电镀铬及表面处理

密
度 6.98／cm3~7.219／cm3，
熔
点 1875℃~1920 ℃ ，
标准电极电位 φ0Cr3+/Cr=－0.74V φ0Cr3+/Cr2+=－0.41V φ0Cr2O72-/Cr2+ =1.33V
铬是一种较活泼的金属，但由于它在空气中极易钝化，其表面形成一层极 薄的钝化膜，从而显示了贵金属性质
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3 电镀铬
镀铬层具有很高的硬度，根据镀铬液成分及操作条件的不同，其硬度可 在很大范围(HV400~1200)内调整。加热温度在500℃以下，对镀铬层的硬度 没有明显影响。铬镀层的摩擦系数低，特别是干摩擦系数在所有金属中是最低的， 因此，铬镀层具有很好的耐磨性。
铬镀层在一般大气条件下能长久地保持其原有的光泽而不变色，只有当温 度在400 ℃～500℃时，才开始在表面呈现氧化色。
(1) 在镀铬过程中，是由铬的含氧酸即铬酸来提供
获得镀层所需的含铬离子(其它单金属电镀都是由其
自身盐来提供金属离子)，属强酸性镀液。在铬酸镀
液中，阴极过程相当复杂，阴极电流大部分都消耗
在析出氢气及六价铬还原为三价铬两个副反应上，
故镀铬过程阴极电流效率极低，一般ŋ＝8％～18
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3 电镀铬
(4)阳极不能用金属铬而是采用不溶性的铅或铅合 金(Pb－Sb、Pb－Sn)。镀液内由于沉积出铬及其 它消耗，故铬的补充要依赖于添加铬酸来解决。
(5)镀铬液的分散能力及覆盖能力都极差。欲获得 均匀的铬层，必须采用人工措施，根据零件的几何 形状而设计不同的象形阳极、防护阴极及辅助阳极。
3 电镀铬
2 镀铬层的分类及应用 镀铬可按其工艺及溶液不同来分类，所得到的铬层可应用于不同的场合。
(1) 防护装饰性镀铬 利用铬镀层的钝化能力、良好的化学稳定性和反射能力，铬 层与铜、镍及铜锡合金等组成防护装饰性体系，广泛用于汽车、自行车、缝纫机、 钟表、仪器仪表、日用五金等零部件，既保持产品表面的光亮和美观，又达到防护 目的。这类铬层的厚度一般为0.25µm~1µm
2 电镀前处理知识
轮式磨光机
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2 电镀前处理知识
磨光轮 通常采用柔软材料缝制成轮状，再在轮外侧粘合磨料 一般用皮革、粗毛毡、棉布、各种纤维织品及高强度纸等 制成磨光轮。 ➢硬质磨光轮 ➢软质磨光轮
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2 电镀前处理知识
磨料 常用的磨料有天然金刚砂、人造金钢砂、人造钢玉（含氧化铝90～95％） 、 石英砂、硅藻土、铁丹和浮石等。
能； 2. 装饰零件的外表，使其光亮美观； 3. 提高零件的工作性能，如硬度、耐磨
性、 导电性、电磁性、耐热性等等。
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1 电镀基础知识
对电镀层有哪些要求？ 1. 镀层与基体，包括镀层与基体之间，应有
良好的结合力； 2. 镀层在零件的主要表面上，应有比较均匀
的厚度和细致的结构； 3. 镀层应具有规定的厚度和尽可能少的孔 隙； 4. 镀层应具有规定的各项指标，例如表面粗
Plating technology
电镀铬
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Plating technology
内容
1. 电镀基础知识 2. 电镀前处理知识 3. 电镀铬
08 2005 FH
电镀工艺学04－55
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1 电镀基础知识
电镀是指通过电化学方法在固体表面上 沉积一层金属或合金的过程。 电镀层的作用是什么？ 1. 提高金属零件在使用环境中的抗蚀性
3 电镀铬
(2) 在镀铬液中，必须添加一定量的局外阴离子， 如SO42－ 、 SiF62－ 、F－等和必需有一定量的 Cr3+，离子才能实现金属铬的电沉积过程。
(3)镀铬需采用较高的阴极电流密度，又由于阴极 及阳极之间存在大量的氢气及氧气，尽管铬酸的 导电性较好，仍需要采用大于12V的电源，而其他 镀种使用8V以下的电源即可。
光亮镀层都低，但其耐蚀性较高，主要用于各种量具上。为了获得既耐磨又耐蚀的 表面，目前常采取双层铬镀层，即在工件表面先镀乳白铬，然后再镀硬铬，这种配 合综合了乳白铬镀层及硬铬镀层的优点。
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(4) 松孔镀铬
3 电镀铬 是在镀硬铬后进行松孔处理，使铬层的网状裂纹加深加宽。
这种镀层具有贮存润滑油的能力，可以提高零部件表面抗摩擦和磨损的性能， 常用于承受较高压力的滑动摩擦，如内燃发动机汽缸筒内壁、活塞环等。
磨光不同材料时磨光轮的最佳
由上式可知，圆周速度取决于磨轮的直径和转速。
速度
在生产中，可以改变其中的任一数值来调控磨光 预加工工件材料 轮的圆周速度，例如，当磨光机轴的转数不变时，
轮周速度 （米/秒）
可以更换不同直径的轮子，当磨轮的直径固定时，铸铁、钢、镍、铬 18－30
可以改变轴的转数。
铜及其合金 锌及其合金
铜及其合金 锌及其合金 铝及其合金 钢铁、镍、铬
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3 滚光、震动、离心： 滚光机 通常采用电机带动滚桶进行滚光
2 电镀前处理知识
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震动机 采用带弹簧的偏轴机构产生震动、 旋转离心
2 电镀前处理知识
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2 电镀前处理知识
刷光 用钢丝或铜丝刷光轮刷光工件表面
(5) 黑铬 与其它上黑色镀层(如黑镍镀层)相比，有较高的硬度，耐磨损及
耐热性能好，而且有极好的消光性能。常用于光学仪器、航空仪表等零件的镀 覆。此外，黑铬镀层也可用于装饰。
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3 镀铬过程的特点
3 电镀铬
与其它单金属相比，镀铬液的成分虽然简单， 但镀铬过程相当复杂，并具有许多特点。
铬镀层的特殊结构赋予它非常高的硬度。一般光亮镀铬的硬度大致为HV900 – 1000，最硬的镀铬层能达到刚玉的硬度，是其他金属-镍、钴硬度的两倍，超过氮化 钢和渗氢钢的硬度。显微硬度的数值在某种程度上取决于所采用的载荷大小，以及镀 层必须有足够的厚度以便经受住载荷。在软基上的薄铬镀层上，所测量的仅显示了基 体金属的硬度，在淬火钢上使用50g~100g 载荷时，要求铬层厚度大于30µm较为 合适。
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3 电镀铬
(2) 镀硬铬(耐磨铬) 铬层具有高的硬度和低的摩擦系数，机械零部件镀硬铬后
可以提高其抗磨损能力，延长使用寿命。硬铬可用于切削及拉拔工具，各种材料的 模具、轴承、轴、量规、齿轮等，还可用于修复磨损零件的尺寸。这类铬层的厚度 根据需要而变，从1 µ m到几个mm。
(3) 乳白铬 镀层韧性好，孔隙率低、颜色乳白，光泽性差，硬度较硬铬镀层及
2 电镀前处理知识
配方1 通用 配方2 一般钢铁 配方3 不锈钢 配方4 精密不锈钢
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电镀铬镀层
3 电镀铬
1电镀铬
概述
镀铬在电镀工业中占有极其重要的地位，并被列为三大镀种之一。电镀铬属 于单金属电镀，与其它单金属电镀相比，有许多共同之处。但是，它又有一些其它 单金属电镀所没有的特点，故镀铬是电镀单金属中较为特殊的镀层。
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3 电镀铬
铬镀层具有良好的化学稳定性，碱、硫化物、硝酸和大多数有机酸对其均 不发生作用，但能溶于氢卤酸(如盐酸)和热的硫酸中。
在可见光范围内，铬的反射能力约为65％介于银(88％)和镍(55％)之间，因 铬不易变色，使用时能长久地保持其反射能力而优于银和镍。
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化学除油
2 电镀前处理知识
组成 NaOH Na2CO3 Na3PO4 Na2SiO3 OP－乳化剂 温度
化学除油
浓度 g/L 50－70 20－40 30－40 5－10 适量 80－90℃
皂化 水解 乳化 强乳化
皂化反应：与动、植物中的硬脂酸皂化反应
(C17H35COO)3C3H5+3NaOH－→3 C17H35COONa ＋
糙度、硬度、色彩以及盐雾试验耐试性。
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2 电镀前处理知识
1.1 金属零件电镀前的表面准备
• 金属零件镀前表面准备的重要性 ➢ 机械表面处理
粗糙表面的整平 包括：
磨光、抛光、滚光、震动、离心、刷光、
喷砂处理等。 ➢ 化学表面处理
除油、侵蚀、抛光、活化
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机械表面处理
1 磨光： 磨光机 通常采用磨光机带动磨光轮进行磨光
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钢铁的浸蚀
2 电镀前处理知识
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（1）侵蚀有三个作用
1 化学溶解作用
2 电镀前处理知识
2 产生气体对氧化皮的机械剥离作用
3 产生的氢气对高价氧化物还原作用，有利于氧化物的溶解
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（2）酸度和温度的影响
2 电镀前处理知识
➢ 通常硫酸质量分数为20％—25％，提高硫酸浓度不能增强浸蚀能力，
随着科学技术的发展及对环境保护的重视，在传统镀铬的基础上，相继发展 了微裂纹和微孔铬、乳白铬、松孔镀铬、镀黑铬、低浓度镀铬、稀土镀铬、高效率 镀硬铬及三价铬镀铬等新工艺，使镀铬层的应用范围进一步扩大。
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3 电镀铬
1.镀铬层的性质
铬(Cr)是一种略带蓝的银白色金属，
相对原子质量 51.994，
➢ 超过40％时由于硫酸的强氧化性，对氧化皮几乎不溶解。
➢ 提高温度可以加快反应速度，对氧化皮有较大的剥离作用，
➢ 温度过高会腐蚀零件，一般不进行加热。
➢ 适当加入缓蚀剂可保护基体金属。
HCl 中 用 六次甲基四胺－又称乌洛托品（阳离子型）
H2SO4中用 二邻甲苯基硫脲
（阴离子型）（可适当加入Cl－）
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铝及其合金
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2 抛光： 抛光机 通常采用抛光机带动抛光轮进行抛光 与磨光机同 抛光与磨光的区别： 磨光为粗加工：明显有磨削，硬轮－磨料 抛光为精加工：无明显磨削，软轮－抛光膏
2 电镀前处理知识
抛光不同材料时使用不同的抛光膏
白膏－氧化钙、氧化镁 （用硬脂酸、石蜡等粘合在一起） 红膏－氧化铁红、铁丹 绿膏－三氧化而铬、氧化铝
用骨胶、牛皮胶、明胶作为粘结剂 通常将磨料分为三组：即粗磨：（20～40＃）
中磨（50～150＃） 精磨（180～360＃）。
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2 电镀前处理知识
磨光不同材料磨光轮的圆周速度
其计算式为：
v dn
v－圆周速度（m/s）；π－6圆0周率
d－磨光轮直径（m）；
n－磨光轮转速（转/分）
➢ 溶解产物铁盐累积到一定程度会降低硫酸侵蚀速度。
通常控制铁含量＜60g/L
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2 电镀前处理知识
电化学侵蚀 1 阳极侵蚀 硫酸或盐酸，主要靠阳极溶解 2 阴极侵蚀 硫酸，主要靠氢气冲击 3 弱侵蚀 通常为化学侵蚀，
5％－10％盐酸或硫酸
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钢铁零件的化学和电化学抛光 化学抛光 很少使用 电化学抛光
C3H5硬(O脂H)3
碱
硬脂酸钠Βιβλιοθήκη 油2020/4/4
甘
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加入乳化剂可除去非皂化油（矿物油） 常用的乳化剂有：
辛基酚聚氧乙烯醚(OP－10) 三乙醇胺油酸皂(FM) 十二烷基二乙醇酰胺(6501)等 常温除油：清洗剂等
2 电镀前处理知识
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电化学除油
超声波除油
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2 电镀前处理知识
喷砂、喷丸 干喷是利用射吸原理以气流协带磨料高速
喷向工件，湿喷则以含砂液流高速喷向工件
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2 电镀前处理知识
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2 电镀前处理知识
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化学表面处理
1 除油 包括有机溶剂除油，化学除油及电化学除油 以及超声波除油。
2 浸蚀 包括强浸蚀、电化学浸蚀及弱浸蚀。 3 抛光 化学抛光、电化学抛光 4 活化 化学活化、电化学活化
2 电镀前处理知识
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2 电镀前处理知识
钢铁零件镀前表面化学处理
概述 通常要根据工件的情况以及关键的要求制定表面处理流程
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钢铁零件的除油 有机溶剂除油
烃 类：汽油、煤油、 苯类、丙酮等
氯代烃类：三氯乙烯、 三氯乙烷、 四氯化碳等
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2 电镀前处理知识
(6)镀铬的操作温度和阴极电流密度有一定的依赖 关系，改变二者的关系可获得不同性能的铬镀层。
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3 电镀铬
镀铬过程还有三个特殊的现象：
➢阴极电流效率随铬酸浓度的升高而下降，
随温度升高而下降，
加。
随阴极电流密度的提高而增
这些现象与镀铬的机理有关。
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3 电镀铬
➢ 硬度和耐磨性
人造金钢砂的硬度较高，但是脆性大、易碎；人造刚玉的硬度较高，而且 韧性较好；天然金钢砂和石英砂的硬度稍低一些。应该根据零件的加工要求 选择。
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2 电镀前处理知识
氧化铝磨料
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2 电镀前处理知识
磨料粒度通常是按筛子的号码来划分的，筛子的号码则用单位面积（平方厘米） 上的孔数来表示，筛子的号码越大，筛孔越小。人们以磨料能通过筛子的号码来表 示该磨料的粒度。