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鍍鉻層厚度均勻性

來源:www.tzynykl.com 發表時間:2017-08-14

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、內電阻、三價鉻等因素對鍍鉻層厚度均勻性的影響。
1.陽與鍍件布局的影響
1.1 陽位置
一般鍍鉻層厚度的均勻性取決于陽與鍍件的相互關系。通常情況下,陽與鍍件的間距越近,鍍鉻層越能與鍍件的幾何形狀相一致。但是,當陽與鍍件外徑不相似時,如果增大陽與鍍件的間距,可以使電流在陽表面上分布較均勻;如果陽與鍍件的間距太近,則電流分布反而不均勻。電鍍外徑工件時,陽與鍍件的間距應控制在10~25 cm范圍內。如果陽離鍍件太遠,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,可與陽靠近些;形狀不規則的鍍件,與陽的間距應盡量大些。
(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 陽超長
鍍硬鉻所用的鉛合金陽應該比鍍件(尤其是軸)短一些。陽的頂部略低于鍍件的頂部,而陽的底部要高于鍍件的底部,避免陽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、中間薄、下部較厚。
鍍鉻陽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,一般陽下部離槽底約為15 cm,上部高于液面5 cm。對這種狀態的陽,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。
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,也就造成了化電阻的縱向分布呈上小下大的梯度狀態。
2.3陽電阻
槍管鍍鉻一般采用鋼絲鍍鉛陽。這種鋼芯陽的電阻所造成的電位降,使槍管內不同斷面上陰、陽之間的電壓不相同(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表面溶液的交替速率差,導致化電阻縱向梯度降低。溶液電阻縱向梯度的增大和化電阻縱向梯度的降低,都有利于上大下小的電阻(包括陽電阻)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表面不斷生成,而硫酸鉻離子不斷在陰溶解堿式鉻酸鉻薄膜。成膜和溶解的過程在陰表面上交替進行,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。
(1) -般鍍鉻層厚度的均勻性取決于陽與鍍件的相互關系,因此,在操作中必須合理地控制陽和鍍件的間距。
(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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