一例装饰性镀铬光亮度不足故障的解决方案

李晓静

（1.河南工业职业技术学院，河南 南阳 473009；2.河南省柔性制造重点实验室，河南 南阳 473009）

装饰性镀铬层较薄(厚度一般为0.25 ～ 0.50 μm)，且光亮美观，被广泛应用于机电产品和仪器仪表等零部件的防护与装饰。某企业电镀车间承接了批量化端盖产品的电镀任务。该端盖采用精铜类基材，外径45 mm，壁厚2.5 mm，上表面有宽13.5 mm、高8 mm的双圆角凸台，凸台包含2个不同尺寸的沉头平孔。要求镀层耐腐蚀、耐磨损，外观高亮(见图 1)。安排的电镀工艺主要经历碱铜、焦铜、酸铜、光亮镍、镍封和装饰铬6个环节。

图1 电镀装饰铬后的端盖产品外观Figure 1 Appearance of an end cap product electroplated with decorative chromium coating

车间在对端盖电镀装饰铬时出现镀层光亮度不足和发灰的问题。技术人员首先考虑镀液中铬酸酐与硫酸的比例不当；其次是采取措施，除去预处理工序中未除尽的表面油、锈、氧化皮等污物。调整镀液中铬酸酐与硫酸的比例并除油、除锈后，镀层的光亮度提高，但并未达到理想的效果。很快又出现镀铬层发灰，甚至局部粗糙和斑点现象。因此不得不中断电镀铬工序，以免造成更大的损失。引起镀层不良的原因往往不是单一的，解决电镀故障时必须全面查找并综合考虑各种诱发因素，才能有效排除故障[1]。在查阅相关文献并召开技术协调会议后，技术人员按照综合因素排查法，最终解决了上述问题。

1 原因分析与解决措施

1.1 镀液中铬酸酐与硫酸的质量浓度比偏高

在标准温度(45 ～ 50 °C)下电镀装饰铬时，即便铬酸(即铬酸酐的水溶液)的浓度在很大范围内浮动，也能得到光亮铬。但是铬酸酐的含量会影响镀液的导电性，并最终影响电镀质量。另外，铬酸酐与硫酸的比值也会影响镀层性能。如果两者的比值偏低，势必会加大胶体膜的溶解能力，使阴极极化减弱，镀层发暗；偏高则可能会发生局部胶体膜溶解现象。胶体膜的溶解速率高于成膜速率时，铬沉积受阻，所得镀层结晶粗糙，表面发灰，缺乏金属光泽。

在现场采用镀铬溶液分析方法(即在硫酸溶液中用硫酸亚铁铵滴定，以苯基代邻氨基苯甲酸作为指示剂)测定铬酸酐的浓度，采用硫酸根快速测定仪检测硫酸浓度后发现，该车间电镀过程中铬酸酐与硫酸的质量浓度之比高达145∶1，这是镀层光亮度变差的可能原因之一。

处理措施：一般情况下，应将铬酸酐与硫酸的质量浓度比控制在(80 ～ 100)∶1，最佳值为100∶1。因此将镀液中铬酸酐和硫酸的质量浓度比调整到100∶1，各自的质量浓度为：铬酸酐130 ～ 170 g/L，硫酸 0.4 ～ 1.0 g/L。

1.2 镀液中三价铬离子含量偏高

镀液中的三价铬离子来源于六价铬离子在阴极表面的还原反应。同时，氧化反应又使三价铬离子在阳极表面重新生成六价铬离子。因此，镀液中三价铬离子的含量在氧化还原过程中逐步达到平衡，此时三价铬离子的含量由阴阳极面积之比决定。阴阳极面积之比一般取1∶2为宜。

三价铬离子是阴极胶体膜的主要成分，只有当镀液中三价铬离子浓度适中，金属铬才能正常沉积。配制镀液时通常用乙醇、草酸等还原剂令六价铬离子还原而产生三价铬离子。三价铬离子含量过低相当于硫酸根含量偏高，会造成阴极膜不连续，在较高电流密度下才能析出铬。三价铬离子浓度偏高相当于硫酸根浓度偏低，此时阴极膜厚度增大，镀液的导电能力变弱，槽压增大，镀层的光亮范围减小，尖角部位烧焦，凹处则不能被金属铬完全覆盖，呈暗色和斑点。

经过现场的工件视检，发现有三价铬离子偏高的迹象，且与化学分析结果相符。

处理措施：在阴极面积远小于阳极面积的情况下，通过电解来降低三价铬离子的含量，可令镀液的覆盖能力得到提高，从而提高镀层光亮度。

1.3 镀液中金属杂质含量过高

镀铬液中主要有铁、铜、锌、铅等杂质，可能的来源有：金属工件落入镀槽，镀件凹槽处未完整覆盖镀铬区域而发生溶解，以及原材料本身。

镀液中的铁含量低于3 g/L时，不会影响镀层性能；铁含量为3 ～ 5 g/L时，对镀层光亮度的影响较弱；铁含量超过5 g/L时，镀层缺乏金属光泽，伴随着阴极电流密度减小，镀铬溶液的电阻变大，工作电流波动明显；铁含量超过10 g/L时，镀液呈棕褐色，镀层局部出现斑点。镀液中铜、锌和铅积累太多会影响镀液的覆盖能力。原则上，锌和铅均不得超过3 g/L，铜不得超过5 g/L。

经技术人员确认，前期曾经有金属制品落入镀槽，导致金属制品被腐蚀而产生大量铁离子。视检发现，镀铬液的颜色较深，而且槽电压比初期时高很多，说明镀铬液可能已经受到铜、锌、铅等杂质的污染。

处理措施：先将镀液稀释至CrO3含量在130 g/L左右，再加入732#强酸性阳离子交换膜进行处理。

1.4 阳极导电不良

镀铬采用的是不溶性铅合金阳极，阳极导电不良会严重影响镀层质量[3-4]。阴极生成的三价铬离子会通过氧化反应而在阳极上生成重铬酸根，从而保证三价铬离子浓度在适宜的范围内。考虑到镀铬溶液的分散能力稍差，必须重视阴极和阳极间的几何因素。适当的阳极摆放方式和有效的屏蔽措施能提高电镀的品质。另外，铅合金阳极很容易被腐蚀而在表面生成导电能力很弱的黄色膜层(主要成分为铬酸铅)，影响阳极的导电能力。因此在生产中必须加强阳极的维护和保养。

现场分析发现：阴阳极面积之比约为1∶2，符合要求，但铅合金阳极表面覆盖了一层黄色的膜，说明阳极发生了腐蚀，这可能是诱发镀层表面亮度不足的原因之一。

处理措施：将阳极取出并置于清水中，用钢丝把黄色的铬酸铅刷洗掉。如果仍难以去除，可用碱液浸泡后再刷。有条件者改用耐蚀性较好的铅锑合金阳极。

1.5 镀液温度异常

在镀铬工艺中，阴极电流密度和镀液温度之间是密切相关的[5]。镀液温度较低而电流密度较高时，镀层较暗且有烧焦现象，硬度高，脆性大；镀液温度较高而电流密度较低时，镀层呈乳白色，硬度低；只有在适宜的温度(45 ～ 60 °C)和电流密度(30 ～ 45 A/dm2)下，才能获得表面光亮的镀层，组织硬度较高[6]。另外，镀液温度的波动不宜超过2 °C。

查看生产车间的巡检记录(每2 h检验1次)，镀液温度始终处于50 ～ 55 °C的范围内，电流密度控制在(40 ± 1) A/dm2的范围内，两者均无异常，说明它们都不是造成本次镀层光亮度差的原因。

1.6 镀液中硝酸根离子含量过高

镀液中的硝酸根离子含量高于0.1 g/L，就会使铬层发灰，缺乏光泽，导致镀液的深镀能力和阴极电流效率降低，腐蚀阳极。

采集溶液分析其化学成分，发现镀液中硝酸根离子的质量浓度约为 0.05 g/L，在允许的范围内，因此这也不是造成镀层光亮度差的原因。

2 结语

端盖产品在电镀装饰铬时出现光亮度不足的问题，表现为镀层缺乏金属光泽，严重时局部发灰、粗糙和有斑点。单纯调整铬酸酐与硫酸的比例并除油除锈后，未能彻底解决问题。现场调研和定性试验发现，镀铬层光亮度不足与三价铬含量过高、金属杂质混入、阳极导电不良等因素有关。采取相应措施后成功解决了问题，获得了高光亮度的镀层。在实际生产中遇到电镀故障，应综合考虑诸多因素，有重点地进行处理和化解。