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再谈镀铬层厚度均匀性

鏃ユ湡;2019-06-15  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  层特别是枪管镀铬层对厚度均匀性有着严格的要求。由于镀铬液分散能力差,对大工件镀铬,尤其是施镀时间长、电流大的镀硬铬,铬层沉积越厚,越容易造成电流分布不均匀,产生诸如锥度、椭圆度、“狗骨”形态等缺陷。本文介绍了阳极、内电阻、三价铬等因素对镀铬层厚度均匀性的影响。

  一般镀铬层厚度的均匀性取决于阳极与镀件的相互关系。通常情况下,阳极与镀件的间距越近,镀铬层越能与镀件的几何形状相一致。但是,当阳极与镀件外径不相似时,如果增大阳极与镀件的间距,可以使电流在阳极表面上分布较均匀;如果阳极与镀件的间距太近,则电流分布反而不均匀。电镀外径工件时,阳极与镀件的间距应控制在10~25 cm范围内。如果阳极离镀件太远,则溶液电阻增大,电能损耗增加。在操作中应做到以下几点:

  (1)形状较简单的镀件,可与阳极靠近些;形状不规则的镀件,与阳极的间距应尽量大些。

  (2)大小较悬殊的镀件不能同槽进行电镀,避免电流分布呈严重的不均匀状态。

  (3)镀件放置的不同部位与阳极的间距应尽量相等,这样可使溶液的电阻相似,电流分布均匀。

  (4)将镀件(尤其是轴)定位在以4根阳极组成的、各自的“箱式”中,让电流在镀件表面能均匀地分布,避免产生椭圆度。

  镀硬铬所用的铅合金阳极应该比镀件(尤其是轴)短一些。阳极的顶部略低于镀件的顶部,而阳极的底部要高于镀件的底部,避免阳极超长部位的电流分布到镀件上而呈“狗骨”形态,即:上部镀铬层太厚、中间最薄、下部较厚。

  镀铬阳极的长度通常根据镀槽深度而定,除非采用以定型产品设计制作的专用阳极,一般阳极下部离槽底约为15 cm,上部高于液面5 cm。对这种状态的阳极,如果电镀定型产品(一般为轴类件),可将超过镀件部位(顶部或底部)的阳极面用塑料盘带包封绝缘;如果是非定型产品或长短不一致的工件,可在镀件的上下部加保护阴极。

  溶液电阻的纵向分布状态,使镀铬过程中产生的氢气泡从枪管内不断上溢,带动溶液由下而上地流动,且不断更新。这时上部溶液的质量浓度低,气泡数量多,从而使溶液电阻的纵向分布呈上大下小的不均匀状态。

  由于镀液中的气泡数量呈上多下少的梯度状态,越向上气泡占据的空间越大,使得溶液在阴极上部的交换速率比下部的快。这种流动速率的不均匀状态,也就造成了极化电阻的纵向分布呈上小下大的梯度状态。

  枪管镀铬一般采用钢丝镀铅阳极。这种钢芯阳极的电阻所造成的电位降,使枪管内不同断面上阴、阳极之间的电压不相同(如上部的电压比下部的高),形成自上而下的梯度状态。这种状态使得电流在阴极表面上的纵向分布不均匀。

  镀铬液中三价铬的质量浓度对内电阻纵向分布状态有着显著的影响。实践证明:随着镀液中三价铬的质量浓度的增加,内电阻纵向分布不均匀性逐渐得到改善。三价铬的质量浓度较高时,溶液在枪管内自下而上的流速变慢,这显然是气体生成速率较慢所导致的。溶液流速变慢,使溶液的质量浓度梯度变大,导致溶液电阻纵向梯度增大;同时缩小了上下部阴极表面溶液的交替速率差,导致极化电阻纵向梯度降低。溶液电阻纵向梯度的增大和极化电阻纵向梯度的降低,都有利于上大下小的电阻(包括阳极电阻)梯度的形成,从而提高电流纵向分布的均匀性。

  镀铬过程中,碱式铬酸铬薄膜在阴极表面不断生成,而硫酸铬离子不断在阴极溶解碱式铬酸铬薄膜。成膜和溶解的过程在阴极表面上交替进行,当膜的溶解速率较慢时,氢气析出较快;当膜的溶解速率较快时,氢气析出较慢。由此认为:当三价铬的质量浓度较高时,溶液中硫酸铬离子的数量增多,在阴极上加快了碱式铬酸铬薄膜的溶解,因而也就减缓了氢气的析出。可能是由于三价铬氧化成六价铬时需克服的阻力比氧气析出时需克服的阻力小,所以当三价铬的质量浓度增加时,三价铬氧化成六价铬的反应速率加快,相应地抑制了氧气的生成速率。

  鉴于此,对于枪管(特别是细长枪管)镀铬,镀铬液中三价铬的质量浓度必须维持在10 g/L以上(工艺规定在812 g/L范围内)。当三价铬的质量浓度较低时,上部铬层沉积速率快、下部慢,形成上厚下薄的不均匀镀铬层。但是,当三价铬的质量浓度过高时(一般14 g/L以上),上部铬层沉积速率慢、下部快,形成上薄下厚的不均匀镀铬层。

  另外,三价铁离子也有影响,其对阴极表面成膜与溶解交替的过程,与三价铬有着相似的作用。也就是说三价铁离子和三价铬都影响氢气的生成速率。所以在工艺中规定三价铁离子的质量浓度应小于8 g/L。

  (1) -般镀铬层厚度的均匀性取决于阳极与镀件的相互关系,因此,在操作中必须合理地控制阳极和镀件的间距。

  (2)枪管镀铬层厚度纵向锥度,与镀铬液中三价铬的质量浓度有着密切的关系。要得到比较理想的镀铬层,三价铬的质量浓度应严格控制在一定范围内。


 
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