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电镀硬铬技术

2009-09-24 08:24阅读：

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电镀硬铬技术


在六价铬镀液生成镀层中，硫酸盐和氟离子起催化作用。温度、电流密度和镀液的成分影响镀层的性能和电流效率。因此，为了得到所需的沉积性能和电镀速率，就要对这些参数进行严格控制。
◆ 镀液的成分
铬酸和硫酸盐是必需的成分。铬离子与硫酸根离子的比例范围为75:1至250:1。配方成分首先要根据是否有共催化作用，例如有氟化物、氟硅酸盐或氟酸盐。并且根据用途（装饰或硬铬）决定。
镀铬来源于镀液中的Cr+6离子。在补充溶液中，铬酸、Cr+6是主要成分。Cr+6还原为 Cr+3，进而还原为不稳定的Cr+2并进一步还原为Cr0。
在操作过程中，通常可以发现一些Cr+3，事实上，缺少Cr+3的确很难或根本不能得到镀层。引入少量还原剂到新的溶液中有助于启动镀液。
然而，如果Cr+3的总量占铬酸量的比率超过2-3%，就会降低阴极效率并且导致各种电镀问题。如果还存在其它金属氧化物如铁、铜和镍等，它们会与Cr+3发生反应，从而影响镀液的性能。
然而这种简单的铬-硫酸盐镀液的利用率大约只有12%，共催化镀液可以达到22%以上。对于给定的配方，在最佳电流密度和温度范围内才可以产生光亮的镀层。当可以找到一个可以产生所需的最佳效果的配方时，就要通过过程分析和控制手段来严格保持。
在单一催化镀液中，阴极效率随着铬酸浓度而升高，当铬酸浓度为250克/升时，阴极效率最高，此后，效率就会降低（见图1）。高浓度铬酸溶液允许更大量的三价铬离子和铁氧化杂质的存在。加上再催化作用，在浓度高达300克/升的铬酸溶液中提高了阴极效率。
必须对镀液中铬酸（Cr+6）、硫酸盐、再共催化剂如氟化物、以及三价铬（Cr+3）的含量进行分析，以保证镀液中各种成份的含量在要求的范围内。
◆ 温度
电流强度对镀层光泽和沉积范围的影响与温度有着密切关系。通常，越高的电流密度，就要求有越高的温度（图2）。对于给定的铬酸浓度，存在一个最佳温度范围。低于或高于这个范围，将降低沉积效果。
通常，对于装饰性镀液，这个范围为35℃（95F）至46℃ (115F)。对于硬铬，最佳温度范围是49℃（100F）至65.5℃(150F)。
由于所使用的铬酸溶液浓度相当高，并且可能存在粘稠和分层现象。这导致溶液中温度分布并不平均。因此，就需要搅拌以均化镀液温度，使镀层光亮度一致，并且在镀硬铬时可提高镀层硬度。在工件放入镀槽中之前，有必要对其进行预热，使其达到最佳镀液温度。并且很少有例子特别要求冷却工件。为了使镀层有良好的一致性，在同一镀槽中既使用加热圈，又使用冷却圈以保持准确的温度可能是必要的。
◆ 电流密度
在确定了溶液组成和温度后，电流密度对阴极效率、镀层光泽度和硬度有很大影响。通常最佳的电流密度由所使用的电镀用化学制品制造商推荐。过高的电流密度会使镀层烧伤和粗糙。过低电流密度可能使铬镀层不完整。
要确保使用适合的电源。镀层混浊和/或起皮可能说明所使用的电流有问题。特别是在传统铬-硫酸盐(单一催化)镀液中。应该使用最大波动在5%之内的三相交流整流器在整个电镀周期内提供不间断电流。对于装饰性镀层，标准电流密度为7.75至15.5安/分米2（0.5至1.0asi）。而镀硬铬要求的电流密度为23.25-100安/分米2（15至6.5asi）.
◆ 阳极
使用不溶性的铅或铅-锑合金作为阳极。镀内孔和沟槽部位时，要求将阳极安装在被镀物表面很贴近的位置（0.5至1英寸）在镀硬铬中，阳极与阴极距离越近，沉积分布效果越好。在理想状态下，铅阳极的长度应该是阴极长度的的90%，顶部和底部应分别略低于和高于阴极的顶部和底部，以防止在电镀的结束时出现过度沉积。
电镀过程正常时，铅阳极会产生深褐色铅氧化层。如果在阳极上有黄色或浅色镀层，则表明有铬酸铅堆积，这是由于没有电流或电流太小而引起的，例如在闲置时期。这种浅色镀层的电导率很低。
使用特殊配方制造的清洗液能够用化学方法清洗和激活铅阳极。清洗之后，阳极应适当漂洗并迅速放回镀槽。理想的阳极是由直径为2英寸的三个阳极或四脚棒状每个脚为1.5英寸的阳极组成。

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