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詳談鍍鉻層厚度均勻性
m.nydixin.cn 化學鍍鎳--合航集團 2013-04-03 13:56
深圳電鍍廠資訊：
(常州市荊川里小區12丙201,江蘇常州213015)
中圖分類號：TQ153文獻標識碼：B文章編號：1000-4742(2012)06-0049-02
0前言
鍍鉻層特別是槍管鍍鉻層對厚度均勻性有著嚴格的要求。由于鍍鉻液分散能力差，對大工件鍍鉻，尤其是施鍍時間長、電流大的鍍硬鉻，鉻層沉積越厚，越容易造成電流分布不均勻，產生諸如錐度、橢圓度、“狗骨”形態等缺陷。本文介紹了陽極、內電阻、三價鉻等因素對鍍鉻層厚度均勻性的影響。
1陽極與鍍件布局的影響
1.1陽極位置
一般鍍鉻層厚度的均勻性取決于陽極與鍍件的相互關系。通常情況下，陽極與鍍件的間距越近，鍍鉻層越能與鍍件的幾何形狀相一致。但是，當陽極與鍍件外徑不相似時，如果增大陽極與鍍件的間距，可以使電流在陽極表面上分布較均勻;如果陽極與鍍件的間距太近，則電流分布反而不均勻。電鍍外徑工件時，陽極與鍍件的間距應控制在10～25cm范圍內。如果陽極離鍍件太遠，則溶液電阻增大，電能損耗增加。在操作中應做到以下幾點：
(1)形狀較簡單的鍍件，可與陽極靠近些;形狀不規則的鍍件，與陽極的間距應盡量大些。
(2)大小較懸殊的鍍件不能同槽進行電鍍，避免電流分布呈嚴重的不均勻狀態。
(3)鍍件放置的不同部位與陽極的間距應盡量相等，這樣可使溶液的電阻相似，電流分布均勻。
(4)將鍍件(尤其是軸)定位在以4根陽極組成的、各自的“箱式”中，讓電流在鍍件表面能均勻地分布，避免產生橢圓度。
1.2陽極超長
鍍硬鉻所用的鉛合金陽極應該比鍍件(尤其是軸)短一些。陽極的頂部略低于鍍件的頂部，而陽極的底部要高于鍍件的底部，避免陽極超長部位的電流分布到鍍件上而呈“狗骨”形態，即：上部鍍鉻層太厚、中間最薄、下部較厚。
鍍鉻陽極的長度通常根據鍍槽深度而定，除非采用以定型產品設計制作的專用陽極，一般陽極下部離槽底約為15cm，上部高于液面5cm。對這種狀態的陽極，如果電鍍定型產品(一般為軸類件)，可將超過鍍件部位(頂部或底部)的陽極面用塑料盤帶包封絕緣;如果是非定型產品或長短不一致的工件，可在鍍件的上下部加保護陰極。
2內電阻縱向分布的影響
2.1溶液電阻
溶液電阻的縱向分布狀態，使鍍鉻過程中產生的氫氣泡從槍管內不斷上溢，帶動溶液由下而上地流動，且不斷更新。這時上部溶液的質量濃度低，氣泡數量多，從而使溶液電阻的縱向分布呈上大下小的不均勻狀態。
2.2極化電阻
由于鍍液中的氣泡數量呈上多下少的梯度狀態，越向上氣泡占據的空間越大，使得溶液在陰極上部的交換速率比下部的快。這種流動速率的不均勻狀態，也就造成了極化電阻的縱向分布呈上小下大的梯度狀態。
2.3陽極電阻
槍管鍍鉻一般采用鋼絲鍍鉛陽極。這種鋼芯陽極的電阻所造成的電位降，使槍管內不同斷面上陰、陽極之間的電壓不相同(如上部的電壓比下部的高)，形成自上而下的梯度狀態。這種狀態使得電流在陰極表面上的縱向分布不均勻。
3三價鉻的影響
鍍鉻液中三價鉻的質量濃度對內電阻縱向分布狀態有著顯著的影響。實踐證明：隨著鍍液中三價鉻的質量濃度的增加，內電阻縱向分布不均勻性逐漸得到改善。三價鉻的質量濃度較高時，溶液在槍管內自下而上的流速變慢，這顯然是氣體生成速率較慢所導致的。溶液流速變慢，使溶液的質量濃度梯度變大，導致溶液電阻縱向梯度增大;同時縮小了上下部陰極表面溶液的交替速率差，導致極化電阻縱向梯度降低。溶液電阻縱向梯度的增大和極化電阻縱向梯度的降低，都有利于上大下小的電阻(包括陽極電阻)梯度的形成，從而提高電流縱向分布的均勻性。
鍍鉻過程中，堿式鉻酸鉻薄膜在陰極表面不斷生成，而硫酸鉻離子不斷在陰極溶解堿式鉻酸鉻薄膜。成膜和溶解的過程在陰極表面上交替進行，當膜的溶解速率較慢時，氫氣析出較快;當膜的溶解速率較快時，氫氣析出較慢。由此認為：當三價鉻的質量濃度較高時，溶液中硫酸鉻離子的數量增多，在陰極上加快了堿式鉻酸鉻薄膜的溶解，因而也就減緩了氫氣的析出。可能是由于三價鉻氧化成六價鉻時需克服的阻力比氧氣析出時需克服的阻力小，所以當三價鉻的質量濃度增加時，三價鉻氧化成六價鉻的反應速率加快，相應地抑制了氧氣的生成速率。
鑒于此，對于槍管(特別是細長槍管)鍍鉻，鍍鉻液中三價鉻的質量濃度必須維持在10g/L以上(工藝規定在8—12g/L范圍內)。當三價鉻的質量濃度較低時，上部鉻層沉積速率快、下部慢，形成上厚下薄的不均勻鍍鉻層。但是，當三價鉻的質量濃度過高時(一般14g/L以上)，上部鉻層沉積速率慢、下部快，形成上薄下厚的不均勻鍍鉻層。
另外，三價鐵離子也有影響，其對陰極表面成膜與溶解交替的過程，與三價鉻有著相似的作用。也就是說三價鐵離子和三價鉻都影響氫氣的生成速率。所以在工藝中規定三價鐵離子的質量濃度應小于8g/L。
4結語
(1)-般鍍鉻層厚度的均勻性取決于陽極與鍍件的相互關系，因此，在操作中必須合理地控制陽極和鍍件的間距。
(2)槍管鍍鉻層厚度縱向錐度，與鍍鉻液中三價鉻的質量濃度有著密切的關系。要得到比較理想的鍍鉻層，三價鉻的質量濃度應嚴格控制在一定范圍內。
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