4.2　不锈钢电镀铬

4.2.1　不锈钢镀铬的目的

（1）防锈性提高。不锈钢中的马氏体不锈钢如2Cr13、3Cr13、9Cr18、9Cr18 MoV、Cr17N12等含铬12％（质量分数）以上，但不含镍或含少量镍的不锈钢，在大气中会变色而发生腐蚀。为了提高耐蚀性，可镀装饰铬或硬铬。

（2）改善外观。不锈钢制品与电镀装饰铬合装在一起，外观上有明显的差异，为了使外观色泽一致，也常将不锈钢镀铬。

（3）提高不锈钢的硬度。特别是奥氏体不锈钢的硬度低，虽然耐蚀性较好，但不耐磨，为此需镀硬铬，以提高硬度，增加耐磨性，延长使用寿命。

（4）乳白色铬层。为了获得不耀眼的柔和的镀层，如在不锈钢量具（卡尺、千分尺等）的刻度尺或盘上可镀乳白硬铬，既富装饰性又达到光学要求。

4.2.2　不锈钢镀铬预处理通用方法

（1）不锈钢镀铬前可采用活化-预镀镍的方法获得底层，然后在镀镍层上镀铬，可获得结合力良好的铬层。

（2）小电流阴极活化-阶梯式电流给电-冲击电流镀铬-正常电流镀铬至所需厚度出槽，如此四个阶段的处理和电镀可以得到结合力良好的镀层。

（3）碘化钾阴极处理法。在含碘化钾1g/L的硫酸5％～10％（质量分数）的溶液中进行阴极处理。电压6V，时间30s，温度室温，阴极电流电解，在不锈钢表面上产生一层棕黑色膜层，充分漂洗以除去硫酸，留下棕色膜的不锈钢制品进入镀铬槽中镀铬，能获得结合力非常良好的装饰铬或硬铬镀层。棕色膜在镀铬时迅速溶解，不产生明显的污染，原来的表面也没有任何恶化。

由于不锈钢的成分品种繁多，形状各异，镀前状态不一，要根据实际情况，采取适当的工艺流程和工艺规范，以及特殊的工夹具等。

4.2.3　不锈钢镀铬预处理新型活化液［34］

（1）不锈钢电镀铬的预处理——活化处理可有效去除不锈钢表面的钝化膜，解决镀层与基体的结合力问题。该活化液的稳态电位为-0.55V，腐蚀速率在12h内为2g/（m2·h），随后缓慢下降，它能有效去除不锈钢表面的钝化膜，且对不锈钢基体的腐蚀很小；用该配方活化的不锈钢电镀后，可获得光亮平滑、均匀致密、硬度较高、结合力好的镀铬层，特别在航空领域，需要在不锈钢工件表面电镀硬铬，以提高不锈钢制件的表面硬度、耐磨性及装饰性。

（2）不锈钢表面的钝化膜。不锈钢表面有一层薄而极其致密的钝化膜，其组织结构复杂，主要由铁的氧化物（FeO、Fe2O3）、铬的氧化物（CrO、Cr2O3）和碳化物等组成。该钝化膜影响镀层与基体的结合力，严重时甚至使电沉积过程不能顺利进行。因此，不锈钢电镀的关键主要取决于电镀的预处理，即活化处理，既要充分除去表面钝化膜，又要考虑活化液时不锈钢基体的腐蚀作用，应避免基体腐蚀而造成制件尺寸不符合要求。

（3）活化液组成及操作条件。

硫酸铵（NH4）2SO4　　　98～102g/L　　氟硅酸（H2SiF6）　　　　5～6g/L

硫酸（分析纯）H2SO4　　85～90g/L　　温度　　　　　　　　　　室温

磷酸（分析纯）H3PO4　　　5～6g/L　　时间　　　　　　　　　小于12h

（4）采用该活化液获得铬镀层综合性能检测结果。

镀层外观　　　　　　　　　　　光亮　　　硬度（QB/T 3822—1999）/HV　　734.3

附着力（按GB/T 5270—2005标准）　合格　　镀层厚度/μm　　　　　　　　24.4

孔隙率（按QB/T 3823—1999）/（个/cm2）

　　　　　　　　　　　　　　3个

镀铬层表面显微结构：利用金相显微镜的微观形貌观测（450×）组织均匀致密，晶粒细小均匀，无微裂纹。

（5）工艺流程。施镀基底材料为18-8奥氏体不锈钢片。工艺流程为：打磨→水洗→化学除油→水洗→浸蚀→水洗→除挂灰→水洗→活化处理→水洗→电镀铬→水洗→烘干。

4.2.4　普通镀铬溶液成分及工艺条件

普通镀铬溶液成分及工艺条件见表4-7。

4.2.5　不锈钢电镀铬稀土添加剂镀液

（1）采用稀土为添加剂的镀铬，可获得较均匀的铬层，使用较低的铬酐和电流密度，其溶液组成和工艺条件见表4-8。

（2）说明。CE稀土添加剂使镀液深镀能力和分散能力提高，沉积速率加快，提高光泽，增加硬度，消除黄膜，因铬酐用量低，电流密度低，使铬酐、电能、废水处理费用降低。

（3）CF-201添加剂在稀土镀铬液中兼有除杂功能，覆盖能力特佳，添加剂常温溶解。

4.2.6　不锈钢电镀铬复合型添加剂镀液

（1）不锈钢镀铬复合型添加剂的实验结果。为了降低电镀铬对环境的危害，采用正交实验法对含纳米氧化铈（CeO2）的镀铬工艺进行优选，获得了低铬电镀硬铬的最佳工艺参数和操作条件。实验结果表明，加入含纳米氧化铈的复合添加剂，降低了镀铬液中铬酐的含量和生产能耗，且降低电沉积铬的阴极电流密度（使之为5～10A/dm2），从而改善了镀液的分散能力，提高铬的沉积速率和电流效率（18％～20％），从而获得光滑致密的镀铬层。

（2）含稀土添加剂的镀铬溶液组成和工艺参数见表4-9［35］。

采用3号工艺配方，时间120min，可获得镀层厚度达48.2μm，电流效率达到17.1％与通常13％比，提高1.3倍显微硬度达到1250HV的光亮平滑的镀铬层。

（3）添加剂对镀铬液极化的影响。由某电化学工作站测得基础镀液和含稀土添加剂的镀液的阴极极化曲线见图4-1。

从图4-1可见，曲线2和曲线3的开路电位高于基础镀液曲线1的开路电位。开路电位向正方向移动，其交换电流密度越大，金属离子在水溶液中的沉积速率越大，因此，添加剂起到了抑制析氢的作用，使析氢电流明显降低，促进了析铬反应的发生，从而起到提高电流效率的作用。

从图4-1阴极极化曲线中看出，加入稀土添加剂以及复合型添加剂后，能增大镀液的阴极极化度，这是因为稀土有利于阴极表面膜的形成和加强，增加了膜的钝化性，从而增大了阴极极化。电流的实际分布为：

式中，J近为近阴极电流密度；J远为远阴极电流密度；Δl为远近阴极与阳极之间的距离之差；l1为近阴极到阳极之间的距离；ρ为镀液电导率；Δφ/ΔJ为阴极极化率。

若，表示近远阴极的电流相等，电流分布均匀，因此，影响电流实际分布的因素有Δl、ρ、l1和Δφ/ΔJ。但添加剂的加入不会影响阴极与阳极的几何位置，电导率也几乎不变，因此，影响电流分布的途径是阴极极化度，极化度越大，的值越小，相对来说更接近1。因此，稀土添加剂增大了基本镀液的阴极极化度，使电流分布均匀，镀液的分散能力得到改善，从而可获得致密的镀层。

4.2.7　不锈钢电镀铬有机阴离子添加剂

4.2.7.1　KCA、KCB镀铬添加剂

（1）镀铬工艺电流效率的提高。镀铬工艺的电流效率低，一般只有10％～13％。特别是镀较厚铬层的硬铬工艺，要镀0.05mm厚的铬层，往往需耗时100min（假定电流密度为50A/dm2，电流效率为13％）。而一般的耐磨镀硬铬的厚度常常都在0.05mm以上，为了提高生产效率，缩短电镀时间，故开发镀铬新型高效低成本的添加剂具有十分重要的意义。但近年来镀铬添加剂的研究热点是稀土阳离子添加剂，电流效率可提高1.3倍，即可达到17.1％，而市面上所售为含稀土阳离子的氟化物或氟化配合物作为镀铬添加剂，其价格较高，稳定性较差，而氟化物对阳极铅的腐蚀也很严重，使用户望而生畏。即使使用铅锑、铅锑锡合金为阳极，腐蚀仍有存在。值得庆幸的是，目前开发的有机添加剂，不含稀土添加剂，也不含氟化物，已经面市多年，在提高镀铬电流效率方面可以达到20％以上，而且在整平性和光亮度上也有显著的提高。

（2）不锈钢有机添加剂镀铬液组成及工艺条件见表4-10。

（3）说明。

①KCA添加剂和KCB光亮剂均为国产有机磺酸类物，具有极强的抗氧化性，在铬酸中不被氧化分解。A剂具有提高整平度、快速沉积铬层的作用，B剂具有提高光亮度和硬度的作用，两者相互配合使用，可使光亮度相得益彰的增大。B剂与其他类型镀铬添加剂合用也可提高镀铬层的光亮度，是一种广谱光亮剂，但不可过量使用，以免增大内应力，发生脆性作用。［这两种添加剂和光亮剂经常被采用，与同种类型外国产品相比并不逊色。光亮剂需用者可向笔者咨询（15325079760）。］不锈钢直接镀铬时，在施镀开始时采用电流阶梯式升高，从3A/dm2、3.5A/dm2、4A/dm2……至额定电流密度，每次电流升高间隔几分钟，以提高铬层的结合力，此时产生氢气还原表面氧化膜。

②CWS镀铬添加剂主要组成为酰化烷基磺酸，由国外进口，价格比国产要稍高些，可获得光亮、细致的铬层，当电流密度在40A/dm2，每小时可镀得0.04mm，铬层维氏硬度可达800HV。如有求购使用者也可向笔者咨询。

4.2.7.2　XG-A镀铬走位剂

（1）镀液成分及操作条件。

铬酐　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　120～250g/L（Bé12°～23°）

硫酸　　　　　　　　　　　　　　　　0.6～1.2g/L［m（铬酐）:m（硫酸）=200:1］

三价铬　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.5～3.0g/L（开缸时）

XG-A走位剂　　　　　　　1～2g/L（消耗量：每添加1kg铬酐时补加走位剂10g）

温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　32～50℃

电流密度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　15～50A/dm2

注：XG-A走位剂需用者可向笔者咨询。

（2）经济效益。

①可降低铬酐浓度。形状简单的产品铬酐取下限，如150g/L，凹凸较复杂的产品则铬酐取上限，如250g/L。而通常的装饰铬镀液的铬酐高达350g/L，可降低铬酐40％～70％，因而使镀件和挂具出槽时带出的铬酐损耗减少，有利于含铬废水对六价铬的处理费用的降低。

②镀液可在较低温度32℃时工作，在夏季的气温下可以对镀铬液停止供热保温，减少用电费用，达到节能的效果。

③提高电流效率。使用XG-A走位剂的镀铬电流效率可达18％～25％，而标准镀铬的电流效率为13％。由于电流效率的提高，可减少镀铬时间1/3，可减少用电量。

④覆盖能力高，普通镀铬深孔能镀进25％～30％，而用XG-A走位剂的深孔能镀进80％以上，使镀层厚度的分布也较均匀。

（3）常见故障及解决办法见表4-11。

4.2.8　镀铬层的质量检验

（1）外观。要求光泽均匀，结晶细致，不粗糙、不起皮、不鼓泡、不漏底、不发暗、不烧焦。

（2）附着强度。检测标准GB/T 5270—2005。

①交叉划痕法：不起皮。

②弯曲实验：薄片折断后断口不起皮。

③热冷法：大件加热250℃恒温1h，冷却后不起泡、掉皮、剥落。

（3）显微硬度。用显微硬度计（如国产631型显微硬度计）测量，但铬层厚度不小于20μm时，才可以准确测量。检测标准QB/T 3822—1999。

（4）孔隙率。用贴滤纸法测孔隙：将滤纸浸透检验液紧贴在受试表面上，滤纸底下不得残留空气泡，滤纸粘贴时间10min后，揭下滤纸晾干。观察蓝点数量即为铬上孔隙数量。

检验液成分：铁氰化钾　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10g/L

　　　　　　氯化铵　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30g/L

　　　　　　氯化钠　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　60g/L

孔隙率计算

一般孔隙率要求1～3个/cm2以内为合格。孔隙率愈低，耐蚀性愈高。铬层厚度愈高，孔隙率愈低。检测标准QB/T 3823—1999。

4.2.9　不锈钢片镀硬铬［3］

4.2.9.1　镀硬铬的制品材料及要求

制件为纺机梳片，材料为2Cr13马氏体不锈钢，零件尺寸为6mm×120mm×0.9mm，要求镀硬铬，以期提高零件的耐磨性能，延长使用寿命。对铬层的具体要求如下。

①铬镀层与不锈钢表面结合力良好。

②片状平板零件的边角不允许铬层出现毛刺、结瘤、烧焦。

③铬层厚度单边0.01mm，基材厚度为0.9mm，镀铬后达到（0.920±0.005）mm尺寸。

④铬层晶体细致、均匀、光滑。

⑤零件全面镀铬，只允许端头处有较轻度的绑扎挂具的痕迹。

⑥铬层硬度要求HRC65（洛氏硬度值），即相当于维氏硬度（HV）800。

4.2.9.2　镀铬溶液成分及工艺条件

采用稀土为添加剂的镀铬溶液，以期获得较均匀的铬层，工艺路线采用阴极活化，小电流起镀和阶梯式给电的方式，以保证良好的结合力。

（1）稀土镀铬电解液。

铬酐（CrO3）　　　　　130～150g/L　　三价铬　　　　　　　　0.2～0.8g/L

硫酸（H2SO4）　　　　　0.5～0.6g/L　　三价铁　　　　　　　　　　<10g/L

稀土添加剂　　　　　　1.3～1.5g/L

（2）工艺条件。

温度　　　　　　　　　　45～50℃　　断电　　　　　　　　　　3～5s

预热　　　　　　　　　　10～20s　　阴极活化：小电流活化DK 5～8A/dm2

阳极处理电流密度（DA）　　　　　　　时间　　　　　　　　　　　3min

　　　　　　　　　　15～20A/dm2　　阶梯式逐步转为正常电流密度（DK）

时间　　　　　　　　　　15～20s　　　　　　　　　　　　　20～25A/dm2

4.2.9.3　镀前表面处理

（1）先由钳工进行倒角去毛刺，后在有机溶剂中清洗。

（2）表面用软布细砂轮抛光，去除表面加工痕迹，达到平滑光亮。

（3）化学除油，用洗衣粉或熟石灰擦洗。

4.2.9.4　挂装零件

（1）用ф5mm粗铜条作为上挂钩。

（2）用ф0.7mm细铁丝在其两头约3mm处加以绑扎牢固，每件间距8～10mm，每挂20件。

（3）绑扎完毕，在下面扎一道铁丝作保护阴极，再下面绑吊一绝缘重物，使镀件垂直向下。

（4）将绑扎的上端绕于铜丝挂钩上。

（5）入槽前在稀盐酸中弱浸蚀以活化表面，并除去铁丝表面上的锌层，然后在水中彻底清洗干净，切勿将盐酸带入铬槽。

（6）镀件下槽，将铁丝全部浸没在镀液中，以防烧断。

4.2.9.5　电流分布控制

（1）上面的零件的边角有相互保护作用，最下一个零件用铁丝作保护阴极。

（2）采用稍高温度和较低的电流密度，温度45～55℃，取55℃，DK 30～40A/dm2，取（30±2）A/dm2。

（3）镀件阴极和对应阳极的间距尽可能相近合宜，使电流分布均匀，消除边缘放电。

4.2.9.6　小电流起镀

（1）先阳极处理。不锈钢片入槽后经预热首先进行阳极处理，使表面金属稍微溶解，以达微观粗糙。

（2）小电流起镀。由于在阳极处理过程中，同时伴随一定量的氧析出，镀层表面有碳化物出现。小电流起镀时阴极上没有铬析出，只发生氢离子放电

所生成的新生态氢原子［H］具有很强的还原能力，能把极薄的氧化膜还原为金属：

同时产生大量的氢气，使表面附着的碳化物冲刷掉，使阴极表面处于高度活化状态。然后再逐步升高电流密度，有利于铬酸离子还原成金属原子，形成晶核，致密地分布在零件表面，从而为获得结合力良好的镀层创造条件。

（3）阶梯式给电。DK大致分为5～8A/dm2、8～11A/dm2、11～14A/dm2、14～17A/dm2等中间阶梯，其间所历时间约8min，最后加到正常DK 20～25A/dm2，此法保证铬层的结合力优良。

4.2.10　马氏体不锈钢镀硬铬［4］

4.2.10.1　镀前处理

（1）除油。

①有机溶剂除油。除去抛光后的油污。

②化学除油。氢氧化钠10～20g/L，碳酸钠20～30g/L，磷酸三钠20～30g/L，乳化剂OP-10 3～5g/L，温度70～90℃，时间10～30min，至油污除尽为止。

③电化学除油。有条件采用此法最佳，阴阳极交替除油，阳极除油时间不超过0.5min。

（2）浸蚀处理。根据不锈钢表面氧化膜的情况选择表4-12所列溶液之一进行浸蚀。

（3）活化处理。可按表4-13中任选一种。

4.2.10.2　镀硬铬

（1）预镀镍。采用预镀冲击镍镀层作底层，以强化镀铬层结合力。预镀镍溶液成分：

氯化镍（NiCl2·6H2O）　　200～250g/L　　氯化镁（MgCl2·6H2O）　　20～30g/L

盐酸（HCl）（d=1.17）　　　20～30g/L　　时间　　　　　　　　　　3～5min

（2）小电流阴极活化处理。采用的镀铬成分及工艺条件可选自表4-14。

（3）镀铬工艺过程。带电下槽→预热→阴极小电流活化（DK<3A/dm2，时间1～2min）→阶梯式升电流（每1～2min提升一次电流，经过5～10min内五次提升）→冲击镀铬（高于正常电流1倍左右，冲击镀时间2～3min）→正常镀硬铬（正常电流密度镀至时间达到硬铬层要求厚度为止）。

马氏体不锈钢镀硬铬前不能进行阳极反镀，以避免表面出现褐黑色挂灰，影响镀层结合力。

4.2.10.3　镀铬后处理

除氢，200～250℃保温2h，以消除或减轻析氢导致的氢脆。

4.2.11　不锈钢内孔件镀硬铬［5］

4.2.11.1　零件类型

如喷涂糖衣片采用的高压无气喷涂机上使用的涂料缸，采用2Cr13不锈钢材料，具有高化学稳定性，但硬度不高，易于磨损。要求内孔表面镀硬铬，增加耐磨性和减少与介质的亲和力，镀层技术要求如下。

①铬层厚度0.04～0.07mm。

②铬层结晶细致、均匀，从端面向内孔观察要有镜面光亮，不允许有凹痕、麻点、烧焦、皱纹等。

③两端口部镀后尺寸锥度差小于0.01mm，不允许有椭圆度。

④铬层硬度（HV）大于800。

4.2.11.2　工装夹具

见图4-2，阳极用含锑8％的铅-锑合金制成，阳极面积是阴极面积的1/3～1/2，锥度1:50，下小上大，浇铸成型后车削成型。阳极上钻有孔以利于电解液对流，同时增加阳极面积。阴阳极之间采用非金属隔电绝缘，即用聚氯乙烯或有机玻璃做成有孔的上下绝缘块，将阳极位置固定在零件内孔中心，有利于溶液和气体自由逸出。

4.2.11.3　镀液成分和工艺选择

（1）溶液成分。

铬酐（CrO3）　　　　200～250g/L　　三价铬（Cr3+）　　　　　　2～5g/L

硫酸（H2SO4）　　　　2.2～2.7g/L　　三价铁（Fe3+）　　　　　　<8g/L

铬酐、硫酸比　　　　（85～95）:1

（2）工艺条件。

温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（50±2）℃

下槽预热　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30～60s

阳极处理　　　　　　　　　　DA 25～30A/dm2，时间20～25s，断电15s

小电流施镀　　　DK<10A/dm2，时间4min，转正常电流密度（35～40A/dm2）

4.2.11.4　工艺流程

检查内孔→检测镀前尺寸→绝缘（零件非镀面和挂具外表面用聚氯乙烯塑料胶带包扎紧）→装挂具（按图4-2所示）→装阳极→电化学除油→热水洗→冷水洗→入槽预热→阳极处理→小电流施镀（4min）→转正常电流镀铬→取出阳极、零件入回收槽→冷水洗两次→去氢→送检。

4.2.11.5　工艺技术探讨

（1）镀层结合力。

①预热。零件与电解液温差在±1℃。

②阳极处理时间。只要能达到去除表面氧化膜即可。控制在25s以内。时间控制长短有决定性影响。

③活化时间。活化使零件表面处于高度活化状态。活化产生的氢气把表面残留的氧化膜还原成金属，显露其基体结晶表面，活化4min后转入正常电流电镀。这种阶梯式给电可获结合力好的镀层。

（2）镀层耐磨性。由于镀液成分和操作条件的改变会显著影响镀层的硬度。

①铬酐浓度。稀溶液得到的铬层硬度高，耐磨性好。见图4-3硬度和铬酐浓度的关系，铬酐浓度自200g/L开始升高而硬度（HV）随之下降。故选用铬酐200～250g/L，铬层硬度（HV）可达900。

②铬酐/硫酸的酸比值。此比值对硬度很关键。图4-4表示硬度和硫酸浓度的关系。内孔镀铬的酸比值控制在（85～95）:1较好，电流效率稍有降低，但铬层硬度高，耐磨、光亮、密实。

③电流密度（DK）和镀液温度（T）。图4-5为硬度与温度（T）和DK的关系，当DK=35～40A/dm2、T=45～50℃时，镀层硬度高。

（3）镀层的光泽性。

①三价铬或铁的影响。图4-6表示三价铬或铁对镀层的影响，内孔镀铬的三价铬（Cr3+）含量取2～5g/L为佳。过少则沉积速率慢，过多则缩小光亮范围。三价铬含量高易使内孔上端铬层沉积减缓，下端铬层沉积加快。铁应控制在8g/L以下，过高使电流波动，难以获得光泽镀层。

②温度与电流密度的影响。图4-7所示内孔镀硬铬，温度和电流密度应取下限。因为孔内阴阳极距近，溶液对流性差，内孔温度比外面高，温度取上限会使镀层发乌无光。电流密度取中等，即35～40A/dm2，T为50～55℃，可得沉积光亮硬铬，见图4-7Ⅱ区所示。

4.2.12　不锈钢盲孔器件镀硬铬［6］

4.2.12.1　产品形状及要求

产品，如腈纶纺丝机中复式加热器结合件，如图4-8所示，由不锈钢SUS304制成。要求内表面镀硬铬0.03mm，镀层细致、均匀、结合力强，孔隙率低，硬度（HV）1000。

4.2.12.2　小样实验

为解决镀层结合力、硬度及焊缝处的电镀质量，进行小样实验。小样实验用材料为国产不锈钢1Cr18Ni9Ti，相当于SUS304，尺寸为50mm×75mm。

（1）镀液配方及工艺条件。

铬酐　　　　　（CrO3）180～200g/L　　MB促进剂　　　　　　　5～8g/L

硫酸（H2SO4）　　　　　1.8～2.0g/L　　温度　　　　　　　　　50～52℃

三价铬（Cr3+）　　　　　　3～5g/L　　阴极电流密度　　　　30～40A/dm2

其中MB促进剂主要成分为稀土元素和硼酸，可提高电流密度和铬层硬度。

（2）小电流阴极活化处理。在镀铬槽中，首先按2A/dm2开电流（电压3V左右），然后每隔1～2min升一次电流，升幅为3～5A/dm2（电压升0.5～1V），如此连续5～8次，再采取冲击电流2～3min，最后回到正常电流电镀。

（3）小样实验结果

①结合强度。试样放入烘箱加热到250℃，恒温1h，在空气中冷却，无起泡掉皮，头敲打无剥落。

②孔隙率。贴滤纸法（见QB/T 3823—1999）检测，完全达到硬铬孔隙率1级标准：不大于4孔/cm2。

③硬度。用显微硬度计（按QB/T 3823—1999）测定，硬度（HV）值基本上都在1000左右。

4.2.12.3　模拟实验

制作了单孔不锈钢1Cr18Ni9Ti模拟零件，见图4-9，按小样实验结果，在1400L镀铬槽内作镀铬模拟实验。

（1）象形阳极。模拟零件底部为封闭式，必须采用象形阳极，只有当阴极部位与对应阳极的距离相等时，电流在阴极表面不同部位的分布才基本均匀，所得铬层厚度也基本均匀。如图4-10所示，象形阳极，实验结果显示，各角处全部镀上铬，整个镀层表面结晶细致光滑。

（2）槽液流动形式及泵的流量。镀铬液温度对镀层硬度、光泽等影响很大，必须严格控制。在筒体电镀过程中，由于电流密度大至35A/dm2，势必使筒体内液温急剧上升，故必须进行槽液循环。在模拟零件底部钻一个ф19mm小孔，从小孔内注入槽液，以利于气体随溶液一起向上自由排出，在模拟零件内外插入WT2-280型压力表式温度计各一支，如图4-10所示，当流量为7L/min时，筒内外温度基本稳定一致。

（3）镀层厚度及硬度测试。在模拟零件内加挂长300的T形试片，厚度1.5mm，材料1Cr18Ni9Ti一起入槽紧贴模拟零件内壁电镀，试片能真实反映电镀工况，试片镀层各部位厚度、硬度都达到要求。

4.2.12.4　试生产

（1）工艺流程。机械抛光至以上→工业汽油擦洗→轻质碳酸钙擦净油污→水洗→装挂具和象形阳极→弱腐蚀［硫酸3％～5％（质量分数），室温，时间30～60s］→水洗→水洗→入镀槽→预热（温度50～52℃，时间1～2min）→阴极小电流处理（DK 2A/dm2开始，每次升幅3～5A/dm2，5～8次）→冲击电镀（DK 45A/dm2，2～3min）→正常电流电镀（DK 30～40A/dm2，时间至镀层厚度达到要求）→出槽清洗→下挂具→检验。

（2）注意事项。

①装挂象形阳极与孔同心，不得偏移，以免发生局部电流过分集中，产生烧焦发毛的现象。

②装卸挂具不得碰伤绝缘保护层，保证电镀过程中挂具通电良好和不得短路。

③严格控制镀铬电流密度和温度，中途不得断电。

④不采取阳极处理，小电流活化处理不当而影响镀层结合力以致发生掉皮。

（3）效果。获得的镀层表面光滑细致，色泽均匀，达到供方图纸要求。因此，采用特定的镀液组成和工艺，并配以特制的象形阳极，完全能镀出符合图纸要求的铬层，并已批量生产，验收合格。

4.2.13　不锈钢卡尺镀乳白铬［7］

4.2.13.1　镀层要求

卡尺主尺刻线面镀乳白铬，散光性好，结晶细致，厚度均匀，其他部位不镀铬。

4.2.13.2　局部镀铬夹具设计要求

设计的夹具遮盖能力强，绝缘性能好，电力线分布均匀，装拆零件方便。组合夹具见图4-11，由盖板、定位板、底板、导电钩组成。盖板、定位板、底板均采用3～5mm厚聚氯乙烯塑料板制成，装挂好的零件用螺钉紧固，每只夹具可装8把不锈钢卡尺主尺。塑料板不得在高于60℃的热水中清洗。使用中阳极比夹具长时，可装上ф1.5～2mm铜丝做阴极保护圈，以免烧毛铬层。

4.2.13.3　镀铬溶液成分和工艺条件

铬酐（CrO3）　　　　　280～320g/L　　三价铬（Cr3+）　　　　　　　　≤3g/L

硫酸（H2SO4）　　　　　3.9～4.1g/L　　阴极电流密度　　　　　28～30A/dm2

酸质量比（铬酐与硫酸）　　　　　　　　温度　　　　　　　　　　　（50±1）℃

　　　　　　　　100:（1.3～1.4）　　　时间　　　　　　　　　　　50～60min

（1）铬酐浓度过低时，镀液分散能力变差，影响镀层的均匀性。

（2）铬酐与硫酸比值减少时，铬层反光性增强，散光性变劣，不能得到乳白铬。

（3）镀液中三价铬将迅速升高，应定期采用小阴极大阳极通电处理以降低三价铬。

4.2.13.4　工艺流程

卡尺主尺刻线面吹砂［吹砂后，存放在防锈水中，含有亚硝酸钠（NaNO2）180～200g/L，碳酸钠（Na2CO3·10H2O）6～10g/L，室温，存放时间不超过24h，以保持吹砂面的均匀性］→流动冷水洗→电解除油［氢氧化钠（NaOH）33～40g/L，碳酸钠（Na2CO3·10H2O）20～30g/L，磷酸三钠（Na3PO4·12H2O）20～30g/L，硅酸钠（Na2SiO3）3～5g/L，温度60～80℃，电流密度3～5A/dm2，时间先阴极除油3～5min，后阳极除油1～2min］→热水洗→冷水洗→活化［硫酸（H2SO4）100～150g/L，室温，时间1min］→冷水洗→装入夹具→冷水洗→入槽预热（时间1～2min）→阳极腐蚀（0.5～1min）→阴极低电流密度活化（持续时间2min，上升时间不少于5min，使镀件表面活化）→冲击电流（持续时间3min）→正常电流电镀→回收槽清洗→流动热水洗（40～60℃）→拆卸夹具→热水浸泡（90～100℃）→去氢（温度140～160℃，时间2～3h）→检验。

4.2.13.5　不合格铬层退除

氢氧化钠（NaOH）　　　　60～80g/L　　温度　　　　　　　　　　　　室温

阳极电流密度（DA）　　　3～8A/dm2

当铬层退净时应立即取出，否则会出现条纹和腐蚀麻点等疵病。

退净的零件经活化后即可重新镀铬。

4.2.14　不锈钢补镀硬铬［8］

4.2.14.1　补镀硬铬的适应性

（1）由于电网停电，镀铬中途断电，来电后需要继续补镀铬以达到规定厚度者。

（2）由于工作上的失误，不锈钢表面局部镀上硬铬而另一部分尚未镀上铬，需要在已镀硬铬表面和未镀上硬铬的不锈钢表面上继续镀硬铬至规定厚度者。

（3）镀完硬铬后铬层厚度未达到规定尺寸，或在磨光硬铬层后产品尺寸未达规定要求者。

以上诸种情况，可以不采用退除铬层重镀铬，而可实施在表面上补镀硬铬。

4.2.14.2　工艺分析

铬上补镀铬和不锈钢镀铬的表面活化处理不尽相同，铬上镀铬是要将镀铬表面作为阳极进行腐蚀一定时间，以形成微观粗糙的活化表面，再将镀件转换成阴极，再阶梯递升电流到工艺规范的电流进行镀铬。不锈钢表面电镀是将表面作为阴极以小电流活化，利用阴极释放的原子态氢还原不锈钢表面的钝化膜（或称氧化膜），达到活化目的。在此情况下，为使漏镀的不锈钢活化，又要使铬层表面活化，应选择阴极活化为主，阳极腐蚀为辅的办法，即镀件先作为阳极腐蚀2min，再阴极活化时间相当于15min，随后阴极电流逐步上升，不锈钢表面和铬层表面逐步达到铬的析出电位，沉积了铬层。

4.2.14.3　补镀硬铬工艺流程

化学除油（用去油剂在室温下擦洗）→水洗→酸洗［盐酸10％（质量分数）清洗］→水洗→酸洗漏镀处（4+1氢氟酸）→水洗→入槽→预热→阳极腐蚀（DA 15～20A/dm2，时间2min）→阴极活化（DK 5A/dm2，阶梯递升电流，每隔1～2min提升一次电流，提升幅度1～4A/dm2，约提升8次，共10～15min升至正常电流）→正常镀铬（DK 15～40A/dm2，时间镀至最小厚度超过所需厚度）→水洗→检验→除氢。

经过上述工艺流程的补镀铬，原来漏镀处经检查也全部补镀齐，无一处铬层脱落。

4.2.15　高钨不锈钢合金电镀硬铬［36］

高钨不锈钢（如AMS5616材料质量分数为0.17％C，13％Cr，2％Ni，3％W）广泛用于精密的仪器中，特别是航空产品。高钨不锈钢零件电镀硬铬可提高其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等，但易出现漏镀、局部偏薄等缺陷。作者杨燕采用一些特殊的工艺措施，保证航空产品中高钨不锈钢零件电镀硬铬的质量。

4.2.15.1　工艺流程

零件→吹湿砂→碱性除油→热水洗→冷水洗→活化→冷水洗→镀铬→除氢。

4.2.15.2　吹湿砂

在前处理中采取吹湿砂处理，以活化其表面，与吹干砂相比，吹湿砂能使高钨不锈钢表面更细，更适合于精密零件，同时还具有污染小的优点，吹湿砂的零件在清洗后可立刻进行电镀铬。

4.2.15.3　除油

高钨不锈钢镀铬前的除油和常规镀铬的除油工艺方法大体相同，可选用有机溶剂除油、电化学除油。化学除油方法，零件表面必须清洁至水膜不破，若采用电化学除油，应避免阴极除油，以防氢脆的发生。

4.2.15.4　活化

在25～30mL/L H2SO4溶液中室温浸渍2～5min。

4.2.15.5　镀硬铬

（1）镀铬溶液组成与一般不锈钢镀硬铬相同。镀前对不镀部分进行绝缘保护，镀前在50～60℃热水中预热，再带电入槽。

（2）采用阶梯小电流停留较长时间送电。阶梯小电流大小因面积不同应作相应调节。对形状复杂的零件，所用阶梯小电流的停留时间较长，且停留时间随电流的增大而缩短。停留较长时间的阶梯小电流送电，使阴极在较长一段时间内产生大量的新生态氢原子，且随着电流的增大，新生态氢原子会相应的增加。这些新生态氢原子具有较高的还原能力，使不锈钢表面的钝化膜不断地得到还原，从而使零件表面得到活化，尤其是阶梯小电流中的大电流能充分活化零件的复杂部位。停留较长时间的阶梯小电流送电加上吹湿砂的前处理，不仅有利于提高镀层与基体的结合力，更有利于保证镀层的完整，确保电镀质量。

（3）冲击镀。在阶梯小电流处理后，用1.5～2.0倍的正常电流密度冲击镀30～60s，可在较短时间内生成致密且结合力良好的薄铬层，对于形状较复杂的零件，这种冲击镀是必不可少的，它可有效地保证镀层的完整性。之后恢复正常电流密度进行镀硬铬。

4.2.15.6　镀后处理

零件在电镀硬铬后，必须在4h内进行除氢处理，温度为190℃，时间3h，以防止氢脆。

4.2.15.7　小结

本工艺电镀硬铬的优点较好地解决了复杂零件的漏镀问题，镀铬层试片断裂后，无镀铬层与基体分离，硬度≥850HV（相当于洛氏硬度HRC65，硬度与镀铬液温度和电流密度有关）。

4.2.16　中温中电流密度下转高效率镀硬铬

2Cr13不锈钢在普通镀铬工艺上得到高电流效率18.3％～19％的最佳耐磨性硬铬层。［43］

4.2.16.1　在实验室条件下优化工艺参数的结果

研究温度与电流密度对镀速、电流效率及磨损失重的影响，确定工艺因素对镀层性能的影响程度，得到最佳耐磨性和较高电流效率的镀硬铬工艺。实验结果表明，当温度为48～50℃、电流密度为25A/dm2时，镀层的外观良好，结构致密，镀速为14.8～15.4mg/（cm2·h），电流效率为18.3％～19.0％，镀层具有最高的耐磨性，且与不锈钢基体结合良好。降低温度或增加电流密度，有利于提高耐磨性和电流效率。

4.2.16.2　基本工艺

（1）前处理。试片经打磨、化学除油、酸洗、弱腐蚀、水洗后带电下槽。

（2）施镀步骤。预热10～20s→阴极小电流活化1～2min→阶梯式给电，1～2min提升一次电流，5～10min内提升5次→冲击镀铬2～3min电流为正常电流的2倍→正常镀铬。

（3）电解液组成及工艺条件。铬酐250g/L，硫酸2.5g/L，三价铬0～5g/L，温度48～56℃，电流密度20～25A/dm2，40min。

（4）实验方法。改变温度和电流密度，全面交叉实验。

（5）测试方法。

①结合力。采用循环加热骤冷实验。

②镀层孔隙率。采用贴滤纸法。

4.2.16.3　实验结果与讨论

（1）温度与电流密度对镀速的影响。图4-12为温度与电流密度对镀速的影响。

由图4-12可见，同一电流密度下，温度较低，镀速［mg/（cm2·h）］反而较高，即在低温（48℃）和高电流密度（25A/dm2）下能得到较高的镀速。

（2）温度与电流密度对电流效率的影响。图4-13为温度与电流密度对电流效率的影响。

由图4-13可知，随着温度的升高，电流效率下降；而随着电流密度的升高，电流效率提高，但当温度太低时，镀层发灰，光泽性不好；而太高的电流密度下，镀层边缘烧焦、发黑。在实验工艺范围内，电流效率在11.8％～19.0％之间变化，镀层质量良好。故低温与高电流密度有利于得到较高的电流效率，而一般的镀铬的电流效率为13％。

（3）温度与电流密度对硬铬层耐磨性的影响。由图4-14为温度与电流密度对耐磨性的影响。

由图4-14可知，降低温度有利于提高耐磨性；减小电流密度会降低耐磨性。

硬度很高时，镀铬层的脆性较大，这主要是由于反应中析氢的影响。随着温度下降和电流密度的提高、镀层硬度提高的同时，镀层中含氢量增加，使镀层氢脆性升高。硬铬层一般要求在4h内做除氢处理。

当电流密度为25A/dm2、48℃下所得镀铬层的耐磨性较好，并且镀层的纵向耐磨性较均匀，梯度变化小。

（4）结合力和孔隙率检测。在最佳条件（25A/dm2，48～50℃）下电镀硬铬，对获得的镀铬层进行结合力和孔隙率分析。

①结合力。循环加热骤冷实验测得：所有试样循环4次以上，均无镀层脱落、起皮的现象，表明不锈钢上镀铬层结合力良好。

②孔隙率测定。结果见表4-15。

由表4-15可知，当镀层厚度大于15μm时，镀层孔隙率为0，即无孔隙存在。