镀 CR 有哪些作用?
防锈和增加表面硬度可以增加耐磨性能
1、 性能和用途 因为铬表面易于钝化，有很强的耐蚀性，所以用于装饰电镀的最外层，其厚度一般只有 0.5-1 微米，通常称之为装饰铬。铬的另一个特点是具有极高的硬度，H=750-1000，因而又经常用于有耐磨要求的场合，通常称之为硬铬。
2、镀铬基本原理
2.1 镀铬的阴极过程
图 1 是镀铬的阴极极化曲线，描述了镀铬的阴极过程。
镀铬的阴极过程分 3 个阶段。
第一阶段，随着电极电位上升，电流密度上升。电极反应为2H+ ---> H2
第二阶段，随着电极电位继续上升，电流密度转为下降。这是一个形成阴极膜的过程。
第三阶段，随着电极电位继续上升，电流密度又转为上升。电极反应为
Cr6+ ---> Cr
2H+ ---> H2
Cr6+ ---> Cr3+ (H2 的还原作用)
2.2 阴极膜的形成
在镀铬层沉积之前，阴极上先生成一层薄膜。观察薄膜的试验如图2 所示。阴极为针状。停电后 1 秒可以观察到阴极膜(厚度约 0.1 微米)，停电 3-4 秒后阴极膜就消失了，如图 3 所示。
2.3 硫酸的作用和影响
镀液中硫酸含量的增加，阴极膜的厚度也随之增加。电极周围的成分与其它部分的成分差别较大，为
Cr6+ 65-67%
Cr3+ 22-23%
SO42- 10-12%
若镀液中没有硫酸，则不能形成阴极膜，只析出氢气，见图1 的曲线1。
CrO3 与 H2SO4 形成[(CrOn2-)m•(SO42-)n]复杂的络合物。从图4 可以看出，随镀液中硫酸浓度增加，电流效率形成有峰值的情况。图 4 中线段1，电流效率随硫酸含量上升而上升，是因为络合物含量上升的缘故；继续增加硫酸的含量，则阴极膜厚度增加，阻碍铬层的沉积，故图 4 线段 2，电流效率随硫酸含量上升而下降。
2.4 Cr3+的影响
当镀液中 Cr3+的含量上升时，图 4 中的曲线向右上方向移动。当H2SO4=10-12g/l，Cr3+=20g/l，电流密度 60-100A/dm2 时，电流效率高于 25%。可获得镜面光亮的镀铬层。缺点是分散能力差，只适合旋转体。
2.5 H2 的析出影响
常规镀铬中，只有 12-15%的电流用于沉积铬层，80-85%的电流用于析出氢气。氢气会渗入铬层，也会渗入基体达几十微米。氢气的渗入，使得钢的疲劳强度下降约30-40%。有趣的是，高强度零件镀铬后，疲劳强度下降，而强度低的零件，镀铬后疲劳强度反而提高。
3、镀铬工艺
3.1 常规镀铬工艺
目前使用较为广泛的仍是常规镀铬工艺。经典的常规镀铬溶液配方为
CrO3 250 g/l
H2SO4 2.5 g/l
Cr3+ 3g /l
3.2 含 F-镀铬工艺 F-作催化剂的电解液可在室温工作，也可用于滚镀(但小零件不太可靠)。
配方一∶
CrO3 250 g/l
KF 3.5 g/l
温度 20℃
电流密度 3-5 A/dm2
配方二∶
CrO3 250 g/l
H2SiF6 5-10 g/l
温度 18-25℃
电流密度 5-10 A/dm2
镀铬知识介绍
◆ 铬的性质
(1) 色泽 : 银白色，略带蓝色
(2) 原子量 : 52
(3) 比重 : 7.14
(4) 熔点 : 1800~1900℃
(5) 硬度 : 800~12OOH
(6) 线膨胀系数 6.7~8.4×10^-6
(7) 电化当量:0.324g/AH
(8) 标准电位 : 为-0.71
(9) 在潮湿大气中很安定，能长久保持颜色
(10) 在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐及有机酸和大多数气体中很稳定
(11) 易溶于盐酸及热浓硫酸
(13) 苛性钠溶液中铬阳极易溶解
(14) 铬镀层耐热性佳
(15) 铬镀层优点为硬度高、耐磨性好、光反射性强
(16) 铬镀层缺点为太硬易脆、易脱落
(17) 铬的电位比铁负,钢铁镀铬是属于阳极性保护镀层，而铬本身于大气中易形成极薄的钝态膜，所以耐腐蚀
(18) 铬镀层具多孔性，所以对钢铁腐蚀性不很理想，所以一般先镀铜，再镀镍最后再镀一层铬才能达到防腐蚀及装饰的目的
(19) 铬镀层广泛应用在提高零件的耐腐蚀性、耐磨性、尺寸修补、反射光，及装饰等用途.
◆ 铬电镀的种类
1.防腐装饰性镀铬
a) 普通镀铬 b) 复合镀铬 c) 快速自动调节镀铬 d) 微裂纹铬和微孔铬
2.镀硬铬
3.镀乳白铬
4.松孔镀铬
5.镀黑铬
6.滚桶镀铬
7.无裂铬电镀
◆ 镀铬的特性
(1)须严格控制液温、电流密度、极距等操作条件
(2)均一性差，对复杂形状镀件需适当处理
(3)电流效率很低，须较大电流密度
(4)阳极采用不溶解性阳极，铬酸须通过铬酐补充
(5)电镀过程中不许中断
(6)形状不同镀件不宜同槽处理，须用不同的挂具
(7)镀件预热与液温一致，附着性才会好
(8)镀件要彻底活化，有时要带电入槽，附着性才良好
(9)需用冲击电流(大于正常 50-100% ) 在开始电镀较复杂形状镀件，约2-3分钟而后慢慢降至正常电流密度范围内。
◆ 镀铬的影响因素
(l) CrO3 浓度与导电性关系:在铬酐小于 450g/l 的情况下，铬酐浓度越高，导电性越好
(2) 温度与导电性的关系:温度高，导电性好
(3) CrO3 浓度与电流效率的关系:铬酐浓度高，则电流效率下降
(4) 硫酸浓度的影响:浓度低时，低电流密度下电流效率高，反的电流效率低
(5) 三价铬的影响
1. 三价铬很少时，沉积速率减慢
2. 三价铬很高时，镀层变暗
3. 三价铬增加，则导电度降低，需较大电压
4. 三价铬愈多，光泽范围愈小
(6) 电流密度及温度的影响
1. 镀液温度升高，电流效率降低
2. 电流密度愈高，电流效率愈高
3. 高电流密度，低温则镀层灰暗，硬度高脆性大，结晶粗大
4. 高温而低电流密度，镀层硬度小，呈乳白色，延性好，无网状裂纹，结晶细致，适合装饰性的镀件
5. 中等温度及中等电流密度，镀层硬度高，有密集的网状裂纹，光亮硬质铬镀层。
(7) 杂质的影响
1. 铁杂质，电解液不稳定，光泽镀层范围缩小，导电性变差,电压须增高，去除铁杂质比三价铬还困难，要尽量防止铁污染，不要超过10g/l
2. 铜、锌杂质，含量低时，对镀层影向不大，铜最好不要大于3g/l
3. 硝酸，是镀铬最有害的杂质，镀液须严禁带入硝酸污染
(8) 阳极及电流分布的影响
1. 阳极较大，电流分布较不均匀使镀层厚度不均勺
2. 阳极面积大，三价铬形成较多。
3.复杂镀件，阳极宜用象形电极或辅助电极，使电流分布均匀。
4.阳极的铅易氧化，形成黑色的氧化铅及黄色的铬酸铅。黄色的铬酸铅导电性不良
5.电流因尖端及边缘效应，造成镀层厚度不均，可采用绝缘物遮盖尖端或边缘。
◆ 镀铬的挂具(Rack)
镀铬其镀液均一性极差，电流效率很低，须使用较高电流密度，所以挂具的设计要求对镀铬品质影响很大。其设计要点如下
(l) 不溶解
(2) 导电好，不发熟，需足够截面积
(3) 与镀件接触良好
(4) 结构以焊接方式，导电钩要弯成直角
(5) 非电镀部份要用绝缘物覆盖，以减少电流消耗
(6) 结构要简单、易制造、轻便
(7) 镀件放置位置要使气体自由逸出容易
(8) 应用辅助电极、双极电极
(9) 依镀件的形状、尺寸、数量及镀层用途等因素决定挂架的设计
◆ 镀铬常见缺陷及其原因
(l) 镀层粗糙有颗粒
1. 电流太大
2. 阴极保护不当或末装
3. 阴阳极太近
4. 表面前处理不好
5. 镀液有浮悬杂质
6. 硫酸太少
(2) 镀层脱落
1. 前处理不良
2. 中途断电
3. 中途加冷水
4. 预热不够
(3) 局部无镀层
1. 电流太小
2. 镀件互相遮盖
3. 装挂不当，气体停滞
(4) 镀层不均匀
1. 挂具接触不良
2. 气体不易逸出
3. 阳极型状不当
(5) 沉积速度慢
1. 电流太小
2. 三价铬太小
3. 二极间距太大
4. 镀件过大
5. 槽内镀件过多
(6) 镀层暗色
1. 温度太低
2. 硫酸此例太少
3. 三价铬太多
(7) 镀层针孔
1. 前处理不佳
2. 气体停滞镀件表面上
3. 镀件被磁化
4. 浮悬杂质
5. 表面活性剂
6. 镀液有磁性粒子
◆ 镀铬的氢脆性
镀铬的电流效率非常低，所以产生大量的氢气，会引起氢脆,尤其是硬化钢、高强度钢更需注意。
去除氢脆方法有 :
(l) 镀前先做应力消除(stress relieing) : 镀铬表面必须没有应力存在，一般镀件经机械加工、研磨，或硬化热处理都有残留应力( residual stress)，可加热150 至230℃消除残留应力。
(2) 镀后烘箱去氢 : 根据工件大小和镀层厚度确定温度和时间，通常选择的温度为150~250℃，时间 0.5~5h。
铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽然很负，但它有很强的钝化性能，在大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中。
铬层硬度高（H800～110kg/mm2），耐磨性好，反光能力强，有较好的耐热性。在500℃以下光泽和硬度均无明显变化；温度大于 500℃开始氧化变色；大于700℃时才开始变软。
由于镀铬层的优良性能，广泛用作防护—装饰性镀层体系的外表层和机能镀层。
传统的镀铬工艺，其电镀液以铬酸为基础，以硫酸作催化剂，两者的比例为100：1。
工艺的优点为：镀液稳定，易于操作；无论镀光亮铬还是镀硬铬，镀层质量都比较高，具有光亮、耐磨、稳定等优点，所以一直得到广泛的应用。
其缺点为：
（1）阴极电流效率非常低，一般只有 8%～16%，这样，镀速相当慢，消耗的能量也相当大；
（2）铬酸浓度高，含铬废水和废气污染大，材料浪费严重；
（3）镀液温度较高，能量浪费大；
（4）镀液的分散和覆盖能力差，形状复杂的零件必须采用象形阳极、防护阴极和辅助阳极才能得到厚度均匀的镀层。
因此，国内外电镀界一直致力于改革高铬传统镀铬工艺，为降低铬酸浓度，减少其危害，提高镀铬效率进行着广泛的研究和探索。现已获得一定的成果。
改善传统镀铬工艺一般都采用在铬酸镀液中加添加剂的办法。这些添加剂可分为四类：
（1）无机阴离子添加剂（如 、F－、 、 、 、 、 、 等）；
（2）有机阴离子添加剂（如羧酸、磺酸等）；
（3）稀土阳离子添加剂（如 La3+、、Ce3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+等）；
（4）非稀土阳离子添加剂（如 Sr2+、Mg2+等）。
在改善传统镀铬工艺的过程中出现了三种较为突出的工艺：
（1）以氟化物为催化剂的镀铬工艺；
（2）以氯、溴、碘及稳定的羧酸作催化剂的镀铬工艺；
（3）以稀土作添加剂的镀铬工艺。
一、镀铬的一般特性
（一）镀铬特点
1.镀铬用含氧酸做主盐，铬和氧亲和力强，电析困难，电流效率低；
2.铬为变价金属，又有含氧酸根，故阴极还原过程很复杂；
3.镀铬虽然极化值很大,但极化度很小,故镀液的分散能力和覆盖能力很差,往往要采用辅助阳极和保护阴极；
4.镀铬需用大电流密度，而电流效率很低，大量析出氢气，导致镀液欧姆电压降大，故镀铬的电压要比较高；
5.镀铬不能用铬阳极，通常采用纯铅、铅锡合金、铅锑合金等不溶性阳极。
（二）镀铬过程的特异现象 镀铬与其它金属电沉积相比，有如下特异现象：
（1）随主盐铬酐浓度升高而电流效率下降；
（2）随电流密度升高而电流效率提高；
（3）随镀液温度提高而电流效率降低；
（4）随镀液搅拌加强而电流效率降低，甚至不能镀铬。上述特异现象均与镀铬阴极还原的特殊性有关。
二、镀铬层的种类和标记
（一）防护—装饰性镀铬
防护—装饰性镀铬，俗称装饰铬。它具有防腐蚀和外观装饰的双重作用。为达此目的在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚度的中间层，然后在光亮的中间镀层上镀以0.25～0.5μm 的薄层铬。例如钢基上镀铜、镍层再镀铬、低锡青铜上镀铬、多层镍上镀铬、镍铁合金镀层上镀铬等等。
在现代电镀中，在多层镍上镀取微孔或微裂纹铬是降低镀层总厚度，又可获得高耐蚀性的防护—装饰体系，是电镀工艺发展的方向。
在黄铜上喷砂处理或在缎面镍上镀铬，可获得无光的缎面铬，是用作消光的防护—装饰镀铬。
装饰性镀铬是镀铬工艺中应用最多的。装饰镀铬的特点是：
（1）要求镀层光亮；
（2）镀液的覆盖能力要好，零件的主要表面上应覆盖上铬；
（3）镀层厚度薄，通常在0.25～0.5μm 之间，国内多用 0.3μm。为此装饰镀铬常用 300～400g/L 的高浓度，近些年来加入稀土等添加剂，浓度可降至 150～200g/L，覆盖能力、电流效率明显提高，是研究开发和工业生产应用的发展方向。
防护—装饰镀铬广泛用于汽车、自行车、日用五金制品、家用电器、仪器仪表、机械、船舶舱内的外露零件等。经抛光的铬层有很高的反射系数，可作反光镜。按照国际 ISO 标准，防护—装饰性镀铬标记方法如下：
分类标记构成：
Fe——基体金属钢铁的化学符号。
Cu——铜的化学符号，数字表示铜镀层最低厚度（μm）；
Ni——镍的化学符号，数字表示镍镀层最低厚度（μm）。
表示镍镀层类型的符号：
b——光亮镍镀层；
p——暗镍或半光亮镍镀层，欲得到全光亮镀层需抛光；
d——双层或三层镍镀层；
Cr——铬的化学符号。
表示铬镀层类型及其最低厚度的字符：
r——普通（标准）铬；
f——无裂纹铬；
mc——微裂纹铬；
mp——微孔铬。
