铬是一种微带天蓝色的银白色金属

铬是一种微带天蓝色的银白色金属 铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽然很负，但它有很强的钝化性能，在大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。 铬层硬度高(HV800~110kg/mm2)，耐磨性好，反光能力强，有较好的耐热性。在500?以下光泽和硬度均无明显变化;温度大于500?开始氧化变色;大于700?时才开始变软。 由于镀铬层的优良性能，广泛用作防护-装饰性镀层体系的外层和机能镀层。 传统的镀铬工艺，其电镀液以铬酸为基础，以硫酸作催化剂，两者的比例为100:1。工艺的优点为:镀液稳定，易于操作;无论镀光亮铬还是镀硬铬，镀层质量都比较高，具有光亮、耐磨、稳定等优点，所以一直得到广泛的应用。其缺点为:(1)阴极电流效率非常低，一般只有8%~16%，这样，镀速相当慢，消耗的能量也相当大;(2)铬酸浓度高，含铬废水和废气污染大，材料浪费严重;(3)镀液温度较高，能量浪费大;(4)镀液的分散和覆盖能力差，形状复杂的零件必须采用象形阳极、防护阴极和辅助阳极才能得到厚度均匀的镀层。因此，国内外电镀界一直致力于改革高铬传统镀铬工艺，为降低铬酸浓度，减少其危害，提高镀铬效率进行着广泛的研究和探索。现已获得一定的成果。 改善传统镀铬工艺一般都采用在铬酸镀液中加添加剂的办法。这些添加剂可分为四类:(1)无机阴离子添加剂(如、F-、、、、、、;(2)有机阴离子添加剂(如羧酸、磺酸等);(3)稀土阳离子添加剂(如La3+、、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+等);(4)非稀土阳离子添加剂(如Sr2+、Mg2+等)。 在改善传统镀铬工艺的过程中出现了三种较为突出的工艺:(1)以氟化物为催化剂的镀铬工艺;(2)以氯、溴、碘及稳定的羧酸作催化剂的镀铬工艺;(3)以稀土作添加剂的镀铬工艺。 一、镀铬的一般特性 (一)镀铬特点 1.镀铬用含氧酸做主盐，铬和氧亲和力强，电析困难，电流效率低; 2.铬为变价金属，又有含氧酸根，故阴极还原过程很复杂; 3.镀铬虽然极化值很大,但极化度很小,故镀液的分散能力和覆盖能力很差,往往要采用辅助阳极和保护阴极; 4.镀铬需用大电流密度，而电流效率很低，大量析出氢气，导致镀液欧姆电压降大，故镀铬的电压要比较高; 5.镀铬不能用铬阳极，通常采用纯铅、铅锡合金、铅锑合金等不溶性阳极。 (二)镀铬过程的特异现象 镀铬与其它金属电沉积相比，有如下特异现象: (1)随主盐铬酐浓度升高而电流效率下降; (2)随电流密度升高而电流效率提高; (3)随镀液温度提高而电流效率降低; (4)随镀液搅拌加强而电流效率降低，甚至不能镀铬。 上述特异现象均与镀铬阴极还原的特殊性有关。 二、镀铬层的种类和标记 (一)防护-装饰性镀铬 防护-装饰性镀铬，俗称装饰铬。它具有防腐蚀和外观装饰的双重作用。为达此目的在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚度的中间层，然后在光亮的中间镀层上镀以0.25~0.5μm的薄层铬。例如钢基上镀铜、镍层再镀铬、低锡青铜上镀铬、多层镍上镀铬、镍铁合金镀层上镀铬等等。 在现代电镀中，在多层镍上镀取微孔或微裂纹铬是降低镀层总厚度，又可获得高耐蚀性的防护-装饰体系，是电镀工艺发展的方向。 在黄铜上喷砂处理或在缎面镍上镀铬，可获得无光的缎面铬，是用作消光的防护-装饰镀铬。 装饰性镀铬是镀铬工艺中应用最多的。装饰镀铬的特点是:(1)要求镀层光亮;(2)镀液的覆盖能力要好，零件的主要表面上应覆盖上铬;(3)镀层厚度薄，通常在0.25~0.5μm之间，国内多用0.3μm。为此装饰镀铬常用300~400g/L的高浓度，近些年来加入稀土等添加剂，浓度可降至150~200g/L，覆盖能力、电流效率明显提高，是研究开发和工业生产应用的发展方向。 防护-装饰镀铬广泛用于汽车、自行车、日用五金制品、家用电器、仪器仪表、机械、船舶舱内的外露零件等。经抛光的铬层有很高的反射系数，可作反光镜。 按照国际ISO，防护-装饰性镀铬标记方法如下: 分类标记构成: Fe--基体金属钢铁的化学符号。 Cu--铜的化学符号，数字表示铜镀层最低厚度(μm); Ni--镍的化学符号，数字表示镍镀层最低厚度(μm)。 表示镍镀层类型的符号: b--光亮镍镀层; p--暗镍或半光亮镍镀层，欲得到全光亮镀层需抛光; d--双层或三层镍镀层; Cr--铬的化学符号。 表示铬镀层类型及其最低厚度的字符: r--普通(标准)铬; f--无裂纹铬; mc--微裂纹铬; mp--微孔铬。 分类标记示例:钢铁上由20μm(最低)铜、25μm(最低)光亮镍和0.3μm(最低)微裂纹铬构成的镀层的分类标记可写成:Fe/Cu20/Ni25b Cr mc0.3 4444 几个术语的解释: 最低厚度--零件主要表面上能被直径20mm的球接触到的任何一处镀层厚度必须达到的最小值。 主要表面--指零件上的某些表面，该表面上的镀层对于零件的外观和使用性能起主要作用。 无裂纹铬(Crf)--按ISO的试验方法检查时不出现裂纹。 微裂纹铬(Cr mc)--按ISO规定的试验方法检查时，有效面所有方向上每1cm长度可有250条以上的裂纹，裂纹呈网孔状结构。 微孔铬(Cr mp)--按ISO规定的试验方法检查时，微孔密度至少为10000孔/cm2以上。 (二)硬铬(耐磨铬、工业镀铬) 在一定条件下沉积的铬镀层具有很高硬度和耐磨损性能，硬铬的维氏硬度达到900~1200kg/mm2,铬是常用镀层中硬度最高的镀层，可提高零件的耐磨性，延长使用寿命。如工、模、量、卡具;机床、挖掘机、汽车、拖拉机主轴;切削刀具等镀硬铬。镀硬铬可用于修复被磨损零件的尺寸公差。严格控制镀铬工艺，准确地按规定尺寸镀铬，镀后不需再进行机械加工的则称为尺寸镀铬法。 (三)乳白铬镀层 在较高温度(65~75?)和较低电流密度下(20?5A/dm2)获得的乳白色的无光泽的铬称为乳白铬。镀层韧性好，硬度较低，孔隙少，裂纹少，色泽柔和，消光性能好，常用于量具、分度盘、仪器面板等镀铬。 在乳白铬上加镀光亮耐磨铬，称为双层镀铬。在飞机、船舶零件以及枪炮内腔上得到广泛应用。 (四)松孔镀铬 通常在镀硬铬之后，用化学或电化学方法将铬层的粗裂纹进一步扩宽加深，以便吸藏更多的润滑油脂，提高其耐磨性，这就叫松孔铬。松孔镀铬层应用于受重压的滑动摩擦件及耐热、抗蚀、耐磨零件，如内燃机汽缸内腔、活塞环等。 (五)黑铬 在不含硫酸根而含有催化剂的镀铬中，可镀取纯黑色的铬层，以氧化铬为主成分，故耐蚀性和消光性能优良，应用于航空、光学仪器、太阳能吸收板及日用品之防护-装饰。 三、镀铬液的种类和特性 (一)普通镀铬溶液 这是应用量大、面广的一种镀液，基本组分是铬酐和硫酸，按铬酐浓度可分为低、中、高浓度三种。 低浓度通常系指铬酐含量为120g/L以下的镀液。具有减少污染、降低成本、电流效率比较高(18%~20%)、镀层光亮度好、光亮电流密度范围宽等优点。缺点是需槽电压较高，镀液覆盖能力较差，适合于零件形状较简单的场合。 中浓度通常系指铬酐含量为180~250g/L的镀液。铬酐250g/L，硫酸根2.5g/L的镀液称为标准镀铬液，多用于镀硬铬。在这类镀液中加入镀铬添加剂，特别是混合稀土金属盐添加剂，镀液性能则有很大改善:?可将铬酐浓度降低到150~180g/L以内，镀液的覆盖能力明显提高，超过高浓度液;?可降低析铬的临界电流密度值，可采用较低电流密度(如8~10A/dm2)，而电流效率却能达到20%以上，槽电压低于10V，故有明显的节电效果;?可实现常温电镀，在15~50?之间均可施镀，有利于节约能源，提高工效。综合经济和环境效益好。这是现代电镀铬工艺的发展方向。 高浓度系指铬酐浓度为300~400g/L的镀液。具有较高分散能力和覆盖能力，主要用于装饰性镀铬。这种镀液带出损失多、对环境污染较严重。电流效率低(8%~13%)。随着稀土等镀铬添加剂的开发和应用，这类镀液已逐渐缩减。