电镀硬铬技术发展综述及操作要点

2013-06-17刘俊莲陈华三江冰

电镀与涂饰 2013年7期

刘俊莲 *，陈华三，江冰

（1.内蒙古一机集团北方实业公司，内蒙古包头 014032；2.中国电子科技集团43 所，安徽合肥 230022； 3.青岛环境科学研究院，山东青岛 266003）

硬铬镀层具有耐磨、硬度高、稳定等特点而在工业生产中得到广泛的应用。在当前国内装饰、防护性电镀加工效益日益滑坡的情况下，电镀硬铬仍然保持较高利润而吸引着众多生产厂家。虽然污染问题使其应用日益受到限制，但目前尚无可普及的理想取代工艺。可以预测，国内电镀硬铬生产在短期内无法被取代。因此，提高电镀硬铬生产技术水平具有实际意义。

1 电镀硬铬工艺

选择合适的电镀硬铬工艺是正常生产的首要问题。硬铬电镀主要追求镀层沉积速率高，厚度分散均匀。较为理想的工艺应具有如下特点：

(1) 电流密度大，可获得高沉积速率；

(2) 温度范围宽，以利于镀覆初期减少升温所耗用的能源，中后期减少镀液冷却水用量；

(3) 镀液不含氟化物，减少因零件低电流密度区或非镀覆区铁基体的溶解而污染镀液，且避免铅合金阳极腐蚀；

(4) 镀液分散能力好，减少镀层椭圆度；

(5) 镀层光亮、不结瘤，减少后道磨光工作量；

(6) 镀层硬度高，耐磨性好。

除此之外，从减少污染的角度而言，低铬酸酐浓度也是重要的一个特点。

1.1 常用工艺

1.1.1 传统工艺

镀液的主要成分为：铬酸酐180～250 g/L，硫酸1∶100(质量比)。

该工艺目前在国内使用最为普遍，其优点是镀液成分简单，但存在镀液分散、覆盖能力差，镀层易结瘤，电流效率低等缺点，因此在很多地方已被其他新型工艺所取代。

1.1.2 采用稀土添加剂的低浓度硬铬工艺

该工艺具有“三低一高”(即低铬酸酐浓度、低温度、低电流密度及高电流效率)的特点，分散能力及覆盖能力也较好，属于第二代镀铬技术。从镀液成分方面可将镀液分为两大类──含氟工艺和不含氟工艺。二者相比，前者电流效率更高、复镀性较好。但含氟镀液会带来镀件低电流密度区基体腐蚀及铅阳极腐蚀的问题，导致镀液不稳定[1]。为了改善阳极性能，含氟工艺推荐使用铅-锡合金阳极，但仍不能彻底解决腐蚀问题。不含氟工艺由于不含氟离子，使用较为安全，但不具有含氟溶液的高效率，其效率之所以高于普通镀铬，铬酸酐浓度低是主要原因之一。

20世纪80年代末，国内研制应用的镀硬铬工艺大多为含氟工艺。90年代以后，各类不含氟的稀土镀铬工艺纷纷研究成功并投入生产。稀土镀铬工艺目前已较为成熟，其种类、品种也很多，各具特点，在国内至今仍有一定的应用，但以装饰性镀铬为主，硬铬电镀方面使用不是太普遍。这是因为：

其一，硬铬电镀追求的是高沉积速率，需要高电流密度及较高溶液温度配合。而具有低温、低电流密度等特点的稀土镀铬工艺与硬铬电镀工艺特点正好相反；

其二，含氟溶液在较高温度时对零件低电流密度区以及铅合金阳极的腐蚀加剧；

其三，硬铬溶液反向电解处理产生铁离子积累，由于稀土镀铬工艺的铬酸酐浓度较低，对铁的容忍量也低。另外，阳极密度过低也易导致三价铬含量上升[2]等问题。

以上种种原因限制了稀土工艺在硬铬方面的应用。但有些特殊情况下，采用稀土工艺还是较为合理的。如山东淄博周村一带是造纸机械烘缸电镀的集散地。大的烘缸直径可达6 m，长度超过4 m，需电镀几十μm 厚的硬铬。按常规工艺计算，需使用数万安培的电镀整流器。不但整流器投资大，而且需要单独配备电力变压器。20世纪90年代初第一家上马烘缸电镀铬的周村爱国电镀厂为此进行了周密的工艺比较和考察，综合一次性投资、电力施工及工艺维护管理等因素，选择了以低电流密度为特征、不含氟的稀土镀铬工艺，仅以2 台6 kA 的整流器并联使用即满足了要求。该镀铬工艺一直使用至今，经20年的生产验证，性能稳定，镀液已多达十几万升，几乎成为当地烘缸镀铬的标准工艺[3]。由此可见，对于稀土工艺镀硬铬，不能轻率投产，但也不能完全否定，应根据具体情况，综合各方面因素来确定。

1.1.3 高效硬铬电镀工艺

顾名思义，这种镀铬工艺特点是高效率、高沉积速度。它主要采用多元磺酸或其盐类作为主添加剂。我国从20世纪80年代开始引进国外工艺。90年代末期，国内的自主产品已全面取代进口产品，质量基本相同。这种硬铬工艺的特点是不含氟，阳极腐蚀减轻；电流效率高达27%，电流密度高达80 A/dm2，温度可达70 °C，最高沉积速率达100 μm/h 以上，镀层微裂纹数、亮度也具有良好的指标，目前已成为硬铬电镀的主流工艺[4]。这类工艺应属于第三代镀铬工艺。虽然需使用专用添加剂，但综合成本下降。特别是产量较大的专业硬铬电镀生产厂家，应优先选用这种工艺。

1.1.4 脉冲及换向硬铬电镀工艺

铬镀层在电镀过程中会产生大量的氢化铬(CrH或CrH2)，导致镀层出现裂纹及抗腐蚀性能下降。脉冲电镀通过控制脉冲电流参数，如脉冲电流密度、脉冲导通时间、脉冲关闭时间、频率等可细化镀层结晶，降低透底的裂纹尺度及数目，改善镀层质量。双向脉冲电镀铬还可获得纳米晶的特殊镀层结构，进一步降低裂纹尺度及数目，提高镀层抗腐蚀能力，降低镀层应力[5]。

如湖南常德纺织机械厂生产中使用标准单脉冲技术电镀硬铬，采用高达80 A/dm2的电流密度，明显地提高了电流效率和沉积速率，缩短了电镀时间，产量提高2～3 倍，能耗降低50%左右，节约原料约34%。其生产的平板件周边与中心镀层厚度差也减小，减少了磨削加工工时，铬层最大厚度由原来的0.3 mm 提高至1 mm 以上[6]。

王长亮等[7]在A-100 钢基体上开展了单脉冲电镀硬铬研究。在电流密度50 A/dm2、脉冲周期75 s、占空比0.8 的条件下制备出无裂纹的镀铬层，其显微硬度为765 HV，镀铬层厚度约12 μm 时除氢后不产生裂纹，约20 μm 时除氢后产生少量裂纹，镀层的沉积速率为10～12 μm/h，其氢脆性能满足HB 5067 标准的要求。该研究还发现，一个脉冲周期内镀铬层沉积厚度为0.23～0.27 μm 时最终所得镀层的裂纹最少。

有研究[5]表明，在CrO3250 g/L、H2SO43 g/L 的溶液中，采用双向脉冲电镀铬，用原子力显微镜观察镀层形貌可发现铬层结构致密，没有明显的裂纹。而且在温度49 °C，阴极电流密度Jk= 42.0 A/dm2，阳极电流密度Ja= 51.5 A/dm2，正、反向电流时间分别为 6.23 s 和 28.5 ms 的条件下得到的镀层表面晶粒最细密，表面最平整。

1.1.5 纳米复合电镀硬铬

金属零件上纳米级粒度硬质颗粒复合镀铬是近年来研究的热点。特别是纳米金刚石具有最高的硬度以及巨大的比表面积和表面活性，形成复合镀层后，在机械摩擦过程可吸附于摩擦表面，形成微轴承润滑膜，减少了摩擦表面之间的直接接触；同时精细粒子的填平性能也起到了辅助减磨作用。镀层中分散的纳米金刚石可有效降低铬镀层的应力。因此，纳米金刚石复合镀铬对于减少镀层裂纹，提高镀层显微硬度，改善镀层的内应力，强化零件的抗磨损能力，均具有显著作用，是强化金属表面的有效方法之一[8]。

由于金刚石属非极性立方结构，具有较强的憎水性。干态的纳米金刚石粉不易浸润，用户难以使用。市售的纳米金刚石均为水性悬浊液，即使存放很短时间也会自然集聚成微米级团粒态，使用时必须重新分散处理，工艺及设备较为复杂，一般电镀企业难以使用，因而限制了纳米金刚石复合电镀的推广应用。张来祥等人使用简单的高速电动搅拌器设备与有机磺酸类阴离子表面活性剂配合，得到了以单颗粒纳米金刚石分散为主、可稳定保存4 个月以上的水分散体系，方便了电镀企业的使用[9]。

1.2 操作要点

电镀硬铬之前必须仔细地进行除油、除锈等前处理。铝、锌、镁及其合金等部件在硬铬电镀之前，最好预先镀一层镍。除此之外，还应注意如下环节：

(1) 反向电解。为了提高镀层结合力，硬铬电镀之前，特别是当镀层较厚时，需要进行反向电解。应注意的是，电解时间及电流要随镀层厚度及基体材料不同而变化。

(2) 阶梯送电。正常镀覆时采取阶梯送电4～6 次，每次送电时间2～5 min。

(3) 去除结瘤。硬铬电镀一段时间后，边、角等处极易结瘤，或者产生毛刺。应定期取出工件，用砂纸进行打磨处理。有条件可使用废旧机床等机械作为辅助设备，否则采用手工处理。打磨结束后重新入槽时最好阶梯送电。送电时间及次数应由实践摸索确定。离槽时间过久应重新进行反向电解。

(4) 镀后处理。电镀硬铬结束后需进行研磨处理。一般使用机加工方法，如磨光或布轮抛光，应根据零件要求而定。

2 电源设备

各类电镀工艺中，镀铬是受电源波形影响最大的镀种之一。因此，选择电镀电源设备更显重要。目前国内的电镀电源几乎全部使用整流器。除极特殊情况外，直流发电机已不再使用。因此，只讨论整流设备选择应注意的事项。

2.1 传统硅整流器

硅整流器由于使用历史长、技术成熟，目前是整流器主流产品。镀铬用的硅整流器选型使用时应注意如下几个方面。

2.1.1 整流电路

整流电路对波形平滑程度影响最大。一般而言，大型整流器多使用带平衡电抗器的双反星型整流电路，整流元件并联导通，波形最为平滑，整流效率较高，工作也较为可靠，因此优先推荐。桥式整流电路波形与双反星型整流电路相同，但电流效率低，一般不推荐使用。三相半波整流电路波形差，更不推荐使用。

2.1.2 整流元件类型

整流元件即通常所说的二极管。由于整流器所有的输出电流都要经过整流元件，因此，整流元件可以说是整流器的心脏。整流元件分为硅整流元件和可控硅整流元件两种。整流元件的类型也决定了整流器的类型。传统镀铬整流器使用硅整流器。虽然可控硅技术已有了长足的发展，且在电镀上的应用也日趋增多，但笔者还是推荐使用硅整流器。其原因有如下几个方面：

(1) 波形。可控硅整流采用控制整流元件导通时间与截止时间来控制电流。整流器满负荷使用时，波形与硅整流器相同，但输出电流太小而达不到额定输出电流，电流波形变差，影响硬铬电镀质量。而硅整流器使用自耦调压器、感应调压器等电感性器件调压方式，输出电流大小对波形几乎无影响。而硬铬电镀生产期间电流的调节往往很频繁，因此可控硅整流器在电流较小时会对质量产生影响。

(2) 维修问题。除用户提出特殊要求(如加有电流密度自动控制、安培小时计等附加功能器件)外，一般硅整流设备中几乎无弱电元器件；因此，除工作可靠外，出现故障后的维修也相对较为容易。可控硅则不然，其触发电路部分是由众多弱电电子元件组成，在电镀车间的生产环境下，安装使用再仔细也难免遭受有害气体的腐蚀。这些电子元件出现问题后，不但维修技术性太强，一般电镀厂无法自行修复，而且会由于这些不起眼的小元件出现的问题，导致三相电流不平衡，损坏价值昂贵的可控硅整流元件。如保护电路不完善，还会出现恶性循环，烧坏多个可控硅元件。

可控硅的优点只是电流效率高于硅整流。

2.2 开关电源

开关电源制作技术已经成熟，并在电镀行业得以广泛应用。它兼有硅整流器的波形平滑及可控硅整流器的调压方便的优点，而且电流效率高(可达90%以上)、体积小。与硅整流电源相比，高频开关电源具有以下特点：

(1) 体积小，节省设备的占地面积。

(2) 制造成本低，价格便宜。

(3) 电流效率高，一般可达90%以上，与硅整流电源相比，节能35%以上。

(4) 高频开关电源技术复杂程度高，一旦出现故障，使用厂家很难自己维修。目前的方法是，对有条件的用户进行专人培训，小故障自己排除，大故障由制造厂家维修。为避免耽误生产，绝大多数生产企业一般要配备开关电源备用机。

(5) 高频开关电源内含控制电路和功率器件，对环境的条件要求较为严格，因为一般采用风冷形式，所以要求电源的放置环境应无污染，以降低因环境条件造成的故障。若环境条件难以改进，也可以选用油浸防腐式高频开关电源。

(6) 高频开关电源技术含量高，用户在使用中应避免以往对待硅整流设备那样粗放型的设备使用管理方式，而应提高维护意识，科学地使用和管理设备，达到低价采购、节能使用、省钱维护的目的。

由于开关电源本质上输出的是15～20 kHz 的脉冲波形，用于镀铬的高频脉冲电源最好在输出端增设铁氧体电感滤波器，以提高输出波形的平滑度。

2.3 换向电源设备

硬铬电镀之前一般需要反向电解。因此需要电源极性换向装置。简单的方法是使用手动换向开关。由于电流很大，开关通、断时会形成较大的电火花，开关很容易损坏。将触点浸入变压器油中可以延长其使用寿命。可控硅整流器实现换向比较容易，由于是无触点换向，因此不会产生火花腐蚀，但可控硅元件会产生电压降，浪费电能。

2.4 多功能电源设备

基于电镀硬铬的工艺特点，结合电气自动控制技术，设计制作多功能电镀电源有利于控制硬铬电镀质量。如具有反向电解、冲击电流、定时换向、自动控制电量等功能的电镀硬铬专用整流器的工作过程设想如下：

(1) 工件经过前处理入槽后首先进行反向电解。反向电解时间、电流密度可以通过程序预设。

(2) 反向电解结束后，整流器自动进入大电流冲击状态。电流一般为正常电流的1～2 倍，时间约10 s。

(3) 冲击电流结束后，电流自动降低至正常值而进入镀层加厚阶段。

(4) 每正向电解15～20 min，镀层厚度达5～10 μm时，反向电解约20 s，循环往复。正反向时间可以预置。

(5) 整流器定时器自动计时，或自动安培小时电量自动计量，可控制镀铬层厚度。定时结束后声光报警、自动断电。

采用如上工艺获得的硬铬镀层裂纹少，具有良好的耐盐雾性能，镀层结合力也有所提高。

2.5 脉冲电源设备

近年来，脉冲电镀铬技术已成为国际上研究的热点，并逐步应用于各种电镀铬的工业化生产中。随着电力电子科学技术的发展，特别是电子技术的发展，促使脉冲电镀电源的功能、电流波形多样化。脉冲直流电源生产技术已趋成熟,，在镀铬方面也开始应用。

现代的脉冲电镀电源是基于高频开关电源进行功能扩展而成的，主电路由整流滤波、高频逆变、降压变压、斩波输出和输出滤波等部分组成，引入单片计算机或其他功能电子电路组成程序控制单元，输出波形及控制功能可通过程序预置实现[10]。脉冲方式也由原来简单的正、负脉冲扩展成为连续单脉冲输出、间断单脉冲输出、正反向连续脉冲输出、正反向非连续脉冲输出等4 种类型。基于这4 种类型可组合出更多种脉冲。脉冲实例如下：

2.5.1 单脉冲

单脉冲是指只有正向电压、电流输出，无反向电压、电流输出的波形。可分为3 种：

(1) 简单单脉冲。早期的脉冲电源只具有简单的通、断功能。输出波形如图1最左边部分所示。镀铬生产时需设定的波形参数有3 个，即通态时间ton、关断时间toff和平均电流。脉冲周期T = ton+ toff。

图1 具有轮廓脉冲的电源输出波形Figure 1 Pulse waveform with idle time

(2) 具有轮廓脉冲的单脉冲波形。输出波形如图1所示。与单脉冲不同的是：电源输出若干个连续脉冲(ton-k)后停留了一段时间(toff-k)。脉冲周期T = ton-k+ toff-k。生产时需设定的波形参数比简单单脉冲多了通态轮廓时间 ton-k和关断轮廓时间toff-k。

(3) 叠加直流的单脉冲波形。即简单脉冲或具有轮廓的单脉冲波形叠加直流后的波形，如图2最左边部分所示波形。与简单脉冲及轮廓单脉冲不同的是，多了直流叠加电压(或电流)。

图2 具有直流叠加、轮廓脉冲的正负双脉冲波形Figure 2 Pulse reverse waveform with idle time and superposed direct current

2.5.2 正负双脉冲

正负双脉冲输出电压、电流的极性随时间不同而变化。早期的正负双脉冲比较简单，如图3a所示。由于电压、电流的变化突然，对电源的冲击较大，因此图3b所示的波形比较合理。其他正负双脉冲波形示例如图2和图4所示。由于参数比较复杂，此处不再赘述。

图3 普通双脉冲波形Figure 3 Common pulse reverse waveform

图4 具有轮廓脉冲的正负双脉冲波形Figure 4 Pulse reverse waveform with idle time

2.5.3 波形类型对电镀铬的影响

脉冲镀硬铬不用改变工艺配方，而是通过电镀过程脉冲波形变换产生电磁搅拌作用，从而改善离子的迁移方式及双电层状态，沉积速率与时间呈线性关系增长。在脉冲导通时间极短的情况下，内扩散层维持在极薄的状态，可在高电流密度(脉冲峰值)下进行电镀，大幅度地提高镀铬电流效率，促进成核反应，控制晶核成长，使结晶更加细化、均匀，从而获得比直流镀铬致密得多的镀层。由于脉冲镀铬，特别是使用反向脉冲时，伴随阴极吸附的氢和杂质在脉冲中断时可以被解吸，降低了内应力，因此镀层韧性得到提高。

有关脉冲镀铬的理论研究及文献资料目前尚不多见，各种新出现的扩展波形用于电镀硬铬方面的研究更少。但脉冲镀铬具有广阔的发展前景，有待进一步关注。

3 工艺辅助装置

3.1 挂具

电镀硬铬挂具应根据零件形状及尺寸等情况现场设计制作。设计挂具时，主要应考虑承重、电接触及发热问题。因镀硬铬电流很大，挂具与零件接触部位的导电面积应尽可能大，并有足够的承重支撑能力。质量轻的零件导电接触部位必须采用弹性结构。挂具与极棒等外线路部分接触也应良好。如有必要可考虑使用循环水冷却装置。设计时可与硬铬镀槽冷却水统筹考虑。

硬铬电镀的挂具通常根据需要添加辅助阳极及辅助阴极装置。如方形管状零件内壁存在4 个直角内缝，给硬铬电镀带来了较大的困难。采用象形阳极等技术可很好地解决这一问题[11]。根据实际生产经验，超长杆、轴类零件需采用两端两次镀铬时，接缝处使用细铁丝制作圆形或方形象形辅助阴极，可以获得具有良好结合力及平滑过渡效果的镀层。

通常挂具只与直流电源的负极(阴极)相连。而辅助阳极是在挂具上用与负极绝缘的导线将铅丝等象形阳极引入到被镀零件的低凹处附近，或者是电力线达不到的内腔位置附近，以增加该部位镀层的厚度。

辅助阴极则相反。它是在靠近零件尖角、棱边位置用与电源阴极相连的铁丝进行遮挡，以减薄这些部位的镀层厚度，避免烧焦、结瘤现象出现。

3.2 窄缝及遮挡技术

窄缝和遮挡都是使用绝缘材料放置到阳极及镀件之间，调节电流分布，提高镀层厚度均匀性。

窄缝是在绝缘材料上开设窄缝或小孔，使电流能够通过窄缝到达零件与窄缝或小孔对应部位，提高该区域的镀层厚度；屏蔽则相反，是在零件棱边等电力线集中的尖端部位使用绝缘材料进行遮挡，迫使电流“绕路”而降低尖端部位的电流密度，降低被遮挡部分的镀层厚度。

窄缝及遮挡对于提高镀层厚度均匀性具有很好的效果，但目前在生产中往往被忽视。窄缝及遮挡的主要优点是复用性、重现性、可靠性及安全性，电镀形状复杂的产品时可代替脆性大、易损耗且需经常更换的辅助阳极，从而避免了因微阳极下垂等原因引起的短路现象。窄缝和遮挡装置可安装在挂具上或固定在镀糟中，省时省力，减少费用，并可以使用高电流密度而缩短电镀时间；也可与镀槽及辅助阳极相配合而灵活设计挂具，达到提高镀层厚度均匀性的目的。窄缝和遮挡技术的采用，对硬铬电镀具有非常重要的意义。

3.2.1 窄缝和遮挡的材料

窄缝和遮挡材料在镀铬溶液中应具有较好的化学稳定性；当温度达到65 °C 时形状不应发生变化；应有足够强度以支承自重而不产生曲翘及下垂。材料中不能含有导电的颜料和纤维，以免表面出现“枝状”镀层。经常使用的聚合物材料是聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、过氯乙烯(CPVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)等。酚醛、三聚氰胺类热固性层压树脂由于不能耐铬酸氧化，一般不宜使用。大型窄缝和遮挡可以使用涂塑钢，结构上可使用螺栓连接，制作容易，成本低廉。

3.2.2 窄缝和遮挡的类型

窄缝和遮挡技术两者配合，可使用大面积阳极，许多情况下可控制镀槽中三价铬含量的上升。

对于具有内角的零件，可用遮挡装置减少棱、角等部位电力线密度；同时用由4 个面围成的狭缝盒将电流导向内角，使镀层极难沉积的内角部位也获得均匀的镀层沉积。如采用循环泵类设备使镀液强制流向内角处，则效果更好。

遮挡装置的效果取决于其尺寸、形状及与镀件的相对位置。另外，阴阳极间距、镀液成分、工艺条件(如温度、搅拌及电流密度)、辅助电极的设置等因素也有影响。

为了降低平板类零件边棱上镀层的厚度，可采用“边框式遮挡”。这种结构类似于镶嵌照片的相框，其尺寸应略大于平板零件，边框的宽度一般为2～5 cm，安放位置靠近平板零件边棱表面。由于镀液性能不同，其距离无一定之规，可通过实验确定。

装设在局部或点状阳极上的遮挡有时称为“三明治”阳极。这种设计具有独特优点，可用于镀覆较深的径向沟槽或鼓状物内角，可有效引导电流流向所需部位并对沟槽侧壁起到保护作用。

3.2.3 窄缝及遮挡的位置

在阴阳极间距合适的情况下，窄缝及遮挡与镀件的距离对边棱的影响较其他部位大得多，习惯上遮挡靠棱边较近。一般情况下，遮挡与镀件的合适间距不超过1 cm。对于类似压延辊和印刷版之类的较大型阴极也是如此。阴阳极间距很小时，使用狭屏蔽即可得到良好效果，但间距增大则效果甚微。宽屏蔽对阳极位置要求不高。但从简化挂具结构、减轻质量、方便制作、降低成本及减少镀液带出等方面考虑，一般以近阳极间距、狭屏蔽为宜。

实际生产中，阴阳极间距一般为5～10 cm。对于小型塑料模和金属徽章印模，极间距一般为0.55～2.50 cm，但无一定之规。阴阳极间距受挂具制作技术及设计、安装等因素限制。要获得最佳效果，阳极应靠近遮挡，但不应阻止新鲜镀液向阴极流动。当阳极面积小于阴极面积时，镀液流动一般不受阻碍。正常电流密度下，电极表面析出的气体可促进溶液流动。

阳极面积较大时可采用钻孔方法或使用铅格子阳极，以利于镀液流动；但阳极开孔的尺寸又限制了极间距。如两极相距太近，镀层厚度及外观会出现与阳极开孔形状相似的图案。对于常规圆柱形阳极，极距太小时也限制了镀液的流动。一般情况下不使用在遮挡装置上钻孔的方法来改善镀液流动性。因为一个小孔即可流过较大的电流，使遮挡作用失效。

电镀件表面积对阴、阳极位置选择具有影响。镀件面积大时，遮挡尺寸及阴阳极间距应增加。反之，小型镀件且对镀层技术指标要求较高时，应使用狭小的遮挡及较近的阴阳极间距。增加阴阳极间距及遮挡宽度可改善带有孔洞、沟槽及浮雕的零件低凹处的镀层分布。然而槽电压随电极距离的增大而提高，限制了极间距的增加。9～18 V 直流电源适用于各种镀铬工艺。

遮挡并不局限于具有平面棱边的平面制品，对于形状复杂的零件其实更为重要。用于大型零件的圆柱形遮挡可采用塑料板加热弯曲的方法制作，小型的遮挡则采用塑料管或小塑料块机械加工而成，不规则形状可采用塑料板块焊接制做。这样，遮挡可安装在挂具上或制成易于装挂的形式。

热塑性塑料，如PVC、CPVC、PE、PP 及树酯类，可用热空气焊枪(或炉内)加热，温度达塑料软化点以上时即可弯曲成所需形状，冷却时用钳子夹持定型，也可用零件或其他特殊方法定型。热成形工艺一般只限于1～6 mm 的塑料板。厚塑料板可在需弯曲部位的反面刻上折痕，以提高弯曲成形的精确性。弯曲之前先对该部位加热。弯曲后将折痕缺口用焊接方法填补起来，以提高挂具强度。

无论是安装在槽内还是固定在挂具上，水平遮挡在一般情况下均作为永久性或半永久性装置使用。安装在槽内的遮挡及各种长度的分体式遮挡应采用涂塑钢制作，以提高其刚性。

3.2.4 注意事项

任何镀层厚度控制技术也解决不了因阳极清洗及活化不当而引起的故障。阳极要一直保持良好导电状态，且要及时去掉槽内无用的阳极；否则，即使是最优秀的窄缝及遮挡，镀层厚度控制系统也会失去作用。

4 阳极及微孔陶瓷电解装置

目前镀铬阳极主要使用纯铅、铅锑合金及铅锡合金3 种材料制作。纯铅阳极用于标准镀铬溶液中，耐蚀性等性能较好，但硬度差，易变形。因此，常使用铅锑合金以改善阳极的机械性能。铅锡合金阳极在含氟溶液中的耐蚀性较前两者好，因此一般用于含氟类型的镀液，如目前流行的稀土添加剂及氟硅酸型镀液等。铅锡型阳极使用时应注意锡含量不宜过高，否则会导致三价铬含量过高。

镀铬阳极本身不溶解，只起导电作用。正常使用时，阳极表面产生一层致密、褐色的过氧化铅膜，其厚度较小，不影响导电，并可将三价铬氧化为六价铬。但使用不当时，镀铬铅阳极表面易产生一层厚度较大的黄色铬酸铅膜，影响导电。此时应即刻清除，否则影响镀层厚度均匀性，并易导致三价铬含量上升。

应注意的是阳极电流密度。为了控制三价铬含量，目前的技术资料及电镀工艺书无一例外地提示要注重阴极/阳极面积比；但仅此还远远不够。铅或铅合金之所以具有降低三价铬的作用，是由于表面过氧化铅的生成。而维持过氧化铅的存在，须有足够大的阳极电流密度。如果由于温度过低或其他原因引起阴极电流过小，即便阴、阳极面积比例合适，阳极电流密度也可能很小，过氧化铅将会被溶解，真实有效的阳极面积也会相应减小，三价铬含量就会失控。

除上述3 种阳极之外，精密仪器设备电镀硬铬常使用镀铂钛网做阳极。其突出优点是阳极表面状态好，没有铅及铅合金类阳极所具有的钝化、导电不均匀等缺点，使用寿命也较长。一般铂镀层的厚度2～3 μm即可达到要求。目前进口的塑料印刷辊表面硬铬电镀设备几乎全部使用钛网镀铂阳极。由于具有极为优越的性能，国外已使用多年，目前正逐步被国内用户所接受。国内亦研究出了钛基镀铂技术，并有了专门生产厂。这类阳极的最大问题是价格昂贵，因此推广有一定的困难。

微孔陶瓷用于去除镀液中的金属离子具有一定的效果。据笔者观察，有些企业之所以感觉不到效果，主要是使用方法不当。正确的方法是：正常电镀时微孔陶瓷电解装置应同时开机工作；生产结束后，有条件的企业最好仍然开机，维持小电流电解。这样才能有效地避免金属离子杂质的积累。当然，微孔陶瓷体积不能过小，否则金属离子的产生和电解去除达不到平衡，不能完全控制金属离子的积累。