有機(jī)復(fù)合添加劑對(duì)鍍鉻膜層組織和性能的影響

劉彥偉，王濤峰，付明，劉群

（1.中航光電科技股份有限公司；2.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院：河南 洛陽(yáng) 471000）

通常情況下，在不采用添加劑的時(shí)候，傳統(tǒng)的鍍鉻工藝存在很多工藝問(wèn)題：電鍍時(shí)電流效率低，部件凹凸不同的部位不容易電鍍，鍍層薄厚不一，金屬電鍍層厚度達(dá)不到要求且耐蝕性差等[1-2]。陳宗華等闡述了稀土添加劑對(duì)鍍鉻工藝的研究，標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液添加稀土添加劑之后具有良好的工藝效果[3]。李新梅等研究高效復(fù)合添加劑對(duì)鍍鉻工藝的影響，明確闡述了單純的無(wú)機(jī)添加劑作用小于高效復(fù)合有機(jī)添加劑，而且復(fù)合添加劑的作用是多因素多方面的有機(jī)結(jié)合[4]。這一理論為復(fù)合添加劑的科研工作奠定了基礎(chǔ)。馮拉俊[5]等探究稀土添加劑對(duì)鍍鉻質(zhì)量的影響，對(duì)稀土添加劑可以提高電鍍電流效率、提高鍍鉻液的分散能力，鍍層光亮度做出了進(jìn)一步的闡述，得出了加入稀土添加劑能夠顯著增強(qiáng)電鍍質(zhì)量、減輕環(huán)境污染的結(jié)論。

所以為提高電鍍效率，改變鍍鉻工藝在目前的工藝現(xiàn)狀，考慮在鍍鉻溶液中加入鍍鉻添加劑，以達(dá)到在鍍鉻過(guò)程中提高電鍍效率、加深鍍層厚度、增強(qiáng)鍍鉻液分散能力、改善鍍鉻層光亮性的目的。筆者從有機(jī)復(fù)合鍍鉻添加劑的角度出發(fā)，基于材料表面強(qiáng)度硬度、沉積速度和電流密度等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

在傳統(tǒng)電鍍工藝的基礎(chǔ)上添加有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2，探究HEEC-2 有機(jī)復(fù)合添加劑對(duì)鍍鉻膜層組織和性能的影響。原始態(tài)試樣為普通碳鋼，試樣1 和試樣2 幾何尺寸和表面狀態(tài)完全一樣，試樣1采用傳統(tǒng)鍍鉻工藝處理，試樣2采用添加有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2的高效處理工藝。觀察對(duì)比傳統(tǒng)電鍍工藝處理和添加有機(jī)復(fù)合添加劑處理后試樣的組織性能變化，比較有機(jī)復(fù)合添加劑對(duì)試樣的硬度、鍍層厚度、能譜分析、沉積速度等性能的影響。具體工藝條件見(jiàn)表1。

表1 不同鍍鉻的具體工藝條件Tab 1 Specific process conditions of different chromium plating

實(shí)驗(yàn)結(jié)合工廠實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行，其電鍍工藝以及鍍鉻液的配置按以下步驟進(jìn)行：

1）徹底清洗干凈鍍槽（轉(zhuǎn)槽必須清理槽底的泥渣）；

2）先加入鍍液總體積為70%的純水；

3）計(jì)算稱(chēng)量鉻酐和硫酸，進(jìn)行攪拌溶解；

4）加入HEEC-2添加劑并攪拌均勻；

5）全部混合溶解后，補(bǔ)加純水至所需體積，攪拌均勻；

6）取樣分析，調(diào)整硫酸的含量和表面張力；

PF-4708671是S6K1的特異性抑制劑，通過(guò)誘導(dǎo)依賴(lài)于mTORC1的S6K1的T環(huán)和疏水基序的磷酸化，進(jìn)而抑制S6K1底物S6蛋白的磷酸化［6］。研究表明，PF-4708671能抑制線粒體復(fù)合物Ⅰ，導(dǎo)致線粒體功能異常，并誘導(dǎo)過(guò)量的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生，通過(guò)激活胱天蛋白酶或釋放細(xì)胞色素c，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡［6-8］。另外，最近的研究還發(fā)現(xiàn)，PF-4708671也可通過(guò)減少抗凋亡蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)對(duì)他莫昔芬耐藥的MCF-7細(xì)胞死亡［9-11］。

7）裝入電解板（材質(zhì)使用鋼或者不銹鋼或者鉛錫合金均可），裝入陽(yáng)極（簡(jiǎn)易帶電入槽）；

8）電解和升溫，電流密度40～70 A/dm2下電解4～6 h；

9）溫度至工藝范圍進(jìn)行試鍍，試鍍成功后就可以正式投入電鍍生產(chǎn)；

10）電解法防腐Ec 處理，增強(qiáng)不銹鋼、鋼、銅、青銅、鎳、鉻鍍件的腐蝕性能；

11）硫酸型Vd 退鉻工藝，不合格鍍鉻層，在此工藝5～10 min全部退完。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微硬度測(cè)試

電鍍鉻樣品的試樣通常需要具備良好的硬度。采用顯微硬度計(jì)1 000 gf，保壓30 s。結(jié)果表明，試樣1 的硬度為(699±3)HV，試樣2 的硬度為(862±5)HV，硬度提高約23.3%。說(shuō)明在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上添加有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2處理后的試樣在硬度上有著顯著的提升。

2.2 顯微組織觀察與分析

圖1為原始態(tài)試樣的顯微組織。原始態(tài)試樣經(jīng)拋光、腐蝕處理后呈現(xiàn)較清晰的F+P復(fù)相組織，其中圖片中顏色較淺部分為F組織，顏色較深的部分為P組織。

圖1 原始態(tài)試樣顯微組織Fig.1 Microstructure of original sample

圖2和圖3分別為2種試樣在50倍光學(xué)顯微鏡和300倍下場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM）微觀組織。

圖2 傳統(tǒng)鍍鉻試樣顯微組織Fig 2 Microstructure of traditional chromium plating sample

圖3 高效鍍鉻試樣顯微組織Fig 3 Microstructure of high efficiency chromium plating sample

由圖2(a)和圖3(a)可知，鍍鉻層在試片邊緣清晰可見(jiàn)。由圖2(b)和圖3(b)可知，傳統(tǒng)鍍鉻工藝的鍍層的厚度約為72.12 μm；含HEEC-2的高效鍍鉻工藝的鍍鉻層相對(duì)較薄，大約為58.05 μm，說(shuō)明添加HEEC-2有機(jī)復(fù)合添加劑使鍍層厚度有所減小。

在基于SEM 組織的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行能譜分析，結(jié)果表明，表面純凈且基本無(wú)雜質(zhì)，其中傳統(tǒng)鍍鉻工藝鍍層的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.8%，高效鍍鉻工藝鍍層的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.6%。

2.3 沉積速度

結(jié)合工廠數(shù)據(jù)說(shuō)明手冊(cè)，可以計(jì)算得到工藝電流效率以及陰極電流密度的對(duì)照，如表2 所示。參照此表即可獲得對(duì)應(yīng)電流效率。

表2 不同工藝的電流效率以及陰極電流密度Tab 2 Current efficiency and cathodic current density for different process

根據(jù)表2得到的電流效率，再計(jì)算電鍍時(shí)間[7]：

式中，ρ為電鍍層金屬密度，d為試片鍍層厚度，CCr為鉻的電化學(xué)當(dāng)量（CCr=0.323 3[6]），Jk為陰極電流密度（試片上加載電流密度均為30 A/dm2），ηk為電流效率。

經(jīng)計(jì)算，傳統(tǒng)鍍鉻、普通高效工藝的電鍍時(shí)間分別約為5.15、2.14 h，可知效率提高58.4%。

采用增量法測(cè)量不同鍍鉻工藝的影響，其中沉積速度的計(jì)算[8]：

式中，m1和m2分別為試樣鍍鉻前和鍍鉻后的質(zhì)量，A為鍍鉻試樣表面積，t為電鍍時(shí)間。

傳統(tǒng)鍍鉻工藝的質(zhì)量為18.134 g，普通高效工藝的質(zhì)量為18.725 g，經(jīng)計(jì)算，傳統(tǒng)電鍍工藝和普通高效鍍鉻工藝沉積速度分別為13.02、20.72 μm/h，沉積速率顯著提升，提升幅度達(dá)到59.3%[9]。

3 結(jié) 論

研究了傳統(tǒng)鍍鉻工藝和采用有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2的鍍鉻工藝，得出以下結(jié)論：

1）與傳統(tǒng)鍍鉻工藝相比，采用有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2 的鍍鉻工藝顯微硬度由699 HV 提高到862 HV，硬度提高約23.3%；鍍層厚度有所減少，由72.12 μm降低為58.05 μm。

2）HEEC-2 普通高效鍍鉻工藝鍍層沉積速率提升明顯，由傳統(tǒng)鍍鉻工藝的13.02 μm/h 提高到20.72 μm/h，提升幅度達(dá)到59.3%，其生產(chǎn)效率可以獲得明顯改善。

研究開(kāi)發(fā)了1種新的高效鍍鉻工藝，此工藝相對(duì)傳統(tǒng)鍍鉻工藝明顯改善了鍍鉻試片的各項(xiàng)性能。后續(xù)研究可繼續(xù)深入探討此高效鍍鉻工藝是否能滿(mǎn)足實(shí)際使用要求以及其在實(shí)際生產(chǎn)上的應(yīng)用。