圓形輥橫向旋轉(zhuǎn)電鍍硬鉻

王慶浩， 張彥龍

（1.東莞市常晉凹版模具有限公司，廣東 東莞523570；2.東莞運城制版有限公司，廣東 東莞523500）

0 前言

目前圓形輥電鍍硬鉻基本都采用垂直井式電鍍硬鉻的方法。該方法存在鍍層沉積慢、均勻性差、麻點針孔幾率高等缺點。本文提出一種橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式，雖然設備初期投資相對較高，但產(chǎn)品質(zhì)量好，值得硬鉻廠家采用。

1 橫向旋轉(zhuǎn)電鍍設備簡介

（1）設備分為電鍍槽（上槽）和儲液槽（下槽），鍍液儲存在下槽，電鍍時鍍液通過鈦泵抽到上槽。

（2）儲液槽內(nèi)有加熱管、冷卻鈦管和攪拌裝置。

（3）設備由PLC 控制，工藝參數(shù)調(diào)整方便，工作狀態(tài)顯示直觀。

（4）導電方式采用碳酸或水銀環(huán)，保證足夠的電流通過能力。

（5）鍍槽陽極采用鈦基鉑金涂層陽極，象形結(jié)構(gòu)，保證電流分布均勻。

（6）設備帶有排風、鉻霧回收裝置。

2 實驗

鍍液組成：CrO3250g／L，Cr3+2.6g／L，H2SO42.7g／L，硬鉻添加劑VOP-873 20mL／L（德國維恩公司），（55±2）℃。井式吊鍍采用鉛-銻（8%）陽極和自制的電鍍設備；橫向旋轉(zhuǎn)電鍍采用德國燒結(jié)式鉑金涂層陽極和東運機械制造有限公司生產(chǎn)的DYCr1700C型橫向旋轉(zhuǎn)鍍鉻機。

采用多點測試法檢測鍍層厚度，并測試鍍層均勻性和電流效率。采用多點測試法檢測鍍層硬度。采用顯微觀測法測試鍍層微裂紋和缺陷。采用多點測試法檢測鍍層表面粗糙度。

井式吊鍍工藝條件：電流密度30A／dm2，總電流3 450A，電鍍時間300min，溫度55～66℃。

橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方法，如圖1所示。液位浸入面積比例75%，電流密度60A／dm2（以實際浸入面積計算，如果將所有面積計算在內(nèi)，平均電流密度為45A／dm2），總電流5 175A，電鍍時間200min，溫度56～58℃，旋轉(zhuǎn)線速度0.5m／s。

圖1 橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方法

3 結(jié)果與討論

3.1 圓周方向鍍層的均勻性

測試位置為圓形輥中間位置，圓周間隔角為60°，排除圓形輥兩端尖端效應的影響。

通過測試得出：橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式所得鍍層的均勻性比井式吊鍍方式所得鍍層的提高了73.0%。鍍層分布不均勻主要是由電流分布不均勻引起的，因素有陰陽極距離、陽極導電均勻性、鍍液成分均勻性等。對于橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式，圓形輥周向任何一個施鍍點的狀態(tài)都是一樣的，出現(xiàn)的幾率也相同，如果陰極導電和轉(zhuǎn)速均勻，鍍層的周向均勻性可以做到絕對的均勻。而井式吊鍍方式，圓形輥在施鍍過程中不可能絕對居中，陰陽極距離就會有差異，陽極的導電性能也不可能一樣，同時陽極懸掛間距、表面積、電化學性能也會存在一定差異，所以該方式沉積厚度周向會存在很大差異。

3.2 軸向鍍層的均勻性

通過測試得出：橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式所得鍍層的均勻性比井式吊鍍方式所得鍍層的提高了68.3%。原因如下：

（1）橫向旋轉(zhuǎn)電鍍陰陽極距離可調(diào)，在保證電流分布均勻的情況下，陰陽極距離越小，越能夠減小尖端效應，避免圓形輥兩端鍍層沉積過厚；而井式槽為了能夠滿足大直徑輥的要求，一般陰陽極距離相對較大，且不可調(diào)整；

（2）橫向旋轉(zhuǎn)電鍍陽極可以根據(jù)實際圓形輥的長度進行遮擋，使陽極工作面與圓形輥一致，從而避免圓形輥兩端鍍層過量沉積；而井式槽陽極為了滿足不同圓形輥長度的需要，一般都較長，生產(chǎn)中難以進行遮擋，所以尖端效應嚴重，圓形輥兩端沉積過厚的鍍層很難避免；

（3）井式吊鍍過程中陰陽極表面產(chǎn)生大量的氣泡，降低鍍液的導電性能；而橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式雖然也存在氣泡，但高度僅僅限于圓形輥的直徑，同時因版輥旋轉(zhuǎn)，所以這種影響可以忽略。

3.3 電流效率

通過計算可知：橫向旋轉(zhuǎn)電鍍硬鉻的電流效率比井式吊鍍的高5.17%。原因在于：電鍍硬鉻的電流效率隨電流密度的增加而提高。因為橫向旋轉(zhuǎn)電鍍硬鉻工藝可以使用更高的電流密度，所以電流效率會大幅度地提高。

3.4 表面粗糙度

該測試可以從微觀上判斷鍍層微觀均鍍能力，從而判斷鍍層是具有正整平能力，還是負整平能力，同時可以評價鍍層在光亮度方面的性能。

通過測試得出：橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式所得鍍層的粗糙度Ra和Rz相對于井式吊鍍方式所得鍍層的分別提高了63.4%和61.7%。鍍層粗糙度與圓形輥鍍前的粗糙度比較可知：橫向旋轉(zhuǎn)電鍍層具有正整平能力，而井式吊鍍電鍍層則具有負整平能力。原因分析如下：

（1）橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式在電鍍過程中，版輥處于0.5m／s的旋轉(zhuǎn)，同時上液泵也具有一定的攪拌作用，能夠減小濃度極化，電流密度上限得以提高，在電鍍過程中可以使用更高的電流密度，同時有效減小了鍍層燒焦的可能；

（2）橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式在電鍍過程中，陰極表面產(chǎn)生的氣泡能隨版輥的轉(zhuǎn)動迅速脫離鍍層表面，有效減少因氣泡的殘留而造成的鍍層微觀不均勻。

3.5 鍍層硬度

通過測試得出：橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式所得鍍層的硬度比井式吊鍍方式所得鍍層的提高了8.81%。采用橫向旋轉(zhuǎn)電鍍，通過上液泵的攪拌和版輥旋轉(zhuǎn)，可以大大加快鍍液傳質(zhì)速率，從而提高電流密度上限，生產(chǎn)中就可以使用更高的電流密度。這也是提高鍍層硬度的有效方法。

3.6 表面裂紋率

采用橫向旋轉(zhuǎn)電鍍工藝，鉻層表面的裂紋比井式吊鍍工藝的優(yōu)良，裂紋深度和寬度也比后者的小。這主要是由于圓形輥在生產(chǎn)中采用旋轉(zhuǎn)方式，鉻層的沉積有一定的周期性。當圓形輥表面a點（見圖2）遠離陽極，甚至在液面以外，電流密度極小或沒有，低于鉻層沉積電流密度下限。也就是說，此位置的工件表面沒有鍍層沉積。當a點旋轉(zhuǎn)到側(cè)面或底面位置時，鍍層連續(xù)沉積。假設在整個電鍍過程中圓形輥旋轉(zhuǎn)1 000 圈，可以理解為整個鉻層是由1 000層組成的。鉻層的裂紋是由于氫離子和六價鉻離子同時還原，大量氫原子瞬間夾在鉻層中間，當氫溢出鉻層后，鉻層的體積縮小、在薄弱位置形成裂紋。當鉻層的層數(shù)越多，形成的裂紋就會越多越淺，經(jīng)過無數(shù)層的鍍層相互疊壓，穿透性的氣孔等缺陷就會消失。所以，橫向旋轉(zhuǎn)電鍍硬鉻方式在提高鉻層裂紋數(shù)的同時，也會提高其防腐能力。

圖2 橫向旋轉(zhuǎn)電鍍過程周向

3.7 表面缺陷

因鍍層較厚，不能采用貼試紙法檢測孔隙率，只能夠采用50倍放大鏡檢測視野中的可見缺陷。

通過測試得出：橫向旋轉(zhuǎn)方式所得鍍層的缺陷比井式吊鍍方式所得鍍層的減少了77.3%。原因分析如下：

（1）橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式，圓形輥在電鍍過程中處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，電鍍過程中陰極表面產(chǎn)生的氣泡能夠迅速脫離基體，避免氣泡在缺陷處停留，造成缺陷狀態(tài)擴大；

（2）井式吊鍍采用鉛作陽極，鍍液中的固體不溶物較多，電鍍過程中，圓形輥表面很容易黏附固體不溶物，鍍層出現(xiàn)缺陷的幾率就會很高；而橫向旋轉(zhuǎn)電鍍方式，電鍍過程中圓形輥處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，鍍液中即使有固體不溶物，也不會在版輥表面黏附，就避免了缺陷的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

對兩種電鍍硬鉻方式所得鍍層的性能進行了測試。橫向旋轉(zhuǎn)電鍍硬鉻在鍍層均勻性、電流效率、硬度、整平性能、光亮度等方面都優(yōu)于井式吊鍍方式。