浅议提高大型杆类件镀铬层厚度均匀性的方法

郭长林　张嵩　李红兵　刘二强

摘 要：活塞杆对镀铬层厚度均匀性有严格要求。而在大型杆类镀件电镀硬铬中电镀时间长，镀铬电流大，加上镀铬液分散能力极差和电镀的尖端效应，易产生电流密度分布不均匀，造成镀件镀层厚度均匀性差。本文主要谈论的是影响大型杆类件镀铬层厚度均匀性的因素及提高大型杆类件镀铬层厚度均匀性的方法。

关键词：大型杆镀铬 均匀性 影响因素 辅助盖板

中图分类号：TQ153 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0098-02

镀硬铬因具有使镀件的外观更优美、硬度更大、更耐腐蚀、不易变色等特点而得到广泛的应用。而镀铬层均匀性是镀铬质量的主要指标。由于镀铬液的分散能力极差，在镀铬的过程中很难得到厚度均匀的镀层[1]。镀件设计、机械加工工艺、几何因素、电镀挂具、镀铬液成分、环境温度对镀铬层均匀性都有影响，从而也影响了镀铬在很多方面的运用[2]。传统的活塞杆加工多采用的工艺流程为：精磨（至镀前尺寸）→镀硬铬（至完工尺寸加0.03～0.05mm）→镀后精磨（至完工尺寸）→抛光→装配。这种工艺流程对镀层厚度的均匀性要求不是很高，只要最薄处达到厚度要求，镀后再将厚的地方经过打磨、抛光才能符合要求，但是这种方法所需的成本较高。为了降低成本同时保证产品质量，要求缩减镀后打磨、抛光工序，直接镀出合格的均匀性镀层，迫使我们进一步探讨镀铬层均匀性的影响因素和提高方法。

1 影响大型杆类件镀铬层厚度均匀性的因素

1.1 阳极与镀件布局的影响

镀件的厚度均匀性很大程度上取决于阳极与镀件之间的布局。一般情况下，阳极与镀件的距离越近，得到的镀层就与镀件的几何图形越相似。如果镀件与阳极的距离越近，电流密度在阳极表面的分布就越不均匀；如果阳极与镀件的距离太远，还会造成溶液电阻增大，使电能损耗增加。因此在电镀不同镀件时，掌握好距离是十分有必要的。镀件的不同部位也要确保与阳极的距离相同，保证溶液电阻相同，电流分布均匀[3]。因此要想能得到镀铬层的厚度均匀，在电镀的操作过程中必须合理地控制阳极和镀件的间距。

1.2 内电阻纵向分布的影响

首先，在镀硬铬的过程中由于溶液电阻的纵向分布，氢气会在零件的上端不断溢出，使槽液不断的从下往上流动，导致上端溶液的密度降低，从而使溶液电阻上大下小，分布不均匀。其次，在电镀过程中，由于电镀液中的氢气呈现上多下小的状态，很容易使阴极上的溶液交替的速率不均匀，从而导致极化电阻的纵向分布不均匀。最后，在电镀过程中所采用的铅锡压延阳极的电阻会产生电位差，使镀件不同部位的阴极与阳极之间的电压不一致，从而导致电流在阴极表面分布不均匀。

2 提高大型杆类件镀铬层厚度均匀性的方法

2.1 增加辅助阴极，屏蔽电流，减少尖端效应

在电镀过程中，为了得到均匀的镀层，通常会根据镀件的几何形状特点设计一个保护装置，并且将这个装置和镀件一起进行电镀，迫使电力线在镀件上均匀分布，从而使镀件的镀铬层分布均匀。这种方法就称为辅助阴极。由于镀件的几何图形千差万别，所以对不同的镀件其辅助阴极的设计也有所不同，但是都是根据以下这些原理来设计：首先，将辅助阴极做成镀件镀铬面的延伸，将辅助阴极作为镀件的保护屏，使分布不均匀的电力线落在辅助阴极上。其次，辅助阴极一般都是由绝缘材料做成，不能够导电。将辅助阴极设计好后，它能够填充镀铬液中的自由空间，从而避免自由空间造成电力线分布不均匀[4]。

这种方法改造简单，且能够明显的改善镀件镀铬层厚度不均匀的现象的优点。但是其制作过程复杂、固定不紧，易产生零件表面影响区；而且能源消耗大。

2.2 屏蔽阳极，符合零件尺寸，减少电力线分布

在电镀的过程中，当镀件的上部分厚度达到要求时，发现镀件的下部的厚度已经大大超出了规定值，甚至在边边角角的地方会起刺或者结瘤。为消除这种现象，人们采用阳极局部屏蔽的方法。它主要是用绝缘材料做成挡板，然后用这个挡板将阳极浸入电镀液中的上部分挡住，挡住的部分相当于阴极挂具浸入电镀液的部分的1/4即可。这样就可以让阴极的上部的电流密度与下部分的一致。从而使镀件能够镀上均匀的铬镀层。虽然这种方法同样具有改造简单，不需要费用的优点，但是其操作的过程非常繁琐，而且还需要根据零件的长短，随时都要更换阳极，使用的效率非常低[5]。

2.3 制作辅助盖板，符合箱式理论，改变电力线分布，达到电流密度一致性

由于镀铬工艺流程的特殊性，电流分布的尖端效应，电镀液还是所有镀种中分散能力最差的。为了得到厚度均匀的镀层，降低电镀成本，提高生产效率。我们可以对常规的工艺流程做出措施。首先，在电镀过程中，要改变电力线的分布，将阳极进行井字架定位摆放，均匀分布电流。其次，根据箱式理论，改变电力线分布，制作专用的辅助盖板进行屏蔽电流保护，使零件受镀部位上下电流密度一致，确保零件镀层的均匀性。在辅助盖板制作完成后，进行批量试验生产，效果明显。经生产验证发现，运用此方法能够使Φ80×1000以上大型杆件镀铬后镀层厚度差≤0.01mm，其表面质量和镀层厚度均达到零件性能指标。这种方法虽然需要加工费用，但是其操作过程简便，成本较低，可以重复使用，便于批量生产，生产效率较高。

3 结语

镀硬铬在大型杆类件电镀中，是一种常见的、极其关键的表面处理技术，而大型杆类件对电镀铬层的厚度均匀性要求非常高。但是由于电镀铬的电镀液，其分散能力极差，如果运用常规的电镀铬工艺流程，很难得到厚度均匀的镀铬层。而镀层的不均匀性很容易影响镀件的外观，耐腐蚀性，硬度等。在大型杆类件上镀铬主要就是为了提高工作面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐热性能，延长其使用寿命。而阳极与镀件布局、内电阻纵向分布、温度及阴极电流密度的控制等因素，对镀铬层的厚度均匀性都有很大的影响。如果我们能够针对这些因素做出工艺流程的改进就能够得到均勻镀铬层了。

参考文献

[1] 霍大勇.改善镀铬层均匀性的分析[J].电镀与环保，2015，35（4）：7-9.

[2] 周雁文，郝江华，庄钦伟，等.滑轨类零件导动面电镀铬层厚度控制工艺改进[J].科技创新导报，2017，14（2）：77-78.

[3] 奚兵.再谈镀铬层厚度均匀性[J].电镀与环保，2012，32（6）：49-50.

[4] 董华章.辅助阴极在冲模具电镀铬中的应用[J].湖南冶金，1997（6）：33-36.

[5] 池文智.简单、有效的阳极屏蔽法[J].电镀与精饰，1987（3）：25.

[6] 彭欣.杆类活动零件镀铬工艺改善及替代方案研究[D].重庆理工大学，2015.

[7] 王连洪.特长活塞杆镀铬层不均匀问题分析及改进措施[J].煤矿机械，2004（10）：78.

[8] 黄文华，陈文，梁升.气门镀铬层不均匀的影响因素及改进措施[J].电镀与精饰，2009，31（9）：28-29.