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鍍鉻 鉻是一種微帶天藍色的銀白色金屬。電極電位雖然很負，但它有很強的鈍化性能，在大氣中很快鈍化，顯示出具有貴金屬的性質(zhì)，所以鋼鐵零件鍍鉻層是陰極鍍層。鉻層在大氣中很穩(wěn)定，能長期保持其光澤，在堿、硝酸、硫化物、碳酸鹽以及有機酸等腐蝕介質(zhì)中非常穩(wěn)定，但可溶于鹽酸等氫鹵酸和熱的濃硫酸中。鉻層硬度高（HV800～110kg/mm2），耐磨性好，反光能力強，有較好的耐熱性。在500℃以下光澤和硬度均無明顯變化；溫度大于500℃開始氧化變色；大于700℃時才開始變軟。 由于鍍鉻層的優(yōu)良性能，廣泛用作防護—裝飾性鍍層體系的外表層和機能鍍層。 傳統(tǒng)的鍍鉻工藝，其電鍍液以鉻酸為基礎，以硫酸作催化劑，兩者的比例為100：1。工藝的優(yōu)點為：鍍液穩(wěn)定，易于操作；無論鍍光亮鉻還是鍍硬鉻，鍍層質(zhì)量都比較高，具有光亮、耐磨、穩(wěn)定等優(yōu)點，所以一直得到廣泛的應用。其缺點為：（1）陰極電流效率非常低，一般只有8%～16%，這樣，鍍速相當慢，消耗的能量也相當大；（2）鉻酸濃度高，含鉻廢水和廢氣污染大，材料浪費嚴重；（3）鍍液溫度較高，能量浪費大；（4）鍍液的分散和覆蓋能力差，形狀復雜的零件必須采用象形陽極、防護陰極和輔助陽極才能得到厚度均勻的鍍層。因此，國內(nèi)外電鍍界一直致力于改革高鉻傳統(tǒng)鍍鉻工藝，為降低鉻酸濃度，減少其危害，提高鍍鉻效率進行著廣泛的研究和探索?，F(xiàn)已獲得一定的成果。 改善傳統(tǒng)鍍鉻工藝一般都采用在鉻酸鍍液中加添加劑的辦法。這些添加劑可分為四類：（1）無機陰離子添加劑（如  、F－、 、 、 、 、 、 等）；（2）有機陰離子添加劑（如羧酸、磺酸等）；（3）稀土陽離子添加劑（如La3+、、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+等）；（4）非稀土陽離子添加劑（如Sr2+、Mg2+等）。在改善傳統(tǒng)鍍鉻工藝的過程中出現(xiàn)了三種較為突出的工藝：（1）以氟化物為催化劑的鍍鉻工藝；（2）以氯、溴、碘及穩(wěn)定的羧酸作催化劑的鍍鉻工藝；（3）以稀土作添加劑的鍍鉻工藝。 一、鍍鉻的一般特性 （一）鍍鉻特點 1.鍍鉻用含氧酸做主鹽，鉻和氧親和力強，電析困難，電流效率低； 2.鉻為變價金屬，又有含氧酸根，故陰極還原過程很復雜； 3.鍍鉻雖然極化值很大,但極化度很小,故鍍液的分散能力和覆蓋能力很差,往往要采用輔助陽極和保護陰極； 4.鍍鉻需用大電流密度，而電流效率很低，大量析出氫氣，導致鍍液歐姆電壓降大，故鍍鉻的電壓要比較高； 5.鍍鉻不能用鉻陽極，通常采用純鉛、鉛錫合金、鉛銻合金等不溶性陽極。 （二）鍍鉻過程的特異現(xiàn)象 鍍鉻與其它金屬電沉積相比，有如下特異現(xiàn)象： （1）隨主鹽鉻酐濃度升高而電流效率下降； （2）隨電流密度升高而電流效率提高； （3）隨鍍液溫度提高而電流效率降低； （4）隨鍍液攪拌加強而電流效率降低，甚至不能鍍鉻。 上述特異現(xiàn)象均與鍍鉻陰極還原的特殊性有關。 二、鍍鉻層的種類和標記 （一）防護—裝飾性鍍鉻 防護—裝飾性鍍鉻，俗稱裝飾鉻。它具有防腐蝕和外觀裝飾的雙重作用。為達此目的在鋅基或鋼鐵基體上必須先鍍足夠厚度的中間層，然后在光亮的中間鍍層上鍍以0.25～0.5μm的薄層鉻。例如鋼基上鍍銅、鎳層再鍍鉻、低錫青銅上鍍鉻、多層鎳上鍍鉻、鎳鐵合金鍍層上鍍鉻等等。 在現(xiàn)代電鍍中，在多層鎳上鍍?nèi)∥⒖谆蛭⒘鸭y鉻是降低鍍層總厚度，又可獲得高耐蝕性的防護—裝飾體系，是電鍍工藝發(fā)展的方向。 在黃銅上噴砂處理或在緞面鎳上鍍鉻，可獲得無光的緞面鉻，是用作消光的防護—裝飾鍍鉻。 裝飾性鍍鉻是鍍鉻工藝中應用最多的。裝飾鍍鉻的特點是：（1）要求鍍層光亮；（2）鍍液的覆蓋能力要好，零件的主要表面上應覆蓋上鉻；（3）鍍層厚度薄，通常在0.25～0.5μm之間，國內(nèi)多用0.3μm。為此裝飾鍍鉻常用300～400g/L的高濃度，近些年來加入稀土等添加劑，濃度可降至150～200g/L，覆蓋能力、電流效率明顯提高，是研究開發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)應用的發(fā)展方向。 防護—裝飾鍍鉻廣泛用于汽車、自行車、日用五金制品、家用電器、儀器儀表、機械、船舶艙內(nèi)的外露零件等。經(jīng)拋光的鉻層有很高的反射系數(shù)，可作反光鏡。 按照國際ISO標準，防護—裝飾性鍍鉻標記方法如下： 分類標記構成： Fe——基體金屬鋼鐵的化學符號。 Cu——銅的化學符號，數(shù)字表示銅鍍層最低厚度（μm）； Ni——鎳的化學符號，數(shù)字表示鎳鍍層最低厚度（μm）。 表示鎳鍍層類型的符號： b——光亮鎳鍍層； p——暗鎳或半光亮鎳鍍層，欲得到全光亮鍍層需拋光； d——雙層或三層鎳鍍層； Cr——鉻的化學符號。 表示鉻鍍層類型及其最低厚度的字符： r——普通（標準）鉻； f——無裂紋鉻； mc——微裂紋鉻； mp——微孔鉻。 分類標記示例：鋼鐵上由20μm（最低）銅、25μm（最低）光亮鎳和0.3μm（最低）微裂紋鉻構成的鍍層的分類標記可寫成：Fe/Cu20/Ni25b Cr mc0.3 幾個術語的解釋： 最低厚度——零件主要表面上能被直徑20mm的球接觸到的任何一處鍍層厚度必須達到的最小值。 主要表面——指零件上的某些表面，該表面上的鍍層對于零件的外觀和使用性能起主要作用。 無裂紋鉻（Crf）——按ISO規(guī)定的試驗方法檢查時不出現(xiàn)裂紋。 微裂紋鉻（Cr mc）——按ISO規(guī)定的試驗方法檢查時，有效面所有方向上每1cm長度可有250條以上的裂紋，裂紋呈網(wǎng)孔狀結(jié)構。 微孔鉻（Cr mp）——按ISO規(guī)定的試驗方法檢查時，微孔密度至少為10000孔/cm2以上。 （二）硬鉻（耐磨鉻、工業(yè)鍍鉻） 在一定條件下沉積的鉻鍍層具有很高硬度和耐磨損性能，硬鉻的維氏硬度達到900～1200kg/mm2,鉻是常用鍍層中硬度最高的鍍層，可提高零件的耐磨性，延長使用壽命。如工、模、量、卡具；機床、挖掘機、汽車、拖拉機主軸；切削刀具等鍍硬鉻。鍍硬鉻可用于修復被磨損零件的尺寸公差。嚴格控制鍍鉻工藝，準確地按規(guī)定尺寸鍍鉻，鍍后不需再進行機械加工的則稱為尺寸鍍鉻法。 （三）乳白鉻鍍層 在較高溫度（65～75℃）和較低電流密度下（20±5A/dm2）獲得的乳白色的無光澤的鉻稱為乳白鉻。鍍層韌性好，硬度較低，孔隙少，裂紋少，色澤柔和，消光性能好，常用于量具、分度盤、儀器面板等鍍鉻。 在乳白鉻上加鍍光亮耐磨鉻，稱為雙層鍍鉻。在飛機、船舶零件以及槍炮內(nèi)腔上得到廣泛應用。 （四）松孔鍍鉻 通常在鍍硬鉻之后，用化學或電化學方法將鉻層的粗裂紋進一步擴寬加深，以便吸藏更多的潤滑油脂，提高其耐磨性，這就叫松孔鉻。松孔鍍鉻層應用于受重壓的滑動摩擦件及耐熱、抗蝕、耐磨零件，如內(nèi)燃機汽缸內(nèi)腔、活塞環(huán)等。 （五）黑鉻 在不含硫酸根而含有催化劑的鍍鉻中，可鍍?nèi)〖兒谏你t層，以氧化鉻為主成分，故耐蝕性和消光性能優(yōu)良，應用于航空、光學儀器、太陽能吸收板及日用品之防護—裝飾。 三、鍍鉻液的種類和特性 （一）普通鍍鉻溶液 這是應用量大、面廣的一種鍍液，基本組分是鉻酐和硫酸，按鉻酐濃度可分為低、中、高濃度三種。 低濃度通常系指鉻酐含量為120g/L以下的鍍液。具有減少污染、降低成本、電流效率比較高（18%～20%）、鍍層光亮度好、光亮電流密度范圍寬等優(yōu)點。缺點是需槽電壓較高，鍍液覆蓋能力較差，適合于零件形狀較簡單的場合。 中濃度通常系指鉻酐含量為180～250g/L的鍍液。鉻酐250g/L，硫酸根2.5g/L的鍍液稱為標準鍍鉻液，多用于鍍硬鉻。在這類鍍液中加入鍍鉻添加劑，特別是混合稀土金屬鹽添加劑，鍍液性能則有很大改善：①可將鉻酐濃度降低到150～180g/L以內(nèi)，鍍液的覆蓋能力明顯提高，超過高濃度液；②可降低析鉻的臨界電流密度值，可采用較低電流密度（如8～10A/dm2），而電流效率卻能達到20%以上，槽電壓低于10V，故有明顯的節(jié)電效果；③可實現(xiàn)常溫電鍍，在15～50℃之間均可施鍍，有利于節(jié)約能源，提高工效。綜合經(jīng)濟和環(huán)境效益好。這是現(xiàn)代電鍍鉻工藝的發(fā)展方向。 高濃度系指鉻酐濃度為300～400g/L的鍍液。具有較高分散能力和覆蓋能力，主要用于裝飾性鍍鉻。這種鍍液帶出損失多、對環(huán)境污染較嚴重。電流效率低（8%～13%）。隨著稀土等鍍鉻添加劑的開發(fā)和應用，這類鍍液已逐漸縮減。 |
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