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STHC第三代镀铬添加剂的应用及特点

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-28  浏览次数:790
核心提示:最适宜镀硬铬,微裂纹铬,松孔铬及光亮镀铬,也可用于装饰铬和乳白铬。 本工艺阴极电流效率22-27%,不含氟,无腐蚀;镀层光亮细致;镀层均匀,覆盖能力强;镀层硬度高
 

1 概述

直到19世纪20年代中期,镀液中用硫酸作为催化剂,才有了实用的电镀工艺,称为第一代镀铬添加剂,又被称为标准镀铬或普通镀铬。此工艺电流效率很低(12-15%),分散能力差,覆盖能力低,不过此工艺已很成熟,镀液较稳定,应用广泛。50年代开始用氟化物或氟化络(配)合物作催化剂,全部或部分代替硫酸根,阴极电流效率提高到18-22%,分散能力和覆盖能力都有所提高,称为第二代镀铬添加剂。但是氟化物腐蚀性极强,特别对零件凹部腐蚀严重,损坏了零件,并将铁离子作为杂质引入镀液。氟对阳极,槽体及设备(包括玻璃及陶瓷材料)也有严重腐蚀作用。此镀液对杂质(如铁)更加敏感,氟的分析又比较麻烦,由于以上缺点,应用不普通。80年代国际上推出不含氟,无腐蚀的第三代镀铬添加剂,现已广泛应用。它将阴极电流效率提高到25%左右,可使用较大电流。

2 工艺特点

最适宜镀硬铬,微裂纹铬,松孔铬及光亮镀铬,也可用于装饰铬和乳白铬。 本工艺阴极电流效率22-27%,不含氟,无腐蚀;镀层光亮细致;镀层均匀,覆盖能力强;镀层硬度高,可达1000HV以上;微裂纹数达400-1000条/厘米;镀液稳定,易操作和维护;沉积速度比普通镀铬快1倍左右,省工省时,节电;普通镀铬溶液及硼酸镀铬液可直接转化。

3 工艺规范

 

 铬酐(CrO3)g/l

 硫酸(H2SO4) g/l

 STHC添加剂(ml/l)

 温度(℃)

阴极电流密度(A/dm2)

 SA:Sk 

 一般镀件

 250(150-350)

 3.0(1.5-4.0)

 8(6-10)

 60(55-70)   

 60(30-80)

 2-3

 活塞环

 180 

 2.0

 8

 60

 80

 2-3

镀液的配制与普通镀铬相同,配好后加入STHC添加剂即可。若原来是普通镀铬或硼酸镀铬,在镀液中加入STHC添加剂即可。原料不纯往往使电镀质量下降,甚至造成故障,可采用预先净化处理过的浓缩镀液配槽。添加剂消耗很少,主要是镀件及铬雾带出,电镀硬铬时如阴极电流密度为40 A/dm2,添加量2-4ml/KAh;阴极电流密度为60 A/dm2,添加量1-3ml/Kah。 阳极可用铅锡合金(锡7%),铅锑合金;建议镀槽用钛或钢槽内衬塑。

4 镀液

4.1 镀液中铬以Cr+6形式存在,它在阴极还原为金属铬, 同时也产生一部分Cr+3。铬酐浓度控制在150-350 g/l之间为宜,浓度增高,配槽成本增加,电流效率有所下降,镀层硬度较低。浓度低于200 g/l电导率急剧下降,槽电压上升,能耗增加,此能量又转化为热能,使槽液温度上升,冷却水用量增加。低浓度对杂质的承受能力下降,从节能节水及镀液稳定性考虑,不宜采用更低浓度镀液。

4.2 硫酸是Cr+6还原为金属铬的催化剂,没有硫酸,阴极上只产生氢气,无金属铬沉积。铬酐与硫酸的比例可在50-180之间,此范围比普通镀铬液的比例宽。当铬酐浓度为250时,硫酸可用2.5,这时电流效率较高,镀层、镀液性能较好。工业铬酐中含有硫酸根,且因产地,批号不同含量也不同。在配制时应先分析再添加。

4.3 工业级铬酐中总含有Cr+3,阴极电解时也会产生一部分Cr+3, Cr+3浓度增大时,镀液颜色变深,电阴增大槽电压升高,镀层粗糙、灰暗、发脆,易长毛刺,光亮电流密度范围变窄。镀液对的容忍度比较大,但仍要尽量减少Cr+3,最好不超过10g/l,浓度过高时,可用大阳极小阴极电解,在阳极上Cr+3被氧化成 Cr+6。铁是最易引入的杂质,由于铬酸的氧化性,铁以Fe+3的形式存在于镀液中。Fe+3浓度在10g/l以内,对镀层及镀液性能影响很小,Fe+3增大会产生与Cr+3相似的不良影响。Cr+3和Fe+3的总浓度若超过25g/l时,将产生较严重的影响。Fe+3的来源主要是镀件的反电解浸蚀,镀件落入镀槽以及清洗不净而造成,铬酐不纯、水中铁离子也是引入铁杂质的原因。Cu+2、Ni+2、NO3-、PO4-3、Cl-、F-都有可能进入镀液,成为杂质,产生不良影响。Cl-、F-还有较强的腐蚀性,要尽量避免这些杂质进入镀液。

4.4 STHC添加剂属第三代催化剂,不含氟,无稀土,在铬酸溶液中有较大的溶解度。镀液具有整平性,镀层更光亮,并且具有微裂纹。STHC添加剂浓度可控制在6-10ml/l,低于6ml/l,效果较差;高于10 ml/l镀液性能有所提高,但不明显。铬酐浓度高时,STHC添加剂也要相应多加,反之少加。 镀液的温度和电流密度与镀液的性能,镀层性质有关,这两个参数互相关联,当改变其中一个时,另一个也必须相应改变。 STHC镀液的阴极电流效率随阴极电流密度的升高而增大。在60℃,电流密度由30 A/dm2增加到80A/dm2时,电流效率由22%增加至27%。电流密度低于15A/dm2时,镀层发灰;高于110A/dm2时,长毛刺甚至烧焦。高电流密度区可用阴极保护或屏蔽来改善。一般说来,温度低时,电流密度也要相应减少,温度高时,电流密度增大,用60℃较适宜。在文中所给条件下,获得光亮镀层温度和电流密度的范围见图。 这是用直流电镀的情况,若用周期换向电流,可使用更大的电流密度,镀层更光亮。

4.5 电流效率和沉积速度

STHC镀铬与普通镀铬相比,电流效率高,可用较大的电流。所以沉积速度快得多。在时电流密度,电流效率与沉积速度的关系见表: 阴极电流密度;A/dm2 20 40 60 80 100 阴极电流效率;% 21.0 23.1 25.0 27.0 28.5 沉积速度;µm/h 19.0 41.7 68.0 97.8 129.0

4.6 分散能力与覆盖能力

用50mm×100mm钢片对折90○角,按直角阴极法测其覆盖能力(深镀能力),试片内部全部镀上铬;试片折成30○的内角电镀,内侧表面也全部镀上了铬。

4.7 光亮度与整平性

STHC镀铬添加剂既是催化剂又是光亮剂;且有整平性能,在未抛光的基体上可得到高亮度的铬镀层,镀层越厚越光亮。普通镀铬时光亮度差,镀装饰铬时要在光亮的基体表面上镀一层很薄的铬(约为0.2-0.5µm),瑞镀厚则光亮度下降,而STHC镀铬却越厚越亮。

4.8 镀层硬度 用ISOMAM104-A显微硬度度测得≥1000HV。

4.9 镀层结合力

按GB5270-85做热震试验,镀层厚30µm,加热至300℃,保温1小时,然后在室温水中骤冷,不出现起泡、剥落。用0.75mm低碳钢片做弯曲试验,镀层厚为20µm,反复弯曲至断裂,无镀层剥落。再用一试片先镀上15µm铬,取出清洗干净,吹干,再活化,清洗后镀上25µm铬层,经反复弯曲,铬层之间无剥离。当试片镀上15µm铬后,取出用水清洗干净,不经活化,再镀上20µm铬层,作弯曲试验也无剥落。

4.10 腐蚀性

STHC镀铬添加剂不含氟,腐蚀性小,用小电流电解试片,对基体的腐蚀与普通镀铬相当。对阳极而言,用铅锡合金(含锡7%)做阳极,在普通镀铬液与STHC镀铬液中电解608A·h后,在普通镀铬液中的阳极损失为0.37g,合计0.609g/KAh,而在STHC镀铬液中阳极损失只有0.25g,合计0.41 g/KAh,所以STHC镀铬液对阳极腐蚀作用比普通镀铬液小。

4.11 微裂纹

微裂纹可大幅提高镀层防蚀性,对于磨擦件,由于裂纹中可贮存润滑油,从而大大提高其使用寿命。一般采用240-800条/cm裂纹,STHC镀铬一般情况下可产生400-800条/cm微裂纹。 选择70℃, 15A/dm2电流密度,在STHC镀铬液中可得到硬度较低,无裂纹的乳白铬。

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