提高镀铬层的性能及影响因素

摘要：镀铬层具有很高的硬度、耐磨性和耐热性，外观美丽；在空气中不会变色，仅在400～500℃时才开始出现氧化色。在除盐酸外的其它酸、碱、硫化物、碳酸盐及大多数的气体与有机酸中都有很高的化学稳定性。基于上述众多的优良性能，镀铬被广泛用于机械、汽车、仪器仪表、航空、航天等行业。但是，在不同的行业和不同的特殊部位，对镀层性能的要求又不一样。因此，为促进镀铬的运用和镀铬的发展，有必要对铬镀各种性能的提高方法进行研讨。

关键词：镀铬层；性能；影响因素

中图分类号： O614.61 文献标识码：A

1镀铬层的结构

镀铬时阴极有氢的产生，研究认为：最初在阴极形成的是氢化铬（CrH）。这种氢化物很不稳定，形成金属铬的同时释放出氢，这些氢有相当的数量残留在镀铬层中。一般而言，镀铬温度越高，残留的氢越少，因此将镀铬层进行加热除氢处理，可把部分氢驱除出来。研究表明：铬层中的氢对脆性影响很大，但对硬度几乎没有影响。氢化铬呈六方晶格组织，分解时产生体心立方体的铬，其体积比氢化铬小。由于体积变小，在镀铬层中形成很高的内应力。当达到一定厚度时，它将超过金属的固有强度而使镀层产生裂纹。因此，通常镀铬层都遍布着或多或少的裂纹网络。这些裂纹虽然从表面到基体的发展是不连续的。但裂纹在与断面垂直的方向上呈网状，所以从立体空间的角度看，裂纹是由表面延伸到基体的。研究表明：CrO3∶的比值增大时，裂纹网的密度变小。温度升高时，铬层的裂纹网也变疏。电流密度只有在CrO3∶的比值较小和温度较高时，才显示对裂纹网组织的影响。

2　改善镀层性能的方法

2.1　提高亮度的方法

铬是蓝白色的，经过表面抛光的铬在可见光范围内的反射率，是刚抛光过的银的反射率的55%，但银会很快变暗，失去反射性，铬却能长期保持，因此，镀亮被广泛地用于装饰。铬层虽然可以经过抛光变亮，但由于生产成本和镀件形状的限制，常常是不现实的。光亮铬层的获得取决于镀铬的工作条件之间的相互协调，即电解液的成分及与之相适应的电流密度和温度。研究表明：光亮镀铬液应尽可能拥有宽范围的光亮电流密度范围，这样可使表面复杂的零件在不同部位产生各种不同的电流密度。从而获得光亮的镀层。降低铬酸含量，可使光亮镀铬的电流密度范围变宽。增加催化剂浓度会使光亮电镀范围向高电流密度方向移动。含氟化物的电解液比含硫酸盐的电解液具有较宽的光亮电流密度范围。过高的三价铬和杂质（主要是铁）会降低光亮范围。同时，要获得尽可能光亮的色泽，必须在抛光的基体上进行电镀。最好的办法是将基体金属进行阳极抛光，或者镀上光亮底层。

2.2　改善镀层硬度和耐磨性的方法

镀铬层的特殊结构赋予它非常高的硬度，大致为900-1000　HV，最硬的铬层达到了刚玉的硬度，超过展性和塑性也影响耐磨性。耐磨镀铬一般采用铬酐浓度较低（CrO3∶150-200g/L）的镀液，以及较低的温度和较高的电流密度，一般为50-60℃，25～75A/dm2。研究表明：当铬酐和摧化剂的比例不变时，降低铬酐含量，则镀铬层硬度上升其它条件不变时，降低催化剂含量，铬层硬度上升；温度和电流密度对铬层硬度有很大影响，一定的电流密度下，常常存在着一定的获取硬铬层最有利的温度，过高或过低的温度，铬层硬度都将降低；一般在30-60℃范围内，在相应的电流密度下能获得较硬的铬层。高温下获得的铬层是较软的铬层。但这类软的铬层无裂纹、结合力好，强度高，使用性能特别好。

3　影响镀铬层性能的因素

3.1　吸氢

镀铬层的硬度很高，并总存在内应力，这是由于镀铬时吸氢和晶格变化所致。镀铬层吸氢的影响，可以从氢与金属的结合形式和机理解释：①氢与金属形成N2H、KH形式的盐类化合物，在该化合物中，氢以负离子状态存在；②氢与金属形成共价氢合物；③氢与金属形成金属键氢合物。一些研究者的分析表明[2]，电镀中，在还原速度相同的情况下，在酸度较高的范围内，氢离子优先放电；在氢的析出大为减缓的情况下，则有利于金属的放电。在已吸氢的电极上金属离子还原过程的阻滞现象，可能是由于氢渗入铁族金属的晶格中，生成Me--H+型的化合物所致。这种化合物的正电荷是朝向电解液的。由于电极表面上正电荷的存在，因此给金属离子的还原造成了额外的障碍。实际镀铬中，由于氢离子在阴极上放电，产生大量氢气，使氢在被镀件附近形成氢化铬（CrH）。这种氢化物在一定条件下（如温度较低时）容易分解，释放出氢气同时形成铬，部分吸入于晶格中。因此，镀铬层往往含有相当数量的氢。有人认为，镀铬层中含氢量是随电流密度的提高而增加的。

3.2　夹杂物

3.3　镀液成分

当镀液中铬酸和催化剂的比例不变时，如果提高铬酸含量，镀铬层的硬度则下降；降低铬酸含量，则硬度升高。这种情况说明，由于镀液成分的变化，在镀较厚铬层时，其镀层各部位可能有不同的硬度，因此产生很高的内应力。所以在镀硬铬时，一定要特别注意保持镀液成分的稳定。这就必须定期分析镀液以控制各成分的比例。在其它条件保持不变时，如果提高硫酸含量，镀铬层的硬度降低，如果同时提高温度和电流密度可以重新补偿这部分下降的硬度。因此在“光亮铬镀层”区域内所获得的镀层硬度和耐磨性都是比较理想的。镀液中三价铬含量对镀铬层的性能也有很大的影响。

结语

综上所述，镀铬层中的内应力、硬度、耐磨性和疲劳强度等，都取决于电解条件的准确配合。

必须说明的是，在镀铬中的温度和电流密度对镀层硬度和耐磨性的影响因素也比较复杂，实际使用镀液成分都有它们相应的最佳工艺规范。这方面不同工作者的经验和研究可能得到不同的数据。

参考文献

[1]章葆澄.电镀工艺学[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993.

[2]上海轻工业专科学校.电镀原理与工艺[M].上海：上海科学技术出版社.1978.

[3][美]弗利德里克A.洛温海姆.现代电镀[M].北京：机械工业出版社.1982.