电镀硬铬理论知识

1、电镀硬铬理论知识一、铭镀层的特征1、铭镀层的物理性能及化学性能铭镀层的颜色为略带浅蓝色的银白色。铭镀层有优秀的特征，比如，硬度高、耐热、耐酸、耐碱、耐 硫化物、耐有机酸、顺磁、不变色；铭镀层的摩擦系数低，特别是干摩擦系数在所有金属中是最低的，所 以，铭镀层拥有很好的耐磨性；铭镀层与橡胶、胶木、塑料等非金属资料黏附力差。所以，这种资料的模 具采纳电镀铭后简单脱模，且模具表面粗拙值越小，压制产品的亮度越高、越雅观，模具使用寿命也可提 升。2、铭镀层的硬度和应力在正常镀铭工艺条件下，铭镀层硬度为HRC55HRC65和HV750HV1200。电镀铭比由高温冶金法获 取的金属铭硬度高得多，最硬的铭镀层可

2、达到刚玉的硬度，比其余的现有电镀层硬度都高。比如，它是 铁、钻和镍硬度的2倍左右。它的硬度比经过渗碳、渗氮、碳氮共渗、硬化办理的钢以及经过热办理的合金 构造钢的硬度都高。电镀时的氢、外来离子的性质、内应力增添是铭镀层拥有高硬度的主要要素。资料抵挡硬物压入表面的能力叫做硬度。在测定镀层硬度时，常使用维氏硬度计，可依据镀层厚度只 要5200gf的小压荷使压痕深度达到镀层厚度的1/71/10，在镀层断面上测定硬度时，能够针对镀层厚 度选择适合的压荷，测度方法相同，测出的硬度偏差较小。加厚铭镀层假如大于100 mm时可采纳洛氏硬度计， 在非工作面长进行测定铭镀层硬度。这种方法测准时能够直接看出铭镀层的

3、硬度，使用较方便。在电镀过程中，因为各种原由惹起镀层晶体构造的变化，常会使镀层有伸长或缩短的趋向，但因镀层已 被固定在基体上，促进镀层处于受力状态，这种作用于镀层单位面积的力称为内应力。在镀铭过程中应 力的产生，主假如电析应力。铭镀层结协力很好，而在早期电析应力特别大，能够察看到2940Mpa以上的张应力，同时跟着镀层的增厚其实不会转变为压应力，但这些都不影响铭镀层的结协力。所以铭镀层结协 力差，主假如因为基体表面洁净工作没有做好，而电析应力不是致使结协力差的原由。3、铭镀层的耐磨性铭镀层因为有其特别的构造而形成很高的硬度，因为硬度高，使耐磨性也提升。但铭镀层的耐磨性利 害，不只是是硬度，还有

4、金属的延展性和弹性等也是耐磨性的决定要素。经过试验以为铭镀层的维氏硬度 为HV750HV800时拥有较大的耐磨性。镀铭层厚度与耐磨性有必定关系，同时对使用寿命也有直接的影响。使用寿命与厚度固然不完整成比例关系，可是厚度减小，使用寿命就会大大缩短。假如考虑表面耐磨性，则要示铭镀层厚度大于7.5 umo受冲击的部件，铭镀层厚度不该小于15 山。关于铝合金的热冲模，镀铭后能降低黏附性，以上压模铭镀层厚度往常为1020 mm。橡胶模具和塑料模具铭镀层厚度只需求35 mm即可，橡胶模具和塑料模具经镀铭后，使用寿命将延伸 510倍。铭镀层拥有较低的摩擦系数，尢其铭的干性摩擦系数与所有电镀金属层 对比是最低

5、的。铭镀层与钢铁资料的摩擦系数为二、镀铭溶液的构成1、铭酐(CrO3)(分子量：76 )铭酐的水溶液是铭酸，它是电解液的主要成分。因镀铭工艺采纳不溶性阳极，所以它是铭层的独一来源。镀硬铭所用的电解液含铭酐量一般在200g/L300g/L之间，在标准镀铭电解液中含铭酐为250g/L，此中大概 含铭 125g/L。2、硫酸(H SO )(分子量：66 )24Cr4242兰离子能在阴极Cr4242兰离子能在阴极CrO 4 Cr(OH)CrO4的薄膜溶解，使+ Cr(OH)CrO4的薄膜溶解，使当镀铭溶液的酸度为pH值为3时，能有碱式铭酸铭Cr(OH) 3 Cr(OH)CrO 4的薄膜存在，没有硫酸盐

6、时，该碱式铭酸铭的薄膜转向阴极，并给它包上能透过氢离子的胶体薄膜。硫酸盐的作用就是利用它的吸附作用，减低胶体的电流密度，防止在阴极上形成坚固附着的胶体层。所以，在阴极表面上，其余离子就有了复原的可能。假如纯真考虑到负电荷的SO42-与阴极表面互相作用，则难以相信SO42-离子能抵达阴极表面。因为硫酸根（SO42-）离子的尺寸不而电荷高，所以简单被正电荷的胶体所汲取，并马上与三价铭生成绿色的而无反响能力的阳离子团Cr4O（SO 4）4 （H2O）42+，这种离子团能经过薄膜而不发生明显变化，抵达阴极表 面以后，离子放电，而硫酸根离子变为游离状态。生产实践证明，为了获取高质量的铭镀层应十分注意镀液

7、中的铭酐与催化剂的浓度比，而关于催化剂绝对含量相对而言其实不那么重要。当CrO3/SO42-为100 : 1时，电流效率最大。当CrO 3/SO 42-小于100 : 1时，镀层的光明性和致密性有所提升。但镀液的电流效率和分别能力下降。当CrO 3 /SO42-小于或等于50 : 1时，因为催化剂含量偏高，使阴极胶体膜的溶解速度大于生成速度，阴极电势达不到铭的析出电势，致使局部以致所有没有铭的堆积，镀液的电流效率降低，分别能力明显恶化，并且镀液颜色变暗，阴极邻近产生渺小的氢气泡；当CrO2-大于100 : 1时，SO42-含量不足，/SO镀层的光明性镀液的电流效率降低；若比值超出200 : 1

8、，SO42-含量严重不足，在镀层上会产生黑色条纹，铭镀层表面会出现粗拙的小颗粒，光彩性差，镀液颜色也会变淡，阴极邻近将产生大批氢气泡，并会产生剥落现象。因为SO42 -含量太低，阴极表面上只有极少部位的膜被溶解，即成膜的速度大于溶解的速度，铭的析出受阻或在局部地域放电长大，所以获取的镀层粗拙。3、氟硅酸钠（Na 2SiF6）（分子量：188 ）氟硅酸根离子在电镀过程中起着与硫酸根离子相像的作用，但氟硅酸根离子还有其独到长处。比如，铭 镀层简单钝化，常常在镀铭过程中电流中止或进行二次镀铭时，所获取的镀层为乳白色而无光彩；而有氟硅 酸根离子存在时，所获取的铭镀是光明的，因为它拥有使铭镀层表面活化的

9、作用。采纳含氟硅酸根离子的镀液比标准镀铭溶液优胜，当镀液温度在土 5 C时，相同能获取光彩仔细的铭镀层，并且比标准镀铭溶液 所获取铭镀层光彩雅观，为带有浅蓝银白色的光明铭镀层。三、镀铭工艺过程与原理（一）镀铭工艺的主要特色从常用的铭酸电解液中电镀铭，其工艺特色以下：1、镀铭电解液的主要成分不是金属铭盐，而是铭酸。2、镀铭电解液中一定加入少许拥有催化作用的阴离子，如硫酸根、氟硅酸根离子等，才能使电镀过 程正常进行。3、电解液的分别能力很低，不易获取平均的镀层。要想等到厚度平均的镀层，一定采纳适合的夹具、 象形阳极、协助阴极或绝缘障蔽等举措。4、 镀铭使用的电流密度很高，电流密度常在20A/dm

10、2以上；镀铭槽电压较高，往常 612V。5、 镀铭电解液的电流效率较低，一般镀铭电解液的电流效率在20%左右。6、阳极采纳铅、铅一锑合金或铅一锡合金等做不溶性阳极，不可以用金属铭作阳极。7、工艺参数对镀铭层性质有影响，采纳不一样的电流密度和温度，可获取不一样性质的镀铭层。镀铭过程还有三个特别现象：阴极电流效率随铭酸浓度的高升而降落，降温度高升而降落，随阴极电 流密度的高升而高升。镀铭工艺尚存在的问题：1、铭酸有较高的毒性，对人的身体危害甚大，废气和废液一定经过办理，因此耗费许多。2、因为电流效率很低，而槽电压又高，所以电能耗费较大。3、因为使用高电流密度，所以电源设施投资增添。4、因为采纳不溶

11、性阳极，耗费的金属铭需常常增补铭酐，才能保持电解液中各成分的相对稳固。5、因为阴极大批析氢，镀层和基体金属产生氢脆。6、镀层孔隙率高，镀层裂纹通基层。（二）镀铭的电极过程铭酸酐中的铭是以六价形式存在，铭酸酐易溶于水成为铭酸，该水溶液是一种强酸。跟着铭酸酐浓度的不一样，溶液中的六价铭能够以多种形式存在。一般状况下（CrO3200400g/L ），溶液中的六价铭主假如以铭酸（H 2CrO4 ）和重铭酸（H 2Cr2O7）的形式存在：2CrO3+H2O - H2Cr2O7CrO3 +H2O H2CrO4铭酸在水溶液中分二步电离:H2CrO4 HCrO4 _+H +4 -42-+田-6HCrOCrOK

12、=10当镀液的pH值当镀液的pH值V 1, 列均衡：Cr2O72-为主要存在形式；当pH值为26时，Cr 2O72-与HCrO 4 -之间存在着下增添CrO3或降低pH值Cr2O72-+H2O =2HCrO4-i 2CrO42- +2H+加水稀释或高升pH值当pH值6时，CrO42-为主要存在形式。1、镀铭过程的阴极反响镀铭过程的阴极极化曲线如图1所示。曲线的门路存在着三个以上以上的折点，即极化曲线出现回行程，这是因为镀液中不一样离子放电的结果。图1中曲线1：第一段曲线(ab段)，当阴极电位比较正时，阴极上没有金属铭析出，也看不到氢气泡的产生，此时阴极表面邻近的 pH值V 1，所以阴极区中的离

13、子以Cr2O72为主。所进行的电极反响是 Cr2O； -中的Cr(W )复原为。其反响式为Cr2O72-+14H+6e 2Cr3+ +7H2O因为上述反响， 所以在阴极表面邻近及镀液中存在着Cr3 +，跟着阴极电位向负方向挪动，该反响的速度加速，达到b点便到了最大值。CEPE芸；洛堪尝豪CEPE芸；洛堪尝豪0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6T0 阴极电极电位（-R四图1镀铭过程的阴极极化曲线图1中曲线2:第二段曲线(bc段)，当达到b点此后，跟着阴极电位持续变负，除六价铭复原为三价 铭外，在阴极上发现还有氢气析出，其反响式为2H + +2e2 因为析氢的产生，阴极镀液pH值增至2

14、2.6，这切合重铭酸转变为铭酸的反响条件，使更多的 Cr2O7-向CrO42 -转变，从曲线上能够明显地察看到，跟着阴极电位变负，表征反响电极反响速度的电流密度却 跟着电极电位的变负而降低，明显有物质阻滞了电化学反响速度，这是因为阴极胶体膜的形成阻挡电极反 响速度。阴极胶体膜理论：在阴极极化曲线b点此后，因为H2的析出，致使近阴极区pH值增高，当pH值达到3左右时，近阴极区的Cr 生成了 Cr(OH) 3胶体沉淀，并与Cr( W )组成了碱式铭酸铬Cr(OH) 3 Cr(OH)CrO 4，这是一种橘黄色的碱式黏膜物质，称为胶体膜或阴极膜。这种胶体膜致密而平均地吸附在阴极表面，它只同意半径较小的

15、H+经过胶体膜放电，而的HCrO 4 -放电遇到阻挡，使阴极极化显著增添，电流密度明显降低。假如电解液中没有硫酸存在，pH值较高，没有Cr(W )复原为Cr3 +的过程，H2的析出阻挡了的Cr析出。当镀液中有硫酸存在时，硫酸对阴极胶体有必定的溶解作用。所以，近阴极 区胶体膜处于不停形成与不停溶解的动向过程。图1中曲线3 :第三段曲线(cd段)，跟着阴极电极电位进一步提升，pH值持续高升，并且Cr2向CrO42-方向转移更多。当达到c点此后，起初吸附的Cr2 72完整被CrO42-代替。在阴极除了发生上述O两种反响外，开始堆积铭，其反响式为4役+4改+CrOO 6e f Cr 8OH此时，在阴极

16、上三个反响同时进行，跟着阴极电极电位的负移，阴极电流快速上长，反响速度加速， 生成金属铭的反响占的比重渐渐增大，即跟着阴极电流密度的增大，阴极电流效率增添。因为在镀铭溶液中，阴极上铭的实质析出电位(一1.1V )比氢的实质析出电位(一0.6V )和Cr( W ) fCr3 +的复原反响电位(一0.1V )负得多。这就决定了镀铭过程中必定有氢的析出和Cr3+的复原反响存在。正因为铭的实质析出电位很负，铭表面上的析氢过电压较低，所以大批地放出氢气，有 60%70%电流耗费在放出氢气的过程中，10%20%的电流耗费在生成三价铭的过程中，只有百分之几到百分之十几才用于镀出 的铭上。这就是镀铭电流效率低

17、的根来源因。2、镀铭过程的阳极反响铅与铅合金阳极会与镀铭溶液互相作用，生成溶解度很小、导电性很差的黄色铭酸铅(PbCrO 4)膜，这种阳极膜会影响镀铭过程的正常进行，所以一定常常洗漱阳极。不镀铭时，应将阳极拿出，不然将遭到 铭酸浸蚀而在其表面形成黄色铭酸铅(PbCrO 4 )膜，使槽电压高升，严重时造成阳极不导电。在阳极长进行的反响有：4OH-f2H4OH-f2H?O +。2 f+ 4e2Cr3-+7H2Of Cr2O72 - +14H + + 6ePb +2H2O f PbO 2+4H+4e由上述反响可知，镀铭过程中阳极不停放出氧气，并且生成暗褐色的二氧化铅膜，以及三价铭氧化成六价 铭。生成

18、氧气是阳极过程的主要反响，当电流密度较低时，有益于三价铭氧化成六价铭反响的进行。所以，当镀液中三价铭含量过高时，可采纳大面积阳极和小面积阴极的方法进行电解办理，以此来降低镀液 中的三价铭的含量。在平时生产中，控制必定的阳极面积和阴极面积之比，使在阴极上产生过度三价铭基本 上都在阳极被氧化掉，进而使镀液中的三价铭含量保持在必定的范围内。实践经考证明，阳极面积与阴极面积之比保持在2 : 1或3 : 2较为适合。还需指出，阳极表面覆盖的一层暗褐色二氧化铅膜是一种正常 现象。这层膜不一样于黄色铭酸铅膜，它可导电并保护阳极表面免遭铭酸浸蚀而形成难以导电的铭酸铅黄膜。三、镀铭工艺过程与原理（一）镀铭工艺的

19、主要特色从常用的铭酸电解液中电镀铭，其工艺特色以下：1、镀铭电解液的主要成分不是金属铭盐，而是铭酸。2、镀铭电解液中一定加入少许拥有催化作用的阴离子，如硫酸根、氟硅酸根离子等，才能使电镀过 程正常进行。3、电解液的分别能力很低，不易获取平均的镀层。要想等到厚度平均的镀层，一定采纳适合的夹具、 象形阳极、协助阴极或绝缘障蔽等举措。4、 镀铭使用的电流密度很高，电流密度常在20A/dm 2以上；镀铭槽电压较高，往常 612V。5、 镀铭电解液的电流效率较低，一般镀铭电解液的电流效率在20%左右。6、阳极采纳铅、铅一锑合金或铅一锡合金等做不溶性阳极，不可以用金属铭作阳极。7、工艺参数对镀铭层性质有影

20、响，采纳不一样的电流密度和温度，可获取不一样性质的镀铭层。镀铭过程还有三个特别现象：阴极电流效率随铭酸浓度的高升而降落，降温度高升而降落，随阴极电 流密度的高升而高升。镀铭工艺尚存在的问题：1、铭酸有较高的毒性，对人的身体危害甚大，废气和废液一定经过办理，因此耗费许多。2、因为电流效率很低，而槽电压又高，所以电能耗费较大。3、因为使用高电流密度，所以电源设施投资增添。4、因为采纳不溶性阳极，耗费的金属铭需常常增补铭酐，才能保持电解液中各成分的相对稳固。5、因为阴极大批析氢，镀层和基体金属产生氢脆。6、镀层孔隙率高，镀层裂纹通基层。（二）镀铭的电极过程铭酸酐中的铭是以六价形式存在，铭酸酐易溶于水

21、成为铭酸，该水溶液是一种强酸。跟着铭酸酐浓度的不一样，溶液中的六价铭能够以多种形式存在。一般状况下（CrO3200400g/L ），溶液中的六价铭主假如以铭酸（H 2CrO4 ）和重铭酸（H 2Cr2O7）的形式存在：2CrO3+H2O H2Cr2O7CrO3 +H2O H2CrO4铭酸在水溶液中分二步电离：iH2CrO4HCrO4 _+H+HCrO4CrO42 + H+ K=10 -6当镀液的pH值V 1，Cr2O7 2-为主要存在形式；当 pH值为26时，Cr 2O72-与HCrO 4 -之间存在着下 列均衡：增添CrO3或降低pH值、/Cr2O72-+H2O稀-或 2HCrO4-2CrO

22、42-+2H+当pH值6时，CrO42-为主要存在形式。1、镀铭过程的阴极反响镀铭过程的阴极极化曲线如图1所示。曲线的门路存在着三个以上以上的折点，即极化曲线出现回行程，这是因为镀液中不一样离子放电的结果。图1中曲线1：第一段曲线（ab段），当阴极电位比较正时，阴极上没有金属铭析出，也看不到氢气22泡的产生，此时阴极表面邻近的 pH值V1，所以阴极区中的离子以 Cr2O7 为主。所进行的电极反响是Cr2O7 -中的Cr（W ）复原为。其反响式为Cr2O72-+14H+6e 2Cr3 + +7H2OCr3 +，跟着阴极电位向负方向挪动，该反响的速Cr3 +，跟着阴极电位向负方向挪动，该反响的速图

23、1镀铭过程的阴极极化曲线图1中曲线2:第二段曲线（bc段），当达到b点此后，跟着阴极电位持续变负，除六价铭复原为三价 铭外，在阴极上发现还有氢气析出，其反响式为2H + +2e2 因为析氢的产生，阴极镀液pH值增至22.6，这切合重铭酸转变为铭酸的反响条件，使更多的 Cr2O7-向CrO42 -转变，从曲线上能够明显地察看到，跟着阴极电位变负，表征反响电极反响速度的电流密度却 跟着电极电位的变负而降低，明显有物质阻滞了电化学反响速度，这是因为阴极胶体膜的形成阻挡电极反 响速度。阴极胶体膜理论：在阴极极化曲线 b点此后，因为H2的析出，致使近阴极区pH值增高，当pH值达 到3左右时，近阴极区的C

24、r3 +生成了 Cr（OH） 3胶体沉淀，并与Cr（ W ）组成了碱式铭酸铬 Cr（OH） 3 Cr（OH）CrO 4，这是一种橘黄色的碱式黏膜物质，称为胶体膜或阴极膜。这种胶体膜致密而平均 地吸附在阴极表面，它只同意半径较小的H+经过胶体膜放电，而的HCrO 4 -放电遇到阻挡，使阴极极化显著增添，电流密度明显降低。假如电解液中没有硫酸存在，pH值较高，没有Cr（W ）复原为Cr3 +的过程，H2的析出阻挡了的Cr析出。当镀液中有硫酸存在时，硫酸对阴极胶体有必定的溶解作用。所以，近阴极 区胶体膜处于不停形成与不停溶解的动向过程。图1中曲线3 :第三段曲线（cd段），跟着阴极电极电位进一步提升， pH值持续高升，并且Cr? 72 -O 向CrO42-方向转移更多。当达到 c点此后，起初吸附的 Cr2O72-完整被CrO4 2-代替。在阴极除了发生上述 两种反响外，开始堆积铭，其反响式为2-+ 4H+CrO42O 6e - Cr 8OH-此时，在阴极上三个反响同时进行，跟着阴极电极电位的负移，阴极电流快速上长，反响速度加速， 生成金属铭的反响占的比重渐