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詳談鍍鉻層厚度均勻性
m.gzjinlian.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?？赡苁怯捎谌齼r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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