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镀铬:防护-装饰性镀铬

放大字体  缩小字体发布日期:2013-05-02  浏览次数:1225
核心提示:常规装饰镀铬目前应用最广,其特点是要求镀层光亮;镀液覆盖能力要好,主要表面均应覆盖上铬层;镀层厚度通常在0.25μm~0.5μm之间,国内多用0.31μm。

一、常规防护-装饰镀铬

常规装饰镀铬目前应用最广,其特点是要求镀层光亮;镀液覆盖能力要好,主要表面均应覆盖上铬层;镀层厚度通常在0.25μm~0.5μm之间,国内多用0.31μm。

装饰镀铬的工艺控制方法:

(1)装饰铬宜用中等偏低的温度,通常用50℃±5℃范围。它对镀层色泽有明显影响,温度偏低镀层灰暗;适中镀层光亮;过高外观呈乳白色,且硬度和电流效率降低。加稀土添加剂后,在低温下也能获得光亮度好的铬层。

(2)镀铬的电流密度范围很宽,当温度固定后,电流密度也要相应固定,并要随温度升降而增减。它们的对应关系为:

 

    温度/℃    阴极电流密度A·dm-2    

  温度/℃    阴极电流密度/A·dm-2    

  30±5       5—10(稀土添加剂镀铬)    

  50          20—35

  40          10—20

  55          30—50

  45          15—30

 

欲镀0.3μm的装饰铬,温度、电流密度和时问的关系,如表3—5—9所列。

表3—5—9温度、电流密度与厚度的关系电流密度与厚度的关系

温度、电流密度与厚度的关系电流密度与厚度的关系

(3)铬酐消耗是铬沉积、零件带出和氢气逸出时铬雾等三方面造成的,应采用铬雾抑制剂和多槽回收,以减少损失和降低污染。

(4)为获镜面光亮镀层,中间镀层应进行抛光或采用全光亮镀层。在光亮镍和镍铁合金上镀铬时,工艺应连续进行,防止镀层钝化。抛光后镀铬时工序间隔时间也应尽量缩短。

(5)为保障镀层的光亮度、硬度和覆盖能力,镀铬电源一定要用三相全波整流,不能用波动因素大的电源,镀铬电源纹波系数应小于5%。在镀铬过程中不允许断电。

(6)镀装饰铬应根据零件的复杂形状,必要时用辅助电极。

防护-装饰镀铬常见故障及纠正方法,列于表3—5—10。

表3—5—10镀装饰铬常见故障及纠正方法

镀装饰铬常见故障及纠正方法

二、高耐蚀性的装饰性镀铬

双层镍或三层镍与微不连续铬[微孔铬(mp)和微裂纹(me)的总称]组成的镀层体系,是一种高耐蚀性的防护-装饰体系。耐蚀高的原因是采用了阳极牺牲型和腐蚀分散型相结合的结果。

传统的铜-镍-铬体系,一旦腐蚀介质通过铬层的裂纹或针孔,穿过镍和铜的孔隙到达铁基体,由于铁基体是腐蚀电偶的阳极,很快就会腐蚀出现锈点,这种腐蚀叫穿透性腐蚀。

采用双层镍(半光亮镍+亮镍)或半光亮镍+高硫镍+亮镍组成的三层镍,由于亮镍含硫量比半光亮镍高,其电位就比它负,当腐蚀介质通过铬层到达亮镍层时,亮镍就是腐蚀龟偶的阳极,先腐蚀而延缓了整个腐蚀速度,由穿透性腐蚀改变为横向腐蚀。三层镍也是同理,先腐蚀含硫最高的高硫镍,其后是亮镍,它比双层镍更耐腐蚀。这种通过牺牲电位较负的镍(即含硫量高)来延缓电位较正的半光亮镍的腐蚀这就叫阳极牺牲型。

普通装饰铬的厚度通常只有0.25μm左右,尽管镀后无裂纹,但由于铬层内应力大,在使用中由于应力释放而产生许多粗大的裂纹,而且薄层铬多孔。腐蚀总是从铬层的孔隙和裂纹处开始,所以腐蚀的发生和腐蚀的速度与铬层的表面状态关系极大。腐蚀速度取决于腐蚀电流的大小。当铬与下层镍之间产生微电池腐蚀时,铬层是阴极,镍层是阳极遭受腐蚀。腐蚀的总电流取决于铬层的表面积,而与镍层的面积无关。若表面上镀的是具有粗大裂纹的普通铬,那么腐蚀总电流就分布在为数不多的大裂纹之中,暴露出来的镍层面积小,镍阳极腐蚀的电流密度就大,腐蚀速度就快。采用微不连续铬,微孔铬0.3万/cm2~3万/cm2个孔;微裂纹铬300条/cm~400条/cm裂纹,由于具有众多的孔或裂纹,暴露出来的镍阳极面积就大,单位镍表面积上的腐蚀电流就大为降低,因而腐蚀速度大大减缓。微不连续铬将腐蚀电流分散,从而降低腐蚀速度就叫腐蚀分散型。由以上分析可知,采用多层镍与微不连续铬搭配的镀层体系,必然是高耐蚀性的。

迄今为止,产生微孔铬或微裂纹的方法,列于表3—5—11。

表3—5—11产生微孔铬或微裂纹铬的方法

产生微孔铬或微裂纹铬的方法

微孔铬和微裂纹铬的表观状态,如图3—5—12和图3—5—13所示。

微孔铬和微裂纹铬的表观状态

图3—5—12微裂纹铬状态

微裂纹铬状态

图3—5—13微孔铬状态

高耐蚀装饰铬体系与其他装饰铬体系耐蚀性比较,如图3—5—14所示。

由图可知采用高耐蚀装饰铬体系既可提高耐蚀性,又能降低整个镀层的厚度,从而可节省镍,降低成本。

1.微孔铬(mp)

国内外常用两种方法获得微孔铬:①在镍封层上镀0.25μm普通装饰铬;②在一般防护-装饰镀铬后在稀铬酸溶液中进行阴极电解。

(1)镍封上套普通铬。在光亮镀镍液中加入直径为0.01μm~0.1μm无机微粒子,例如BaS04、Si02,等,在促进剂存在下,在强搅拌下,吸附有无机微粒子的镍离子传递到阴极,并吸附于电极上同镍离子一起沉积于镀镍层中,这种镍封层表面上密布着许多不导电的微粒,镀铬后微粒上没有铬层,从而可得到每平方厘米上有数万个孔的微孔铬。试验表明微孔l万孔/cm2~3万孔/cm2为好。镍封上的铬层厚度宜用0.25μm~2μm,铬层厚度超过0.3μm耐蚀性下降。微孔铬用此法覆盖能力好,在低电流密度部位亦可获得高耐蚀性,关键要使微粒在镍层中分布均匀。

各种防护-装饰镀层体系的耐腐蚀性

图3—5—14各种防护-装饰镀层体系的耐腐蚀性

(a)腐蚀膏试验;(b)CASS试验。

在IS0标准中指出,在极严酷的条件下,采用多层镍+微孔铬可比单层镍+铬的厚度减少一半左右,既降低了生产成本又可提高耐蚀性。不同镀层体系与耐蚀要求见表3—5—12。镍封镀镍层含硫量为0.03%~0.05%。

表3—5—12不同镀层体系厚度与耐蚀要求

不同镀层体系厚度与耐蚀要求

镍封工艺规范可查阅第四章镀镍。

(2)普通装饰铬阴极电解:

 

  铬酐(Cr03)                                10g/L~20g/L    

  阴极电流密度                             0.2A/dm2~1A/dm2

  硫酸(H2S04)                               2mL/L~3mL/L    

  时间                                     0.3min~3min

  MP-1添加剂                               2mL/L~3mL/L    

  阳极                                     不锈钢

  温度                                      65℃~70℃

 

用电解法处理获得微孔铬无需改变原有工艺流程,只需在镀铬后增加一道微孔处理工序;镀铬前后允许抛光而不影响微孔质量;镀层厚度在0.05μm~2.5μm范围均可获得理想微孔铬;对不同组合体系有广泛的适用性。电解处理获得的微孔直径为1μm左右,因而孔数要求与镍封法不同,微孔数控制在0.5万孔/cm2—3万孔/cm2为好。影响微孔的主要因素是阴极电流密度和电解时间。

2.微裂纹铬(me)

微裂纹铬的形成,主要是在亮镍层上再闪镀一层厚度为0.5μm~3μm高应力的特殊镍层,在高应力镍上镀0.25μm的装饰铬后,因镍镀层龟裂成微裂纹,所以铬镀层也呈微裂纹。使之成为约有500条/cm裂纹的微裂纹铬。这种冲击镀镍被称为PNS法(PostNickelStrike)。IS0标准要求,在任何一个方向都要显示出有250条/cm以上的裂纹,在整个主要表面内形成密集的网状结构。铬层最低厚度为0.3μm。而实际中有些方法所要求的厚度应大约为0.8μm,用较厚的厚度来达到所需的裂纹花样。

一般的铬镀层容易形成大裂纹,约1条/cm~20条/cm裂纹。而若在镀铬时采用不同浓度、温度、电流密度、催化剂和含量,可直接形成微裂纹镀层。这些裂纹有l00条/cm~1000条/cm不等,约有300条/cm~800条/cm裂纹。但也有可能大于这个数字。一般厚度为5μm时,全亮镍的应力为1.18MPa。而同样厚度的高应力镍可达335MPa。形成的微裂纹数可达250条/cm,使耐蚀性能提高了很多。若变化操作条件,采用低温度、高电流密度等方法,微裂纹密度也能提高,可达到500条/cm~1250条/cm。

形成微裂纹有以下几种方法:

(1)直接形成微裂纹铬,就是采用合适的镀铬液,通过改变镀铬操作条件及方法的手段,使之产生高应力而获得微裂纹铬,也可以采用镀双层铬的方法,直接形成微裂纹铬。

(2)间接形成微裂纹铬,就是在一种不同类型的底层上沉积铬,形成高应力体系,使铬层开裂而呈微裂纹状态。高应力镍PNS法就是这种工艺。

(3)机械方法产生微裂纹,这多数是在加厚镀铬后,采用机械加工使铬层形成微裂纹。因加厚的铬镀层硬度高、内应力大、镀层脆性也大,这样的镀层经过磨削加工后,由于磨削时的挤压和瞬时高温,将使硬铬层产生微小的裂纹。凡经过研磨加工、超精加工、液体研磨加工、多孔性加工(松孔镀铬反拔)、刻痕(滚花)等机械加工,都可能形成微裂纹铬层。

若在一般镀铬液(标准)中获得的铬层是大裂纹,那么加入氟硅酸的复合镀铬液就可获得较细的裂纹,经磨削加工后,要比标准镀铬液中获得的铬层更细、更密,抗蚀性能也要高上好几倍。

加厚镀铬能够直接镀在钢铁件上,而且有良好的耐蚀性,主要还是因为铬镀层加厚后形成了多层裂纹铬,再经磨削加工后,裂纹更加增多,达到微裂纹铬层。这样,在电化学腐蚀时,分配到铬镀层微孔下的基体腐蚀电流就很小,显著减慢了基体腐蚀速度。若同样加厚镀30μm的铬镀层,不经磨削加工的零件,基体钢铁很容易腐蚀,但经磨削加工的零件,使用很久情况仍良好。这也是微裂纹所起到的良好抗蚀性能的原因之一。随着铬层厚度增加,内应力更大,裂纹也更多,因此抗蚀性能更能显著提高。

高应力镍工艺规范可查阅第四章镀镍。

3.显示微孔铬的工艺规范

 

  硫酸铜CuS04·5H20                  200g/L~250g/L    

  阴极电流密度                      0.5A/dm2—1A/dm2

  硫酸H2S04                          50g/L~80g/L    

  电解时间                           2min~3min

  温度                                室温

 

电解处理后,有微孔的地方有铜沉积,显出血红色,在显微镜下观察和计算每平方厘米上的铜颗粒数。

三、滚镀铬(见表3—5—13)

细小零件用挂镀方法镀铬不仅效率低,而且零件上常留下夹具痕,影响产品质量。因此采用滚镀法可提高质量和效率。滚铬比滚镀其他金属要困难些,这是因为①镀铬液覆盖能力差;②滚铬无牢固的触点;③电流断续使镀层结合力和光亮度降低;④温升快。

为使阴极接触良好,常使用螺旋阴极方法或离心式。后者靠离心力把零件和镀液甩向器壁。

滚铬同装饰性挂镀一样可在光亮镍上、光亮低锡青铜上、光亮镍铁合金上或光亮酸洗的黄铜上进行。

表3—5—13滚镀铬的工艺规范

滚镀铬的工艺规范

操作注意事项:

(1)加入氟硅酸防止断电时铬层钝化,保障结合力,扩大光亮区电流密度范围;

(2)硫酸不能高,以免零件表面发黄或无铬层沉积;

(3)带电人槽,开始用大电流冲击1min~2min;

(4)零件总面积大时,可在滚桶外另加挂辅助阳极;

(5)滚桶转速一般不大于1.5r/min,否则不能沉积铬;

(6)零件装桶前,必须将滚桶内的镀铬液洗净,以防零件发花;使用一定时间后,用盐酸溶解除去铁丝网上的铬层;

(7)加人稀土阳离子进行滚镀铬,其铬酐浓度可降低至200g/L。

四、镀缎面铬

仪器面板、标牌、量具等常用消光镀铬层。钢铁零件喷砂后直接镀铬,或镀镍后再镀铬可得缎面铬。钢铁直接镀铬厚度一般为20min~40min;钢铁或黄铜先镀镍后镀铬,铬层厚度为lOμm~15μm。量具(游标卡尺尺身等)镀铬,镀前用8号石英粉喷砂;一般零件用5号石英粉,空气压力为588kPa。

一般零件采用水喷砂,砂液组成如下:

 

  石英粉(5#)                        40%    

  磷酸三钠                         0.5%

  碳酸钠                           1.5%    

  水                               余量

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