无裂纹铬层的脉冲电镀

彭 涛， 刘 敏

（成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川 成都610091）

0 前言

采用传统的直流电镀生成铬层时，铬晶粒的“错位”生长导致铬层出现大量裂纹。这些裂纹的存在，有时是有益的，比如某些活塞需要均匀的微裂纹来“藏”一些润滑油／剂，从而达到减少摩擦的目的。然而，要求高气密性、高耐蚀性的工件则希望能减少铬层裂纹，甚至达到无裂纹。本文采用脉冲电镀工艺，研究无裂纹镀铬的几个重要工艺参数。

1 原理

脉冲电镀实质上是直流电镀的通、断循环过程。传统的直流电镀只有一个参数，即电流或电压。而脉冲电镀的参数除了电流或电压外，还有导通时间（Ton）和关断时间（Toff），从而引出了另外两个重要的参数——脉冲周期（θ）和占空比（γ）。它们之间的关系可按下述公式进行换算：

脉冲电镀过程中，当电流导通时，电化学极化增大，阴极区附近金属离子被充分沉积；当电流关断时，阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度，浓差极化消除，并伴有对沉积层有利的重结晶、吸／脱附等现象。这样的过程周期性地贯穿于整个脉冲电镀过程的始末。

2 试验

2.1 试样

30CrMnSiA合金钢，尺寸为100 mm ×25mm×1mm，表面粗糙度不大于1.6μm。

2.2 设备

WDM20-600型脉冲电源，ATLAS SF850型盐雾试验箱，MH-5 型显微硬度计，LEICA DM4000型金相显微镜。

2.3 镀液配方

采用标准镀铬液，其配方为：CrO3250g／L，H2SO42.5g／L，Cr（III）3～7g／L。

2.4 工艺流程

2.5 技术方案

试验中除了θ、γ外，其他工艺参数的选择与直流电镀的相同，即阴极电流密度为50A／dm2，槽液温度为53℃［1］。以θ、γ进行几组正交试验，具体方案见表1。

表1 正交试验水平因素

2.6 实验方法

2.6.1 裂纹检查：采用400×显微法。

2.6.2 硬度测试：采用ASTM E384 型显微硬度法。

2.6.3 盐雾试验：采用ASTM B117 中性盐雾试验。

3 结果与讨论

3.1 试验结果

正交试验结果见表2。

表2 正交试验结果

图1 试验裂纹

3.2 结果分析

3.2.1 镀层裂纹

由图1可知：方案2得到的镀层具有最好的无裂纹状态，而方案1、3的均出现了贯穿性网状裂纹。这主要是由于方案2的脉冲周期及占空比合理，使得铬晶粒在生长过程中能得到有序排列，从而形成致密的镀层。然而，这种致密镀层的厚度是有限的［2］，随着镀层厚度的增加，无裂纹铬层的获取变得困难［3］。目前15μm 左右的无裂纹铬层是可行的。 应注意除氢工艺参数的选择，否则，镀层会在除氢过程中产生大量的裂纹。本试验的除氢参数为190℃、24h。

3.2.2 镀层硬度

由表2可知：三种方案获得的镀层的显微硬度比较接近，均在7 850 MPa左右。这主要是由于镀铬层的显微硬度主要与槽液温度及电流密度有关，而这两项参数在三个方案中是相同的。

3.2.3 盐雾试验

由表1可知：方案2所得镀层的耐盐雾腐蚀性能更好。这主要是由于盐雾中的Cl-能够很容易地到达金属基体，从而形成电化学腐蚀环境。

4 结论

（1）对30CrMnSiA 合金钢而言，采取阴极电流密度50A／dm2、槽液温度53℃、脉冲周期75s、占空比0.8的脉冲电镀工艺，能够获得一定性能的无裂纹铬层。

（2）在工艺参数一定的情况下，获取无裂纹铬层的难度随镀层厚度的增加而增大。通常情况下，获取厚度在15μm 以内的无裂纹铬层是可行的。

［1］张允诚，胡如南，向荣.电镀手册（上册）［M］.北京：国防工业出版社，1997：363-409

［2］冯辉，袁萍萍，张琳，等.脉冲电镀铬的现状与展望［J］.电镀与精饰，2010，32（1）：20-23.

［3］王长亮，汤智慧，彭超，等.脉冲电镀无裂纹硬铬研究［J］.电镀与精饰，2010，32（9）：31-34.