(大连万德厚船舶工程有限公司，辽宁大连116600) 摘要：介绍了一种在锻钢基体上镀硬铬的工艺。研究了铬酐、硫酸、甲酸、三价铬、电流密度、温度等对电镀工艺的影响，确定了较佳的工艺条件为：铬酐220～280g/L，硫酸2.2～2.8g/L，甲酸5g/L，三价铬3～5g/L，温度50～55℃。在此工艺条件下，电流效率可高于20%，同时可获得均匀、光亮、平整的镀铬层。 关键词：镀硬铬;电流效率;硬度;耐磨性 中图分类号：TQ153文献标识码：A文章编号：1000-4742(2012)06-0021-03 0前言 随着世界运输业的快速发展，对发动机内部的运动部件(如活塞、活塞环等)在高温工作条件下的耐磨性和稳定性的要求越来越高。由于铬具有耐磨性好、硬度高、摩擦因数低、熔点高等优点[1]，已在工业中得到广泛应用。但传统镀铬工艺存在电流效率低(一般为8%～16%)、镀速慢、镀液温度高、能耗大等问题，特别是在锻钢件上镀较厚硬铬层(700μm)时显得尤为突出。考虑到技术和经济方面的限制，本文提出了一种高效稳定的锻钢件镀铬工艺，所得镀铬层均匀、光亮，硬度高，耐磨性好。 1试验 1.1工艺流程 阴极电解除油→清洗→阳极活化→镀铬 1.2镀液组成及工艺条件 铬酐150～360g/L，硫酸1.4～3.7∥L，甲酸1.0～7.Og/L，三价铬2.0～10.Og/L，40～65℃，阳极铅—锡合金。 2结果与讨论 2.1铬酐的影响 铬酐是镀铬液的主要成分之一，其质量浓度对电流效率影响很大。随着铬酐的质量浓度的增加，镀液的电导率和覆盖能力均有所提高，但电流效率降低。图1为铬酐的质量浓度对电流效率的影响。由图1可知：当铬酐的质量浓度大于300g/L时，电流效率的下降趋势明显;当铬酐的质量浓度小于150g/L时，电流效率大于22%，但较低的铬酐的质量浓度会导致槽电压升高，大大增加镀液对杂质离子(如Fe3+)的敏感性，直接影响镀液的稳定性，同时镀液的覆盖能力也变得很差，这是生产厂家所不能接受的;当铬酐的质量浓度为220～280g/L时，电流效率能达到20%左右，且变化缓慢，易于控制。考虑到电流效率和镀液的稳定性，本工艺中铬酐的质量浓度控制在220—280g/L。  2.2硫酸的影响 硫酸是镀铬液的催化剂，其质量浓度对镀层质量影响很大。硫酸的质量浓度过高或过低，均会引起镀层“露黄”、带黄彩膜或者蓝彩膜、烧焦和发雾等问题。更重要的是，镀液中硫酸的质量浓度与铬酐的质量浓度有着密切的联系[2]。在确定了铬酐的质量浓度的基础上，探索合理的铬酐与硫酸的质量浓度比。图2为铬酐与硫酸的质量浓度比对电流效率的影响。由图2可知：当ρC3rO3：ρSO42-为100:1时，电流效率最高，可达到20%，并且镀层的外观质量和性能均较好;当ρC3rO3：ρSO42-为95:1时，镀层的光亮度和致密性好，但电流效率和镀液的覆盖能力下降;当ρC3rO3：ρSO42-大于100：1时，镀液的覆盖能力较好，但镀层的光亮度降低，镀层发花粗糙。综上所述，本工艺确定ρC3rO3：ρSO42-为100:1，硫酸的质量浓度控制在2.2～2.8g/L范围内。  2.3甲酸的影响 在镀铬工艺中，添加甲酸能有效地提高电流效率。图3为甲酸的质量浓度对电流效率的影响。由图3可知：当甲酸的质量浓度为5g/L时，电流效率最高，可达到20%;当甲酸的质量浓度小于或大于5g/L时，电流效率均逐渐降低[3]。此外，当甲酸的质量浓度为3～5g/L时，能提高镀液的分散能力和深镀能力，显著拓宽光亮电流密度范围，镀层光亮平滑，呈银白色。为了获得较高的电流效率和平整光亮的镀铬层，本工艺选取甲酸的质量浓度为5g/L。  2.4三价铬的影响 三价铬的质量浓度应该保持在一个较低的水平。因为随着三价铬的质量浓度的增加，会出现镀液的分散能力降低，镀层乌暗粗糙、光亮度差，光亮电流密度范围变窄等问题。然而，当三价铬的质量浓度过低时，沉积速率慢，镀层软，镀液的覆盖能力差。为了得到平整光亮的镀铬层，本工艺选取三价铬的质量浓度为3～5g/L。 2.5电流密度和温度的影响 对于功能性镀铬层而言，具有较高的硬度和耐磨性是必要的条件之一。试验过程中，参照ISO6507-1:1982，测量镀层的硬度。当电流密度为45A/dm2，温度为50℃时，镀层的硬度为7250MPa，检测到的微裂纹，如图4所示。当电流密度为50A/dm2，温度为55℃时，镀层的硬度为11000MPa，检测到的微裂纹，如图5所示。当电流密度升高至60A/dm2时，镀层的硬度大于12000MPa。   本工艺针对锻钢镀硬铬，将镀层的硬度控制在8500～11000MPa范围内是比较合理的。因为硬度越高脆性越大，追求过高的硬度，有可能导致镀层的内应力过高，脆性过大，从而使镀层的结合力与耐磨性下降。另外，我们可以通过微裂纹的储存润滑油的作用来提高镀层的耐磨性。因为对于内燃机气缸、活塞头等部件，一般在高压和高温的条件下工作，处于“干摩擦”或“半干摩擦”状态。在受到摩擦时，微裂纹储存的润滑油被挤出，溢流在摩擦表面上，由于毛细管的作用，润滑油可以沿微裂纹流向油少的地方，从而改变了摩擦状态，降低摩擦因数。 考虑到镀层的硬度和微裂纹的数量均与镀层的结晶速率和细密性有关，当电流密度升高时，镀液的电流效率升高，结晶速率加快，使镀层的结晶更细密，网状裂纹数量增加[4]。但是随着电流密度的不断升高，网状裂纹数量增多，镀层的耐蚀性降低。由此，本工艺采用电流密度为50A/dm2，温度为50～55℃的工艺条件，所得镀层的硬度为8500～11000MPa，生成的裂纹数为250～800条/cm。 2.6镀液中杂质的影响 镀液中的铁杂质会造成电解液不稳定，光亮范围缩小，镀液的分散能力和电流效率下降，镀层出现斑点等问题。所以本工艺要求将铁杂质的质量浓度控制在8g/L以下。此外，镀铬液被铜杂质污染后，所得的铬层质量欠佳，镀层中间部位发暗，端面不平整，电流稍大易烧焦。所以铜杂质的质量浓度应控制在3g/L以下。 3结论 通过试验研究，确定锻钢镀硬铬较佳的工艺条件为：铬酐220～280g/L，硫酸2.2～2.8g/L，甲酸5g/L，三价铬3～5g/L，温度50～55℃。在此工艺条件下，电流效率可高于20%;镀层厚度达到700μm;镀层表面平整、光亮、分布均匀;镀层的硬度高于8500MPa，特有的网状不连续微裂纹能起到较好的储油作用，从而提高镀层的耐磨性。 参考文献： [1]张允诚，胡如南，向荣.电镀手册[M].北京：国防工业出版社，1997. [2]CHESSINH.Platingfunctionalchromiumathighefficiencywithnocathodicetching[J].PlatingandSurfaceFinishing,1984,71(10)：68-70. [3]周琦，史敬伟，程秀莲，电镀铬添加剂的对比研究[J].电镀与精饰,2006,28(2)：37-39. [4]关山，张琦，吴隽贤，等，高效镀铬工艺镀层性能的研究[J].电镀与涂饰,2000,19(4)：8-13. |
