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镀铬
文章来源:百度百科      发布者:更新   返回目录
主要特点/镀铬
从常用的铬酸镀液镀铬,与其他单金属镀液相比,镀铬液虽成分简单,但镀铬过程却相当复杂,并具有如下特点。
①镀铬液的主要成分不是金属铬盐,而是铬的含氧酸——铬酸,属于强酸性镀液。电镀过程中,阴极过程复杂,阴极电流大部分消耗在析氢及六价铬还原为三价铬两个副反应上,故镀铬的阴极电流效率很低(10%~l8%)。而且有三个异常现象:电流效率随铬酐浓度的升高而下降l随温度的升高而下降;随电流密度的增加而升高。
②在镀铬液中,必须添加一定量的阴离子,如SO42-、SiF62一、F一等,才能实现金属铬的正常沉积。
③镀铬液的分散能力很低,对于形状复杂的零件,需采用象形阳极或辅助阴极,以得到均匀的镀铬层。对挂具的要求也比较严格。
④镀铬需采用较高的阴极电流密度,通常在20A/dm2以上,比一般的镀种高l0倍以上。由于阴极和阳极大量析出气体,使镀液的电阻较大,槽压升高,对电镀电源要求高,需采用大于l2V的电源,而其他镀种使用8V以下的电源即可。
⑤镀铬的阳极不用金属铬,而采用不溶性阳极。通常使用铅、铅一锑合金及铅一锡合金。镀液内由于沉积或其他原因而消耗的铬需靠添加铬酐来补充。
⑥镀铬的操作温度和阴极电流密度有一定的依赖关系,改变二者关系可获得不同性能的铬镀层。
主要用途/镀铬 
镀铬工艺种类众多,按其用途可作如下分类。
①防护一装饰性镀铬 防护一装饰性镀铬俗称装饰铬,镀层较薄,光亮美丽,通常作为多层
电镀的最外层,为达到防护目的,在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚的中间层,然后在光亮的中间层上镀以0.25~0.5μm的薄层铬。常用的工艺有Cu/Ni/Cr、Ni/Cu/Ni/Cr、Cu—Sn/Cr等。经过抛光的制品表面镀装饰铬后,可以获得银蓝色的镜面光泽。在大气中经久不变色。这类镀层广泛用于汽车、自行车、缝纫机、钟表、仪器仪表、日用五金等零部件的防护与装饰。经过抛光的装饰铬层对光有很高的反射能力,可用作反光镜。
在多层镍上镀微孔或微裂纹铬,是降低镀层总厚度,获得高耐蚀性防护一装饰体系的重要途径,也是现代电镀工艺的发展方向。
②镀硬铬(耐磨铬) 镀层具有极高的硬度和耐磨性,可延长工件使用寿命,如切削及拉拔工具,各种材料的压制模及铸模、轴承、轴、量规、齿轮等,还可用来修复被磨损零件的尺寸公差。镀硬铬的厚度一般为5~50μm,也可根据需要而定,有的高达200~800μm。钢铁零件镀硬铬不需要中间镀层,如对耐蚀性有特殊要求,也可采用不同的中间镀层。
③镀乳白铬镀铬层呈乳白色,光泽度低、韧性好、孔隙低、色泽柔和,硬度比硬铬和装饰铬低,但耐蚀性高,所以常用于量具和仪器面板。为提高其硬度,在乳白色镀层表面可再镀覆一层硬铬,即所谓双层铬镀层,兼有乳白镀铬层和硬铬镀层的特点,多用于镀覆既要求耐磨又要求耐腐蚀的零件。
④镀松孔铬(多孔铬) 是利用铬层本身具有细致裂纹的特点,在镀硬铬后再进行机械、化学或电化学松孔处理,使裂纹网进一步加深、加宽。使铬层表面遍布着较宽的沟纹,不仅具有耐磨铬的特点,而且能有效地储存润滑介质,防止无润滑运转,提高工件表面抗摩擦和磨损能力。常用于受重压的滑动摩擦件表面的镀覆,如内燃机汽缸筒内腔、活塞环等。
⑤镀黑铬黑铬镀层色黑具有均匀的光泽,装饰性好,具有良好消光性;硬度较高(130~350HV),在相同厚度下耐磨性比光亮镍高2~3倍;其抗蚀性与普通镀铬相同,主要取决于中间层的厚度。耐热性好,在300℃以下不会变色。黑铬层可以直接镀覆在铁、铜、镍及不锈钢表面,为提高抗蚀性及装饰作用,也可用铜、镍或铜锡合金作底层,在其表面上镀黑铬镀层。黑铬镀层常用于镀覆航空仪表及光学仪器的零部件、太阳能吸收板及日用品的防护与装饰。
电极过程/镀铬
工业上广泛使用的镀铬液由铬酐辅以少量的阴离子构成,镀液中Cr6+的存在形式根据铬酐浓度的不同而有差异,一般情况(Cr03200~400g/L)下,主要以铬酸(CrO42-)和重铬酸(Cr2O72-)形式存在。当pH值小于1时,Cr2072-为主要存在形式;当pH值为2~6时,Cr2O72-与CrO42-存在下述平衡,即
Cr2072-+H20====2H2Cr04-+2CrO]一十2H+
当pH值大于6时,CrO42-为主要存在形式。由此可以看出,镀铬电解液中存在的离子有Cr2072-、H+、cro42-和S042-等。实践证明,除SO42-外,其他离子都可以参加阴极反应,采用示踪原子法对铬酸镀铬过程的研究表明,镀铬层是由六价铬还原得到的,而不是三价铬。这也可由镀铬液的阴极极化曲线(见图4-18)得到。
⑴阴极过程
由恒电位法测定的镀铬液(含硫酸或不含硫酸)
图4—18镀铬阴极极化曲线
1一由250g/L Cr03镀铬溶液中获得;2一由250g/L CrO3,5g/L H2S04的标准镀铬溶液中获得
阴极极化曲线可知,当镀液中不含硫酸时(曲线l),在阴极上仅析氢,不发生任何其他还原反应。当镀液中含有少量硫酸时(曲线2),阴极极化曲线由几个线段组成,在不同的曲线段上发生不同的还原反应。
ab段,随着阴极电流增加,电极电位逐渐负移,阴极上没有氢气析出和铬的生成。阴极区镀液pH值小于1,离子存在形式主要是Cr2072-,此时的阴极反应为
Cr2O72一+14H++6e_2Cr3++7H20
随着电极电位不断负移,b点达到最大值。b点以后,除了Cr2072-还原为Cr3+外,还可观察到阴极表面有大量气泡产生,表明H+离子被还原为氢气。
bc段,同时进行着Cr2072-还原为cr3+和H+还原为H2两个反应,但在这一段中随着电极电位负移,电流逐渐下降,表明电极表面状态发生了变化。胶体膜理论解释为,由于上述两个反应的进行,阴极表面附近的H+被大量消耗,pH值迅速升高(pH值大于3时),当生成的Cr3+离子数量达到Cr(OH)3的溶度积时,便与六价铬生成一层橘黄色的碱式铬酸铬胶体膜Cr(OH)3·Cr(OH)Cr04,覆盖在阴极表面上,阻碍了电极反应的进行,使得反应速度显著下降;又由于镀液中的硫酸对阴极胶体膜有一定溶解作用,使胶体膜的形成和溶解不断交替进行,致使曲线呈现如段形状。
由于氢的不断析出,使阴极区镀液pH值逐渐增大,促进Cr2072-转化成HCr04-离子,使HCrO4-离子浓度迅速增加。当电极电位负移到C点时,CrO42-便开始被还原成金属铬在阴极上析出,反应方程式为
CrO42-+4H++6e-===Cr+4OH一
由此可以看出,只有当阴极电极电位达到c点以后,金属铬才能被还原析出。此时,在阴极上三个反应同时进行,随着阴极电极电位的负移,阴极电流迅速上升,反应速度加快,生成金属铬的主反应占的比重逐渐增大,即随着阴极电流密度的增大,阴极电流效率增加。⑵阳极过程
镀铬所用的阳极是铅、铅锑(含锑6%~8%)或铅锡(含锡6%~8%)合金等不溶性阳极,这是镀铬不同于一般镀种的特点之一。因为在铬酸电解液中,金属铬镀层是由六价铬直接还原得到的。而金属铬阳极溶解时,却是以不同价态的离子形式存在,主要是三价铬的离子形式进入溶液,而且阳极的电流效率接近100%,这将导致三价铬含量迅速增加。而阴极电流效率只有10%~25%,使得镀液的组成不稳定。另外,金属铬硬而脆,不易加工成各种形状。
在正常生产中,铅或铅合金阳极的表面上生成一层暗褐色的二氧化铅膜。
Pb+2H2O一4e—PbO2+4H+
这层膜不影响导电,阳极反应仍可正常进行,其电极反应为
2Cr3++7H2O一6e—Cr2O;
一+14H+2H2O一4e—O2↑+4H+
由上述反应可以看出,在阴极上生成的cr3+离子,在阳极上又重新氧化成Cr2072-离子,从而使电解液中Cr3+浓度维持在一定的水平,以保证镀铬生产的正常进行。当镀液中的三价铬含量过高时,可采用大面积阳极和小面积阴极的方法进行电解处理,以降低镀液中三价铬的含量。在生产中一般控制阳极面积:阴极面积=(2:1)~(3:2),即可使Cr3+浓度保持在工艺允许的范围内。
在不通电时,悬挂于镀液中的铅或铅合金阳极,由于遭受铬酸浸蚀而在其表面形成导电性很差的黄色铬酸铅(PbCr04)膜,使槽电压升高,严重时造成阳极不导电,因此在不生产时,宜将阳极从镀槽中取出,浸在清水中,还应经常洗刷,除去铬酸铅黄膜。若黄膜很牢固,可在碱液中浸几天,待膜软化后,再洗刷除去。此外,镀铬液的分散能力和覆盖能力较差,必须注意阳极的形状和排布,在电镀复杂零件时,宜采用象形阳极和辅助阴极。


 
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