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| 真空鍍鉻工藝是怎樣的？ |
| 發(fā)布時間：2017-08-21 瀏覽： 次 |
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鉻層硬度高(HV800～110kg/mm2)，耐磨性好，反光能力強(qiáng)，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(jī)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(diǎn)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(diǎn)，所以一直得到廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)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(fèi)嚴(yán)重;(3)鍍液溫度較高，能量浪費(fèi)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?，F(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(jī)陰離子添加劑(如、F-、、、、、、等); (2)有機(jī)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(diǎn) 1.鍍鉻用含氧酸做主鹽，鉻和氧親和力強(qiáng)，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(qiáng)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(diǎn)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(jī)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(yàn)方法檢查時不出現(xiàn)裂紋。 微裂紋鉻(Crmc)——按ISO規(guī)定的試驗(yàn)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(yàn)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(jī)床、挖掘機(jī)、汽車、拖拉機(jī)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(jī)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(jī)、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(kuò)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(jī)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(diǎn)。缺點(diǎn)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： ①可將鉻酐濃度降低到150～180g/L以內(nèi)，鍍液的覆蓋能力明顯提高，超過高濃度液; ?、诳山档臀鲢t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?shí)現(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(jì)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(qiáng)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(diǎn)，故又稱“高速自動調(diào)節(jié)鍍鉻”。但鍍液的腐蝕性強(qiáng)。 (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(diǎn)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(shí)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(jī)理的研究還有待深入。 本文由真空鍍膜機(jī)收集整理，僅供學(xué)習(xí)! |
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