替代硬铬工艺方法及合金电镀发展趋势

1、替代硬铬工艺的技术途径及工艺特点替代硬铬工艺的技术途径及工艺特点课题报告之 镀硬铬是一种传统的表面电镀技术，已经应用长达70 多年。镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮且工艺相对比较简单，成本较低。长期以来，铬镀层除了作为装饰涂层 外，还广泛作为机械零部件的耐磨和耐蚀涂层。 电镀硬铬镀层技术常常用来修复破损部件但电镀硬铬工艺会导致严重的环境问题。镀铬工艺使用的铬酸溶液，会产生含铬酸雾和废水，而且还有其它一些缺点，如：硬度一般为800900 HV，硬度比一些陶瓷和金属陶瓷材料低，且硬度还会随温度升高而降低；镀铬层存在微裂纹，不可避免产生穿透性裂纹，导致腐蚀介质从表面渗透至界面而腐蚀基体，

2、造成镀层表面出现锈斑甚至剥落；电镀工艺沉积速度慢（约25m/ h），镀0. 20. 3mm厚的镀层往往需要23个班的时间，也不利于厚镀层的应用。 因此，研究领域一直努力寻找替代电镀硬铬的新工艺。目前已出现许多新工艺并得到应用和发展。一、硬铬工艺一、硬铬工艺1 1. .钨基非晶态合金镀钨基非晶态合金镀二、新工艺及其特点二、新工艺及其特点 电镀钨基非晶态合金代替镀铬工艺是一种非晶态合金电镀技术，镀层的主要成分为W-Fe-Ni和W-Co-Ni及其它少量的合金成分，完全不含铬元素。该工艺从研发开始即引进了清洁生产的概念，能耗小，废弃物处理量少。相对于镀铬工艺，其主要特点为： 克服了现有镀铬工艺六价铬对

3、环境的严重污染； 在硬度、耐磨、耐蚀等主要性能上相当或优于镀铬； 物料利用率高，生产成本较低； 可以充分利用现有的镀铬工艺设备，改造工程小； 镀液为弱碱性，因而对厂房和设备的腐蚀小，延长了设备的使用寿命。其性能指标在以下几方面也优于镀铬工艺。l耐蚀性：传统的镀硬铬工艺不能形成耐蚀性强的镀层。l微硬度：此工艺镀层硬度介于6001300HV。l镀厚能力：镀厚可达到0.3mm，通过对不同的基底材料进行合适的前处理，可以得到与基底材料结合力很好的镀层。与基底接触的部分略带裂纹，远离基体则裂纹消失，因此该镀层镀厚后可以很好地保护基底，克服镀硬铬无法做到的无裂纹镀硬铬。2.2.高速火焰喷涂（高速火焰喷涂（

4、HVOFHVOF） 热喷涂技术是一种将涂层材料（粉末或丝材）送入某种热源（电弧、燃烧火焰、等离子体等）中熔化、并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成覆盖层的工艺。该工艺操作简便，灵活高效，涂层材料种类繁多（金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等）。近年来高能、高速火焰喷涂（HVOF）设备的出现，使得热喷涂涂层孔隙多、结合强度不高的弱点得以克服，涂层质量有了质的飞跃，使得热喷涂涂层代替镀硬铬层有了坚实的技术基础。其中的高速火焰喷涂技术（HVOF），涂层的孔隙率小于1%，结合强度大于80Mpa，涂层沉积的速度很快。这些特性使得HVOF成为最具有吸引力的替代电镀硬铬层的方法。HVOF与镀硬铬工艺比较。

5、 相较而言，热喷涂涂层不但能达到镀铬层的镜面光洁度，而且在硬度及耐磨性等方面还大大超过镀铬层，完全可以在一些应用中取代硬铬，特别是有严重磨损并有腐蚀的场合。 HVOF工艺的局限性在于不能用于小直径的内喷涂作业。这种工艺采用非常高的动能，因而撞击角度需尽可能地接近90，以防止颗粒在撞击时变形。再者，HVOF喷涂工艺的喷涂距离约为300mm，若加上喷枪的长度就意味着可喷涂的最小内部尺寸为450mm。83.3.镀金刚粉镀金刚粉 传统的镀铬，以其镀后表层硬度高、光洁度好、耐磨性佳等一系列优点而受人们青睐。而镀金刚粉这一表面处理新工艺的出现，却使镀铬技术相形见绌。 该工艺采用化学镀，将粒径为13m的金刚

6、粉粒子（或陶瓷粒子、碳化硅粒子）均匀适度地分布于镀槽悬浮液中并与镍离子共沉积，最终获得均匀的镀层。该工艺中镀液的选择、粒子的浓度和搅拌是很重要的，该工艺的广泛推广还需进一步摸索和研究工艺参数的控制。 镀金刚粉后的工件，其外层硬度经热处理后远远超过常规镀铬层面所具有的7501000HV且更加耐摩擦。4.4.离子束注入技术离子束注入技术 金属离子注入是通过高能金属离子的轰击来改变金属表面性能的工艺。因为该工艺不生成涂层，零件尺寸和整体性能保持不变，注入后的表面不存在附着力、残余应力和不良的显微组织等问题，离子注入的表面耐磨性和耐蚀性均优于镀铬表面，所以是一种处理温度比较低的工艺，可处理塑料、铝和低

7、合金钢等材料。 金属离子注入技术几乎能处理任何材料，如各种金属、硬质合金、陶瓷、玻璃，大多数塑料、复合材料，一些有机材料等。前处理过程只需要清洗而不需要其它处理过程如酸洗、抛光、磨削、喷砂或热处理等。由于注入后表面尺寸不变化，所以通常也不用夹具。离子束注入技术优缺点金属离子注入技术相对于镀硬铬工艺有5个优点： 尺寸不变化，能保证被处理零件有严格的公差； 注入温度通常在150以下，一般不需要后处理； 不产生有害的废物，不需要处理废液和废气等； 大多数金属离子注入后可用X射线荧光光谱仪作质量控制； 具有灵活性和适应性，可提供多种不同材质的涂层。 与镀硬铬工艺相比，在某些应用领域，金属离子注入技术可

8、提高材料的耐磨性，提高硬度，减少摩擦，提高耐氧化、腐蚀性，提高光学性能，增加疲劳寿命，降低氢脆性等。 但是，金属离子注入技术必须在真空（真空度达到1.3310（-3）Pa）下进行处理，而且它是直射的，最大入射角为45 ，所以复杂的零件必须在离子束中作特殊处理，对深径比大于1 的孔，内壁不能处理，显然离子注入不能用于厚涂层，如零件的修复等。三、总结三、总结 近些年来,在研究和使用代铬电镀方面也取得了明显的进展。装饰铬镀层外观光亮,有较好的耐蚀性。目前已得到应用的代装饰铬层有Sn-Co、Sn-Ni、Ni-W和Co-W合金等,其中Sn-Co和Co-W合金更接近六价铬镀层的外观和特性。以上几种合金镀层

9、的硬度较低,不宜作为代硬铬镀层,但Ni-W合金经热处理后(硬度达10001200 HV)可代硬铬。代硬铬镀层可分为电镀合金、化学镀合金。 (1)电镀合金：主要有电镀Ni-P、Ni-B、Ni-Mo和Ni-W及其三元合金等,以上合金都具有较高的硬度和耐磨性,特别是经过热处理后,其硬度超过1000HV。 (2)化学镀合金：化学镀合金在工业上已得到大量应用。合金中含磷量对镀层的性能影响很大,含磷量低的镍-磷合金(含磷1%4%)镀层,其硬度为700HV,在400下经过1h热处理后,硬度达到11001200HV,且镀液的分散能力非常好,目前认为是替代硬铬较为理想的镀层。四、结束语四、结束语 以上几种新工艺

10、可在不同领域替代镀硬铬传统工艺，与现行镀硬铬技术相比，有许多优点，但也有一定的局限性。因此在进行镀硬铬工艺替代方案中应根据具体的要求，从技术、经济以及环保的角度来综合选择合适的替代新工艺，达到减少或无六价铬产生的目的。关于1、3课题理解课题一课题一合金电镀目前的技术应用进展及工艺优点合金电镀目前的技术应用进展及工艺优点 电镀合金由于其具有较高的硬度、致密性、耐蚀性、耐(磨)摩性、润性、耐高温性、钎焊性、磁性以及装饰性，具体可分为：2.电镀装饰性合金 近几年来防护性合金有了较快的发展，主要是锌基合金。目前，在生产上大量应用的有锌-镍、锌-铁、锌-钴、锌-锡及镉-钛等。它们对钢铁基体来说属于阳极镀

11、层，具有电化学保护作用，特别适用于要求高耐蚀和低氢脆的产品。1.电镀防护性合金 装饰性合金应用广泛，通常可分为：代镍合金，如铜-锡合金和镍-铁合金等，常作为装饰铬的底层，可减少镍的消耗，以降低成本；代铬合金，近年来开发的锡基合金，如锡-镍、锡-钴以及锡-镍-X(X代表锌、钴、镉等金属)三元合金等，其目的主要是降低污染；仿金合金，作为仿金镀层的合金有，铜-锌、铜-锡、铜-锡-锌、铜-锌-铟合金等。3.电镀功能性合金 由于合金镀层具有的特殊性能及使用上的特殊要求，可分为耐磨性、可焊性、电催化性能、磁性及轴承合金等。4.电镀贵金属合金 主要指以金、银、钯等贵金属为基的合金，这类合金有其特殊的使用要求

12、，多用在电子元器件上。5.电镀非晶态合金 值得注意的是：近10多年来，电镀非晶态合金有了较快的发展，人们发现非晶态合金具有很多优异性能，例如：高机械强度、高耐蚀性、超导性、耐放射性和催化特性等。因此，电镀非晶态合金已引起人们的极大关注。用电镀法得到的非晶态合金，通常是以铁族元素(如铁、钴、镍)为基，与非金属元素(如磷、硼、碳等)，或与过渡元素(如钼、钨、铬和铼等)形成的二元合金或三元合金。合金电镀技术的应用进展合金电镀技术的应用进展 由于电镀合金具有许多单金属不具备的优良特性,因而对它的研究和应用一直受到人们的重视,并取得了积极的效果。近几年来,随着新型材料的不断涌现和飞速发展,“非晶态”合金

13、和“纳米”合金的研究和应用。已引起人们的极大兴趣,特别是新型纳米合金材料的优异特性,最引人关注。近年来,纳米材料的发展和应用非常迅速。纳米合金是纳米材料的一种类型,用电镀法制备的纳米合金材料,方法和设备简单,能耗低,易操作和成本低等优点,还具备优良特性。如用电镀法得到的Ni-W纳米合金,具有高的硬度、高耐蚀和抗高温等优异特性,可取代硬铬,耐磨寿命提高一倍以上。又如Co-Ni、Co-W合金纳米材料,具有良好的吸波特性,具备变频带和兼容性好,质量轻,厚度薄,在军工产品上用作隐身材料。目前,用电沉积法已经得到了Ni-Cu、Ni-Mo、Ni-W、Ni-W-B及Ni-W-P等多种纳米合金,具有高的热稳定性,良好的可焊性,耐磨性和耐蚀性,可用于微电子电路,还有良好的催化析氢特性,硬度明显优于Ni-W。非晶态合金和纳米合金的发展趋势高耐蚀性合金 主要是锌基合金。另外,如Ni-Cu纳米合金等具有优异的耐海水、酸、碱、氧化还原性气体腐蚀的特性,将会在工业上大量应用。电催化活性合金 利用Ni、W、Mo等金属制备纳米合金催化剂。如Ni-Mo纳米合金等作为催化剂,具有良好的析氢催化特性,在电极、加氢、氧化、还原和聚合反应中具有特殊的功能。磁性合金