概述
鉻是一種微帶藍(lán)色的銀白色金屬,,相對(duì)原子質(zhì)量51.99,密度6.98~7.21g/cm3,,熔點(diǎn)為1875~1920℃,,標(biāo)準(zhǔn)電極電位為尤什/c,-0.74V,,老”/c,,”-0.41V和P甚e+/Cr抖-1.33V,金屬鉻在空氣中極易鈍化,表面形成一層極薄的鈍化膜,,從而顯示出貴金屬的性質(zhì),。
工藝過(guò)程
①鍍鉻電解液的主要成分不是金屬鉻鹽,而是具有強(qiáng)氧化性的鉻酸,。
②電流效率很低,,一般為13~16%,最高只能達(dá)到23%左右,,因而在鍍鉻過(guò)程中氫氣大量析出,,帶出有毒液霧,需要有良好的吸風(fēng)裝置和采用鉻霧抑制劑,。
③溶液中必須添加少量外加的陰離子,,如SO42-、F-,、SiF62-等,,還要在電解液中維持一定量的三價(jià)鉻。
④分散能力低,,對(duì)于形狀比較復(fù)雜的零件,,必須采用象形陽(yáng)極、保護(hù)陰極等,,才能得到良好的鍍層,。
⑤采用的電流密度很高,有時(shí)比一般鍍種的電流密度高幾十倍,。鍍鉻過(guò)程的槽電壓也較高,,常常需要采用12伏以上的電源,而其它鍍種用6伏的電源也就可以了,。
⑥溫度和電流密度的控制要求嚴(yán)格,,兩者之間還要緊密配合。電流密度固定,,溫度只能變動(dòng)1~2℃,,溫度固定,電流密度變動(dòng)2~3A/d㎡,。
⑦鍍鉻所用陽(yáng)極不是金屬鉻,,而是采用鉛、鉛錫合金或鉛銻合金等不溶性陽(yáng)極,。
⑧因鉻層容易鈍化,,在一般情況下電鍍過(guò)程中不允許中途斷電。,。這
特點(diǎn)
從常用的鉻酸鍍液鍍鉻,,與其他單金屬鍍液相比,鍍鉻液雖成分簡(jiǎn)單,但鍍鉻過(guò)程卻相當(dāng)復(fù)雜,,并具有如下特點(diǎn),。
①鍍鉻液的主要成分不是金屬鉻鹽,而是鉻的含氧酸——鉻酸,,屬于強(qiáng)酸性鍍液,。電鍍過(guò)程中,陰極過(guò)程復(fù)雜,,陰極電流大部分消耗在析氫及六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻兩個(gè)副反應(yīng)上,,故鍍鉻的陰極電流效率很低(10%~l8%)。而且有三個(gè)異?,F(xiàn)象:電流效率隨鉻酐濃度的升高而下降l隨溫度的升高而下降,;隨電流密度的增加而升高。
②在鍍鉻液中,,必須添加一定量的陰離子,,如SO42-、SiF62一,、F一等,,才能實(shí)現(xiàn)金屬鉻的正常沉積。
③鍍鉻液的分散能力很低,,對(duì)于形狀復(fù)雜的零件,,需采用象形陽(yáng)極或輔助陰極,以得到均勻的鍍鉻層,。對(duì)掛具的要求也比較嚴(yán)格。
④鍍鉻需采用較高的陰極電流密度,,通常在20A/dm2以上,,比一般的鍍種高l0倍以上。由于陰極和陽(yáng)極大量析出氣體,,使鍍液的電阻較大,,槽壓升高,對(duì)電鍍電源要求高,,需采用大于l2V的電源,,而其他鍍種使用8V以下的電源即可。
⑤鍍鉻的陽(yáng)極不用金屬鉻,,而采用不溶性陽(yáng)極,。通常使用鉛、鉛一銻合金及鉛一錫合金,。鍍液內(nèi)由于沉積或其他原因而消耗的鉻需靠添加鉻酐來(lái)補(bǔ)充,。
⑥鍍鉻的操作溫度和陰極電流密度有一定的依賴關(guān)系,改變二者關(guān)系可獲得不同性能的鉻鍍層。
成分
鉻酐的水溶液是鉻酸,,是鉻鍍層的惟一來(lái)源,。實(shí)踐證明,鉻酐的濃度可以在很寬的范圍內(nèi)變動(dòng),。例如,,當(dāng)溫度在45~50℃,陰極電流密度l0A/dm2時(shí),,鉻酐濃度在50~500g/L范圍內(nèi)變動(dòng),,甚至高達(dá)800g/L時(shí),均可獲得光亮鍍鉻層,。但這并不表示鉻酐濃度可以隨意改變,,一般生產(chǎn)中采用的鉻酐濃度為l50~400g/L之間。鉻酐的濃度對(duì)鍍液的電導(dǎo)率起決定作用,,圖4—19所示為鉻酐濃度與鍍液電導(dǎo)率的關(guān)系,。可知在每一個(gè)溫度下都有一個(gè)相應(yīng)于最高電導(dǎo)率的鉻酐濃度,;鍍液溫度升高,,電導(dǎo)率最大值隨鉻酐濃度增加向稍高的方向移動(dòng)。因此,,單就電導(dǎo)率而言,,宜采用鉻酐濃度較高的鍍鉻液。
但采用高濃度鉻酸電解液時(shí),,由于隨工件帶出損失嚴(yán)重,,一方面造成材料的無(wú)謂消耗,同時(shí)還對(duì)環(huán)境造成一定的污染,。而低濃度鍍液對(duì)雜質(zhì)金屬離子比較敏感,,覆蓋能力較差。鉻
酐濃度過(guò)高或過(guò)低都將使獲得光亮鍍層的溫度和電流密度的范圍變窄,。含鉻酐濃度低的鍍液電流效率高,,多用于鍍硬鉻。較濃的鍍液主要用于裝飾電鍍,,鍍液的性能雖然與鉻酐含量有關(guān),,最主要的取決于鉻酐和硫酸的比值。
電極過(guò)程
工業(yè)上廣泛使用的鍍鉻液由鉻酐輔以少量的陰離子構(gòu)成,,鍍液中Cr6+的存在形式根據(jù)鉻酐濃度的不同而有差異,,一般情況(Cr03200~400g/L)下,主要以鉻酸(CrO42-)和重鉻酸(Cr2O72-)形式存在,。當(dāng)pH值小于1時(shí),,Cr2072-為主要存在形式,;當(dāng)pH值為2~6時(shí),Cr2O72-與CrO42-存在下述平衡,,即
Cr2072-+H20====2H2Cr04-+2CrO]一十2H+
當(dāng)pH值大于6時(shí),,CrO42-為主要存在形式。由此可以看出,,鍍鉻電解液中存在的離子有Cr2072-,、H+、cro42-和S042-等,。實(shí)踐證明,,除SO42-外,其他離子都可以參加陰極反應(yīng),,采用示蹤原子法對(duì)鉻酸鍍鉻過(guò)程的研究表明,,鍍鉻層是由六價(jià)鉻還原得到的,而不是三價(jià)鉻,。
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