電壓要比較高; 5.鍍鉻不能用鉻陽極，通常采用純鉛、鉛錫合金、鉛銻合金等不溶性陽極。 (二)鍍鉻過程的特異現(xiàn)象 鍍鉻與其它金屬電沉積相比，有如下特異現(xiàn)象： (1)隨主鹽鉻酐濃度升高而電流效率下降; (2)隨電流密度升高而電流效率提高; (3)隨鍍液溫度提高而電流效率降低; (4)隨鍍液攪拌加強而電流效率降低，甚至不能鍍鉻。 上述特異現(xiàn)象均與鍍鉻陰極還原的特殊性有關(guān)。 二、鍍鉻層的種類和標(biāo)記 (一)防護(hù)—裝飾性鍍鉻 防護(hù)—裝飾性鍍鉻，俗稱裝飾鉻。它具有防腐蝕和外觀裝飾的雙重作用。為達(dá)此目的在鋅基或鋼鐵基體上必須先鍍足夠厚度的中間層，然后在光亮的中間鍍層上鍍以0.25～0.5μm的薄層鉻。例如鋼基上鍍銅、鎳層再鍍鉻、低錫青銅上鍍鉻、多層鎳上鍍鉻、鎳鐵合金鍍層上鍍鉻等等。 在現(xiàn)代電鍍中，在多層鎳上鍍?nèi)∥⒖谆蛭⒘鸭y鉻是降低鍍層總厚度，又可獲得高耐蝕性的防護(hù)—裝飾體系，是電鍍工藝發(fā)展的方向。 在黃銅上噴砂處理或在緞面鎳上鍍鉻，可獲得無光的緞面鉻，是用作消光的防護(hù)—裝飾鍍鉻。 裝飾性鍍鉻是鍍鉻工藝中應(yīng)用最多的。裝飾鍍鉻的特點是：(1)要求鍍層光亮;(2)鍍液的覆蓋能力要好，零件的主要表面上應(yīng)覆蓋上鉻;(3)鍍層厚度薄，通常在0.25～0.5μm之間，國內(nèi)多用0.3μm。為此裝飾鍍鉻常用300～400g/L的高濃度，近些年來加入稀土等添加劑，濃度可降至150～200g/L，覆蓋能力、電流效率明顯提高，是研究開發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的發(fā)展方向。 防護(hù)—裝飾鍍鉻廣泛用于汽車、自行車、日用五金制品、家用電器、儀器儀表、機械、船舶艙內(nèi)的外露零件等。經(jīng)拋光的鉻層有很高的反射系數(shù)，可作反光鏡。 按照國際ISO標(biāo)準(zhǔn)，防護(hù)—裝飾性鍍鉻標(biāo)記方法如下： 分類標(biāo)記構(gòu)成： Fe——基體金屬鋼鐵的化學(xué)符號。 Cu——銅的化學(xué)符號，數(shù)字表示銅鍍層最低厚度(μm); Ni——鎳的化學(xué)符號，數(shù)字表示鎳鍍層最低厚度(μm)。 表示鎳鍍層類型的符號： b——光亮鎳鍍層; p——暗鎳或半光亮鎳鍍層，欲得到全光亮鍍層需拋光; d——雙層或三層鎳鍍層; Cr——鉻的化學(xué)符號。 表示鉻鍍層類型及其最低厚度的字符： r——普通(標(biāo)準(zhǔn))鉻; f——無裂紋鉻; mc——微裂紋鉻; mp——微孔鉻。 分類標(biāo)記示例：鋼鐵上由20μm(最低)銅、25μm(最低)光亮鎳和0.3μm(最低)微裂紋鉻構(gòu)成的鍍層的分類標(biāo)記可寫成：Fe/Cu20/Ni25bCrmc0.3 幾個術(shù)語的解釋： 最低厚度——零件主要表面上能被直徑20mm的球接觸到的任何一處鍍層厚度必須達(dá)到的最小值。 主要表面——指零件上的某些表面，該表面上的鍍層對于零件的外觀和使用性能起主要作用。 無裂紋鉻(Crf)——按ISO規(guī)定的試驗方法檢查時不出現(xiàn)裂紋。 微裂紋鉻(Crmc)——按ISO規(guī)定的試驗方法檢查時，有效面所有方向上每1cm長度可有250條以上的裂紋，裂紋呈網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)。 微孔鉻(Crmp)——按ISO規(guī)定的試驗方法檢查時，微孔密度至少為10000孔/cm2以上。 (二)硬鉻(耐磨鉻、工業(yè)鍍鉻) 在一定條件下沉積的鉻鍍層具有很高硬度和耐磨損性能，硬鉻的維氏硬度達(dá)到900～1200kg/mm2，鉻是常用鍍層中硬度最高的鍍層，可提高零件的耐磨性 ， 延長使用壽命。如工、模、量、卡具;機床、挖掘機、汽車、拖拉機主軸;切削刀具等鍍硬鉻。鍍硬鉻可用于修復(fù)被磨損零件的尺寸公差。嚴(yán)格控制鍍鉻工藝，準(zhǔn)確地按規(guī)定尺寸鍍鉻，鍍后不需再進(jìn)行機械加工的則稱為尺寸鍍鉻法。 (三)乳白鉻鍍層 在較高溫度(65～75℃)和較低電流密度下(20±5A/dm2)獲得的乳白色的無光澤的鉻稱為乳白鉻。鍍層韌性好，硬度較低，孔隙少，裂紋少，色澤柔和，消光性能好，常用于量具、分度盤、儀器面板等鍍鉻。 在乳白鉻上加鍍光亮耐磨鉻，稱為雙層鍍鉻。在飛機、船舶零件以及槍炮內(nèi)腔上得到廣泛應(yīng)用。 (四)松孔鍍鉻 通常在鍍硬鉻之后，用化學(xué)或電化學(xué)方法將鉻層的粗裂紋進(jìn)一步擴寬加深，以便吸藏更多的潤滑油脂，提高其耐磨性，這就叫松孔鉻。松孔鍍鉻層應(yīng)用于受重壓的滑動摩擦件及耐熱、抗蝕、耐磨零件，如內(nèi)燃機汽缸內(nèi)腔、活塞環(huán)等。 (五)黑鉻 在不含硫酸根而含有催化劑的鍍鉻中，可鍍?nèi)〖兒谏你t層，以氧化鉻為主成分，故耐蝕性和消光性能優(yōu)良，應(yīng)用于航空、光學(xué)儀器、太陽能吸收板及日用品之防護(hù)—裝飾。 三、鍍鉻液的種類和特性 根據(jù)鍍鉻液的組成和性能不同，可將鍍鉻液分為如下幾類。 (一)普通鍍鉻溶液 這是應(yīng)用量大、面廣的一種鍍液，基本組分是鉻酐和硫酸，按鉻酐濃度可分為低、中、高濃度三種。 低濃度通常系指鉻酐含量為120g/L以下的鍍液。具有減少污染、降低成本、 電流效率比較高(18～20)、鍍層光亮度好、光亮電流密度范圍寬等優(yōu)點。缺點是需槽電壓較高，鍍液覆蓋能力較差，適合于零件形狀較簡單的場合。 中濃度通常系指鉻酐含量為180～250g/L的鍍液。鉻酐250g/L，硫酸根2.5g/L的鍍液稱為標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液，多用于鍍硬鉻。在這類鍍液中加入鍍鉻添加劑，特別是混合稀土金屬鹽添加劑，鍍液性能則有很大改善： ?、倏蓪t酐濃度降低到150～180g/L以內(nèi)，鍍液的覆蓋能力明顯提高，超過高濃度液; ②可降低析鉻的臨界電流密度值，可采用較低電流密度(如8～10A/dm2)，而電流效率卻能達(dá)到20以上，槽電壓低于10V，故有明顯的節(jié)電效果; ?、劭蓪崿F(xiàn)常溫電鍍，在15～50℃之間均可施鍍，有利于節(jié)約能源，提高工效。綜合經(jīng)濟和環(huán)境效益好。這是現(xiàn)代電鍍鉻工藝的發(fā)展方向。 高濃度系指鉻酐濃度為300～400g/L的鍍液。具有較高分散能力和覆蓋能力，主要用于裝飾性鍍鉻。這種鍍液帶出損失多、對環(huán)境污染較嚴(yán)重。電流效率低(8～13)。隨著稀土等鍍鉻添加劑的開發(fā)和應(yīng)用，這類鍍液已逐漸縮減。 (二)復(fù)合鍍鉻液 以硫酸和氟硅酸作催化劑的鍍鉻液。氟硅酸的添加，使鍍液的電流效率、覆蓋能力和光亮范圍均比普通鍍鉻液有所改善，如陰極的電流效率可達(dá)到20%以上。然而，氟硅酸對陽極和陰極零件鍍不上鉻的部位及鍍槽的鉛襯均有較強的腐蝕作用，必須采取一定的防護(hù)措施，其襯里和陽極最好采用鉛一錫合金。此鍍液主要用于滾鍍鉻。 (三)自動調(diào)節(jié)鍍鉻液 以硫酸鍶和氟硅酸鉀為催化劑的鍍鉻液。在一定溫度及一定濃度的鉻酸溶液中，硫酸鍶和氟硅酸鉀各自存在著沉淀溶解平衡，并分別有一溶度積常數(shù)Ksp，即當(dāng)溶液中[S042-]或[SiF62-]濃度增大時，相應(yīng)的離子濃度乘積將大于溶度積常數(shù)，過量的S042-或SiF62-便生成SrS04或K2SiF6沉淀而析出;相反，當(dāng)溶液中[S042-]或[ SiF62-]濃度不足時，槽內(nèi)的SrS04或K2SiF6沉淀溶解，直至相應(yīng)的離子濃度乘積等于其溶度積時為止。所以，當(dāng)鍍液的溫度和鉻酐的濃度一定時，鍍液中[S042-]或[SiF62-]濃度可通過溶解沉淀平衡而自動的調(diào)節(jié)，并不隨電鍍過程的持續(xù)而變化。這類鍍液具有電流效率高(270A)，允許電流密度范圍大(高達(dá)80～100A/dm2)，鍍液的分散能力和覆蓋能力好，沉積速度快(50/-m/h)等優(yōu)點，故又稱“高速自動調(diào)節(jié)鍍鉻”。但鍍液的腐蝕性強。 (四)快速鍍鉻液在普通鍍鉻液基礎(chǔ)上，加入硼酸和氧化鎂，允許使用較高的電流密度，從而提高了沉積速度，所得鍍層的內(nèi)應(yīng)力小，與基體的結(jié)合力好。 (五)四鉻酸鹽鍍鉻液 這類鍍液的鉻酐濃度較高，鍍液中除含有鉻酐和硫酸外，還含有氫氧化鈉和氟化鈉，以提高陰極極化作用。添加糖或醇作為還原劑，以穩(wěn)定鍍液中的Crs+;添加檸檬酸鈉以掩蔽鐵離子。這類鍍液的主要優(yōu)點是電流效率高(35%以上)，沉積速度快、 鍍液的分散能力好，但鍍液只在室溫下穩(wěn)定，操作溫度不宜超過24℃，采用高電流密度時需冷卻鍍液;鍍層的光亮性差，硬度較低，鍍后需經(jīng)拋光才能滿足裝飾鉻的要求。 (六)常溫鍍鉻鍍液由鉻酐和氟化物(NH4F或NaF)組成，也可加入少量的硫酸。這種鍍液的工作溫度(15～25℃)和電流密度(8～12A/dm2)低，沉積速度慢，適用于薄層電鍍。其電流效率和分散能力較高，可用于掛鍍和滾鍍。 (七)低濃度鉻酸鍍鉻 鍍液中鉻酐濃度較標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液低5倍，可大大降低對環(huán)境的污染。電流效率及鍍層的硬度介于標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液和復(fù)合鍍鉻液之間，其覆蓋能力和耐蝕性與高濃度鍍鉻相當(dāng)。但鍍液的電阻大，槽電壓高，對整流設(shè)備要求嚴(yán)格，同時鍍液的覆蓋能力有待提高。 (八)三價鉻鍍鉻鍍液中以Cr3+化合物為主鹽，添加絡(luò)合劑、導(dǎo)電鹽及添加劑。該工藝消除或降低了環(huán)境污染，鍍液的分散能力和覆蓋能力較鉻酸鍍液高，陰極電流效率有所改善;可常溫施鍍;槽壓低;電鍍不受電流中斷的影響。但鍍液對雜質(zhì)敏感，鍍層的光澤較暗，鍍層厚度為幾微米，并不能隨意增厚;鍍層的硬度低，鍍液成分復(fù)雜不利于維護(hù)。 (九)稀土鍍鉻液 在傳統(tǒng)鍍鉻液的基礎(chǔ)上加入一定量的稀土元素及氟離子。采用稀土元素可降低鉻酐的濃度、拓寬施鍍溫度范圍(10～50℃)及陰極電流密度范圍(5～30A/dm2)，降低槽壓，改善鍍層的光亮度及硬度。 使鍍鉻生產(chǎn)實現(xiàn)低溫度、低能耗、低污染和高效率，即所謂的“三低一高”鍍鉻工藝。但對于鍍液的穩(wěn)定性和可靠性，目前尚有不同的看法，尤其是對其機理的研究還有待深入。 本文由真空鍍膜機收集整理，僅供學(xué)習(xí)! |
  |