特殊钢与铸铁表面镀铬

吴上郁

（浙江省平湖市金湖小区10栋4单元，浙江 平湖314200）

0 前言

随着工业的发展，对特殊钢与铸铁的需求量日趋增加。常用的特殊钢有含钨和钨基合金钢、含锰和锰基合金钢、高铬高镍不锈钢、氮化钢等。铸铁的种类很多，包括可锻铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、激冷铸铁等。为了提高它们的实用效果，需要在基体表面镀一层硬铬或耐磨铬。由于上述黑色金属的材质、牌号、表面粗糙度和热处理方法不同，因此，镀前处理、镀层厚度与工艺条件等都各有区别。上述材料如果采用常规的前处理，按一般镀铬工艺进行，难以达到理想的效果。这是电镀工作者在镀铬过程中常会遇到的难题。只有采用特殊的镀铬手段，才能保证镀层的质量良好，避免许多不必要的损失。本文着重介绍特殊钢与铸铁表面镀铬的方法，供电镀工作者参考。

1 含钨和钨基合金钢表面镀铬

常用含钨高速工具钢的牌号一般有W18Cr4V和W12Cr4V4Mo等。高速工具钢的含碳量较高，含钨量也很高，所以它的脆性大、硬度高（洛氏硬度可达70～74）。基体表面的钨会影响铬的沉积和镀层与基体的结合力。因此，高速不锈钢镀铬要注意以下几点：（1）酸洗不宜过度，一般为15～30s；（2）阳极处理时间要短，一般为5～10s；（3）镀铬液温度要高于60℃；（4）镀层不宜过厚，一般为10～20 μm，以免影响镀层与基体的结合力。

由于钨基合金钢具有含钨量在90%～95%、洛氏硬度大于75、耐高温、表面极易氧化等特点，所以应采用特殊工艺。将镀件先用甲苯（或汽油）去油，阴干后，放入60～80g／L的氢氧化钠溶液中进行阳极处理（铁板作阴极，镀件作阳极，20～30 A／dm2，室温，2～3min）。镀件从槽中取出后，用棕丝刷蘸瓦灰将表面的一层氧化钨黑膜刷去，清洗，在5%～7%的氢氟酸中浸渍1～2min，使金属表面活化，清洗后立即进入铬槽电镀。这时不能再做阳极处理，因为表面的钨极易氧化，生成的氧化钨不易除去，会影响镀层的结合力。镀铬温度60～62℃，阴极电镀起步要快，先用80～120A／dm2的大电流密度进行冲击镀2～3min，然后回到正常的电流密度值继续电镀。

镀件起缸清洗后应放入恒温箱或油浴中进行去氢处理（加热到200～250℃，保温1．0～1．5h），以消除内应力。钨经过去氢后，基体中的渗氢量可去除87%～90%，加强了镀层与基体金属的结合力。钨钢镀铬厚度在0．1mm以上的必须去氢，以免镀层氢脆影响结合力。

2 含锰和锰基合金钢表面镀铬

常用含锰弹簧钢的牌号有65Mn，55MnC，50CrMn等。热处理前布氏硬度为270～300，经过热处理后内部组织为索氏体、托氏体或两者的混合体。其基体一般含有锰和硅，如65Mn弹簧钢的含锰量为0．7%～0．9%，60Si弹簧钢的含硅量为1．5%～2．0%。基体表面的锰和硅会影响镀铬层与基体金属的结合力，使镀层脱落。

对含锰量较高（1．2%～2．0%）的弹簧钢，镀前要用10%～15%的硫酸处理1～2min。对含硅量高的弹簧钢，镀前要用10%～15%的硫酸和5%～7%的氢氟酸处理30～60s，溶解表面的一层游离硅，使金属表面活化，确保镀层结合良好。

含锰弹簧钢应尽量用甲苯去油，油渍严重时用50～60g／L的氢氧化钠去油，时间不得超过5min（一般为1～2min）。这是因为氢氧化钠也会渗氢，引起碱脆，降低弹簧钢的机械强度、疲劳强度和抗压系数，影响镀层与基体金属的结合力或产生局部镀不上铬的现象。含锰量较高的弹簧钢，用10%～15%的硫酸活化后立即下槽镀铬，镀液温度为56～58℃。阳极处理的电流密度要大（在45～60 A／dm2），时间为10～20s。转入阴极电镀时，电流由小到大逐步上升（电流在1～2min左右开完）。最后用高电流密度（50～60A／dm2）冲击镀2～3 min，再下降到20～30A／dm2的正常值。

对于含锰量在90%以上的锰基合金钢，应采取如下的措施：将锰基合金钢用甲苯去油，阴干后，在10%～15%的硫酸中活化处理1～2min，除去热处理时基体表面的一层游离锰，使金属表面活化；随后立即下槽镀铬，不能采用阳极处理，以免脱皮；阴极电流梯形上升至30～40A／dm2（起步电流比镀不锈钢的稍快些），镀铬液温度为58～60℃。

3 高铬高镍不锈钢表面镀铬

不锈钢具有很高的化学稳定性，但它的硬度不高，易于磨损，因此要镀耐磨铬。由于不锈钢表面存在一层薄而密的透明钝化膜，使得不锈钢能抗多种介质的腐蚀。该膜受损后，在很多情况下仍可在不锈钢的新鲜表面上迅速恢复。不去掉这层膜是不可能镀出结合力好的镀层的。因此，高铬高镍不锈钢电镀的关键是解决镀层与基体金属的结合力问题。镀前的活化处理非常重要。

在电镀铬中所遇到的难度较大的不锈钢是奥氏体结构的不锈钢，其牌号有Cr14Ni14，4Cr14Ni14W2M，Cr25Ni20，GH132等。高铬高镍不锈钢表面很容易钝化，所以镀前不能采用阳极处理。经过阳极处理表面发黑就不易镀好，即使用很大的电流冲击镀也不能完全保证镀层质量。当含镍量大于10%时，只能先在10%～15%的硫酸中活化1～2min，再采用常电（槽端电压2．0～2．5V）下槽进行电化学活化。起步小电流1～2min，逐步升至大电流。电流密度在3～5min内达到正常值。

4 氮化钢表面镀铬

常用的氮化钢是38CrMoAl，它的机械强度很高，大多用于主轴、镗杆、受力较大的螺杆等。凡是未经过渗氮处理的氮化钢，镀铬比较容易，一般可按低合金钢或45＃中碳钢镀铬工艺进行。

经渗氮处理的氮化钢，其基体表面氮化层的厚度一般为0．3～0．5mm，硬度高（洛氏硬度为65～70）。如果镀前处理不当，就会给镀铬带来麻烦。因此，为了去除氮化钢基体表面的一层阻碍铬放电沉积的氮化层，应将镀件放入镀铬槽内阳极处理2～3 min。取出后用棕丝刷蘸瓦灰刷洗，去除表面的一层氧化物。清洗后，再下槽进行短时间（3～5s）的阳极处理，随后立即转入阴极电镀，镀液温度为60～62℃。电流起步要快，用80～100A／dm2的大电流密度冲击镀3～5min，然后回降至正常值。

5 铸铁表面镀铬

铸铁的含碳量高（3%～4%），可分为灰口铸铁、白口铸铁和球墨铸铁三大类。铸铁基体的共性是组织疏松、表面粗糙、具有许多微孔缺陷。所以酸洗和阳极处理时间不宜过长，以免碳和硅容易以游离状态析出，黏附于表面上会影响镀层与基体的结合力。电镀时由于氢的超电势低，容易析氢从而阻碍铬的放电沉积。因此，铸铁镀前处理要注意以下几点：（1）酸洗不宜过度（不超过1min），应使用15～20g／L（按酸量）H缓蚀剂，防止镀件腐蚀过度；（2）阳极处理时间要短（一般为3～5s，最多不超过10～15s），阳极电流密度为45～50A／dm2；（3）开始电镀时，起步电流一定要快（电流直线上升），冲击镀电流要增加80%～120%，冲击3～5 min，使镀铬层完整覆盖，然后电流回到正常值；（4）由于铸铁镀铬使用的电流大，因此，导电挂具必须要有足够的截面积，以保证电流畅通。

铸铁的种类虽然很多，但不是所有的铸铁都能镀铬，要根据材质和型号而定。比如HT15－32（3＃铸铁）就不适于镀铬，因基体含硅量高且有许多微孔缺陷，会给电镀带来困难。只有HT21－40（2＃铸铁）与HT24－44（1＃铸铁）才适于镀铬，但基体表面粗糙度要轮磨到0．20～0．40μm。对于材质型号较差（处于2＃与3＃之间）的铸铁，如果表面粗糙度能降至0．20μm以下，可以试镀铬。

由于在电镀过程中不可避免地要析氢，而且又不可避免地扩散进入基体内造成氢脆，因此，铸铁镀铬层的厚度在0．1mm以上的，必须在200～250℃的恒温条件下进行去氢处理1～3h。这样才能使镀层与基体金属结合牢固。

铸铁表面退铬必须在80～100g／L的氢氧化钠溶液中进行，以镀铬件为阳极，以铁槽为阴极，阳极电流密度5～10A／dm2，室温。退铬后铸铁表面的粗糙度一定要在0．40μm以下才能再镀铬，以确保镀层质量。