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              東莞市益佳精密機械有限公司

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              15年鍍硬鉻行業經驗

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              陳先生

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              鍍鉻的基本知識

              來源: 時間:2023-08-19 09:13:00 瀏覽次數:

              防銹和增加表面硬度可以增加耐磨性能 1、 性能和用途 因為鉻表面易于鈍化,有很強的耐蝕性,所以用于裝飾電鍍的最外層,其厚度一般只有 0.5-1 微米,通常稱之為裝飾鉻。鉻的另一個特點是具有極高的硬度,H=750-1000,因而又經常用于有耐磨要求的場合,通常稱之為硬鉻。


              鍍 CR 有哪些作用? 

              防銹和增加表面硬度可以增加耐磨性能

              1、 性能和用途 因為鉻表面易于鈍化,有很強的耐蝕性,所以用于裝飾電鍍的最外層,其厚度一般只有 0.5-1 微米,通常稱之為裝飾鉻。鉻的另一個特點是具有極高的硬度,H=750-1000,因而又經常用于有耐磨要求的場合,通常稱之為硬鉻。 


              2、鍍鉻基本原理 

              2.1 鍍鉻的陰極過程 

              圖 1 是鍍鉻的陰極極化曲線,描述了鍍鉻的陰極過程。

              鍍鉻的陰極過程分 3 個階段。

              第一階段,隨著電極電位上升,電流密度上升。電極反應為2H+ ---> H2

              第二階段,隨著電極電位繼續上升,電流密度轉為下降。這是一個形成陰極膜的過程。

              第三階段,隨著電極電位繼續上升,電流密度又轉為上升。電極反應為

              Cr6+ ---> Cr 

              2H+ ---> H2 

              Cr6+ ---> Cr3+ (H2 的還原作用) 


              2.2 陰極膜的形成 

              在鍍鉻層沉積之前,陰極上先生成一層薄膜。觀察薄膜的試驗如圖2 所示。陰極為針狀。停電后 1 秒可以觀察到陰極膜(厚度約 0.1 微米),停電 3-4 秒后陰極膜就消失了,如圖 3 所示。 


              2.3 硫酸的作用和影響 

              鍍液中硫酸含量的增加,陰極膜的厚度也隨之增加。電極周圍的成分與其它部分的成分差別較大,為 

              Cr6+ 65-67% 

              Cr3+ 22-23% 

              SO42- 10-12%

              若鍍液中沒有硫酸,則不能形成陰極膜,只析出氫氣,見圖1 的曲線1。

              CrO3 與 H2SO4 形成[(CrOn2-)m?(SO42-)n]復雜的絡合物。從圖4 可以看出,隨鍍液中硫酸濃度增加,電流效率形成有峰值的情況。圖 4 中線段1,電流效率隨硫酸含量上升而上升,是因為絡合物含量上升的緣故;繼續增加硫酸的含量,則陰極膜厚度增加,阻礙鉻層的沉積,故圖 4 線段 2,電流效率隨硫酸含量上升而下降。


              2.4 Cr3+的影響 

              當鍍液中 Cr3+的含量上升時,圖 4 中的曲線向右上方向移動。當H2SO4=10-12g/l,Cr3+=20g/l,電流密度 60-100A/dm2 時,電流效率高于 25%??色@得鏡面光亮的鍍鉻層。缺點是分散能力差,只適合旋轉體。


              2.5 H2 的析出影響 

              常規鍍鉻中,只有 12-15%的電流用于沉積鉻層,80-85%的電流用于析出氫氣。氫氣會滲入鉻層,也會滲入基體達幾十微米。氫氣的滲入,使得鋼的疲勞強度下降約30-40%。有趣的是,高強度零件鍍鉻后,疲勞強度下降,而強度低的零件,鍍鉻后疲勞強度反而提高。 


              3、鍍鉻工藝 

              3.1 常規鍍鉻工藝 

              目前使用較為廣泛的仍是常規鍍鉻工藝。經典的常規鍍鉻溶液配方為

              CrO3 250 g/l 

              H2SO4 2.5 g/l 

              Cr3+ 3g /l 


              3.2 含 F-鍍鉻工藝 F-作催化劑的電解液可在室溫工作,也可用于滾鍍(但小零件不太可靠)。

              配方一∶

              CrO3 250 g/l 

              KF 3.5 g/l 

              溫度 20℃ 

              電流密度 3-5 A/dm2 

              配方二∶ 

              CrO3 250 g/l 

              H2SiF6 5-10 g/l

              溫度 18-25℃ 

              電流密度 5-10 A/dm2 


              鍍鉻知識介紹 

              ◆ 鉻的性質

              (1) 色澤 : 銀白色,略帶藍色

              (2) 原子量 : 52

              (3) 比重 : 7.14 

              (4) 熔點 : 1800~1900℃ 

              (5) 硬度 : 800~12OOH 

              (6) 線膨脹系數 6.7~8.4×10^-6

              (7) 電化當量:0.324g/AH 

              (8) 標準電位 : 為-0.71 

              (9) 在潮濕大氣中很安定,能長久保持顏色

              (10) 在堿、硝酸、硫化物、碳酸鹽及有機酸和大多數氣體中很穩定

              (11) 易溶于鹽酸及熱濃硫酸 

              (13) 苛性鈉溶液中鉻陽極易溶解

              (14) 鉻鍍層耐熱性佳 

              (15) 鉻鍍層優點為硬度高、耐磨性好、光反射性強

              (16) 鉻鍍層缺點為太硬易脆、易脫落

              (17) 鉻的電位比鐵負,鋼鐵鍍鉻是屬于陽極性保護鍍層,而鉻本身于大氣中易形成極薄的鈍態膜,所以耐腐蝕 

              (18) 鉻鍍層具多孔性,所以對鋼鐵腐蝕性不很理想,所以一般先鍍銅,再鍍鎳最后再鍍一層鉻才能達到防腐蝕及裝飾的目的

              (19) 鉻鍍層廣泛應用在提高零件的耐腐蝕性、耐磨性、尺寸修補、反射光,及裝飾等用途.


              ◆ 鉻電鍍的種類

              1.防腐裝飾性鍍鉻 

                 a) 普通鍍鉻  b) 復合鍍鉻  c) 快速自動調節鍍鉻  d) 微裂紋鉻和微孔鉻 

              2.鍍硬鉻 

              3.鍍乳白鉻 

              4.松孔鍍鉻 

              5.鍍黑鉻 

              6.滾桶鍍鉻 

              7.無裂鉻電鍍 


              ◆ 鍍鉻的特性

              (1)須嚴格控制液溫、電流密度、極距等操作條件

              (2)均一性差,對復雜形狀鍍件需適當處理

              (3)電流效率很低,須較大電流密度

              (4)陽極采用不溶解性陽極,鉻酸須通過鉻酐補充

              (5)電鍍過程中不許中斷

              (6)形狀不同鍍件不宜同槽處理,須用不同的掛具

              (7)鍍件預熱與液溫一致,附著性才會好

              (8)鍍件要徹底活化,有時要帶電入槽,附著性才良好

              (9)需用沖擊電流(大于正常 50-100% ) 在開始電鍍較復雜形狀鍍件,約2-3分鐘而后慢慢降至正常電流密度范圍內。 


              ◆ 鍍鉻的影響因素 

              (l) CrO3 濃度與導電性關系:在鉻酐小于 450g/l 的情況下,鉻酐濃度越高,導電性越好 

              (2) 溫度與導電性的關系:溫度高,導電性好

              (3) CrO3 濃度與電流效率的關系:鉻酐濃度高,則電流效率下降

              (4) 硫酸濃度的影響:濃度低時,低電流密度下電流效率高,反的電流效率低

              (5) 三價鉻的影響 

                   1. 三價鉻很少時,沉積速率減慢

                   2. 三價鉻很高時,鍍層變暗 

                   3. 三價鉻增加,則導電度降低,需較大電壓

                   4. 三價鉻愈多,光澤范圍愈小

              (6) 電流密度及溫度的影響 

                   1. 鍍液溫度升高,電流效率降低

                   2. 電流密度愈高,電流效率愈高

                   3. 高電流密度,低溫則鍍層灰暗,硬度高脆性大,結晶粗大

                   4. 高溫而低電流密度,鍍層硬度小,呈乳白色,延性好,無網狀裂紋,結晶細致,適合裝飾性的鍍件 

                   5. 中等溫度及中等電流密度,鍍層硬度高,有密集的網狀裂紋,光亮硬質鉻鍍層。

              (7) 雜質的影響 

                   1. 鐵雜質,電解液不穩定,光澤鍍層范圍縮小,導電性變差,電壓須增高,去除鐵雜質比三價鉻還困難,要盡量防止鐵污染,不要超過10g/l 

                   2. 銅、鋅雜質,含量低時,對鍍層影向不大,銅最好不要大于3g/l 

                   3. 硝酸,是鍍鉻最有害的雜質,鍍液須嚴禁帶入硝酸污染

              (8) 陽極及電流分布的影響 

                   1. 陽極較大,電流分布較不均勻使鍍層厚度不均勺

                   2. 陽極面積大,三價鉻形成較多。

                   3.復雜鍍件,陽極宜用象形電極或輔助電極,使電流分布均勻。

                   4.陽極的鉛易氧化,形成黑色的氧化鉛及黃色的鉻酸鉛。黃色的鉻酸鉛導電性不良

                   5.電流因尖端及邊緣效應,造成鍍層厚度不均,可采用絕緣物遮蓋尖端或邊緣。


              ◆ 鍍鉻的掛具(Rack) 

              鍍鉻其鍍液均一性極差,電流效率很低,須使用較高電流密度,所以掛具的設計要求對鍍鉻品質影響很大。其設計要點如下

              (l) 不溶解

              (2) 導電好,不發熟,需足夠截面積

              (3) 與鍍件接觸良好 

              (4) 結構以焊接方式,導電鉤要彎成直角

              (5) 非電鍍部份要用絕緣物覆蓋,以減少電流消耗

              (6) 結構要簡單、易制造、輕便

              (7) 鍍件放置位置要使氣體自由逸出容易

              (8) 應用輔助電極、雙極電極

              (9) 依鍍件的形狀、尺寸、數量及鍍層用途等因素決定掛架的設計


              ◆ 鍍鉻常見缺陷及其原因 

              (l) 鍍層粗糙有顆粒 

                  1. 電流太大 

                  2. 陰極保護不當或末裝

                  3. 陰陽極太近 

                  4. 表面前處理不好 

                  5. 鍍液有浮懸雜質 

                  6. 硫酸太少 


              (2) 鍍層脫落 

                  1. 前處理不良 

                  2. 中途斷電 

                  3. 中途加冷水 

                  4. 預熱不夠 


              (3) 局部無鍍層 

                   1. 電流太小 

                   2. 鍍件互相遮蓋 

                   3. 裝掛不當,氣體停滯


              (4) 鍍層不均勻 

                   1. 掛具接觸不良 

                   2. 氣體不易逸出 

                   3. 陽極型狀不當


              (5) 沉積速度慢 

                   1. 電流太小 

                   2. 三價鉻太小 

                   3. 二極間距太大 

                   4. 鍍件過大 

                   5. 槽內鍍件過多


              (6) 鍍層暗色 

                   1. 溫度太低 

                   2. 硫酸此例太少

                   3. 三價鉻太多 


              (7) 鍍層針孔 

                   1. 前處理不佳 

                   2. 氣體停滯鍍件表面上 

                   3. 鍍件被磁化 

                   4. 浮懸雜質 

                   5. 表面活性劑 

                   6. 鍍液有磁性粒子 


              ◆ 鍍鉻的氫脆性 

              鍍鉻的電流效率非常低,所以產生大量的氫氣,會引起氫脆,尤其是硬化鋼、高強度鋼更需注意。 

              去除氫脆方法有 : 

              (l) 鍍前先做應力消除(stress relieing) : 鍍鉻表面必須沒有應力存在,一般鍍件經機械加工、研磨,或硬化熱處理都有殘留應力( residual stress),可加熱150 至230℃消除殘留應力。

              (2) 鍍后烘箱去氫 : 根據工件大小和鍍層厚度確定溫度和時間,通常選擇的溫度為150~250℃,時間 0.5~5h。 


              鉻是一種微帶天藍色的銀白色金屬。電極電位雖然很負,但它有很強的鈍化性能,在大氣中很快鈍化,顯示出具有貴金屬的性質,所以鋼鐵零件鍍鉻層是陰極鍍層。鉻層在大氣中很穩定,能長期保持其光澤,在堿、硝酸、硫化物、碳酸鹽以及有機酸等腐蝕介質中非常穩定,但可溶于鹽酸等氫鹵酸和熱的濃硫酸中。

              鉻層硬度高(H800~110kg/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。 

              由于鍍鉻層的優良性能,廣泛用作防護—裝飾性鍍層體系的外表層和機能鍍層。

              傳統的鍍鉻工藝,其電鍍液以鉻酸為基礎,以硫酸作催化劑,兩者的比例為100:1。

              工藝的優點為:鍍液穩定,易于操作;無論鍍光亮鉻還是鍍硬鉻,鍍層質量都比較高,具有光亮、耐磨、穩定等優點,所以一直得到廣泛的應用。

              其缺點為:

              (1)陰極電流效率非常低,一般只有 8%~16%,這樣,鍍速相當慢,消耗的能量也相當大;

              (2)鉻酸濃度高,含鉻廢水和廢氣污染大,材料浪費嚴重;

              (3)鍍液溫度較高,能量浪費大;

              (4)鍍液的分散和覆蓋能力差,形狀復雜的零件必須采用象形陽極、防護陰極和輔助陽極才能得到厚度均勻的鍍層。

              因此,國內外電鍍界一直致力于改革高鉻傳統鍍鉻工藝,為降低鉻酸濃度,減少其危害,提高鍍鉻效率進行著廣泛的研究和探索?,F已獲得一定的成果。


              改善傳統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)。


              在改善傳統鍍鉻工藝的過程中出現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)鍍鉻過程的特異現象 鍍鉻與其它金屬電沉積相比,有如下特異現象:

              (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。上述特異現象均與鍍鉻陰極還原的特殊性有關。


              二、鍍鉻層的種類和標記 

              (一)防護—裝飾性鍍鉻 

              防護—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。 

              在現代電鍍中,在多層鎳上鍍取微孔或微裂紋鉻是降低鍍層總厚度,又可獲得高耐蝕性的防護—裝飾體系,是電鍍工藝發展的方向。

              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—裝飾鍍鉻。 


              裝飾性鍍鉻是鍍鉻工藝中應用最多的。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覆蓋上鉻;

              (3)鍍層厚度薄,通常在0.25~0.5μm 之間,國內多用 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,是研究開發和工業生產應用的發展方向。 


              防護—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、船舶艙內的外露零件等。經拋光的鉻層有很高的反射系數,可作反光鏡。按照國際 ISO 標準,防護—裝飾性鍍鉻標記方法如下:

              分類標記構成: 

              Fe——基體金屬鋼鐵的化學符號。

              Cu——銅的化學符號,數字表示銅鍍層最低厚度(μm);

              Ni——鎳的化學符號,數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——鉻的化學符號。


              表示鉻鍍層類型及其最低厚度的字符:

              r——普通(標準)鉻; 

              f——無裂紋鉻; 

              mc——微裂紋鉻;

              mp——微孔鉻。


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