低溫鍍鉻工藝探討

楊陽(yáng) 賀洋

（鐵法煤業(yè)集團(tuán)機(jī)械制造有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺112700）

鉻的優(yōu)點(diǎn)被大家所熟知并廣泛運(yùn)用于要求具有一定強(qiáng)度的地方，鍍鉻技術(shù)在二十世紀(jì)中末期便開始在我國(guó)的機(jī)械行業(yè)所探討，鍍鉻工藝先后經(jīng)歷了很多技術(shù)等方面的改造并結(jié)合改造的一些優(yōu)缺點(diǎn)逐漸有了低溫鍍鉻工藝，低溫鍍鉻工藝與傳統(tǒng)工藝相比優(yōu)勢(shì)明顯，充分發(fā)揮了鉻的特點(diǎn)使其物盡其用。

1 低溫鍍鉻工藝產(chǎn)生影響的因素

1.1 電鍍時(shí)間對(duì)鍍鉻的影響。鍍鉻時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)影響鍍鉻層的厚度，在一定沉積速率下，鍍鉻時(shí)間越長(zhǎng)其所鍍鉻的厚度越大，其鍍層也會(huì)變得越來越硬最后強(qiáng)度不再增長(zhǎng)，鍍鉻過程是一系列化學(xué)反應(yīng)是使其所鍍的鉻離子變成鉻晶體的過程，當(dāng)鍍鉻時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)表面會(huì)堆積形成很厚的鉻晶體，過多的鉻晶體影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性原子之間不斷移動(dòng)使得鍍層的咬合力下降，過厚的鉻鍍層也會(huì)使鉻內(nèi)的應(yīng)力重新分布從而導(dǎo)致集中應(yīng)力產(chǎn)生使得所鍍層表面強(qiáng)度達(dá)不到要求一碰即碎，然而過短的電鍍時(shí)間使其鉻晶體來不及在表面生成起不到加強(qiáng)所鍍物體的強(qiáng)度。在觀察電鍍時(shí)間與電鍍層厚度的關(guān)系之后發(fā)現(xiàn)電鍍時(shí)間控制在十分鐘和十五分鐘之間最為適合，控制在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)所形成的電鍍層厚度具有一定的強(qiáng)度去抵抗外界的干擾，其發(fā)揮的功能也能達(dá)到最佳效果，要求過大的硬度而加大電鍍時(shí)間會(huì)在電鍍過程中摻入一定的雜質(zhì)，雜質(zhì)過多會(huì)影響鍍層的孔隙率使其耐腐蝕下降。鍍鉻層的強(qiáng)度隨著時(shí)間的加長(zhǎng)出現(xiàn)硬度先增強(qiáng)后減弱的效果，我們?cè)趯?duì)其電鍍時(shí)應(yīng)該利用其硬度最高點(diǎn)的時(shí)間，合理將時(shí)間控制在最高硬度附近。

1.2 溫度對(duì)鍍鉻的影響。溫度高時(shí)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速率就會(huì)加快，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)加快就利于化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)的速率加快。在電鍍鉻的時(shí)候電鍍層的厚度會(huì)隨著加溫而呈現(xiàn)出正比例增長(zhǎng)的趨勢(shì)，溫度在某個(gè)點(diǎn)之前會(huì)隨著溫度的增加電鍍層會(huì)逐漸變厚，原因是因?yàn)闇囟仍谏叩臅r(shí)候加快了鉻離子的運(yùn)動(dòng)，（轉(zhuǎn)下頁(yè)）鉻離子能快速運(yùn)動(dòng)到電極的陰極得到電子形成晶體，從而吸附在所鍍的物質(zhì)上面起到美觀作用，同時(shí)還保護(hù)物質(zhì)不受損害使物質(zhì)具有耐腐蝕性。在觀察不同溫度下的鉻鍍層時(shí)發(fā)現(xiàn)，鍍層的厚度也不是一直隨著溫度的升高而一直變厚，鍍層形成的快慢也不是隨著溫度的增加而一直變快，就像化學(xué)反應(yīng)一樣，溫度很多時(shí)候是起到一個(gè)催化的作用，而不同化學(xué)反應(yīng)想要達(dá)到最佳效果需要一個(gè)對(duì)應(yīng)的合適的溫度才能使其反應(yīng)最佳。溫度對(duì)鍍鉻的影響大致呈現(xiàn)在52℃之前，鍍鉻的厚度隨溫度的升高而增厚，且增長(zhǎng)速率先快后慢到52℃時(shí)鍍鉻層的厚度達(dá)到了最佳效果，達(dá)到某一個(gè)溫度之后鉻層的厚度隨著溫度的增加逐漸減少，鉻層根據(jù)研究表明52℃時(shí)電鍍十五分鐘時(shí)所形成的鉻層的厚度是最好的，其能達(dá)到良好的壽命和耐磨性耐腐蝕性等功能要求。

1.3 電流密度對(duì)鍍鉻的影響。在對(duì)物質(zhì)進(jìn)行鍍鉻時(shí)，電流的密度也會(huì)影響鍍鉻層的厚度和鍍層的速度，電流密度在鍍層時(shí)也相當(dāng)于一個(gè)催化劑的作用，催化劑能加快物質(zhì)快速反應(yīng)但是過多的催化劑也不會(huì)使物質(zhì)持續(xù)發(fā)生反而浪費(fèi)了催化劑的使用率，在對(duì)電流調(diào)節(jié)密度時(shí)應(yīng)該合理掌控使其在合理反應(yīng)所需濃度周圍，如果想適當(dāng)?shù)奶岣唠娏髅芏鹊脑试S范圍可以在其中加入一些質(zhì)量較好的稀土添加劑。通過顯微鏡觀察不同電流密度下的電鍍鉻層發(fā)現(xiàn)，電流密度為15A/dm2 是電鍍層厚度的一個(gè)臨界點(diǎn)，電流在這之前的電鍍層厚度隨著電流密度的增加呈現(xiàn)正相關(guān)，其正相關(guān)的比率系數(shù)先增加后減小，在這個(gè)電流密度之后發(fā)現(xiàn)電鍍層的厚度不再隨電流密度的增加而增加，電流密度不再影響電鍍層的厚度，電鍍層的厚度呈現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的形式。逐漸加大電流密度發(fā)現(xiàn)電鍍層的厚度變化趨勢(shì)不明顯，電流密度對(duì)其形成鍍層的反應(yīng)不再有影響，最后確定15A/dm2 是鍍鉻的最佳電流密度，在對(duì)電流密度為15A/dm2 下的鍍層的耐磨性進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)候的耐磨性也是最好的。

2 低溫鍍鉻與其他工藝的工藝對(duì)比

2.1 電鍍情況對(duì)比。普通鍍鉻技術(shù)所形成的表面不穩(wěn)定有一定的裂痕，裂痕的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)摻入從而使得物質(zhì)腐朽，鉻沒有起到它的保護(hù)作用，傳統(tǒng)工藝存在著很多問題，這些問題的存在大大降低了鉻層的硬度，一段時(shí)間之后就會(huì)產(chǎn)生裂紋，使得鉻的使用效率降低。鍍鉻的工藝特點(diǎn)是鍍液穩(wěn)定且操作簡(jiǎn)單，由于鉻原子與其他物質(zhì)所存在的不一樣的特點(diǎn)使得鉻酸溶液電鍍時(shí)需要有極強(qiáng)的負(fù)電位，化學(xué)反應(yīng)時(shí)鍍鉻陽(yáng)極采用鉛錫合金的不溶性物質(zhì)。在電鍍的過程中由于原子之間不斷變化，化學(xué)物質(zhì)的不斷反應(yīng)，在電鍍時(shí)負(fù)極會(huì)出現(xiàn)析氫現(xiàn)象，傳統(tǒng)電鍍鉻工藝的析氫情況較為嚴(yán)重使得電鍍層沒有光澤混入其他顏色，析氫現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于在電鍍過程時(shí)水分在陰極析出了氫氣，氫氣一部分跑出以氣體的形式散發(fā)到空氣，另一部分則會(huì)以氫原子的與鍍層融為一體，雜質(zhì)的滲入就會(huì)使得其產(chǎn)生白點(diǎn)就使得鉻層具有脆性，而且由于析氫現(xiàn)象的存在使得電鍍的電流密度達(dá)不到要求值從而降低了電鍍的速度，低溫鍍鉻工藝的出現(xiàn)使得其析氫現(xiàn)象與傳統(tǒng)工藝相比減輕了很多倍。研究通過對(duì)比不同工藝的鍍鉻技術(shù)，在控制變量的條件下對(duì)比不同工藝的鍍鉻相同厚度的鍍鉻時(shí)間，通過不斷改變電流密度發(fā)現(xiàn)在一定其他變量相同的條件下，低溫鍍鉻速率是其他鍍鉻工藝好幾倍，在合理利用資源的情況下還大大節(jié)省了鍍鉻層所需要的時(shí)間。

2.2 鍍層情況對(duì)比。低溫鍍鉻與傳統(tǒng)工藝對(duì)比會(huì)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鍍鉻出來的鉻層有金屬光澤看上去呈現(xiàn)亮白的感覺，而低溫鍍鉻層則呈現(xiàn)灰蒙蒙的感覺，然而其外觀在經(jīng)過一系列處理之后會(huì)趨于相同的外觀特征。通過傳統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)、低溫鍍鉻三種工藝的孔隙率進(jìn)行對(duì)比，在控制變量的前提條件下通過統(tǒng)計(jì)藍(lán)點(diǎn)數(shù)目分析其孔隙率的大小，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻的孔隙率極低，然而較低的孔隙率影響鉻層的作用效果，傳統(tǒng)鍍鉻和低溫鍍鉻兩個(gè)工藝下所具備的孔隙率旗鼓相當(dāng)，孔隙率與標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻的孔隙率相比大相徑庭。對(duì)鉻層的耐腐蝕性進(jìn)行研究分析，在不同環(huán)境條件下分析傳統(tǒng)工藝與低溫鍍鉻工藝的區(qū)別，將其放入海水中浸泡探究?jī)烧吖に囍g的耐腐蝕的大小，在控制兩者鍍鉻層厚度的情況下將兩者同時(shí)放入海水中，由于海水具有較多的礦物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)等能對(duì)鉻層反應(yīng)從而降低耐腐性能對(duì)兩者探究其多長(zhǎng)時(shí)間之后開始出現(xiàn)腐朽情況，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相同鍍鉻層厚度的物質(zhì)低溫鍍鉻層所堅(jiān)持的時(shí)間較長(zhǎng)，說明低溫鍍鉻技術(shù)所具備的耐腐性好。對(duì)比傳統(tǒng)工藝和低溫鍍鉻工藝形成的鉻層表面的裂紋和進(jìn)行強(qiáng)度分析，通過觀察發(fā)現(xiàn)兩個(gè)工藝下所形成的鍍鉻層表面都很光滑，只是在強(qiáng)度方面低溫鍍鉻有很強(qiáng)的強(qiáng)度指標(biāo)。

2.3 工藝參數(shù)對(duì)比。一個(gè)工藝的影響因素很多，通過對(duì)比工藝之間參數(shù)的區(qū)別可以更好的了解影響工藝所產(chǎn)生效果的原因，也能通過分析更好的改進(jìn)先有技術(shù)使工藝更上一層樓。對(duì)比傳統(tǒng)工藝和低溫鍍鉻工藝的參數(shù)，通過分析鍍鉻工藝中不同化學(xué)成分的范圍和多少了解工藝之間的區(qū)別，根據(jù)鍍鉻工藝的影響因素將因素分為鉻酐濃度、硫酸根濃度、三價(jià)鉻濃度、溫度、電流密度、添加劑，分別探討這些成分和影響因素在多少范圍內(nèi)進(jìn)行才能使其發(fā)揮鉻層的保護(hù)作用并對(duì)鉻層的最佳效果所具備的條件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低溫鍍鉻所需要的電鍍液的濃度較高且在電鍍過程中需要添加一些添加劑進(jìn)行輔助，其鉻酐濃度、硫酸根濃度、三價(jià)鉻濃度都比傳統(tǒng)工藝要求范圍高且最佳值的濃度也相對(duì)較高，兩者的電流密度相比低溫鍍鉻的電流密度略大，在反應(yīng)時(shí)低溫鍍鉻也需要添加一些稀土等其他添加劑來幫助鍍鉻，相比其他工藝參數(shù)而言低溫鍍鉻的比較好的優(yōu)勢(shì)就是其所需要的溫度較低在比較低的溫度條件下就能進(jìn)行反應(yīng)，溫度要求低，相比傳統(tǒng)工藝需要達(dá)到70℃而言低溫鍍鉻的溫度比較容易達(dá)到，低溫鍍鉻的最佳溫度為27℃，相當(dāng)于不需要任何物質(zhì)燃燒釋放熱能就能達(dá)到最佳鍍鉻溫度，低溫鍍鉻工藝使得工藝的耗能大大減少，相對(duì)性價(jià)比而言低溫鍍鉻工藝還是略勝一籌。

3 結(jié)論

低溫鍍鉻工藝并非一日而成, 而是經(jīng)歷了很多工藝的探究和改進(jìn)很多實(shí)驗(yàn)的操作一步步發(fā)展而來，使其耐磨性耐腐蝕性都有所改進(jìn)。在低溫鍍鉻工藝中應(yīng)該嚴(yán)肅對(duì)待濃度控制問題，及時(shí)處理鍍層出現(xiàn)的彩色膜和控制很多影響鍍鉻工藝的因素。合理的控制鍍鉻工藝的影響因素，嚴(yán)格把控鍍鉻的時(shí)間，調(diào)整鍍鉻所需溫度，檢測(cè)鍍鉻的電流密度使其在一定的范圍之內(nèi)，讓低溫鍍鉻工藝能更好的造福于其所運(yùn)用的領(lǐng)域，使其發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。