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装饰镀铬

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-23  浏览次数:1331

镀铬自开发应用至今,一直是装饰性电镀的最有代表性的镀种。多少年来,镀铬几乎成为电镀的代名词,这是因为装饰镀铬层在各种机械五金制品中不但使用率高,使用历史长,也因为其总能保持优异的光亮度而深受民众欢迎。现在由于环保的原因,铬离子成为受到严格限制的污染物,但在没有好的取代工艺之前,镀铬还会生存下去。

 

要说金属铬的标准电极电位,其实与锌很接近,铬是-0.71V,而铬是-0.763V,但是金属铬有一个很重要的性质就是表面非常容易钝化,只要一暴露在空气中,表面就会形成一层非常致密的钝化膜。这层膜很薄而又是透明的,并且化学稳定性很好,很多有机酸对它不起作用,包括硝酸、醋酸、低于30℃的硫酸、有机酸和硫化氢、碱、氨等,对镀铬层都不起作用。所以金属铬总能保持光亮如镜‘的表面。因为铬的表面电位已经很正,这样,在钢铁表面镀铬就不是阳极性镀层,而是阴极性镀层。

 

镀铬层能溶解于盐酸和热的硫酸(高于30℃)。在电流作用下,铬镀层可以在碱性溶液中阳极溶解。

 

   (1)标准镀铬与稀土镀铬

 

镀铬的工艺很简单,从发明有实用价值的镀铬到现在,80多年过去了,基本没有大的改变。主要成分就一种;铬酸,还有必不可少的少量的硫酸和三价铬,再就是提高其各种性能的一些添加剂。

 

   ①标准镀铬。标准的镀铬和高低浓度镀铬工艺见表。

 

各种常用镀铬工艺

   工艺配方成分

   标准镀铬

   低浓度镀铬

   高浓度镀铬

 铬酸/(g/L)

 硫酸/(g/L)

 三价铬/(g/L)

 温度/℃

 阴极电流密度/(A/dm2)

   250

   2.5

   2~5

   45~55

   15~30

   100~150

   1~1.5

   2~5

   45~55

   20~40

   350~400

   3.5~4

   2~6

   45~55

   10~25

 

低浓度镀铬是为了降低铬酸消耗,减轻排放水铬离子浓度而采取的一种措施,当然在这种镀液中镀得的铬层硬度也较高,但分散能力是比较差的。

 

而高浓度镀铬则分散能力稍好一些,适合于形状复杂的制品,但其电流效率更低,排放水的浓度也相对高一些。

 

   标准镀铬兼有以上两者优点,因而是采用最多的装饰镀铬工艺,但是无论是标准镀铬还是高、低浓度镀铬,都有一个共同的缺点,那就是电流效率太低,只在13%左右。为了改进镀铬的电流效率,现在已经采用加入稀土元素作添加剂的镀

铬,可以提高电流效率和改善镀层分散能力。

②稀土镀铬。从20世纪80年代起,人们发现了稀土金属的盐类可以做为镀铬的添加剂,从而开发了稀土镀铬新工艺并迅速获得了推广,至今都还被许多企业所采用。

 

用于镀铬添加剂的稀土元素是镧、铈或混合轻稀土金属的盐。也可以是其氧化物。比如硫酸铈、硫酸镧、氟化镧、氧化镧等。可以单一添加,也可以混合添加。稀土的加入使镀铬过程有了某些微妙的改变。镀铬液的分散能力也就是低区性能有了改善。电流效率也有了提高等。综合起来,稀土镀铬有如下特点。

 

a.做到了“三低一高”。添加有稀土添加剂的镀铬工艺,一是降低了铬酸的用量,铬酸的含量可以在100~2009/L的范围内正常工作;二是降低了工作温度,可以在10~500c的宽温度下工作;三是降低了沉积铬的电流密度,可以在5~30A/dm2电流密度范围正常生产。同时明显地提高了电流效率,使镀铬的阴极电流效率由原来的不到15%升高到l8%~25%。

 

b.提高了效率,降低了消耗。稀土镀铬明显地提高了效率。其中分散能力提高了30%~60%;覆盖能力提高了60%~85%;电流效率提高了60%~ll0%;硬度提高了30%~60%;节约铬酸60%~80%。

 

C.改善了镀层性能。稀土镀铬的镀层光亮度和硬度都有明显的改善,并且在很低的电流密度下都可以沉积出铬镀层,最低沉积电流密度只有0.5A/dm2,使分散能力和覆盖能力都大为提高。

 

铬酸

l20~180g/L

铬雾抑制剂

0.5 g/L

硫酸

l~1.8g/L

温度

50~60℃

铬酸:硫酸的比

(90~100):1

电流密度

60~90A/dm2

碳酸铈

0.2~O.39/L

阳极

铅锡合金(铅90%)

硫酸镧

5~l g/L

   

   (2)镀液的配制与维护

 

镀铬溶液中要有一定量的三价铬,而这少量的三价铬不是在配制时添加进去的,而是对溶液进行适当处理生成的。通常用两种方法,一是化学生成法,另一种是电化学生成法。

 

化学生成法是在铬酸溶液中加入适量草酸还原出一部分三价铬:

 

2Cr03+3(COOH)2一Cr203+6C02+3H20

 

由反应式可以看,这一反应的生成物是水和二氧化碳,对镀液是无害的。通常加入l.35g/L草酸,可生成l g/L三价铬。如果不用草酸还原,就可以采用电解法还原。在铬酸液配成后,用小的阳极面积、大的阴极面积(通常制成瓦楞板形)进行电解,可以生成三价铬,当在常温下电解时,阴极电流密度为4~5A/dm2。每升标准镀铬液通电lA·h,可增加童价铬0.5~l g/L

 

硫酸也是镀铬中不可缺少的化学成分,其用量控制在与铬酸的比值为l00:1,无论铬酸溶液如何变化,硫酸与它的比都是100:1。由于市售的铬酸中总是含有一定数量的硫酸根离子(约为0.1%~0.3%),因此,在配制电镀整流器液时,添加硫酸的量要减去这些已经在铬酸中的硫酸根的量,以免硫酸过量。

 

(3)挂具与阳极

 

镀铬不仅电流效率低,分散能力也很差,因此在挂具上也要下足功夫。所有电镀工艺中,对挂具要求最严格的除了非金属电镀外,就是镀铬。

 

镀铬的挂具首先要保证有充分的截面,以保证大电流通过的能力,因为镀铬的电流密度很高。再就是要与镀件有充分的紧密连接,否则电阻会很大而出现故障。对于形状复杂的制件,特别是腔体类产品,还要设置辅助阳极,以利于镀层的分布,图是一种腔体形制品采用辅助阳极的例子。

 

镀铬的阳极也是很特别的,镀铬可以说是电镀工艺中唯一只能用不溶性阳极的镀种。由于金属铬在镀液中的电化学溶解的电流效率很高,因此阳极溶解的速度大大超过其阴极还原的速度,使镀液根本无法保持平衡,解决的办法只有采用不溶性阳极,而靠补充主盐来保持镀液的平衡。常用的阳极为铅、铅锑合金或铅锡合金。在铅中加入6%~8%的锑,可以提高阳极的强度,且耐腐蚀性能和导电性能都较好,所以是采用最多的镀铬阳极。

 

腔体形制品采用辅助阳极示意

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