(1)保護-裝飾性鍍鉻
保護裝飾性鍍鉻不僅要求在大氣中具有良好的耐腐蝕性,還要求外觀美觀。
這種塗層也常用於電鍍非金屬材料。
防護裝飾鍍鉻可分為壹般防護裝飾鍍鉻和高耐蝕防護裝飾鍍鉻。表4-28列出了保護性裝飾鍍鉻的工藝規範。
裝飾性鍍鉻的工藝條件還取決於待鍍的基底金屬材料。工作溫度和陰極電流密度可以根據不同的基體材料適當調整。
1,壹般防護裝飾鍍鉻
壹般防護裝飾鍍鉻采用中高濃度的普通鍍鉻溶液,適用於室內環境使用的產品。鋼、鋅合金、鋁合金鍍鉻必須采用多層體系,主要工藝流程如下。
①鋼基體銅/鎳/鉻體系的工藝流程如下:
除油→水洗→蝕刻→水洗→閃鍍氰化銅或鎳→水洗→酸銅→水洗→亮鎳→水洗→鍍鉻→水洗烘幹。
多層鎳/鉻體系的工藝流程如下:
脫脂→水洗→蝕刻→水洗→半光亮鍍鎳→水洗→光亮鎳→水洗→鍍鉻→水洗→烘幹。
②鋅合金基體弱堿化學脫脂→水洗→稀氫氟酸浸出→水洗→電解脫脂→水洗→閃鍍銅→水洗→光亮鍍銅→光亮鎳→水洗→鍍鉻→水洗→烘幹。
③鋁及鋁合金基體弱堿脫脂→水洗→電解脫脂→水洗→二次浸鋅→溶解浸鋅層→水洗→二次浸鋅→水洗→閃鍍氰銅(或預鍍鎳)→水洗→光亮鍍銅→水洗→光亮鍍鎳→水洗→水洗→鍍鉻→水洗→烘幹。
2.高耐蝕性裝飾鍍鉻
高耐蝕裝飾鍍鉻是通過特殊工藝改變鍍鉻層的結構,從而提高鍍層的耐蝕性。該塗料適用於室外條件惡劣的場合。
在保護性和裝飾性鍍鉻體系中,多層鎳的應用顯著提高了鍍層的耐蝕性。研究發現,鎳鉻層的耐蝕性不僅與鎳層的性質和厚度有關,而且在很大程度上取決於鉻層的結構特征。從標準鍍鉻溶液中得到的普通保護性裝飾性鍍鉻層雖然只有0.25 ~ 0.5微米,但鍍層內應力很大,導致鍍層出現不均勻的粗大裂紋。在腐蝕介質中,鉻塗層是陰極,裂紋處的底層是陽極。因此,總是裂紋處的底層或基底金屬受到腐蝕。由於裂紋處暴露的底部金屬面積與鍍鉻層相比非常小,腐蝕電流密度非常高,腐蝕速度非常快,腐蝕已經向縱深發展。因為裂紋是不可避免的,如果改變微裂紋的結構來分散腐蝕,那麽就可以減緩腐蝕。在這種思想下,60年代中期開發出了高耐蝕性微裂紋鉻和微孔鉻新工藝。這兩種鉻統稱為“微不連續鉻”。由於形成的鉻層有許多微孔和微裂紋,暴露的鍍鎳面積擴大但分散,大大降低了鎳層表面的腐蝕電流密度和腐蝕速度,從而提高了復合鍍層的耐蝕性,鎳層厚度減少了約5微米..
①微裂鉻在光亮鍍鎳層上鍍壹層0.5 ~ 3微米高應力鎳,再鍍0.25μm普通裝飾鉻。因為高應力鎳層的內應力和鉻層的內應力疊加,壹平方厘米可以得到250 ~ 1500個微裂紋鉻。
研究發現,在普通鍍鉻電解液中添加少量的SeO42-即可獲得內應力較大的鍍鉻層。在含seO42-的鍍液中獲得的鉻鍍層是藍色的。SeO42-含量越高,塗層的藍色越重。
雙層鍍鉻也可獲得微裂紋鍍鉻層。工藝如下:首先鍍覆壹層覆蓋性好的鉻鍍層,然後在含氟化物的鍍鉻溶液中鍍覆壹層微裂紋鉻層。雙層法的缺點是需要額外的設備,電鍍時間長,耗電量大。所以目前已經被單層微裂紋鉻所取代,但是單層微裂紋鉻也存在氟化物分析困難,微裂紋分布不均勻等缺點。
②微孔鉻。目前應用最廣泛的電鍍微孔鉻的方法是在光亮鍍鎳層上鍍壹層厚度不超過0.5μm的鎳基復合鍍層(鎳封),再鍍壹層光亮鉻層,得到微孔鉻層。
鎳基復合鍍層中均勻分散的非導電顆粒粒徑在0.5μm以下,在鍍液中的懸浮量為50 ~ 100 g/L,復合鍍層中顆粒含量為2% ~ 3%。常用的顆粒有硫酸鹽、矽酸鹽、氧化物、氮化物和碳化物。因為顆粒是不導電的,所以在鍍鉻過程中沒有電流在顆粒上流動,並且在顆粒上沒有金屬鉻沈積。結果形成無數微小的氣孔,密度可達每平方厘米壹萬個以上。
3.保護性裝飾電鍍的註意事項
(1)大件放入浴槽前要用熱水沖洗預熱,否則會腐蝕光亮度高的底面。
(2)小型零件應采用滾鍍鍍鉻工藝,滾鍍鍍鉻液中應加入氟矽酸,防止滾鍍時零件因瞬間非接觸導電而鈍化。
(3)零件帶電進入槽內,對復雜零件采用脈沖電流,或增加陰極和陽極之間的距離。
④每層電鍍層都要拋光,以提高光潔度,減少氣孔,防止腐蝕。
⑤鎳上鍍鉻時,如鎳鈍化,可采用酸浸活化後再鍍鉻。活化方法為:在30% ~ 50%(體積分數)的鹽酸中浸泡30 ~ 60sEtch5ming在20%(體積分數)硫酸中約5分鐘;在5%(體積分數)硫酸中陰極處理約15s,然後鍍鉻,可獲得結合力良好的鍍鉻層。
⑥電源應采用全波整流。
⑦使用高濃度鉻酐鍍液時,可安裝回收槽,以節約鉻酐,降低成本,減少廢水處理量。
(2)滾鍍鉻
需要鍍鉻的小零件,比如平時的掛鍍,不僅效率低,而且經常會在被鍍零件上留下夾具的痕跡,無法保證鍍層的質量。滾鍍鉻多用於體積小、數量多、不易掛的零件的裝飾性多層電鍍,如銅/光亮鎳/鉻或光亮低錫青銅/鉻。這種方法可以提高生產效率,降低成本。但只適用於形狀簡單、有壹定自重的電鍍件;不適合電鍍板材平整、自重小、外觀要求高的零件。
滾鍍鉻時的註意事項如下:
(1)滾鍍鍍鉻溶液用蒸餾水或去離子水配制,要清洗幹凈,防止帶入雜質,特別是不要帶人Cl-;
(2)硫酸根要控制適當,不能太高,以免零件表面發黃或鍍鉻,多余的硫酸可用碳酸鋇去除;'
(3)氟矽酸能活化塗層,擴大光亮範圍,缺壹不可,不宜過量;
(4)充入槽中,開始使用沖擊電流,約65438±0 ~ 2min;
⑤零件裝入滾筒前,必須清洗滾筒內的鉻酸溶液,防止零件被鉻酸腐蝕;
⑥滾筒使用壹段時間後,用鹽酸處理,去除滾筒網上的鉻層;
⑦零件小,溫度可以略低。為了避免電鍍液溫度升高,最好使用冷卻裝置。
(3)鍍硬鉻
硬鉻也叫耐磨鉻。硬鉻鍍層不僅要有壹定的光澤,還要求硬度高、耐磨性好、與基體結合牢固。
塗層的厚度應該根據應用場合而變化。在輕機械載荷和壹般保護下,厚度為10 ~ 20 μm;滑動荷載下厚度為20 ~ 25微米,壓力不太大;當機械應力大,抗腐蝕能力強時,厚度高達150 ~ 300微米;修復後的零件尺寸和厚度可達800 ~ 1000 μ m。
壹般使用低鉻酐濃度的耐磨鍍鉻溶液,部分工廠也使用標準鍍鉻溶液。工藝條件宜采用較低的溫度和較高的陰極電流密度,這取決於零件的使用條件和對鉻層的要求。壹般陰極電流密度為50 ~ 60℃(壹般為55℃),25 ~ 75a/dm2(多為50A/dm2)。工藝條件壹旦確定,在整個電沈積過程中,工藝條件應盡可能保持恒定,尤其是溫度,變化不超過65438±0℃。
鍍硬鉻時應註意以下問題。
(1)無論被鍍零件的材質是什麽,只要工件大,都需要進行預熱處理,因為鍍硬鉻時間長,鍍層厚,內應力大,硬度高,母材和鉻的熱膨脹系數相差很大。如果不預熱進行電鍍,母材受熱容易膨脹,造成“露皮”,預熱時間視工件大小而定。
(2)用於懸掛工具的材料必須不溶於熱鉻酸溶液,且不會發生其他化學作用。該固定裝置還應該具有足夠的橫截面積和與導電部件的良好接觸。否則由於電流大,槽電壓會升高,出現局部過熱。
夾具的橫截面積應根據各種材料的導電性來選擇。幾種常見材料的允許電流為:銅-3a/mm2,黃銅-2.53a/mm2,鋼-2a/mm2。夾具結構應盡可能采用焊接連接;夾具的非工作部分應用PVC塑料布絕緣或塗耐酸膠。
③安裝懸掛時,應考慮便於氣體逸出,防止形成“氣穴”,造成局部不塗或塗層厚度不均勻。
④復雜零件鍍鉻應采用象形陽極,圓柱形零件兩端應加陰極保護,避免兩頭燒、中間薄塗;有尖銳棱角的部分可以用金屬線屏蔽。
⑤為了提高塗層的附著力,可以進行反向電流、大電流脈沖、步進電源。換向時間為0.5~3min,陰極電流密度為30 ~ 40a/dm2。大電流沖擊為80 ~ 120a/dm2,持續時間為1 ~ 3min。
⑥對於易析氫的鋼件,鍍後應進行除氫處理。
(4)鍍多孔鉻。
多孔鉻塗層是壹種具有壹定密度和深度的網狀溝槽的硬鉻塗層,具有良好的儲油能力。工作時,儲存在凹槽中的潤滑油被擠出並溢出到工件表面。由於毛細作用,潤滑油還可以沿著凹槽滲透到工件的整個表面,從而改善工件整個表面的潤滑性能,降低摩擦系數,提高耐磨性。
有機械、化學或電化學方法來獲得多孔鉻。
①在需要鍍鉻的零件表面,用機械方法將基體表面壓成圓錐形或金字塔形的凹坑或翻成凹槽,然後鍍鉻並打磨。該方法簡單易控制,但對潤滑油的吸附性能不理想。
(2)化學法利用鍍鉻層原有裂紋邊緣的高活性,在稀鹽酸或熱稀硫酸中進行腐蝕,使裂紋邊緣的鉻優先溶解,從而加深、加寬裂紋,達到疏松孔洞的目的。這種方法鉻損失大,溶出不均勻,質量控制困難。
(3)電化學法鍍硬鉻後,除氫、研磨後,陽極在堿溶液、鉻酸、鹽酸或硫酸中疏松。由於鉻層裂紋處的電位低於平面處的電位,裂紋處的鉻優先溶解,從而使裂紋加深、變寬。處理後的孔隙深度壹般為0.02 ~ 0.05 μ m。
在陽極蝕刻過程中,裂縫加深和加寬的速度由電量(蝕刻強度)控制。在合適的腐蝕強度範圍內,可以選擇任何陽極電流密度,只要相應地改變時間,腐蝕強度仍然可以保持不變。蝕刻強度根據鍍鉻層的原始厚度確定。
厚度低於100μm的鉻塗層的蝕刻強度為320 A min/dm2,厚度為100 ~ 150μm的鉻塗層和蝕刻強度高於400 A min/dm2和150微米的鉻塗層的蝕刻強度為480 A min。對於尺寸要求嚴格的鍍鉻件,為了控制尺寸,陽極孔隙率最好采用低電流密度;當要求網孔較密時,可采用稍高的陽極電流密度;鍍鉻件打磨後松開陽極,蝕刻強度應比上述數值降低1/2 ~ 1/3。
多孔鉻層的網狀裂紋密度取決於硬鉻塗層的原始裂紋密度。所以鍍鉻工藝對疏松孔鍍鉻影響很大,必須嚴格控制。
(5)黑鉻塗層
黑鉻塗層優於電化學方法獲得的黑色塗層,廣泛應用於航空、汽車、儀器儀表等需要消光的裝飾塗層和太陽能吸收層。黑鉻塗層的黑色是由塗層的物理結構造成的。它不是純金屬鉻,而是由鉻的水合物和三氧化鉻組成,呈樹枝狀結構。金屬鉻以顆粒形式分散在鉻的氧化物中,形成吸收中心,使塗層變黑。通常,塗層中鉻的氧化物含量越高,黑色越深。黑鉻鍍層的耐蝕性優於普通鉻鍍層。黑鉻鍍層的硬度雖然只有130 ~ 350 HV,但其耐磨性與普通鉻鍍層相當。黑鉻塗層具有高的熱穩定性。加熱到480℃時,外觀無明顯變化,與底層附著力良好。鉻酐是鍍液中的主要成分,其含量在150 ~ 400 g/L範圍內可獲得黑鉻鍍層。鉻酐濃度低,鍍液分散能力差;在高濃度下,雖然鍍液的分散能力提高,但鍍層的耐磨性降低。壹般在200-350g/l之間選取。
硝酸鈉和醋酸是發黑劑。當含量太低時,鍍層不黑,電鍍液的電導率低,槽電壓高。濃度過高,鍍液的深鍍能力和分散能力差。壹般硝酸鈉控制在7 ~ 12g/L,醋酸控制在6 ~ 7g/L..在以硝酸鈉為發黑劑的鍍液中,沒有硼酸時鍍層容易“浮灰”,特別是在高電流密度下。加入硼酸可以減少“浮灰”。當硼酸達到30g/L時,可以完全消除“浮灰”。硼酸的加入還可以提高鍍液的深鍍能力,使鍍層均勻。
鍍液溫度和陰極電流密度對黑鉻鍍層的顏色和鍍液性能有很大影響。最佳條件為溫度低於25℃,電流密度大於40A/dm2。陰極電流密度太小,鍍層呈灰黑色,甚至彩虹色;但是不能太大。當大於80A/dm2時,鍍層容易燒傷,鍍液溫度升高嚴重。當溫度高於40℃時,鍍層表面產生灰綠色浮灰,鍍液的深鍍能力降低。因此,在電鍍黑鉻的過程中,必須采取冷卻措施。SO42-和Cl-是黑鉻鍍液中的有害雜質。SO42-使塗層呈淺黃色而非黑色,可通過BaCO3或Ba(OH)2沈澱去除。Cl-使塗層出現黃褐色浮灰,配制溶液時應使用去離子水,生產過程中應嚴格控制有害雜質;吊架和陽極銅鉤應采用鍍錫保護。
黑鉻塗層可以直接鍍在鐵、銅、鎳、不銹鋼上,也可以用銅、鎳或銅錫合金作為底層,提高耐蝕性和耐磨性。形狀復雜的零件應采用輔助陽極,陽極材料應為含錫7%的鉛錫合金或高密度石墨。
鍍黑鉻的零件幹燥後可以噴漆或浸油,可以提高光澤和耐腐蝕性。
(6)鍍乳白色鉻
乳白色鉻壹般厚30 ~ 60μ m,耐蝕性好,但硬度低,光澤差。乳白鍍鉻的工藝、鍍前準備和鍍後處理與鍍硬鉻基本相同。主要區別是所需溫度較高(65 ~ 75℃),陰極電流密度較低(25 ~ 30a/dm2)。