提高鍍鉻層的性能及影響因素

摘要：鍍鉻層具有很高的硬度、耐磨性和耐熱性，外觀美麗；在空氣中不會(huì)變色，僅在400～500℃時(shí)才開始出現(xiàn)氧化色。在除鹽酸外的其它酸、堿、硫化物、碳酸鹽及大多數(shù)的氣體與有機(jī)酸中都有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。基于上述眾多的優(yōu)良性能，鍍鉻被廣泛用于機(jī)械、汽車、儀器儀表、航空、航天等行業(yè)。但是，在不同的行業(yè)和不同的特殊部位，對(duì)鍍層性能的要求又不一樣。因此，為促進(jìn)鍍鉻的運(yùn)用和鍍鉻的發(fā)展，有必要對(duì)鉻鍍各種性能的提高方法進(jìn)行研討。

關(guān)鍵詞：鍍鉻層；性能；影響因素

中圖分類號(hào)： O614.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1鍍鉻層的結(jié)構(gòu)

鍍鉻時(shí)陰極有氫的產(chǎn)生，研究認(rèn)為：最初在陰極形成的是氫化鉻（CrH）。這種氫化物很不穩(wěn)定，形成金屬鉻的同時(shí)釋放出氫，這些氫有相當(dāng)?shù)臄?shù)量殘留在鍍鉻層中。一般而言，鍍鉻溫度越高，殘留的氫越少，因此將鍍鉻層進(jìn)行加熱除氫處理，可把部分氫驅(qū)除出來。研究表明：鉻層中的氫對(duì)脆性影響很大，但對(duì)硬度幾乎沒有影響。氫化鉻呈六方晶格組織，分解時(shí)產(chǎn)生體心立方體的鉻，其體積比氫化鉻小。由于體積變小，在鍍鉻層中形成很高的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)達(dá)到一定厚度時(shí)，它將超過金屬的固有強(qiáng)度而使鍍層產(chǎn)生裂紋。因此，通常鍍鉻層都遍布著或多或少的裂紋網(wǎng)絡(luò)。這些裂紋雖然從表面到基體的發(fā)展是不連續(xù)的。但裂紋在與斷面垂直的方向上呈網(wǎng)狀，所以從立體空間的角度看，裂紋是由表面延伸到基體的。研究表明：CrO3∶的比值增大時(shí)，裂紋網(wǎng)的密度變小。溫度升高時(shí)，鉻層的裂紋網(wǎng)也變疏。電流密度只有在CrO3∶的比值較小和溫度較高時(shí)，才顯示對(duì)裂紋網(wǎng)組織的影響。

2 改善鍍層性能的方法

2.1 提高亮度的方法

鉻是藍(lán)白色的，經(jīng)過表面拋光的鉻在可見光范圍內(nèi)的反射率，是剛拋光過的銀的反射率的55%，但銀會(huì)很快變暗，失去反射性，鉻卻能長(zhǎng)期保持，因此，鍍亮被廣泛地用于裝飾。鉻層雖然可以經(jīng)過拋光變亮，但由于生產(chǎn)成本和鍍件形狀的限制，常常是不現(xiàn)實(shí)的。光亮鉻層的獲得取決于鍍鉻的工作條件之間的相互協(xié)調(diào)，即電解液的成分及與之相適應(yīng)的電流密度和溫度。研究表明：光亮鍍鉻液應(yīng)盡可能擁有寬范圍的光亮電流密度范圍，這樣可使表面復(fù)雜的零件在不同部位產(chǎn)生各種不同的電流密度。從而獲得光亮的鍍層。降低鉻酸含量，可使光亮鍍鉻的電流密度范圍變寬。增加催化劑濃度會(huì)使光亮電鍍范圍向高電流密度方向移動(dòng)。含氟化物的電解液比含硫酸鹽的電解液具有較寬的光亮電流密度范圍。過高的三價(jià)鉻和雜質(zhì)（主要是鐵）會(huì)降低光亮范圍。同時(shí)，要獲得盡可能光亮的色澤，必須在拋光的基體上進(jìn)行電鍍。最好的辦法是將基體金屬進(jìn)行陽(yáng)極拋光，或者鍍上光亮底層。

2.2 改善鍍層硬度和耐磨性的方法

鍍鉻層的特殊結(jié)構(gòu)賦予它非常高的硬度，大致為900-1000 HV，最硬的鉻層達(dá)到了剛玉的硬度，超過展性和塑性也影響耐磨性。耐磨鍍鉻一般采用鉻酐濃度較低（CrO3∶150-200g/L）的鍍液，以及較低的溫度和較高的電流密度，一般為50-60℃，25～75A/dm2。研究表明：當(dāng)鉻酐和摧化劑的比例不變時(shí)，降低鉻酐含量，則鍍鉻層硬度上升其它條件不變時(shí)，降低催化劑含量，鉻層硬度上升；溫度和電流密度對(duì)鉻層硬度有很大影響，一定的電流密度下，常常存在著一定的獲取硬鉻層最有利的溫度，過高或過低的溫度，鉻層硬度都將降低；一般在30-60℃范圍內(nèi)，在相應(yīng)的電流密度下能獲得較硬的鉻層。高溫下獲得的鉻層是較軟的鉻層。但這類軟的鉻層無裂紋、結(jié)合力好，強(qiáng)度高，使用性能特別好。

3 影響鍍鉻層性能的因素

3.1 吸氫

鍍鉻層的硬度很高，并總存在內(nèi)應(yīng)力，這是由于鍍鉻時(shí)吸氫和晶格變化所致。鍍鉻層吸氫的影響，可以從氫與金屬的結(jié)合形式和機(jī)理解釋：①氫與金屬形成N2H、KH形式的鹽類化合物，在該化合物中，氫以負(fù)離子狀態(tài)存在；②氫與金屬形成共價(jià)氫合物；③氫與金屬形成金屬鍵氫合物。一些研究者的分析表明[2]，電鍍中，在還原速度相同的情況下，在酸度較高的范圍內(nèi)，氫離子優(yōu)先放電；在氫的析出大為減緩的情況下，則有利于金屬的放電。在已吸氫的電極上金屬離子還原過程的阻滯現(xiàn)象，可能是由于氫滲入鐵族金屬的晶格中，生成Me--H+型的化合物所致。這種化合物的正電荷是朝向電解液的。由于電極表面上正電荷的存在，因此給金屬離子的還原造成了額外的障礙。實(shí)際鍍鉻中，由于氫離子在陰極上放電，產(chǎn)生大量氫氣，使氫在被鍍件附近形成氫化鉻（CrH）。這種氫化物在一定條件下（如溫度較低時(shí)）容易分解，釋放出氫氣同時(shí)形成鉻，部分吸入于晶格中。因此，鍍鉻層往往含有相當(dāng)數(shù)量的氫。有人認(rèn)為，鍍鉻層中含氫量是隨電流密度的提高而增加的。

3.2 夾雜物

3.3 鍍液成分

當(dāng)鍍液中鉻酸和催化劑的比例不變時(shí)，如果提高鉻酸含量，鍍鉻層的硬度則下降；降低鉻酸含量，則硬度升高。這種情況說明，由于鍍液成分的變化，在鍍較厚鉻層時(shí)，其鍍層各部位可能有不同的硬度，因此產(chǎn)生很高的內(nèi)應(yīng)力。所以在鍍硬鉻時(shí)，一定要特別注意保持鍍液成分的穩(wěn)定。這就必須定期分析鍍液以控制各成分的比例。在其它條件保持不變時(shí)，如果提高硫酸含量，鍍鉻層的硬度降低，如果同時(shí)提高溫度和電流密度可以重新補(bǔ)償這部分下降的硬度。因此在“光亮鉻鍍層”區(qū)域內(nèi)所獲得的鍍層硬度和耐磨性都是比較理想的。鍍液中三價(jià)鉻含量對(duì)鍍鉻層的性能也有很大的影響。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鍍鉻層中的內(nèi)應(yīng)力、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等，都取決于電解條件的準(zhǔn)確配合。

必須說明的是，在鍍鉻中的溫度和電流密度對(duì)鍍層硬度和耐磨性的影響因素也比較復(fù)雜，實(shí)際使用鍍液成分都有它們相應(yīng)的最佳工藝規(guī)范。這方面不同工作者的經(jīng)驗(yàn)和研究可能得到不同的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]章葆澄.電鍍工藝學(xué)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.

[2]上海輕工業(yè)專科學(xué)校.電鍍?cè)砼c工藝[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1978.

[3][美]弗利德里克A.洛溫海姆.現(xiàn)代電鍍[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1982.