低溫鍍鉻工藝探討

楊陽 賀洋

（鐵法煤業集團機械制造有限責任公司，遼寧 鐵嶺112700）

鉻的優點被大家所熟知并廣泛運用于要求具有一定強度的地方，鍍鉻技術在二十世紀中末期便開始在我國的機械行業所探討，鍍鉻工藝先后經歷了很多技術等方面的改造并結合改造的一些優缺點逐漸有了低溫鍍鉻工藝，低溫鍍鉻工藝與傳統工藝相比優勢明顯，充分發揮了鉻的特點使其物盡其用。

1 低溫鍍鉻工藝產生影響的因素

1.1 電鍍時間對鍍鉻的影響。鍍鉻時間的長短會影響鍍鉻層的厚度，在一定沉積速率下，鍍鉻時間越長其所鍍鉻的厚度越大，其鍍層也會變得越來越硬最后強度不再增長，鍍鉻過程是一系列化學反應是使其所鍍的鉻離子變成鉻晶體的過程，當鍍鉻時間較長時表面會堆積形成很厚的鉻晶體，過多的鉻晶體影響內部結構的穩定性原子之間不斷移動使得鍍層的咬合力下降，過厚的鉻鍍層也會使鉻內的應力重新分布從而導致集中應力產生使得所鍍層表面強度達不到要求一碰即碎，然而過短的電鍍時間使其鉻晶體來不及在表面生成起不到加強所鍍物體的強度。在觀察電鍍時間與電鍍層厚度的關系之后發現電鍍時間控制在十分鐘和十五分鐘之間最為適合，控制在這個時間段內所形成的電鍍層厚度具有一定的強度去抵抗外界的干擾，其發揮的功能也能達到最佳效果，要求過大的硬度而加大電鍍時間會在電鍍過程中摻入一定的雜質，雜質過多會影響鍍層的孔隙率使其耐腐蝕下降。鍍鉻層的強度隨著時間的加長出現硬度先增強后減弱的效果，我們在對其電鍍時應該利用其硬度最高點的時間，合理將時間控制在最高硬度附近。

1.2 溫度對鍍鉻的影響。溫度高時物質的運動速率就會加快，物質的運動加快就利于化學物質反應的速率加快。在電鍍鉻的時候電鍍層的厚度會隨著加溫而呈現出正比例增長的趨勢，溫度在某個點之前會隨著溫度的增加電鍍層會逐漸變厚，原因是因為溫度在升高的時候加快了鉻離子的運動，（轉下頁）鉻離子能快速運動到電極的陰極得到電子形成晶體，從而吸附在所鍍的物質上面起到美觀作用，同時還保護物質不受損害使物質具有耐腐蝕性。在觀察不同溫度下的鉻鍍層時發現，鍍層的厚度也不是一直隨著溫度的升高而一直變厚，鍍層形成的快慢也不是隨著溫度的增加而一直變快，就像化學反應一樣，溫度很多時候是起到一個催化的作用，而不同化學反應想要達到最佳效果需要一個對應的合適的溫度才能使其反應最佳。溫度對鍍鉻的影響大致呈現在52℃之前，鍍鉻的厚度隨溫度的升高而增厚，且增長速率先快后慢到52℃時鍍鉻層的厚度達到了最佳效果，達到某一個溫度之后鉻層的厚度隨著溫度的增加逐漸減少，鉻層根據研究表明52℃時電鍍十五分鐘時所形成的鉻層的厚度是最好的，其能達到良好的壽命和耐磨性耐腐蝕性等功能要求。

1.3 電流密度對鍍鉻的影響。在對物質進行鍍鉻時，電流的密度也會影響鍍鉻層的厚度和鍍層的速度，電流密度在鍍層時也相當于一個催化劑的作用，催化劑能加快物質快速反應但是過多的催化劑也不會使物質持續發生反而浪費了催化劑的使用率，在對電流調節密度時應該合理掌控使其在合理反應所需濃度周圍，如果想適當的提高電流密度的允許范圍可以在其中加入一些質量較好的稀土添加劑。通過顯微鏡觀察不同電流密度下的電鍍鉻層發現，電流密度為15A/dm2 是電鍍層厚度的一個臨界點，電流在這之前的電鍍層厚度隨著電流密度的增加呈現正相關，其正相關的比率系數先增加后減小，在這個電流密度之后發現電鍍層的厚度不再隨電流密度的增加而增加，電流密度不再影響電鍍層的厚度，電鍍層的厚度呈現一個穩定的形式。逐漸加大電流密度發現電鍍層的厚度變化趨勢不明顯，電流密度對其形成鍍層的反應不再有影響，最后確定15A/dm2 是鍍鉻的最佳電流密度，在對電流密度為15A/dm2 下的鍍層的耐磨性進行分析后發現這個時候的耐磨性也是最好的。

2 低溫鍍鉻與其他工藝的工藝對比

2.1 電鍍情況對比。普通鍍鉻技術所形成的表面不穩定有一定的裂痕，裂痕的產生會導致雜質摻入從而使得物質腐朽，鉻沒有起到它的保護作用，傳統工藝存在著很多問題，這些問題的存在大大降低了鉻層的硬度，一段時間之后就會產生裂紋，使得鉻的使用效率降低。鍍鉻的工藝特點是鍍液穩定且操作簡單，由于鉻原子與其他物質所存在的不一樣的特點使得鉻酸溶液電鍍時需要有極強的負電位，化學反應時鍍鉻陽極采用鉛錫合金的不溶性物質。在電鍍的過程中由于原子之間不斷變化，化學物質的不斷反應，在電鍍時負極會出現析氫現象，傳統電鍍鉻工藝的析氫情況較為嚴重使得電鍍層沒有光澤混入其他顏色，析氫現象的產生是由于在電鍍過程時水分在陰極析出了氫氣，氫氣一部分跑出以氣體的形式散發到空氣，另一部分則會以氫原子的與鍍層融為一體，雜質的滲入就會使得其產生白點就使得鉻層具有脆性，而且由于析氫現象的存在使得電鍍的電流密度達不到要求值從而降低了電鍍的速度，低溫鍍鉻工藝的出現使得其析氫現象與傳統工藝相比減輕了很多倍。研究通過對比不同工藝的鍍鉻技術，在控制變量的條件下對比不同工藝的鍍鉻相同厚度的鍍鉻時間，通過不斷改變電流密度發現在一定其他變量相同的條件下，低溫鍍鉻速率是其他鍍鉻工藝好幾倍，在合理利用資源的情況下還大大節省了鍍鉻層所需要的時間。

2.2 鍍層情況對比。低溫鍍鉻與傳統工藝對比會發現傳統鍍鉻出來的鉻層有金屬光澤看上去呈現亮白的感覺，而低溫鍍鉻層則呈現灰蒙蒙的感覺，然而其外觀在經過一系列處理之后會趨于相同的外觀特征。通過傳統、標準、低溫鍍鉻三種工藝的孔隙率進行對比，在控制變量的前提條件下通過統計藍點數目分析其孔隙率的大小，試驗發現，標準鍍鉻的孔隙率極低，然而較低的孔隙率影響鉻層的作用效果，傳統鍍鉻和低溫鍍鉻兩個工藝下所具備的孔隙率旗鼓相當，孔隙率與標準鍍鉻的孔隙率相比大相徑庭。對鉻層的耐腐蝕性進行研究分析，在不同環境條件下分析傳統工藝與低溫鍍鉻工藝的區別，將其放入海水中浸泡探究兩者工藝之間的耐腐蝕的大小，在控制兩者鍍鉻層厚度的情況下將兩者同時放入海水中，由于海水具有較多的礦物質化學物質等能對鉻層反應從而降低耐腐性能對兩者探究其多長時間之后開始出現腐朽情況，實驗發現相同鍍鉻層厚度的物質低溫鍍鉻層所堅持的時間較長，說明低溫鍍鉻技術所具備的耐腐性好。對比傳統工藝和低溫鍍鉻工藝形成的鉻層表面的裂紋和進行強度分析，通過觀察發現兩個工藝下所形成的鍍鉻層表面都很光滑，只是在強度方面低溫鍍鉻有很強的強度指標。

2.3 工藝參數對比。一個工藝的影響因素很多，通過對比工藝之間參數的區別可以更好的了解影響工藝所產生效果的原因，也能通過分析更好的改進先有技術使工藝更上一層樓。對比傳統工藝和低溫鍍鉻工藝的參數，通過分析鍍鉻工藝中不同化學成分的范圍和多少了解工藝之間的區別，根據鍍鉻工藝的影響因素將因素分為鉻酐濃度、硫酸根濃度、三價鉻濃度、溫度、電流密度、添加劑，分別探討這些成分和影響因素在多少范圍內進行才能使其發揮鉻層的保護作用并對鉻層的最佳效果所具備的條件進行試驗，試驗發現低溫鍍鉻所需要的電鍍液的濃度較高且在電鍍過程中需要添加一些添加劑進行輔助，其鉻酐濃度、硫酸根濃度、三價鉻濃度都比傳統工藝要求范圍高且最佳值的濃度也相對較高，兩者的電流密度相比低溫鍍鉻的電流密度略大，在反應時低溫鍍鉻也需要添加一些稀土等其他添加劑來幫助鍍鉻，相比其他工藝參數而言低溫鍍鉻的比較好的優勢就是其所需要的溫度較低在比較低的溫度條件下就能進行反應，溫度要求低，相比傳統工藝需要達到70℃而言低溫鍍鉻的溫度比較容易達到，低溫鍍鉻的最佳溫度為27℃，相當于不需要任何物質燃燒釋放熱能就能達到最佳鍍鉻溫度，低溫鍍鉻工藝使得工藝的耗能大大減少，相對性價比而言低溫鍍鉻工藝還是略勝一籌。

3 結論

低溫鍍鉻工藝并非一日而成, 而是經歷了很多工藝的探究和改進很多實驗的操作一步步發展而來，使其耐磨性耐腐蝕性都有所改進。在低溫鍍鉻工藝中應該嚴肅對待濃度控制問題，及時處理鍍層出現的彩色膜和控制很多影響鍍鉻工藝的因素。合理的控制鍍鉻工藝的影響因素，嚴格把控鍍鉻的時間，調整鍍鉻所需溫度，檢測鍍鉻的電流密度使其在一定的范圍之內，讓低溫鍍鉻工藝能更好的造福于其所運用的領域，使其發揮最大的經濟效益和社會效益。