低温镀铬工艺探讨

杨阳 贺洋

（铁法煤业集团机械制造有限责任公司，辽宁 铁岭112700）

铬的优点被大家所熟知并广泛运用于要求具有一定强度的地方，镀铬技术在二十世纪中末期便开始在我国的机械行业所探讨，镀铬工艺先后经历了很多技术等方面的改造并结合改造的一些优缺点逐渐有了低温镀铬工艺，低温镀铬工艺与传统工艺相比优势明显，充分发挥了铬的特点使其物尽其用。

1 低温镀铬工艺产生影响的因素

1.1 电镀时间对镀铬的影响。镀铬时间的长短会影响镀铬层的厚度，在一定沉积速率下，镀铬时间越长其所镀铬的厚度越大，其镀层也会变得越来越硬最后强度不再增长，镀铬过程是一系列化学反应是使其所镀的铬离子变成铬晶体的过程，当镀铬时间较长时表面会堆积形成很厚的铬晶体，过多的铬晶体影响内部结构的稳定性原子之间不断移动使得镀层的咬合力下降，过厚的铬镀层也会使铬内的应力重新分布从而导致集中应力产生使得所镀层表面强度达不到要求一碰即碎，然而过短的电镀时间使其铬晶体来不及在表面生成起不到加强所镀物体的强度。在观察电镀时间与电镀层厚度的关系之后发现电镀时间控制在十分钟和十五分钟之间最为适合，控制在这个时间段内所形成的电镀层厚度具有一定的强度去抵抗外界的干扰，其发挥的功能也能达到最佳效果，要求过大的硬度而加大电镀时间会在电镀过程中掺入一定的杂质，杂质过多会影响镀层的孔隙率使其耐腐蚀下降。镀铬层的强度随着时间的加长出现硬度先增强后减弱的效果，我们在对其电镀时应该利用其硬度最高点的时间，合理将时间控制在最高硬度附近。

1.2 温度对镀铬的影响。温度高时物质的运动速率就会加快，物质的运动加快就利于化学物质反应的速率加快。在电镀铬的时候电镀层的厚度会随着加温而呈现出正比例增长的趋势，温度在某个点之前会随着温度的增加电镀层会逐渐变厚，原因是因为温度在升高的时候加快了铬离子的运动，（转下页）铬离子能快速运动到电极的阴极得到电子形成晶体，从而吸附在所镀的物质上面起到美观作用，同时还保护物质不受损害使物质具有耐腐蚀性。在观察不同温度下的铬镀层时发现，镀层的厚度也不是一直随着温度的升高而一直变厚，镀层形成的快慢也不是随着温度的增加而一直变快，就像化学反应一样，温度很多时候是起到一个催化的作用，而不同化学反应想要达到最佳效果需要一个对应的合适的温度才能使其反应最佳。温度对镀铬的影响大致呈现在52℃之前，镀铬的厚度随温度的升高而增厚，且增长速率先快后慢到52℃时镀铬层的厚度达到了最佳效果，达到某一个温度之后铬层的厚度随着温度的增加逐渐减少，铬层根据研究表明52℃时电镀十五分钟时所形成的铬层的厚度是最好的，其能达到良好的寿命和耐磨性耐腐蚀性等功能要求。

1.3 电流密度对镀铬的影响。在对物质进行镀铬时，电流的密度也会影响镀铬层的厚度和镀层的速度，电流密度在镀层时也相当于一个催化剂的作用，催化剂能加快物质快速反应但是过多的催化剂也不会使物质持续发生反而浪费了催化剂的使用率，在对电流调节密度时应该合理掌控使其在合理反应所需浓度周围，如果想适当的提高电流密度的允许范围可以在其中加入一些质量较好的稀土添加剂。通过显微镜观察不同电流密度下的电镀铬层发现，电流密度为15A/dm2 是电镀层厚度的一个临界点，电流在这之前的电镀层厚度随着电流密度的增加呈现正相关，其正相关的比率系数先增加后减小，在这个电流密度之后发现电镀层的厚度不再随电流密度的增加而增加，电流密度不再影响电镀层的厚度，电镀层的厚度呈现一个稳定的形式。逐渐加大电流密度发现电镀层的厚度变化趋势不明显，电流密度对其形成镀层的反应不再有影响，最后确定15A/dm2 是镀铬的最佳电流密度，在对电流密度为15A/dm2 下的镀层的耐磨性进行分析后发现这个时候的耐磨性也是最好的。

2 低温镀铬与其他工艺的工艺对比

2.1 电镀情况对比。普通镀铬技术所形成的表面不稳定有一定的裂痕，裂痕的产生会导致杂质掺入从而使得物质腐朽，铬没有起到它的保护作用，传统工艺存在着很多问题，这些问题的存在大大降低了铬层的硬度，一段时间之后就会产生裂纹，使得铬的使用效率降低。镀铬的工艺特点是镀液稳定且操作简单，由于铬原子与其他物质所存在的不一样的特点使得铬酸溶液电镀时需要有极强的负电位，化学反应时镀铬阳极采用铅锡合金的不溶性物质。在电镀的过程中由于原子之间不断变化，化学物质的不断反应，在电镀时负极会出现析氢现象，传统电镀铬工艺的析氢情况较为严重使得电镀层没有光泽混入其他颜色，析氢现象的产生是由于在电镀过程时水分在阴极析出了氢气，氢气一部分跑出以气体的形式散发到空气，另一部分则会以氢原子的与镀层融为一体，杂质的渗入就会使得其产生白点就使得铬层具有脆性，而且由于析氢现象的存在使得电镀的电流密度达不到要求值从而降低了电镀的速度，低温镀铬工艺的出现使得其析氢现象与传统工艺相比减轻了很多倍。研究通过对比不同工艺的镀铬技术，在控制变量的条件下对比不同工艺的镀铬相同厚度的镀铬时间，通过不断改变电流密度发现在一定其他变量相同的条件下，低温镀铬速率是其他镀铬工艺好几倍，在合理利用资源的情况下还大大节省了镀铬层所需要的时间。

2.2 镀层情况对比。低温镀铬与传统工艺对比会发现传统镀铬出来的铬层有金属光泽看上去呈现亮白的感觉，而低温镀铬层则呈现灰蒙蒙的感觉，然而其外观在经过一系列处理之后会趋于相同的外观特征。通过传统、标准、低温镀铬三种工艺的孔隙率进行对比，在控制变量的前提条件下通过统计蓝点数目分析其孔隙率的大小，试验发现，标准镀铬的孔隙率极低，然而较低的孔隙率影响铬层的作用效果，传统镀铬和低温镀铬两个工艺下所具备的孔隙率旗鼓相当，孔隙率与标准镀铬的孔隙率相比大相径庭。对铬层的耐腐蚀性进行研究分析，在不同环境条件下分析传统工艺与低温镀铬工艺的区别，将其放入海水中浸泡探究两者工艺之间的耐腐蚀的大小，在控制两者镀铬层厚度的情况下将两者同时放入海水中，由于海水具有较多的矿物质化学物质等能对铬层反应从而降低耐腐性能对两者探究其多长时间之后开始出现腐朽情况，实验发现相同镀铬层厚度的物质低温镀铬层所坚持的时间较长，说明低温镀铬技术所具备的耐腐性好。对比传统工艺和低温镀铬工艺形成的铬层表面的裂纹和进行强度分析，通过观察发现两个工艺下所形成的镀铬层表面都很光滑，只是在强度方面低温镀铬有很强的强度指标。

2.3 工艺参数对比。一个工艺的影响因素很多，通过对比工艺之间参数的区别可以更好的了解影响工艺所产生效果的原因，也能通过分析更好的改进先有技术使工艺更上一层楼。对比传统工艺和低温镀铬工艺的参数，通过分析镀铬工艺中不同化学成分的范围和多少了解工艺之间的区别，根据镀铬工艺的影响因素将因素分为铬酐浓度、硫酸根浓度、三价铬浓度、温度、电流密度、添加剂，分别探讨这些成分和影响因素在多少范围内进行才能使其发挥铬层的保护作用并对铬层的最佳效果所具备的条件进行试验，试验发现低温镀铬所需要的电镀液的浓度较高且在电镀过程中需要添加一些添加剂进行辅助，其铬酐浓度、硫酸根浓度、三价铬浓度都比传统工艺要求范围高且最佳值的浓度也相对较高，两者的电流密度相比低温镀铬的电流密度略大，在反应时低温镀铬也需要添加一些稀土等其他添加剂来帮助镀铬，相比其他工艺参数而言低温镀铬的比较好的优势就是其所需要的温度较低在比较低的温度条件下就能进行反应，温度要求低，相比传统工艺需要达到70℃而言低温镀铬的温度比较容易达到，低温镀铬的最佳温度为27℃，相当于不需要任何物质燃烧释放热能就能达到最佳镀铬温度，低温镀铬工艺使得工艺的耗能大大减少，相对性价比而言低温镀铬工艺还是略胜一筹。

3 结论

低温镀铬工艺并非一日而成, 而是经历了很多工艺的探究和改进很多实验的操作一步步发展而来，使其耐磨性耐腐蚀性都有所改进。在低温镀铬工艺中应该严肃对待浓度控制问题，及时处理镀层出现的彩色膜和控制很多影响镀铬工艺的因素。合理的控制镀铬工艺的影响因素，严格把控镀铬的时间，调整镀铬所需温度，检测镀铬的电流密度使其在一定的范围之内，让低温镀铬工艺能更好的造福于其所运用的领域，使其发挥最大的经济效益和社会效益。