| 1 概述 直到19世纪20年代中期，镀液中用硫酸作为催化剂，才有了实用的电镀工艺，称为第一代镀铬添加剂，又被称为标准镀铬或普通镀铬。此工艺电流效率很低(12-15%)，分散能力差，覆盖能力低，不过此工艺已很成熟，镀液较稳定，应用广泛。50年代开始用氟化物或氟化络(配)合物作催化剂，全部或部分代替硫酸根，阴极电流效率提高到18-22%，分散能力和覆盖能力都有所提高，称为第二代镀铬添加剂。但是氟化物腐蚀性极强，特别对零件凹部腐蚀严重，损坏了零件，并将铁离子作为杂质引入镀液。氟对阳极，槽体及设备(包括玻璃及陶瓷材料)也有严重腐蚀作用。此镀液对杂质(如铁)更加敏感，氟的分析又比较麻烦，由于以上缺点，应用不普通。80年代国际上推出不含氟，无腐蚀的第三代镀铬添加剂，现已广泛应用。它将阴极电流效率提高到25%左右，可使用较大电流。 2 工艺特点 最适宜镀硬铬，微裂纹铬，松孔铬及光亮镀铬，也可用于装饰铬和乳白铬。 本工艺阴极电流效率22-27%，不含氟，无腐蚀;镀层光亮细致;镀层均匀，覆盖能力强;镀层硬度高，可达1000HV以上;微裂纹数达400-1000条/厘米;镀液稳定，易操作和维护;沉积速度比普通镀铬快1倍左右，省工省时，节电;普通镀铬溶液及硼酸镀铬液可直接转化。 3 工艺规范
镀液的配制与普通镀铬相同，配好后加入STHC添加剂即可。若原来是普通镀铬或硼酸镀铬，在镀液中加入STHC添加剂即可。原料不纯往往使电镀质量下降，甚至造成故障，可采用预先净化处理过的浓缩镀液配槽。添加剂消耗很少，主要是镀件及铬雾带出，电镀硬铬时如阴极电流密度为40 A/dm2，添加量2-4ml/KAh;阴极电流密度为60 A/dm2，添加量1-3ml/Kah。 阳极可用铅锡合金(锡7%)，铅锑合金;建议镀槽用钛或钢槽内衬塑。 4 镀液 4.1 镀液中铬以Cr+6形式存在，它在阴极还原为金属铬， 同时也产生一部分Cr+3。铬酐浓度控制在150-350 g/l之间为宜，浓度增高，配槽成本增加，电流效率有所下降，镀层硬度较低。浓度低于200 g/l电导率急剧下降，槽电压上升，能耗增加，此能量又转化为热能，使槽液温度上升，冷却水用量增加。低浓度对杂质的承受能力下降，从节能节水及镀液稳定性考虑，不宜采用更低浓度镀液。 4.2 硫酸是Cr+6还原为金属铬的催化剂，没有硫酸，阴极上只产生氢气，无金属铬沉积。铬酐与硫酸的比例可在50-180之间，此范围比普通镀铬液的比例宽。当铬酐浓度为250时，硫酸可用2.5，这时电流效率较高，镀层、镀液性能较好。工业铬酐中含有硫酸根，且因产地，批号不同含量也不同。在配制时应先分析再添加。 4.3 工业级铬酐中总含有Cr+3，阴极电解时也会产生一部分Cr+3， Cr+3浓度增大时，镀液颜色变深，电阴增大槽电压升高，镀层粗糙、灰暗、发脆，易长毛刺，光亮电流密度范围变窄。镀液对的容忍度比较大，但仍要尽量减少Cr+3，最好不超过10g/l，浓度过高时，可用大阳极小阴极电解，在阳极上Cr+3被氧化成 Cr+6。铁是最易引入的杂质，由于铬酸的氧化性，铁以Fe+3的形式存在于镀液中。Fe+3浓度在10g/l以内，对镀层及镀液性能影响很小，Fe+3增大会产生与Cr+3相似的不良影响。Cr+3和Fe+3的总浓度若超过25g/l时，将产生较严重的影响。Fe+3的来源主要是镀件的反电解浸蚀，镀件落入镀槽以及清洗不净而造成，铬酐不纯、水中铁离子也是引入铁杂质的原因。Cu+2、Ni+2、NO3-、PO4-3、Cl-、F-都有可能进入镀液，成为杂质，产生不良影响。Cl-、F-还有较强的腐蚀性，要尽量避免这些杂质进入镀液。 4.4 STHC添加剂属第三代催化剂，不含氟，无稀土，在铬酸溶液中有较大的溶解度。镀液具有整平性，镀层更光亮，并且具有微裂纹。STHC添加剂浓度可控制在6-10ml/l，低于6ml/l，效果较差;高于10 ml/l镀液性能有所提高，但不明显。铬酐浓度高时，STHC添加剂也要相应多加，反之少加。 镀液的温度和电流密度与镀液的性能，镀层性质有关，这两个参数互相关联，当改变其中一个时，另一个也必须相应改变。 STHC镀液的阴极电流效率随阴极电流密度的升高而增大。在60℃，电流密度由30 A/dm2增加到80A/dm2时，电流效率由22%增加至27%。电流密度低于15A/dm2时，镀层发灰;高于110A/dm2时，长毛刺甚至烧焦。高电流密度区可用阴极保护或屏蔽来改善。一般说来，温度低时，电流密度也要相应减少，温度高时，电流密度增大，用60℃较适宜。在文中所给条件下，获得光亮镀层温度和电流密度的范围见图。 这是用直流电镀的情况，若用周期换向电流，可使用更大的电流密度，镀层更光亮。 4.5 电流效率和沉积速度 STHC镀铬与普通镀铬相比，电流效率高，可用较大的电流。所以沉积速度快得多。在时电流密度，电流效率与沉积速度的关系见表： 阴极电流密度;A/dm2 20 40 60 80 100 阴极电流效率;% 21.0 23.1 25.0 27.0 28.5 沉积速度;µm/h 19.0 41.7 68.0 97.8 129.0 4.6 分散能力与覆盖能力 用50mm×100mm钢片对折90○角，按直角阴极法测其覆盖能力(深镀能力)，试片内部全部镀上铬;试片折成30○的内角电镀，内侧表面也全部镀上了铬。 4.7 光亮度与整平性 STHC镀铬添加剂既是催化剂又是光亮剂;且有整平性能，在未抛光的基体上可得到高亮度的铬镀层，镀层越厚越光亮。普通镀铬时光亮度差，镀装饰铬时要在光亮的基体表面上镀一层很薄的铬(约为0.2-0.5µm)，瑞镀厚则光亮度下降，而STHC镀铬却越厚越亮。 4.8 镀层硬度 用ISOMAM104-A显微硬度度测得≥1000HV。 4.9 镀层结合力 按GB5270-85做热震试验，镀层厚30µm，加热至300℃，保温1小时，然后在室温水中骤冷，不出现起泡、剥落。用0.75mm低碳钢片做弯曲试验，镀层厚为20µm，反复弯曲至断裂，无镀层剥落。再用一试片先镀上15µm铬，取出清洗干净，吹干，再活化，清洗后镀上25µm铬层，经反复弯曲，铬层之间无剥离。当试片镀上15µm铬后，取出用水清洗干净，不经活化，再镀上20µm铬层，作弯曲试验也无剥落。 4.10 腐蚀性 STHC镀铬添加剂不含氟，腐蚀性小，用小电流电解试片，对基体的腐蚀与普通镀铬相当。对阳极而言，用铅锡合金(含锡7%)做阳极，在普通镀铬液与STHC镀铬液中电解608A·h后，在普通镀铬液中的阳极损失为0.37g，合计0.609g/KAh，而在STHC镀铬液中阳极损失只有0.25g，合计0.41 g/KAh，所以STHC镀铬液对阳极腐蚀作用比普通镀铬液小。 4.11 微裂纹 微裂纹可大幅提高镀层防蚀性，对于磨擦件，由于裂纹中可贮存润滑油，从而大大提高其使用寿命。一般采用240-800条/cm裂纹，STHC镀铬一般情况下可产生400-800条/cm微裂纹。 选择70℃, 15A/dm2电流密度，在STHC镀铬液中可得到硬度较低，无裂纹的乳白铬。 |
