镀铬工艺都有哪些新发展？

镀铬工艺的新发展：

铬镀层由于具有一系列优良的性能而得到广泛的应用，特别是随着机械制造业的发展，铬镀层的用量越来越大。但是传统的镀铬工艺使用的电解液都由剧毒的铬酐配制。据报道，．在镀铬过程中约有2/3铬酐消耗在废水或废气中，只有l/3左右的铬酐用于铬镀层上。大量的废水和废气对环境造成了严重污染。多年来，尽管加强了对含铬废水的回收和处理，但未得到根本解决，另外传统的镀铬工艺还存在不少缺点。针对上述存在的问题，广大电镀工作者对镀铬工艺做了大量的研究工作。

（1）低浓度铬酐镀铬工艺

低浓度铬酐镀铬工艺是指镀铬液中铬酐含量在30～60g/L的镀铬工艺，铬酐使用量只有普通标准镀铬工艺的l/5～1/8，既减轻了铬酐对环境的污染，又节约了大量的原材料。

采用低铬酐镀铬工艺可以获得装饰性铬镀层和硬铬镀层，其光泽性、硬度、结合力以及裂纹等方面，均能满足质量要求。但有时镀层表面会出现黄膜或彩色膜，可在5%的硫酸溶液中除去，然后在碱性溶液中清洗。

低铬酐镀铬液的分散能力比常规镀铬电解液好，但深镀能力比较差，这给形状复杂的零件带来了一定困难。同时，电导率下降，槽电压升高，因而能耗高，镀液升温快。低铬酐镀铬的阴极电流效率达到l8%～20%。

由于上述原因，使得低铬酐镀铬工艺受到一定的限制，目前的研究方向集中在寻求新的催化剂，以改善镀液性能，降低槽电压。

（2）三价铬盐镀铬

三价铬电镀作为最重要、最直接有效的代六价铬电镀工艺，人们对其研究已有一百多年的历史，但由于电镀液的稳定性、铬镀层的质量等方面始终无法与铬酸镀铬相比，因此一直未能得到大规模的应用。

大多数三价铬镀液均为络合物镀液，由主盐、络合剂、一定量的导电盐、缓冲剂及少量润湿剂构成。表4—33列出国内研究的三价铬镀液的组成及工艺条件。

1、镀液中各成分的作用：

①主盐可用三价铬的氯化物或硫酸盐，电解液中的铬含量以20g/L为宜。

②络合剂一般采用甲酸、乙酸、苹果酸等有机酸为络合剂，以甲酸盐（甲酸钾或甲酸胺）为好。

③辅助络合剂选用蚁酸盐能收到很好的效果，并起稳定剂作用，使镀液长期使用而不产生沉淀。

④导电盐碱金属或碱土金属的氯化物或硫酸盐都可用作导电盐，但不宜用硝酸盐，因硝酸根在电极上放电，给镀层质量带来不利影响，常用的有氯化铵、氯化钾或氯化钠。铵离子常有特殊作用，有利于得到光亮的镀层。

⑤溴化物溴离子的加入，能抑制六价铬生成和氯气的析出，电解液中六价铬是极其有害的。

⑥缓冲剂为稳定镀液pH值，以加入硼酸效果最好。

⑦润湿剂加入十二烷基硫酸钠或十二烷基碘酸钠，能减少镀层的针孔，从而提高镀层的质量。

镀液对金属杂质比较敏感，如Cu2+、Pb2+、Ni2+、Fe2+、Zn2+等离子。操作时应避免杂质的带入，并注意带电人槽。镀液中若含有少量的杂质，可用小电流（DKl～2A/dm2）电解处理，若含量过高，可用相应的净化剂处理。

2、三价铬盐电镀的主要特点及存在的问题

三价铬盐镀铬电解液的最大特点是可以在室温下操作，阴极电流密度也较低，一般控制在10A/dm2左右，既节约了能源又降低了对设备的投资。

三价铬的毒性低，消除或降低了环境污染，有利于环保，并且镀液的阴极极化作用较大，镀层结晶细致，镀液的分散能力和深镀能力都比铬酸镀铬好；阴极电流效率在20%左右。

从三价铬电解液中获得的镀铬层略带**，不如铬酸镀铬美观，镀层结合力较好，内应力较高，且有微裂纹性质。镀层的最大厚度只能达到3tim左右，而且硬度较低，不能用于镀硬铬。

三价铬镀铬不宜镀厚铬，其主要原因有以下几点：

①镀液pH值，特别是阴极表面附近层的pH值升高导致形成Cr(OH)2胶体，阻碍三价铬镀层的继续增厚；

②Cr3+的水解产物发生羟桥、聚合反应，形成高分子链状凝聚物吸附在阴极，阻碍Cr3+的还原；

③Cr3+还原的中间产物Cr2+的富集，对Cr3+羟桥反应有引发和促进作用；

④持续电解过程中Cr3+的活性络合物逐步减少和消失。

Sharif等在氨基乙酸体系中采用提高镀液循环速度、降低pH值、提高活性络合物浓度等方法可实现以100～300μm/h的速度镀取三价铬的厚镀层；Ibrahim等则在以尿素作络合剂的三价铬镀铬体系中，通过添加甲醇和甲酸，可以50～100μm/h的速度镀取三价铬；Hon9等则采用双槽电镀工艺，通过添加三种羧酸作络合剂，镀取了50～450μm厚性能良好的三价铬镀层；美国商业局和Atotech公司也分别镀取了厚度100～450μm的三价铬镀层。三价铬镀铬相对六价铬镀铬，容易操作，使用安全，无环境问题。但是存在一次设备投入较大和成本较高的不足。而且用户习惯了六价铬的色泽，在色度上有一个适应过程。

三价铬电镀工艺发展至今，国外对装饰性电镀工艺研究已经进入逐渐完善成熟的时期，生产应用不断扩大。但由于进口产品的价格较高、工艺不够稳定等原因，在国内大规模的推广应用仍有困难。而在三价铬镀硬铬方面，据报道北美已有超过30%的工厂开始使用三价铬代替六价铬来电镀，国内则尚未见报道。

（3）稀土镀铬

20世纪80年代中期，开发了稀土镀铬添加剂，主要成分是稀土化合物，在中国已经获得了广泛的应用。在镀铬电解液中加入少量（1～4g/L）的稀土化合物，可使电解液中铬酐含量降低到150g/L，并且在较低温度（30～40℃）下就可以获得光泽度高的光亮镀铬层，阴极电流效率达到22%～26%，显著高于常规镀铬电解液。采用稀土镀铬添加剂可以节约大量能源和原材料，同时还大大减轻了铬酐对环境的污染。关于稀土金属阳离子的作用机理虽然还不能给予完美的解释，但从实验现象可知，稀土元素的加入能在阴极上产生特性吸附，改变了阴极膜的性质，使得铬的临界析出电位变小，并增加了析氢过电位，从而使电流效率最高；X射线衍射图谱也证实了加入稀土阳离子后镀层结晶结构发生一定的变化，使表面晶粒趋于择优取向，晶粒细化、光亮度增加，同时镀层的硬度有所提高。

尽管稀土镀铬有许多优点，但也有一些有待解决的问题：

①有些稀土添加剂镀铬超过5min后，镀层呈白色而不光亮，有时镀层上有一层黄膜较难除去，硬度不稳定，外观也难于达到要求；

②在稀土添加剂中必然引入F，氟化物过多，镀件的低电流密度区易产生电化学腐蚀；

③稀土添加剂多为物理混合体系，成分复杂，镀液具有不可靠和不稳定性；

④镀液维护困难。

（4）有机添加剂镀铬

采用有机添加剂及卤素释放剂联合使用的镀铬液被称为“第三代镀铬溶液”，它们的共同特点是：阴极电流效率高达22%～27%，不含F，不腐蚀基体；覆盖能力强，HV亦高达1000以上，既可用于镀硬铬，也可用于镀微裂纹铬，配合双层或三层镍工艺，用于汽车或摩托车减振器的电镀，已开始在机械行业获得应用。

有机添加剂包括有机羧酸、有机磺酸及其盐类等。卤素释放剂是指碘酸钾、溴酸钾、碘化钾及溴化钾等。有机添加剂在镀液中的作用机理尚待查明，一般认为有机物的加入活化了基体金属，使镀液的覆盖能力得到改善；使析氢过电位增加，提高电流效率；并由于有机物的夹带，形成碳化铬而使镀层硬度增大。表4—35列出有机添加剂镀铬液的工艺规范。

①烷基磺酸中s/c≥1，电流效率可达27%，HV>1i00。

②含氮有机化合物：烟酸、甘氨酸、异烟酸、吡啶、2一氨基吡啶、3一氯代吡啶、皮考啉酸。

③HEEF(HighEfficiencyEtchFree）高效能、无低电流区腐蚀，阴极电流效率达25%，900～1000HV。开缸成分为：HEEF25550mL/L，硫酸2.7g/L，温度55～60℃，电解4～6h，（电压>6V，阴阳面积比15：1）。

第1章绪论1

1--1电镀工业的发展概况1

1--2电镀基本概念2

1--3法拉第定律及在电镀中的应用2

1--3--1法拉第定律2

1--3--2电流效率测定3

1--3--3电镀基本计算4

1--4镀层的分类4

第2章电化学理论在电镀中的应用7

2--1电极的极化7

2--1--1极化产生的原因7

2--1--2极化曲线与极化度8

2--1--3极化曲线的测定9

2--1--4极化曲线在电镀中的应用10

2--1--5析出电位13

2--2金属电沉积15

2--2--1单金属电沉积16

2--2--2金属的共沉积17

2--2--3金属的结晶过程21

2--3电极反应与过程22

2--3--1电极反应过程22

2--3--2离子双电层的结构模型23

2--3--3电极微分电容曲线及其应用24

2--3--4电毛细现象25

2--3--5活性粒子在电极与溶液界面上的吸附27

2--4电镀的阳极过程29

2--4--1电镀中的阳极和钝化现象29

2--4--2金属钝化的机理31

2--4--3影响电镀中阳极过程的主要因素34

2--5影响镀层组织及分布的因素37

2--5--1镀液组成的影响37

2--5--2电镀工艺规范的影响40

2--5--3析氢的影响42

2--5--4基体金属对镀层的影响43

2--6镀液的性能44

2--6--1镀液的分散能力44

2--6--2镀液的覆盖能力51

2--6--3镀液的整平能力53

2--6--4赫尔槽试验55

第3章镀前表面处理工艺58

3--1金属零件镀前处理的意义58

3--2粗糙表面的整平59

3--2--1磨光59

3--2--2抛光61

3--2--3滚光62

3--2--4刷光63

3--2--5喷砂64

3--3除油65

3--3--1有机溶剂除油65

3--3--2化学除油66

3--3--3电化学除油68

3--3--4超声波除油70

3--4浸蚀71

3--4--1化学浸蚀71

3--4--2电化学浸蚀72

3--4--3超声波场内浸蚀74

3--4--4弱浸蚀74

3--5金属的电解抛光75

3--5--1电抛光过程机理75

3--5--2电抛光溶液及工艺规范76

3--6镀前表面准备的新成就80

3--7制定表面准备工艺流程的原则80

3--8特殊材料的前处理81

3--8--1不锈钢的镀前处理81

3--8--2锌合金压铸件的镀前处理82

3--8--3铝及铝合金的镀前处理84

3--8--4镁及镁合金的镀前处理86

3--8--5钛及钛合金的镀前处理87

3--8--6非金属材料的镀前处理88

3--8--7钢铁件电镀铜预处理90

第4章单金属及合金电镀工艺92

4--1电镀锌及锌合金92

4--1--1氰化镀锌92

4--1--2碱性锌酸盐镀锌96

4--1--3氯化物镀锌100

4--1--4硫酸盐镀锌103

4--1--5电镀锌层的后处理104

4--1--6电镀锌镍合金109

4--1--7电镀锌铁合金110

4--2电镀镍及合金111

4--2--1电镀镍电极过程111

4--2--2电镀镍工艺规范112

4--2--3杂质对镀镍层的影响及消除方法118

4--2--4不合格镀层的退除120

4--2--5多层镀镍121

4--2--6电镀镍合金工艺123

4--2--7电铸镍128

4--3电镀铜及其合金129

4--3--1氰化镀铜129

4--3--2硫酸盐镀铜132

4--3--3焦磷酸盐镀铜135

4--3--4电镀铜锌合金138

4--3--5电镀铜锡合金140

4--3--6仿金电镀145

4--4电镀铬148

4--4--1概述148

4--4--2镀铬的电极过程151

4--4--3镀铬液成分及工艺条件153

4--4--4镀铬工艺158

4--4--5镀铬工艺的新发展163

4--4--6镀铬故障产生原因及排除方法168

4--4--7不良铬镀层的退除169

4--4--8代铬镀层169

4--5电镀锡及合金171

4--5--1酸性镀锡172

4--5--2碱性镀锡175

4--5--3其他镀锡工艺179

4--5--4锡须的防止与不良锡镀层的退除181

4--5--5电镀铅锡合金182

4--6电镀金184

4--6--1概述184

4--6--2电镀金溶液种类和特点185

4--6--3金的回收192

4--7电镀银及合金193

4--7--1氰化物镀银194

4--7--2无氰镀银197

4--7--3镀银前处理199

4--7--4镀银后处理200

4--7--5银镀层变色后的处理202

4--7--6电镀银在电子领域的重要应用――高速局部镀银202

4--7--7电镀银合金205

第5章特种表面装饰工艺206

5--1金属仿金表面处理206

5--2仿古铜工艺207

5--2--1红古铜的获取方法207

5--2--2青古铜的获取方法207

5--2--3铜染色剂工艺208

5--2--4实例说明208

5--3黑色装饰层209

5--4浮雕电镀与双色电镀210

5--5沙雾镍213

5--6目枪色213

5--7阴极装饰性电泳涂装214

5--7--1电泳涂料的种类与组成215

5--7--2阴极装饰性电泳涂装工艺216

5--7--3阴极装饰性电泳涂装操作条件221

5--7--4工艺管理要点222

5--7--5阴极装饰性电泳涂装设备223

第6章化学镀227

6--1化学镀镍227

6--1--1化学镀镍的机理和特点227

6--1--2化学镀镍溶液的配方组成229

6--1--3化学镀镍的工艺因素控制231

6--1--4化学镀镍的典型工艺233

6--1--5化学镀镍液的配制与维护236

6--1--6不良镀层的退除236

6--2化学镀铜237

6--2--1化学镀铜的基本原理238

6--2--2化学镀铜溶液的配方组成238

6--2--3化学镀铜的工艺因素控制239

6--2--4化学镀铜的典型工艺240

6--2--5化学镀铜溶液的配制与维护241

第7章金属的氧化、磷化和着色242

7--1铝合金氧化与着色242

7--1--1铝及铝合金化学氧化242

7--1--2铝及铝合金的电化学氧化242

7--1--3阳极氧化膜的着色与封闭246

7--1--4铝及铝合金的微弧阳极氧化248

7--2镁合金氧化与着色251

7--2--1镁合金的化学氧化251

7--2--2镁合金电化学氧化252

7--2--3不合格膜层的退除254

7--3铜及铜合金的氧化与着色255

7--3--1铜及铜合金的氧化255

7--3--2铜及铜合金的着色256

7--3--3铜及铜合金的钝化处理259

7--4不锈钢的着色259

7--4--1不锈钢着色工艺260

7--4--2不锈钢钝化处理261

7--5钢铁氧化261

7--5--1氧化膜成膜机理261

7--5--2高温型氧化处理工艺262

7--5--3其他类型氧化处理工艺264

7--6钢铁的磷化265

7--6--1磷化膜成膜机理266

7--6--2磷化处理工艺266

第8章电镀工艺设备272

8--1镀前表面处理设备272

8--1--1磨光、抛光和刷光设备272

8--1--2滚光设备274

8--1--3振动光饰机275

8--1--4超声波设备275

8--2固定槽及挂具设计276

8--2--1固定槽的结构、类型及选择276

8--2--2槽液的加热装置286

8--2--3槽液的冷却装置293

8--2--4槽液的搅拌装置296

8--3滚镀设备298

8--3--1卧式滚筒镀槽298

8--3--2倾斜潜浸式滚镀机302

8--3--3升降平移式滚镀机302

8--3--4滚镀铬机302

8--3--5溶液循环式滚镀机306

8--3--6微型滚镀机307

8--3--7振动式电镀机307

8--4电镀自动线309

8--4--1直线式电镀自动线309

8--4--2环形电镀自动线323

8--4--3带材及线材电镀自动生产线326

8--5工艺辅助设备328

8--5--1溶液过滤设备328

8--5--2干燥与除氢设备334

8--5--3自动控制仪表335

第9章电镀电源337

9--1电镀电源概述337

9--1--1电镀电源的应用现状与发展趋势337

9--1--2常用电镀电源简介338

9--2电镀电源的原理与组成338

9--3电镀电源常用的整流器件339

9--3--1整流二极管（ZP）339

9--3--2普通晶闸管（SCR）340

9--3--3绝缘栅双极晶体管（IGBT）340

9--3--4智能功率模块（IPM）341

9--3--5冷却和散热341

9--4电镀电源设备的主电路342

9--4--1单相全波可控整流电路342

9--4--2三相桥式可控整流电路342

9--4--3双反星带平衡电抗器整流电路343

9--4--4十二相整流电路344

9--4--5交流调压电路344

9--4--6IGBT斩波调压电路345

9--4--7IGBT逆变电路345

9--5电镀电源的驱动与保护电路345

9--5--1晶闸管触发电路345

9--5--2IGBT的驱动电路346

9--5--3功率器件的保护347

9--6典型电镀电源347

9--6--1实验用电镀电源347

9--6--2ZD系列硅整流电镀电源350

9--6--3KD10系列晶闸管电镀电源351

9--6--4KD20系列晶闸管电镀电源354

9--6--5GKD10系列高频开关电镀电源355

9--6--6SMD双系列脉冲电源360

9--6--7KD13型低温镀铁电镀电源361

9--6--8KMD系列脉冲氧化电源362

9--7电镀电源的功能扩展364

9--7--1多段式运行模式364

9--7--2安培小时计365

9--7--3微机接口及PLC控制365

9--8电镀电源的选择及使用365

9--8--1电镀电源的选择365

9--8--2电镀电源的使用367

9--8--3电镀电源的常见故障分析368

9--8--4维护与保养369

第10章电镀自动生产线的电器控制370

10--1直线式电镀自动生产线概述370

10--1--1直线式电镀自动生产线的结构特点370

10--1--2直线式电镀自动生产线的工作特点370

10--1--3直线式电镀自动生产线对控制系统的基本要求370

10--1--4直线式电镀自动生产线电气控制系统概述370

10--2可编程序控制器的结构和基本原理371

10--2--1PLC的基本结构371

10--2--2PLC的基本工作原理373

10--3PLC的编程语言374

10--3--1梯形图语言（STL）374

10--3--2助记符语言374

10--3--3顺序功能图语言（SFC）374

10--4三菱FX系列PLC简介375

10--4--1FX系列PLC系统的基本构成及功能375

10--4--2FX系列PLC的内部资源375

10--5FX2N系列PLC的基本指令及在电镀铬生产线上的应用379

10--5--1基本指令379

10--5--2编程规则及注意事项384

10--5--3语句表程序的编程规则386

10--5--4双线圈输出问题388

10--5--5可编程控制系统的设计388

10--5--6PLC在电镀铬自动线上的应用388

10--6FX2N系列PLC的步进指令及在电镀镍生产线上的应用397

10--6--1步进指令简介397

10--6--2状态转移图（SFC）的建立398

10--6--3PLC在电镀镍生产线上的应用398

参考文献403