主要特點/鍍鉻

從常用的鉻酸鍍液鍍鉻，與其他單金屬鍍液相比，鍍鉻液雖成分簡單，但鍍鉻過程卻相當復雜，并具有如下特點。

①鍍鉻液的主要成分不是金屬鉻鹽，而是鉻的含氧酸——鉻酸，屬于強酸性鍍液。電鍍過程中，陰極過程復雜，陰極電流大部分消耗在析氫及六價鉻還原為三價鉻兩個副反應上，故鍍鉻的陰極電流效率很低（10%～l8%）。而且有三個異常現象：電流效率隨鉻酐濃度的升高而下降l隨溫度的升高而下降；隨電流密度的增加而升高。

②在鍍鉻液中，必須添加一定量的陰離子，如SO42-、SiF62一、F一等，才能實現金屬鉻的正常沉積。

③鍍鉻液的分散能力很低，對于形狀復雜的零件，需采用象形陽極或輔助陰極，以得到均勻的鍍鉻層。對掛具的要求也比較嚴格。

④鍍鉻需采用較高的陰極電流密度，通常在20A/dm2以上，比一般的鍍種高l0倍以上。由于陰極和陽極大量析出氣體，使鍍液的電阻較大，槽壓升高，對電鍍電源要求高，需采用大于l2V的電源，而其他鍍種使用8V以下的電源即可。

⑤鍍鉻的陽極不用金屬鉻，而采用不溶性陽極。通常使用鉛、鉛一銻合金及鉛一錫合金。鍍液內由于沉積或其他原因而消耗的鉻需靠添加鉻酐來補充。

⑥鍍鉻的操作溫度和陰極電流密度有一定的依賴關系，改變二者關系可獲得不同性能的鉻鍍層。

主要用途/鍍鉻 

鍍鉻工藝種類眾多，按其用途可作如下分類。

①防護一裝飾性鍍鉻 防護一裝飾性鍍鉻俗稱裝飾鉻，鍍層較薄，光亮美麗，通常作為多層

電鍍的最外層，為達到防護目的，在鋅基或鋼鐵基體上必須先鍍足夠厚的中間層，然后在光亮的中間層上鍍以0．25～0．5μm的薄層鉻。常用的工藝有Cu/Ni/Cr、Ni/Cu/Ni/Cr、Cu—Sn/Cr等。經過拋光的制品表面鍍裝飾鉻后，可以獲得銀藍色的鏡面光澤。在大氣中經久不變色。這類鍍層廣泛用于汽車、自行車、縫紉機、鐘表、儀器儀表、日用五金等零部件的防護與裝飾。經過拋光的裝飾鉻層對光有很高的反射能力，可用作反光鏡。

在多層鎳上鍍微孔或微裂紋鉻，是降低鍍層總厚度，獲得高耐蝕性防護一裝飾體系的重要途徑，也是現代電鍍工藝的發展方向。

②鍍硬鉻（耐磨鉻） 鍍層具有極高的硬度和耐磨性，可延長工件使用壽命，如切削及拉拔工具，各種材料的壓制模及鑄模、軸承、軸、量規、齒輪等，還可用來修復被磨損零件的尺寸公差。鍍硬鉻的厚度一般為5～50μm，也可根據需要而定，有的高達200～800μm。鋼鐵零件鍍硬鉻不需要中間鍍層，如對耐蝕性有特殊要求，也可采用不同的中間鍍層。

③鍍乳白鉻鍍鉻層呈乳白色，光澤度低、韌性好、孔隙低、色澤柔和，硬度比硬鉻和裝飾鉻低，但耐蝕性高，所以常用于量具和儀器面板。為提高其硬度，在乳白色鍍層表面可再鍍覆一層硬鉻，即所謂雙層鉻鍍層，兼有乳白鍍鉻層和硬鉻鍍層的特點，多用于鍍覆既要求耐磨又要求耐腐蝕的零件。

④鍍松孔鉻（多孔鉻） 是利用鉻層本身具有細致裂紋的特點，在鍍硬鉻后再進行機械、化學或電化學松孔處理，使裂紋網進一步加深、加寬。使鉻層表面遍布著較寬的溝紋，不僅具有耐磨鉻的特點，而且能有效地儲存潤滑介質，防止無潤滑運轉，提高工件表面抗摩擦和磨損能力。常用于受重壓的滑動摩擦件表面的鍍覆，如內燃機汽缸筒內腔、活塞環等。

⑤鍍黑鉻黑鉻鍍層色黑具有均勻的光澤，裝飾性好，具有良好消光性；硬度較高（130～350HV），在相同厚度下耐磨性比光亮鎳高2～3倍；其抗蝕性與普通鍍鉻相同，主要取決于中間層的厚度。耐熱性好，在300℃以下不會變色。黑鉻層可以直接鍍覆在鐵、銅、鎳及不銹鋼表面，為提高抗蝕性及裝飾作用，也可用銅、鎳或銅錫合金作底層，在其表面上鍍黑鉻鍍層。黑鉻鍍層常用于鍍覆航空儀表及光學儀器的零部件、太陽能吸收板及日用品的防護與裝飾。

電極過程/鍍鉻

工業上廣泛使用的鍍鉻液由鉻酐輔以少量的陰離子構成，鍍液中Cr6+的存在形式根據鉻酐濃度的不同而有差異，一般情況（Cr03200～400g/L）下，主要以鉻酸（CrO42-）和重鉻酸（Cr2O72-）形式存在。當pH值小于1時，Cr2072-為主要存在形式；當pH值為2～6時，Cr2O72-與CrO42-存在下述平衡，即

Cr2072-+H20====2H2Cr04-+2CrO]一十2H+

當pH值大于6時，CrO42-為主要存在形式。由此可以看出，鍍鉻電解液中存在的離子有Cr2072-、H+、cro42-和S042-等。實踐證明，除SO42-外，其他離子都可以參加陰極反應，采用示蹤原子法對鉻酸鍍鉻過程的研究表明，鍍鉻層是由六價鉻還原得到的，而不是三價鉻。這也可由鍍鉻液的陰極極化曲線（見圖4-18）得到。

⑴陰極過程

由恒電位法測定的鍍鉻液（含硫酸或不含硫酸）

圖4—18鍍鉻陰極極化曲線

1一由250g/L Cr03鍍鉻溶液中獲得；2一由250g/L CrO3，5g/L H2S04的標準鍍鉻溶液中獲得

陰極極化曲線可知，當鍍液中不含硫酸時（曲線l)，在陰極上僅析氫，不發生任何其他還原反應。當鍍液中含有少量硫酸時（曲線2），陰極極化曲線由幾個線段組成，在不同的曲線段上發生不同的還原反應。

ab段，隨著陰極電流增加，電極電位逐漸負移，陰極上沒有氫氣析出和鉻的生成。陰極區鍍液pH值小于1，離子存在形式主要是Cr2072-，此時的陰極反應為

Cr2O72一+14H++6e_2Cr3++7H20

隨著電極電位不斷負移，b點達到最大值。b點以后，除了Cr2072-還原為Cr3+外，還可觀察到陰極表面有大量氣泡產生，表明H+離子被還原為氫氣。

bc段，同時進行著Cr2072-還原為cr3+和H+還原為H2兩個反應，但在這一段中隨著電極電位負移，電流逐漸下降，表明電極表面狀態發生了變化。膠體膜理論解釋為，由于上述兩個反應的進行，陰極表面附近的H+被大量消耗，pH值迅速升高（pH值大于3時），當生成的Cr3+離子數量達到Cr(OH)3的溶度積時，便與六價鉻生成一層橘黃色的堿式鉻酸鉻膠體膜Cr(OH)3·Cr(OH)Cr04，覆蓋在陰極表面上，阻礙了電極反應的進行，使得反應速度顯著下降；又由于鍍液中的硫酸對陰極膠體膜有一定溶解作用，使膠體膜的形成和溶解不斷交替進行，致使曲線呈現如段形狀。

由于氫的不斷析出，使陰極區鍍液pH值逐漸增大，促進Cr2072-轉化成HCr04-離子，使HCrO4-離子濃度迅速增加。當電極電位負移到C點時，CrO42-便開始被還原成金屬鉻在陰極上析出，反應方程式為

CrO42-+4H++6e-===Cr+4OH一

由此可以看出，只有當陰極電極電位達到c點以后，金屬鉻才能被還原析出。此時，在陰極上三個反應同時進行，隨著陰極電極電位的負移，陰極電流迅速上升，反應速度加快，生成金屬鉻的主反應占的比重逐漸增大，即隨著陰極電流密度的增大，陰極電流效率增加。⑵陽極過程

鍍鉻所用的陽極是鉛、鉛銻（含銻6%～8%）或鉛錫（含錫6%～8%）合金等不溶性陽極，這是鍍鉻不同于一般鍍種的特點之一。因為在鉻酸電解液中，金屬鉻鍍層是由六價鉻直接還原得到的。而金屬鉻陽極溶解時，卻是以不同價態的離子形式存在，主要是三價鉻的離子形式進入溶液，而且陽極的電流效率接近100%，這將導致三價鉻含量迅速增加。而陰極電流效率只有10%～25%，使得鍍液的組成不穩定。另外，金屬鉻硬而脆，不易加工成各種形狀。

在正常生產中，鉛或鉛合金陽極的表面上生成一層暗褐色的二氧化鉛膜。

Pb+2H2O一4e—PbO2+4H+

這層膜不影響導電，陽極反應仍可正常進行，其電極反應為

2Cr3++7H2O一6e—Cr2O；

一+14H+2H2O一4e—O2↑+4H+

由上述反應可以看出，在陰極上生成的cr3+離子，在陽極上又重新氧化成Cr2072-離子，從而使電解液中Cr3+濃度維持在一定的水平，以保證鍍鉻生產的正常進行。當鍍液中的三價鉻含量過高時，可采用大面積陽極和小面積陰極的方法進行電解處理，以降低鍍液中三價鉻的含量。在生產中一般控制陽極面積：陰極面積=(2：1）～（3：2），即可使Cr3+濃度保持在工藝允許的范圍內。

在不通電時，懸掛于鍍液中的鉛或鉛合金陽極，由于遭受鉻酸浸蝕而在其表面形成導電性很差的黃色鉻酸鉛（PbCr04）膜，使槽電壓升高，嚴重時造成陽極不導電，因此在不生產時，宜將陽極從鍍槽中取出，浸在清水中，還應經常洗刷，除去鉻酸鉛黃膜。若黃膜很牢固，可在堿液中浸幾天，待膜軟化后，再洗刷除去。此外，鍍鉻液的分散能力和覆蓋能力較差，必須注意陽極的形狀和排布，在電鍍復雜零件時，宜采用象形陽極和輔助陰極。