不锈钢电镀硬铬的研究

2014-01-29邵忠财

电镀与环保 2014年2期

仝帅，高虹，邵忠财，王明

（沈阳理工大学，辽宁沈阳110159）

0 前言

不锈钢因具有优越的耐蚀性、耐磨性、强韧性，良好的可加工性和精美的外观，已广泛应用于宇航、海洋、军工、化工、能源等方面［1］。

硬铬镀层具有高硬度和低摩擦因数，常常镀覆在制件表面以提高其抗磨损能力，并延长其使用寿命。另外，有些被磨损的零部件也用电镀硬铬的方法来修复。电镀铬属于单金属电镀，是电镀单金属中一个比较特殊的镀种。目前工艺上仍然存在着一些问题［2-4］，如镀铬的电流效率低，通常只有13%～18%。电镀硬铬需使用高电流密度，所以电源设备的投资增加。在铬酸电解液中，必须添加一定量的其他离子（如，，F-等），才能实现金属铬的电沉积。

本文对普通镀铬工艺及所得硬铬镀层的性能进行了初步探索，在实验室条件下优化了工艺参数，并在2Cr13不锈钢上得到了具有良好耐蚀性和耐磨性的硬铬镀层。

1 实验

1.1 实验材料

阳极采用5cm×10cm的铅-锑合金板，阴极采用40mm×30mm×0.5mm的2Cr13不锈钢（除正面外其他面用胶带黏牢）。

化学药品：硫酸，铬酐，盐酸，氢氧化钠，无水碳酸钠，磷酸钠，OP乳化剂，硫酸铜，等等。以上试剂均为分析纯。

实验仪器：电子天平，磁性测厚仪，PMJ-II型平面磨耗实验机，等等。

1.2 电镀铬的基本工艺

试片经打磨、化学除油、酸洗、弱腐蚀等前处理后，带电下槽。施镀步骤为：（1）预热10～20s；（2）阴极小电流活化1～2min；（3）阶梯式给电，1～2min提升一次电流，5～10min内提升5次；（4）冲击镀铬2～3min，使用的电流约为正常电流的2倍；（5）正常镀铬。

1.3 电解液组成及工艺条件

铬酐250g／L，硫酸2.5g／L，三价铬0～5 g／L，48～56℃，20.0～25.0A／dm2，40min。

1.4 实验设计

改变温度和电流密度进行实验。采用全面交叉实验方法。

1.5 测试方法

采用循环加热骤冷实验测定镀层的结合力。采用贴滤纸法［5］测定镀层的孔隙率。

2 结果与讨论

2.1 温度与电流密度对镀速的影响

图1为温度与电流密度对镀速的影响。总的来说，镀速随温度与电流密度的提高而增大［6-7］。由图1可知：同一电流密度下，温度较低，镀速反而较高。由此可见，温度与电流密度对镀速的影响，不同于单一因素的作用规律。应该考虑它们之间的相互配合作用。

图1 温度与电流密度对镀速的影响

本实验中由于温度区间较小，镀速随温度与电流密度的变化较单调，没有体现出比较完整的规律。但由实验结果可知：在低温和高电流密度下，能得到较高的镀速。

2.2 温度与电流密度对电流效率的影响

图2为温度与电流密度对电流效率的影响。由图2可知：温度与电流密度对电流效率影响很大。随着温度的升高，电流效率下降；而随着电流密度的升高，电流效率提高。但当温度太低时，镀层发灰，光泽性不好；而在太高的电流密度下，镀层边缘出现烧坏现象，镀层发黑。在本实验的工艺范围内，随着温度与电流密度的变化，电流效率在11.8%～19.0%之间变化，镀层质量良好。低温与高电流密度均有利于得到较高的电流效率。

图2 温度与电流密度对电流效率的影响

2.3 硬铬镀层的耐磨性

耐磨性是硬铬镀层的一个重要的性能指标。图3为温度与电流密度对硬铬镀层耐磨性的影响。由图3可知：降低温度有利于提高耐磨性；而减小电流密度，会使耐磨性降低。但硬度很高时，镀铬层的脆性较大，若达到一定厚度，对镀层质量有害。这主要是由于反应中析氢的影响。随着温度的下降和电流密度的提高，镀层硬度提高的同时，镀层中的含氢量也会增加，使镀层的氢脆敏感性升高。所以硬铬镀层一般要求在4h内做除氢处理，消除或者降低镀层的氢脆敏感性。当温度为48～50℃时，对应于20.0A／dm2和22.5A／dm2的镀层的耐磨性相近；当温度升至56℃时，对应于22.5A／dm2和25.0 A／dm2的镀层的耐磨性有接近的趋势。这表明温度与电流密度对镀铬层耐磨性的影响是相互配合的，不能孤立地考虑它们的作用。