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镀铬层的物理性能

放大字体  缩小字体发布日期:2012-10-11  浏览次数:1375
核心提示:与其他金属镀层不一样,铬镀层的摩擦因数较低,这是它应用于轴承、·活塞环、内燃机汽缸内腔以及其他类似应用的重要因素。表7—2描述了铬在该性能上的优越性。
 

7.11.2摩擦因数

与其他金属镀层不一样,铬镀层的摩擦因数较低,这是它应用于轴承、·活塞环、内燃机汽缸内腔以及其他类似应用的重要因素。表7—2描述了铬在该性能上的优越性。

表7—2不同金属组合的摩擦因数

 


 

铸铁上的光亮镀铬层的摩擦因数比灰暗镀层要低,钢或铸铁上的镀铬层摩擦因数随着温度的上升迅速升高,可以通过热处理后再进行最终的抛光来消除摩擦因数的增加。

7.11.3膨胀系数

Hindent[320]发现,六价铬镀层在20℃到l00℃范围内退火后的平均膨胀系数为6.8X10-6/℃,在-75℃到650℃之间任一温度(£)的膨胀系数可用公式口。-(5.88+0.01584t--0.00001163t2)×10“表述。温度在-100~700℃时,铬镀层长度可以用公式L—L0。EL+(5.88t+0.00774t2—0.00000388t3)X 10-6]表述。Hindent也提到首次将镀层加热到500℃时其线性收缩接近1.1%,在随后的加热和冷却循环过程中,膨胀和收缩变得正常。Snavely[275]把这种最初的收缩归因于内应力的释放以及晶体间空隙的闭合。这些空隙是氢化铬分解的结果。

因为这种不同寻常的性质,很难在加热环节中找到一个膨胀和收缩性质与从铬酸中沉积镀层相匹配的基体金属。

7.11.4熔点

Sully和Brandies[286]表列出,从1560~1920℃的测量结果。Udy[303]选择了以文献[321]和[322]中的结论为基础的较高数值l930℃±10℃。经过国家标准局[305]研究后,现在美国金属协会采用了1875℃的数值。Sully和Brandies[304]在该领域进行了广泛讨论,最终没有定论,但最可能接近的值为l878℃土22℃。

7.11.5 密度

镀铬层的密度随镀层中杂质含量、裂纹尺寸和数量以及内应力的大小而变化。Brenner及其合作者[86]对各种条件下的铬沉积层密度做了系统的研究,获得的密度值从6.90~7.21g/cm3不等。氧化物含量随镀层密度的升高而降低。在1200℃退火后镀层的密度增至7.Og~7.22g/cm3,纯铬的密度为7.20g/cm3,因而报道的超过7.20g/cm3数值可能是测量精度异常。Hinder报道镀态铬层密度为6.939/cm3,该值代表了大多数工业铬层的密度。

Knoedler[288]报道了在12℃和15℃沉积的冷铬或六方氢化物的密度为6.143g/cm3,与之相比,镀态立方体铬为7.017g/cm3,在900℃退火2h为7.148g/cm3。

7.11.6反射能力

Coblentz和Stair[323]在紫外光到红外光范围内研究了六价铬镀层的反射率。对于可见光范围,波长为400~700nm,他们得到反射率为62%~72%。对于紫外光,反射率范围为55%~70%;对于红外线为62%(700nm)~88%(4000nm)。由于镀铬层的耐蚀性和耐变色性,它可以长时间暴露而仍保持高反射值。当镀层暴露在强腐蚀性大气中时,反射率可能会大大降低。

7.11.7 电阻率

电阻率与密度一样,可以对金属的连续性、纯度以及大体的致密性进行测量,.铬裂纹中所填杂质的数量、分布以及尺寸与电镀条件有关,因而电阻随这些条件而变化。Brenner及其合作者[86]报道了各种沉积条件下的电阻值,他们得出在28℃,50~60mΩ·cm.的电阻可能是普通镀铬层;低于14mΩ·cm的沉积层可能来自于热镀液。在1200℃退火后,氧化层杂质被球化,这些氧化层产生的裂缝不再连续,结果导致退火后的镀铬层的电阻值在28℃接近普通值13mΩ·cm,并与沉积条件无关[119]。

7.11.8 内应力

根据镀铬中氢化铬形成和分解理论可知[275],镀层中的裂纹是由超过金属内聚力的那部分内应力引起的,裂纹释放这些应力直至不足继续延伸裂纹。大多数厚镀层都是有裂纹的,而且含有残余内应力。薄镀层会有更高应力,因为它们通

过基体金属抑制了裂纹的生成,将应力转移到基体金属上。

Brenner等人[86]报道了非常薄的无裂纹铬镀层的应力值有56k9/mm2之高。普通镀铬产生的较厚裂纹镀层,内应力值约为l2k9/mm2。85。C时从稀镀液中得到无裂纹镀层,但应力值为45k9/mm2。

Stareck等[324]研究了厚度超过lOOgm镀层,发现在高裂纹镀层中应力可能随着厚度增加而变负或变为压应力,压应力高达一l2k9/mm2,这要归因于先前形成裂纹的镀层中的楔体的影响。Williams和Harmond论证了在镀态条件下某些厚铬镀层中存在适度的压应力。 .Nishihara等[289]研究得出,在六方氢化物中应力更低,但对普通体心立方镀层在0.5mol/L Na2S04中,温度为40℃以及电流密度为lA/dm2下阴极处理可以减少应力,其处理时间不到lh,这比在冷铬(六方氢化物)中处理时间要短。还提出了某些关于铬镀层应力的其他研究[326,327]。

7.11.9对基体金属疲劳强度的影响 .

各种六价铬镀层的应力与裂纹结构以及厚度有关[324],因为受先前形成裂纹的镀层的楔体影响,应力会随着厚度的增加迅速减少,厚铬镀层甚至会发展为压应力,这反过来与镀层对基体金属疲劳强度的影响有关[328]。两种镀层对疲劳强度的降低影响最小,即高裂纹低应力镀层和从高浓度镀液中沉积出来镀层(在电镀中产生应力破坏,但热处理后结果较好)。

总的说来,镀铬层显著地降低了钢的疲劳强度[329~331]。Stareck等[324,328,330]发现强度降低要归因于镀层中的应力,这些应力降低了基体金属的强度。他们提出了几种方法可以克服或最小化这种影响,如电镀低应力或压应力的镀层,或高温加热以便尽可能消除应力,Williams和Harmond证实并延伸了这些效果[332]。

基体金属的喷丸[333]、滚动抛光、喷砂处理也有益,镀前将工件表面进行这些处理后得到压应力,它能抵消镀层中的拉应力。

这些方法得到了不断地深入研究,回顾了德国的研究工作[336~339]。Greco和Peanell研究了表面精饰对枪管制造的影响。镀铬层在其他基体金属上的有害影响及其克服方法也用于铝[341~344]和钛[345]的研究。

7.11.10延展性

Wyllie[240]或Brenner等[86]发现,从水溶液中镀出的铬沉积层无延展性,尽管随后发现抗拉强度为6~56k9/mm2。从熔融电解盐中得到的镀层具有延展性[304]。

Klopp[346]回顾了在提高铬和铬基合金延展性以及强度方面取得的成果。Brandes和Wnittaker[347]报道,在室温下电沉积铬,然后在1600℃的氢气中退火得到的镀层的抗拉强度为20k9/mm2,伸长率为17%。

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