镀硬铬的目的主要是利用铬镀层的高硬度、耐磨性及抗腐蚀性，以提高机械零件的耐磨性和修复被磨损机件的尺寸等。 镀硬铬本质上与镀装饰铬无区别，目前广泛使用的仍是常规镀铬液。为了提高镀铬速度，近期来研究成功的高效镀硬铬工艺也在工业生产获得较广泛的应用。 一、高效镀硬铬 1984年，美国M&T化学公司，成功地推出新型镀铬工艺。此工艺简称为HEET(即HighEffi-265ciencyEtchFree，意为高效率无侵蚀)工艺。镀液中不含氟，故不侵蚀镀件的低电流密度区。当阴极电流密度为60A／dm2时，其电流效率可达25％。目前安美特(广州)化学有限公司的HEEF-25产品已在国内外广泛使用。 国内许多单位在这方面做了许多卓有成效的研究，并已有成熟商品供应市场。例如南京晶晶表面技术公司的ST-927、天津中盛表面技术有限公司的LY-2000、东方表面技术有限公司的BCH—s及厦门市宏正化工有限公司的KRH-5等。 高效镀铬液是在传统镀铬溶液的基础上，再加入一种或几种有机添加剂并辅加少量的无机化合物，使其获得优良的性能。 1．高效镀铬的工艺特点 (1)具有较高的电流效率及沉积速度，阴极电流效率为22％～27％，较传统镀铬液高出1倍，从而降低电能消耗。由于高效镀铬允许采用较高的电流密度，沉积速度可大幅度提高。表3—5—l4所列为沉积速度比较表，图3—5—15及图3—5—16所示为阴极电流效率及沉积速度的比较情况。 (2)铬层的硬度高，HEEF-25的显微硬度为HV900～HVl000。图3—5—17所示为镀层经过2h热处理后的硬度保留百分率。 (3)耐磨性一般可提高20％，滑动摩擦提高25％。 表3—5—14沉积速度比较   图3—5—16沉积速度的比较  图3—5—15阴极电流效率的比较  图3—5—l7镀层经过2h热处理后硬度保留百分率 (4)镀铬层具有高的裂纹条，一般可达400条／cm，裂纹的表面显微图像，如图3—5—18所示。由于铬层是微裂纹组织，因而使腐蚀分散，提高了铬层的抗蚀能力。 (5)可使用高电流密度，在70A／dm2以下电镀，一般不会产生镀层烧焦及粗糙等现象。此外，该镀液中不含氟化物，工件低电流密度区不会产生侵蚀。 (6)镀液的分散能力优于传统镀铬。 (7)传统的镀铬工艺很容易转化成高效镀铬，只要将镀液中的金属杂质低于7．5g／L、氟化物不大于0．2g／L、氯离子不超过100mg／L，再加适量的添加剂即可。  图3—5—18各种不同镀铬层的表面及横截面的显微图像 2．高效镀铬液的组成及操作条件 安美特(广州)化学有限公司的HEEF-25的高效镀铬的镀液组成及操作条件见表3—5—15及表3—5—16。 表3—5—15HEEF-25镀液组成及操作条件  表3—5—16HEEF-25镀液添加剂补充方法  国内生产的高效镀铬液商品，其镀液组成及操作大致相同，仅添加剂的种类或数量上有所差别， 以南京晶晶表面技术公司的ST-925为例，其镀液的组成及操作见表3—5—17。． 表3—5—17ST-925镀液组成及操作条件  镀硬铬由于要获取较厚的镀层，因此在实际操作中与装饰铬有较大的差别，这些差别主要表现在以下几方面： (1)相当多的零件是局部镀硬铬，不镀之处要绝缘，绝缘材料要求附着力好、镀后易剥离、耐铬酸腐蚀； (2)镀硬铬有三分技术，七分挂具的说法，可见挂具设计十分重要，要充分注意导电截面积，尽量减少电能损失，防止局部过热； (3)常采用中等偏低的温度和尽量应用大电流密度，以获得高硬度和高沉积速度； (4)由于镀液分散能力和覆盖能力差，必须注意应用辅助阴极和仿形阳极； (5)镀硬铬厚度一般为2μm～50μm，特殊耐磨镀铬为50μm～300μm。修复磨损零件往往需镀800μm～1000μm，通常还要进行镀后除氢和机加工。 各种零件镀硬铬适用厚度范围，列于表3—5—18。 表3—5—18各种硬铬层的适用厚度  二、镀硬铬的夹具 镀铬溶液分散能力和覆盖能力差、使用电流密度很大、镀层厚且需施镀时间长。所以欲获得厚度均匀的镀层必须设计适当的夹具，并配合适当的辅助阳极、保护阴极和绝缘屏蔽等措施。 夹具的结构应根据零件的形状、大小及复杂程度而定。夹具用材料必须在热铬酸溶液中不溶解，也不发生其他化学作用。夹具的导电部分应有足够的截面积，应按照各种材料的导电率选择截面积。表3—5—19为金属材料的电流容量(A)；表3—5—20为常用金属材料的导电率；表3—5—21为电镀挂具常用的金属材料。 表3—5—19金属材料的电流容量(A)  表3—5—20常用金属材料的导电率  表3—5—21电镀挂具常用的金属材料  夹具结构应尽量采用焊接形式连接；夹具非工作部分应用聚氯乙烯塑料布或涂布Q98—1耐酸胶(加有红色硝基磁漆)绝缘，以减少电流的损耗。目前最理想的绝缘胶为缘勾胶，采用二层底胶、三层面胶，该胶耐酸、耐碱、耐温并可以修补，有商品出售，应用较广。夹具装零件的位置应是氢气最易排出的地方。 内孔镀铬的夹具，应注意使孔与阳极同心，保障排气和镀液的顺利流过。阴极与阳极之问绝缘要可靠。较大的零件，应有多个接触点。 阳极、辅助阳极和保护阴极 镀硬铬时无氟化物的镀液用纯铅阳极；含有氟硅酸盐、氟硼酸盐、氟化钠以及用镀铬添加剂的镀液宜用铅锑或铅锡合金阳极。阳极与阴极相对应的各部分应尽可能保持等距离并均匀排布。阳极的长度应比阴极短100mm～150mm。若采用均匀钻孔的筒状阳极或使用阴极缓慢旋转装置，可减少镀后的椭圆度。 内孔镀铬时可用铅丝、铅管(表面均匀钻孔)或镀铅阳极，并与孔同心。镀铅阳极是在圆钢上镀厚度l00μm～500μm的铜层，再镀铅300μm～l00μm。直径小的内孔镀铬的阳极可用钢丝镀铅100μm～500μm。 内孔镀铬时阴极面积：阳极面积=(2～3)：1。其孔径与辅助阳极直径的参考尺寸见表3—5—22。 表3—5—22孔径与辅助阳极的参考尺寸  形状复杂的零件镀硬铬，应使用象形阳极；圆柱形零件两端应加阴极保护块，避免两端烧焦起刺及中间镀层薄的现象；带有棱角、尖端的零件可用金属丝屏蔽。镀铬用阳极、辅助阳极、象形阳极和保护阴极的示意图，如图3—5—l9，图3—5—20，图3—5—21和图3—5—22所示。  图3—5—19镀铬时阳极的悬挂位置  图3—5—21镀铬时的象形阳极1-塑料绝缘；2-金属丝屏蔽。  图3—5—20镀铬时的辅助阳极  图3—5—22保护阴极 (a)圆柱体两端加金属块保护阴极；(b)圆柱体两端使用金属丝保护阴极；(c)具有棱角的工件使用金属丝保护阴极。 四、提高镀层与基体金属结合力 一般来说随铬层厚度增加，与基体金属的结合力降低、脆性增大，零件强度降低。对结合力起决定作用的是镀铬前处理，特别应根据基材性质采取适当的阳极处理，除去表面污物和氧化膜，暴露基体结晶，然后镀铬，才能保障结合力。 不同材料提高铬层结合力的措施，列于表3—5—23。钢铁镀硬铬前的阳极处理实例，如表3—5—24所列。 表3—5—23不同材料提高铬层结合力的措施   表3—5—24钢铁镀硬铬前的阳极处理实例  五、镀前预热 镀硬铬大都是大件，不经预热电镀，一方面影响结合力，另一方面也影响镀液温度，所以大件镀前要在镀液中先预热数分钟，使基体与镀液温度相等时再给电。镀铬温度变化最好在士2℃内。 六、除氢处理 镀硬铬后需要除氢时，可用l80℃～200℃的热油浸渍或相同温度下的烘箱中除氢2h～3h。当被镀件材料的抗拉强度极限大于l373MPa时，要求在电镀前消除应力，严禁酸洗，电镀后1h应立刻除氢，除氢时间要求23h以上，之后还需做缺口持久拉伸氢脆测试，通过后才能使用。 七、镀硬铬的故障现象及纠正方法(见表3—5—25) 表3—5—25镀硬铬故障及纠正方法  八、尺寸镀铬 尺寸镀铬是将零件准确地镀覆达到图纸规定的尺寸要求，并要求铬层厚度均匀一致。尺寸镀铬厚度通常为15μm～50μm。 要求尺寸镀铬的零件，零件表面粗糙度应达到Ra<0．2μm，表面积应准确计算。 根据零件形状制作专用挂具，并采用象形阳极、保护阴极或绝缘屏蔽等措施，务使电力线尽可能均匀分布。 镀铬过程中要严格控制镀液温度和电流密度，以保障尺寸公差。根据情况镀后亦可进行少量加工，需除氢时，在180℃～200℃热油中处理1h～2h。 九、镀乳白铬和耐磨用双层铬 用普通装饰镀液，在较高温度(65℃～75℃)和较低电流密度(Dk=15A/dm2～25A／dm2)下沉积的铬层呈无光的乳白色，故称乳白铬。该镀层孔隙少，厚度20斗m左右几乎无孔隙，所以乳白铬耐蚀性好，常用于需要消光的场合如军械、医疗器械、量卡具、仪器仪表面板等。 乳白铬上再镀一层光亮硬铬，达到耐蚀、耐磨的双重目的，这就叫耐磨双层铬。一般加镀硬铬的厚度为50μm～150μm。 双层镀铬可在同一槽中施镀，即先镀乳白铬，不取出零件，也不断电，将电流密度降至5A／dm2～15A／dm2，将镀液温度降至58℃～60℃范围，再提高电流密度至40A／dm2～60A／dm2镀硬铬。 十、松孔镀铬 在机器制造业中松孔镀铬的应用日益广泛。松孔铬主要应用于摩擦状态下工作的零件，如内燃机汽缸腔、活塞环、滑动轴承、油门操纵轴等。上述零件为提高耐磨损仅镀硬铬是不理想的，因为常规硬铬的裂纹浅而窄不能储存润滑油，一般硬铬层在高压和高温工作条件下就处于“干摩擦”或“半干摩擦”状态，磨损严重。现在都采用松孔镀铬来改善摩擦状态。 所谓松孔镀铬，就是在镀硬铬后，经除氢、精磨和珩磨，再进行阳极处理，使裂纹网进一步加深拓宽。这种结构的铬叫松孔铬，可储存润滑油。在使用下摩擦时，沟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，润滑油可以沿沟纹流向油少的地方，从而改变了摩擦状态，降低了摩擦系数。例如内燃机汽缸腔松孔镀铬耐磨能力比硬铬高5倍一7倍。 松孔镀铬工艺规范(见表3—5—26)采用不同的电镀参数可获得形状不同的裂纹。针孔型用50℃，45A／dm2。50A／dm2；沟槽型用60℃，40A／dm2～50A／dm2。 表3—5—26松孔镀铬的工艺规范  活塞环松孔镀铬，镀层厚度(包括磨削余量)一般为0．20mm～0．25mm。经磨削后，铬层厚度一般为0．14mm～0．18mm。粗糙度为Ra<0．125μm，经松孔处理后的松孔深度，一般为0．02mm～0．05mm。 阳极松孔处理一般有酸l生或碱性。酸性松孔处理是在镀铬槽中或另一槽中进行。碱性松孔处理是在电解去油槽中或专用槽中进行。阳极松孔处理，如表3—5—27所列。 活塞环镀铬前，须用软铅或赛璐珞、聚氯乙烯树脂用丙酮调成的糊状物封环口。镀前外圆粗糙度为Ra<0．2μm。镀铬后在180℃～200℃下去氢2h～3h。 活塞环松孔镀铬采用筒状阳极，由铅85％、锑11．5％、锡4．5％三元合金铸成，阳极上要均匀地钻孔。阴极、阳极距离为25mm～50mm。 阳极浸蚀时裂纹加深与加宽的速度用通过的电量(称为浸蚀强度)来控制。在适宜的浸蚀强度范围内，可任选一个阳极电流密度，相应改变浸蚀时间，仍可使浸蚀强度不变，一般采用的浸蚀强度，列于表3—5—28。 表3—5—27阳极松孔处理的工艺规范  表3—5—28松孔铬浸蚀强度  对于尺寸要求严格的松孔铬零件，为便于控制尺寸，最好采用低电流密度处理。当零件镀铬后经珩磨再阳极处理时，其浸蚀强度应较上表所列数值减少1／2～2／3。 松孔镀铬层松孔率的检验，用100倍金相显微镜观察松孔状态，与标准松孔图片(见图3—5—23)比较。a,b、c级为合格，d、e级为不合格。 松孔镀铬中常见故障及纠正方法，如表3—5—29所列。  图3—5—23松孔镀铬层松孔率标准图片×l00 表3—5—29常见故障及纠正方法  相关阅读：镀铬：镀铬的一般特性 镀铬：镀铬层的种类和标记 镀铬：镀铬液的种类和特性 镀铬：镀铬的基本原理 镀铬：镀铬工艺（上） 镀铬：镀铬工艺（下） 镀铬：防护-装饰性镀铬 镀铬：镀黑铬 镀铬：价铬镀铬 镀铬：不合格镀铬层的退除 |
