镀铬:镀铬工艺(上)
一、各类镀铬工艺规范
(1)常规镀铬工艺规范,列于表3—5—2。
表3—5—2常规镀铬工艺规范
(2)加添加剂的中低浓度镀铬工艺规范,列于表3—5—3。
表3—5—3加添加剂的中、低浓度镀铬工艺规范
二、镀铬溶液的配制
将计算量的铬酸酐放入槽中,加入总体积2/3的去离子水,加热至50℃~60℃搅拌溶解,稀至总体积。因工业用铬酸酐含有0.4%左右的硫酸根,应取样分析后,再添加化学纯硫酸至工艺规范。氟硅酸的含量系指l00%浓度时的含量。而一般化学纯试剂仅30%左右,故要换算一下。其他成分按计算量加入,搅拌均匀。各种添加剂的加入法参照使用说明书。
除低浓度镀铬之外,其他镀液都要先通电处理产生一定量的三价铬。阴极用瓦楞形薄钢板,阳极用铅或铅合金板,阴极面积比阳极大五倍。在50℃~60℃温度下,用5A/dm2~10A/dm2的电流密度通电2h~4h,直至三价铬达到工艺要求为止。
三、镀液成分和工艺规范的影响
1.铬酸酐浓度的影响
镀液的铬酸酐浓度可在50g/L~400g/L范围内变化,随铬酸酐浓度升高,镀液电导率提高,覆盖能力亦有所提高,而阴极电流效率降低。加入某些添加剂后,浓度影响变为次要位置。不同浓度的镀液性能比较,如表3—5—4所列。
表3—5—4不同铬酸酐浓度的镀液性能比较
通常镀液浓度可由密度法测定,铬酸酐含量与镀液密度和波美读数的关系,见表3—5—5。
2.硫酸浓度的影响
在镀铬中硫酸起催化作用,溶解碱式铬酸盐胶膜,使铬能顺利析出。前已述及硫酸浓度对铬层质量影响很大,重要的是铬酸酐和硫酸的比值而不是它的绝对含量。当Cr03/SO42-=100时电流效率最高。Cr03/S042-=95(即H2S04略高)则铬层的光亮度和致密性好,但电流效率和覆盖能力下降;Cr03/SO42->100(即H2S04略少),覆盖能力较好,但光亮度降低,镀层发花粗糙。
硫酸对阴极反应的影响见表3—5—6。
表3—5—5铬酸酐含量与镀液密度和波美读数的关系(15。C)
表3—5—6硫酸对阴极反应的影响
如镀液中硫酸含量过高,可用碳酸钡(BaC03)沉淀过多的硫酸。
由式可知,每2gBaC03可沉淀1gH2S04。
3.氟硅酸根的影响
氟硅酸根的作用与硫酸根的作用相似,并有其特点:①用氟硅酸代替部分硫酸,可提高电流效率到20%~25%左右,光亮度提高,光亮电流密度范围加宽;②氟硅酸对铬层有活化作用,断电时间短,继续复镀结合力不受影响,所以滚镀铬时氟硅酸是必要成分;③氟硅酸可降低析铬的电流密度,提高覆盖能力。主要缺点是镀液的腐蚀性强,镀槽和阳极最好采用Pb-Sn阳极含Sn>7%要有足够的防护能力。
4.三价铬的影响
铬酸酐和硫酸是镀铬的必要条件,还要有一定量的三价铬存在才构成充分条件。低浓度镀液应含有三价铬0.5g/L~1.5g/L,中等浓度镀液需2g/L~5g/L,高浓度铬液需4g/L~7g/L。三价铬低,沉积速度慢、镀层软,覆盖能力差;三价铬高,镀层乌暗粗糙、光亮度差,光亮电流密度范围变小。当三价铬过高时,用细铁棒做阴极,阳极面积约为阴极面积的l0倍~30倍,阳极电流密度为1.5A/dm2~2A/dm2,通电降低到规定范围为止。生产中S阳:S阴=2:1。则可保持三价铬含量基本稳定。
当大量进行内孔镀铬时应用氧化电极组,即以细铁棒做阴极,铅筒做阳极,极距为40mm~50mm,以同电源或另加电源进行电解处理,以稳定三价铬。
5.关于稀土镀铬添加剂的影响和作用机理
以上我们叙述的各成分的影响均为无镀铬添加剂的常规镀铬的场合。常规镀铬工艺存在的主要问题是镀液的分散能力和覆盖能力差、电流效率低、对较复杂的零件要用高浓度铬酸,对环境污染严重,镀液需采用升温和降温措施等。为改善镀铬的综合技术性能,自20世纪80年代中期起,国内外电镀工作者研究开发稀土金属盐为主的催化、活化添加剂,有的还加有机添加剂取得了非常可喜的成就:
(1)可使用120g/L~200g/L的中、低浓度铬酸酐、l0℃~50℃的广宽温度、5A/dm2~30A/dm2的广宽电流密度范围正常生产,电流效率则达到18%~25%,达到了“三低一高”的目标。
(2)提高了镀液和镀层的物化性能,分散能力提高30%~60%,覆盖能力提高60%~85%,电流效率提高60%~ll0%,硬度提高30%~60%,节电和节约铬酸酐60%~85%,所以还有非常好的经济效益和社会效益。
(3)提高了镀液的电导性能,因而可在较低的电压如6V~8V下工作。
(4)降低了析铬的临界电流密度,由原来的5A/dm2降至0.5A/dm2左右,覆盖能力大为提高。
(5)有些添加剂还能直接镀取微孔或微裂纹铬。
(6)加入添加剂后镀层的光亮度和硬度更高。
以上说明采用稀土镀铬添加剂对于提高效率、减少污染、降低成本、节电节能、改善劳动条件、提高镀件质量均十分有利,是现代镀铬的发展方向。