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电镀的分类与选择

2019.06.01

普通电镀主要是指常规单金属电镀,诸如镀Cu、Ni、Cr、Sn、Zn、Cd等,它是复合电镀、非金属电镀、电镀合金、刷镀及电镀稀贵金属等特殊电镀加工的基础。不同的单金属电镀覆层具有不同的性质用途,采用的工艺也各有其特点,但其基本理论相近。今天就来说说镀铬的分类及应用情况。

镀铬层的性质和用途

镀铬层按其用途主要分为防护装饰性镀铬和耐磨镀铬两大类。前者的目的是防止基体金属生锈和美化产品的外观,后者的目的是提高机械零件的硬度、耐磨、耐蚀和耐温等性能。

铬是稍带蓝色的银白色金属,在大气中具有强烈钝化能力,能长久保持光泽。镀铬层有很高的硬度和优良的耐磨性,它的硬度为HV1000左右。

镀铬层有较好的耐热性,在空气中加热到500℃时,其外观和硬度仍无明显的变化。镀层的反光能力强,仅次于银镀层。

镀层厚度0.25μm时是微孔性的,厚度超过0.5μm时,镀层出现网状微裂纹,镀层摩度超过20um时,对基体才有机械保护作用。

防护装饰性镀铬

防护装饰性镀铬的目的是为了防止金属制品在大气中腐蚀生锈和美化产品的外观,也常用于非金属材料,最常见的是塑料制品。

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防护装饰性镀铬大量应用于汽车、摩托车、自行车、缝纫机、钟表、家用电器、医疗器械、仪器仪表、家具、办公用品以及日用五金等产品。防护装饰性镀铬的特点如下:

(1)镀层很薄,厚度只需0.25~0.3μm;

(2)镀铬层对钢铁基体是阴极性镀层,因此必须采用中间镀层才能达到足够的防蚀效果:

(3)铬层光滑,光亮美观。

目前,防护装饰性镀铬可分为一般防护装饰性镀铬和高耐蚀性防护装饰性镀铬。前者用普通镀铬溶液,适用于室内环境使用的产品;后者用特殊的工艺条件改变镀铬层结构,从而达到高的耐蚀性,适用于室外较严酷条件下的产品。

1.一般防护装饰性镀铬

钢铁、锌合金和铝合金镀铬必须采用多镀层体系,如铜/铬、镍/铜/镍/铬、半亮镍/光亮镍/铬、三层镍/铬、低锡青铜/铬等。

铜及铜合金的防护装饰性镀铬,可抛光后直接镀铬,但一般在镀光亮镍后进行镀铬,可更耐腐蚀。

目前,国内多采用铜/镍/铬镀层体系,大多采用普通铬溶液,有特殊要求时使用复合镀铬溶液。 铬酸酐浓度300g/L左右,为了防止铬层产生粗裂纹,采用

电镀的分类与选择

 

具有导电性好、槽电压饭,溶液变化范限小等的优点,Cr选电哪种防护装饰性线络溶液和操作条件还应根据户品的基体材料积中间层而定

2.高耐蚀性防护装饰镀辂

20世纪50年代中期以来,在防护装饰性镍/铬或铜/镍/铬渡层体系中,多层镍的应用显著提高了镀件的耐蚀性能,进一步的研究表明,镍/铬镀层的耐蚀性能不仅与镍层的生质和厚度有关,同时在很大程度上还取决于镀层的结构特征。铬的电沉积与其他电镀工艺相比不仅槽液特殊,而且形成金属铬的性质也不同。如果在标准镀铬溶液(铬酸酐250g/L.硫酸2.5g/L)中进行镀铬,虽然镀层厚度仅为0.25~0.5μm,但由于内应力高,铬层表面分会产生稀疏的粗裂纹。这不仅造成镀件外观缺陷,更严重的是加重了底层的腐蚀,由于这一原因,发展了无裂纹镀铬工艺。虽然无裂纹铬在加速腐蚀实验和暴露实验中具有良好的耐地性,但在使用过程中,铬层仍要产生粗裂纹。 在特定条件下,铬层表面的裂纹和孔隙不仅无害,反而能提高整个镀层体系的耐蚀性。20世纪60年代中期,国外对镀铬层微观结构进行了研究,开发了更耐蚀性的微裂纹铬和微孔铬新工艺。

(1)微孔铬 形成微孔铬的是通过光亮镍取得的,即所谓镍封法(Nickel Seal)。在光亮镍中加人一些不溶性的非导体颗粒,如硫酸钡、二氧化硅等,在促进剂的作用下,用压统空气强烈搅拌镀液,使固体颗粒均匀地与镍共沉积。镀铬时,在非导体颗粒上就镀不上铬而形成微孔铬层。这种工艺的关键是如何选择性能良好的促进剂,促进固体颗粒能均匀地分布在镍层中。不溶性非导体颗粒的直径应小于1μm。镍封层厚度为0.5~1.0μm。

(2)微裂纹铬 20世纪60年代中期,开发了电镀高应力镍产生微裂纹铬新工艺。其方法是在光亮镍上再电镀一薄层(约 1微米)高应力镍,具有很高内应力的镍层,极易形成微裂纹,随后镀铬,铬层就形成微裂纹铬。铬层厚度为0. 25μm国外称为PNS (Pots NickelStrike}工艺。

镀耐磨铬

镀耐磨铬是种功能性电镀, 主要目的是利用铬的特性以提高机械零件的硬度、耐磨、耐湿 和耐蚀等物化性能。

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耐磨铬的应用非常广泛,如机械模具、塑料模具、玻璃模具、化工耐蚀阀门、发动机曲轴,汽虹活塞和活塞环、光学刻度尺、印刷滚筒、纺织印花滚筒、造纸滚筒以及工具、量具、切削刀具等。这些产品经过镀耐磨铬后,可以延长使用寿命。耐磨铬的另一个用途是修复磨损零件和切削过度的工件,使这些零件重复使用。

需要镀耐磨铬的零件,大多是碳钢基体,亦有铝和铝合金、锌合金、不锈钢以及高合金钢等材料。基体材料都必須按照各自的特性和电镀工艺的妻求进行镀前处理。

耐磨铬层的厚度般为2~50μm, 根据零件的要求选择。零件的修复镀络厚度可达800~1000μm。对于钢铁零件不需用中间镀层。

现在国内大多采用普通镀铬溶液镀耐磨铬,其配方和工艺条件如下:

鉻酸酐 225~ 250g/L

硫酸 2.25~ 2.50g/L

三价铬 3~8g/L温度 50~ 60°C

电流密度 55~ 60A/dm2

镀松孔铬

微松孔络主要应用在摩擦状态下工作的零件,如内燃机的气红套、活塞环及转子发动机等易造成干摩擦的状态的内腔等。

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镀铬层表面的润油性很差。尤其是承受高压高速和高温等感恶劣条件下的工作零件,容易造成干摩擦状态,因而零件的使用寿命显著下降。为了提高铬层表面的润湿性能,可用镀松孔铬法解决,镀松孔铬有以下几种方法:

(1)机械法 在经过喷砂和磨光的基体表面上,用滚压工具使基体表面压成圆锥或者小坑。镀铬后保留着这些小坑, 此法简便, 易于控制,但与润滑油的附着性能不够理想。

(2)化学法 在镀铬表面上用盐酸处理,使镀铬层原有的裂纹和孔隙加大和加深,此法铬层损耗多且难以均匀溶解。

(3)电化学法 零件经镀耐磨铬后,进行阳极松孔处理,使耐磨铬层上原有的浅窄网状裂纹夸大加深。镀铬表面就产生储存润滑油的功能,提高零件的抗府能力。

电化学法镀松孔铬的网状裂纹主要依赖于镀耐磨铬上原有的裂纹密度,因此必须严格控制镀铬溶液的成分和工艺条件。

镀黑铬

采用化学或电化学方法形成的黑色覆盖层中,以电沉积黑铬的物化性能较优良,它不仅具有魂丽的装饰性,而且还有耐磨、耐蚀和耐高温等优点。

黑铬镀层既可美化产品的外观,又可用作特殊要求的功能性黑色镀层,如武器、光学仪器、照相器材以及部分轻工产品如金笔、自行车零件等。

黑铬镀层是由金属铬和铬的氧化物组成,其氧化物的形式主要是Cr2O3。黑铬镀层的硬度为HV130~150,镀层与底层的结合力也很好,其耐蚀性能与普通镀铬相同,主要决定于中间镀层的厚度。

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节选自《表面及表面特种加工》


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