4.2　不銹鋼電鍍鉻

4.2.1　不銹鋼鍍鉻的目的

（1）防銹性提高。不銹鋼中的馬氏體不銹鋼如2Cr13、3Cr13、9Cr18、9Cr18 MoV、Cr17N12等含鉻12％（質量分數）以上，但不含鎳或含少量鎳的不銹鋼，在大氣中會變色而發生腐蝕。為了提高耐蝕性，可鍍裝飾鉻或硬鉻。

（2）改善外觀。不銹鋼制品與電鍍裝飾鉻合裝在一起，外觀上有明顯的差異，為了使外觀色澤一致，也常將不銹鋼鍍鉻。

（3）提高不銹鋼的硬度。特別是奧氏體不銹鋼的硬度低，雖然耐蝕性較好，但不耐磨，為此需鍍硬鉻，以提高硬度，增加耐磨性，延長使用壽命。

（4）乳白色鉻層。為了獲得不耀眼的柔和的鍍層，如在不銹鋼量具（卡尺、千分尺等）的刻度尺或盤上可鍍乳白硬鉻，既富裝飾性又達到光學要求。

4.2.2　不銹鋼鍍鉻預處理通用方法

（1）不銹鋼鍍鉻前可采用活化-預鍍鎳的方法獲得底層，然后在鍍鎳層上鍍鉻，可獲得結合力良好的鉻層。

（2）小電流陰極活化-階梯式電流給電-沖擊電流鍍鉻-正常電流鍍鉻至所需厚度出槽，如此四個階段的處理和電鍍可以得到結合力良好的鍍層。

（3）碘化鉀陰極處理法。在含碘化鉀1g/L的硫酸5％～10％（質量分數）的溶液中進行陰極處理。電壓6V，時間30s，溫度室溫，陰極電流電解，在不銹鋼表面上產生一層棕黑色膜層，充分漂洗以除去硫酸，留下棕色膜的不銹鋼制品進入鍍鉻槽中鍍鉻，能獲得結合力非常良好的裝飾鉻或硬鉻鍍層。棕色膜在鍍鉻時迅速溶解，不產生明顯的污染，原來的表面也沒有任何惡化。

由于不銹鋼的成分品種繁多，形狀各異，鍍前狀態不一，要根據實際情況，采取適當的工藝流程和工藝規范，以及特殊的工夾具等。

4.2.3　不銹鋼鍍鉻預處理新型活化液［34］

（1）不銹鋼電鍍鉻的預處理——活化處理可有效去除不銹鋼表面的鈍化膜，解決鍍層與基體的結合力問題。該活化液的穩態電位為-0.55V，腐蝕速率在12h內為2g/（m2·h），隨后緩慢下降，它能有效去除不銹鋼表面的鈍化膜，且對不銹鋼基體的腐蝕很小；用該配方活化的不銹鋼電鍍后，可獲得光亮平滑、均勻致密、硬度較高、結合力好的鍍鉻層，特別在航空領域，需要在不銹鋼工件表面電鍍硬鉻，以提高不銹鋼制件的表面硬度、耐磨性及裝飾性。

（2）不銹鋼表面的鈍化膜。不銹鋼表面有一層薄而極其致密的鈍化膜，其組織結構復雜，主要由鐵的氧化物（FeO、Fe2O3）、鉻的氧化物（CrO、Cr2O3）和碳化物等組成。該鈍化膜影響鍍層與基體的結合力，嚴重時甚至使電沉積過程不能順利進行。因此，不銹鋼電鍍的關鍵主要取決于電鍍的預處理，即活化處理，既要充分除去表面鈍化膜，又要考慮活化液時不銹鋼基體的腐蝕作用，應避免基體腐蝕而造成制件尺寸不符合要求。

（3）活化液組成及操作條件。

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

硫酸（分析純）H2SO4　　85～90g/L　　溫度　　　　　　　　　　室溫

磷酸（分析純）H3PO4　　　5～6g/L　　時間　　　　　　　　　小于12h

（4）采用該活化液獲得鉻鍍層綜合性能檢測結果。

鍍層外觀　　　　　　　　　　　光亮　　　硬度（QB/T 3822—1999）/HV　　734.3

附著力（按GB/T 5270—2005標準）　合格　　鍍層厚度/μm　　　　　　　　24.4

孔隙率（按QB/T 3823—1999）/（個/cm2）

　　　　　　　　　　　　　　3個

鍍鉻層表面顯微結構：利用金相顯微鏡的微觀形貌觀測（450×）組織均勻致密，晶粒細小均勻，無微裂紋。

（5）工藝流程。施鍍基底材料為18-8奧氏體不銹鋼片。工藝流程為：打磨→水洗→化學除油→水洗→浸蝕→水洗→除掛灰→水洗→活化處理→水洗→電鍍鉻→水洗→烘干。

4.2.4　普通鍍鉻溶液成分及工藝條件

普通鍍鉻溶液成分及工藝條件見表4-7。

4.2.5　不銹鋼電鍍鉻稀土添加劑鍍液

（1）采用稀土為添加劑的鍍鉻，可獲得較均勻的鉻層，使用較低的鉻酐和電流密度，其溶液組成和工藝條件見表4-8。

（2）說明。CE稀土添加劑使鍍液深鍍能力和分散能力提高，沉積速率加快，提高光澤，增加硬度，消除黃膜，因鉻酐用量低，電流密度低，使鉻酐、電能、廢水處理費用降低。

（3）CF-201添加劑在稀土鍍鉻液中兼有除雜功能，覆蓋能力特佳，添加劑常溫溶解。

4.2.6　不銹鋼電鍍鉻復合型添加劑鍍液

（1）不銹鋼鍍鉻復合型添加劑的實驗結果。為了降低電鍍鉻對環境的危害，采用正交實驗法對含納米氧化鈰（CeO2）的鍍鉻工藝進行優選，獲得了低鉻電鍍硬鉻的最佳工藝參數和操作條件。實驗結果表明，加入含納米氧化鈰的復合添加劑，降低了鍍鉻液中鉻酐的含量和生產能耗，且降低電沉積鉻的陰極電流密度（使之為5～10A/dm2），從而改善了鍍液的分散能力，提高鉻的沉積速率和電流效率（18％～20％），從而獲得光滑致密的鍍鉻層。

（2）含稀土添加劑的鍍鉻溶液組成和工藝參數見表4-9［35］。

采用3號工藝配方，時間120min，可獲得鍍層厚度達48.2μm，電流效率達到17.1％與通常13％比，提高1.3倍顯微硬度達到1250HV的光亮平滑的鍍鉻層。

（3）添加劑對鍍鉻液極化的影響。由某電化學工作站測得基礎鍍液和含稀土添加劑的鍍液的陰極極化曲線見圖4-1。

從圖4-1可見，曲線2和曲線3的開路電位高于基礎鍍液曲線1的開路電位。開路電位向正方向移動，其交換電流密度越大，金屬離子在水溶液中的沉積速率越大，因此，添加劑起到了抑制析氫的作用，使析氫電流明顯降低，促進了析鉻反應的發生，從而起到提高電流效率的作用。

從圖4-1陰極極化曲線中看出，加入稀土添加劑以及復合型添加劑后，能增大鍍液的陰極極化度，這是因為稀土有利于陰極表面膜的形成和加強，增加了膜的鈍化性，從而增大了陰極極化。電流的實際分布為：

式中，J近為近陰極電流密度；J遠為遠陰極電流密度；Δl為遠近陰極與陽極之間的距離之差；l1為近陰極到陽極之間的距離；ρ為鍍液電導率；Δφ/ΔJ為陰極極化率。

若，表示近遠陰極的電流相等，電流分布均勻，因此，影響電流實際分布的因素有Δl、ρ、l1和Δφ/ΔJ。但添加劑的加入不會影響陰極與陽極的幾何位置，電導率也幾乎不變，因此，影響電流分布的途徑是陰極極化度，極化度越大，的值越小，相對來說更接近1。因此，稀土添加劑增大了基本鍍液的陰極極化度，使電流分布均勻，鍍液的分散能力得到改善，從而可獲得致密的鍍層。

4.2.7　不銹鋼電鍍鉻有機陰離子添加劑

4.2.7.1　KCA、KCB鍍鉻添加劑

（1）鍍鉻工藝電流效率的提高。鍍鉻工藝的電流效率低，一般只有10％～13％。特別是鍍較厚鉻層的硬鉻工藝，要鍍0.05mm厚的鉻層，往往需耗時100min（假定電流密度為50A/dm2，電流效率為13％）。而一般的耐磨鍍硬鉻的厚度常常都在0.05mm以上，為了提高生產效率，縮短電鍍時間，故開發鍍鉻新型高效低成本的添加劑具有十分重要的意義。但近年來鍍鉻添加劑的研究熱點是稀土陽離子添加劑，電流效率可提高1.3倍，即可達到17.1％，而市面上所售為含稀土陽離子的氟化物或氟化配合物作為鍍鉻添加劑，其價格較高，穩定性較差，而氟化物對陽極鉛的腐蝕也很嚴重，使用戶望而生畏。即使使用鉛銻、鉛銻錫合金為陽極，腐蝕仍有存在。值得慶幸的是，目前開發的有機添加劑，不含稀土添加劑，也不含氟化物，已經面市多年，在提高鍍鉻電流效率方面可以達到20％以上，而且在整平性和光亮度上也有顯著的提高。

（2）不銹鋼有機添加劑鍍鉻液組成及工藝條件見表4-10。

（3）說明。

①KCA添加劑和KCB光亮劑均為國產有機磺酸類物，具有極強的抗氧化性，在鉻酸中不被氧化分解。A劑具有提高整平度、快速沉積鉻層的作用，B劑具有提高光亮度和硬度的作用，兩者相互配合使用，可使光亮度相得益彰的增大。B劑與其他類型鍍鉻添加劑合用也可提高鍍鉻層的光亮度，是一種廣譜光亮劑，但不可過量使用，以免增大內應力，發生脆性作用。［這兩種添加劑和光亮劑經常被采用，與同種類型外國產品相比并不遜色。光亮劑需用者可向筆者咨詢（15325079760）。］不銹鋼直接鍍鉻時，在施鍍開始時采用電流階梯式升高，從3A/dm2、3.5A/dm2、4A/dm2……至額定電流密度，每次電流升高間隔幾分鐘，以提高鉻層的結合力，此時產生氫氣還原表面氧化膜。

②CWS鍍鉻添加劑主要組成為酰化烷基磺酸，由國外進口，價格比國產要稍高些，可獲得光亮、細致的鉻層，當電流密度在40A/dm2，每小時可鍍得0.04mm，鉻層維氏硬度可達800HV。如有求購使用者也可向筆者咨詢。

4.2.7.2　XG-A鍍鉻走位劑

（1）鍍液成分及操作條件。

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

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

三價鉻　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.5～3.0g/L（開缸時）

XG-A走位劑　　　　　　　1～2g/L（消耗量：每添加1kg鉻酐時補加走位劑10g）

溫度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　32～50℃

電流密度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　15～50A/dm2

注：XG-A走位劑需用者可向筆者咨詢。

（2）經濟效益。

①可降低鉻酐濃度。形狀簡單的產品鉻酐取下限，如150g/L，凹凸較復雜的產品則鉻酐取上限，如250g/L。而通常的裝飾鉻鍍液的鉻酐高達350g/L，可降低鉻酐40％～70％，因而使鍍件和掛具出槽時帶出的鉻酐損耗減少，有利于含鉻廢水對六價鉻的處理費用的降低。

②鍍液可在較低溫度32℃時工作，在夏季的氣溫下可以對鍍鉻液停止供熱保溫，減少用電費用，達到節能的效果。

③提高電流效率。使用XG-A走位劑的鍍鉻電流效率可達18％～25％，而標準鍍鉻的電流效率為13％。由于電流效率的提高，可減少鍍鉻時間1/3，可減少用電量。

④覆蓋能力高，普通鍍鉻深孔能鍍進25％～30％，而用XG-A走位劑的深孔能鍍進80％以上，使鍍層厚度的分布也較均勻。

（3）常見故障及解決辦法見表4-11。

4.2.8　鍍鉻層的質量檢驗

（1）外觀。要求光澤均勻，結晶細致，不粗糙、不起皮、不鼓泡、不漏底、不發暗、不燒焦。

（2）附著強度。檢測標準GB/T 5270—2005。

①交叉劃痕法：不起皮。

②彎曲實驗：薄片折斷后斷口不起皮。

③熱冷法：大件加熱250℃恒溫1h，冷卻后不起泡、掉皮、剝落。

（3）顯微硬度。用顯微硬度計（如國產631型顯微硬度計）測量，但鉻層厚度不小于20μm時，才可以準確測量。檢測標準QB/T 3822—1999。

（4）孔隙率。用貼濾紙法測孔隙：將濾紙浸透檢驗液緊貼在受試表面上，濾紙底下不得殘留空氣泡，濾紙粘貼時間10min后，揭下濾紙晾干。觀察藍點數量即為鉻上孔隙數量。

檢驗液成分：鐵氰化鉀　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10g/L

　　　　　　氯化銨　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30g/L

　　　　　　氯化鈉　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　60g/L

孔隙率計算

一般孔隙率要求1～3個/cm2以內為合格。孔隙率愈低，耐蝕性愈高。鉻層厚度愈高，孔隙率愈低。檢測標準QB/T 3823—1999。

4.2.9　不銹鋼片鍍硬鉻［3］

4.2.9.1　鍍硬鉻的制品材料及要求

制件為紡機梳片，材料為2Cr13馬氏體不銹鋼，零件尺寸為6mm×120mm×0.9mm，要求鍍硬鉻，以期提高零件的耐磨性能，延長使用壽命。對鉻層的具體要求如下。

①鉻鍍層與不銹鋼表面結合力良好。

②片狀平板零件的邊角不允許鉻層出現毛刺、結瘤、燒焦。

③鉻層厚度單邊0.01mm，基材厚度為0.9mm，鍍鉻后達到（0.920±0.005）mm尺寸。

④鉻層晶體細致、均勻、光滑。

⑤零件全面鍍鉻，只允許端頭處有較輕度的綁扎掛具的痕跡。

⑥鉻層硬度要求HRC65（洛氏硬度值），即相當于維氏硬度（HV）800。

4.2.9.2　鍍鉻溶液成分及工藝條件

采用稀土為添加劑的鍍鉻溶液，以期獲得較均勻的鉻層，工藝路線采用陰極活化，小電流起鍍和階梯式給電的方式，以保證良好的結合力。

（1）稀土鍍鉻電解液。

鉻酐（CrO3）　　　　　130～150g/L　　三價鉻　　　　　　　　0.2～0.8g/L

硫酸（H2SO4）　　　　　0.5～0.6g/L　　三價鐵　　　　　　　　　　<10g/L

稀土添加劑　　　　　　1.3～1.5g/L

（2）工藝條件。

溫度　　　　　　　　　　45～50℃　　斷電　　　　　　　　　　3～5s

預熱　　　　　　　　　　10～20s　　陰極活化：小電流活化DK 5～8A/dm2

陽極處理電流密度（DA）　　　　　　　時間　　　　　　　　　　　3min

　　　　　　　　　　15～20A/dm2　　階梯式逐步轉為正常電流密度（DK）

時間　　　　　　　　　　15～20s　　　　　　　　　　　　　20～25A/dm2

4.2.9.3　鍍前表面處理

（1）先由鉗工進行倒角去毛刺，后在有機溶劑中清洗。

（2）表面用軟布細砂輪拋光，去除表面加工痕跡，達到平滑光亮。

（3）化學除油，用洗衣粉或熟石灰擦洗。

4.2.9.4　掛裝零件

（1）用ф5mm粗銅條作為上掛鉤。

（2）用ф0.7mm細鐵絲在其兩頭約3mm處加以綁扎牢固，每件間距8～10mm，每掛20件。

（3）綁扎完畢，在下面扎一道鐵絲作保護陰極，再下面綁吊一絕緣重物，使鍍件垂直向下。

（4）將綁扎的上端繞于銅絲掛鉤上。

（5）入槽前在稀鹽酸中弱浸蝕以活化表面，并除去鐵絲表面上的鋅層，然后在水中徹底清洗干凈，切勿將鹽酸帶入鉻槽。

（6）鍍件下槽，將鐵絲全部浸沒在鍍液中，以防燒斷。

4.2.9.5　電流分布控制

（1）上面的零件的邊角有相互保護作用，最下一個零件用鐵絲作保護陰極。

（2）采用稍高溫度和較低的電流密度，溫度45～55℃，取55℃，DK 30～40A/dm2，取（30±2）A/dm2。

（3）鍍件陰極和對應陽極的間距盡可能相近合宜，使電流分布均勻，消除邊緣放電。

4.2.9.6　小電流起鍍

（1）先陽極處理。不銹鋼片入槽后經預熱首先進行陽極處理，使表面金屬稍微溶解，以達微觀粗糙。

（2）小電流起鍍。由于在陽極處理過程中，同時伴隨一定量的氧析出，鍍層表面有碳化物出現。小電流起鍍時陰極上沒有鉻析出，只發生氫離子放電

所生成的新生態氫原子［H］具有很強的還原能力，能把極薄的氧化膜還原為金屬：

同時產生大量的氫氣，使表面附著的碳化物沖刷掉，使陰極表面處于高度活化狀態。然后再逐步升高電流密度，有利于鉻酸離子還原成金屬原子，形成晶核，致密地分布在零件表面，從而為獲得結合力良好的鍍層創造條件。

（3）階梯式給電。DK大致分為5～8A/dm2、8～11A/dm2、11～14A/dm2、14～17A/dm2等中間階梯，其間所歷時間約8min，最后加到正常DK 20～25A/dm2，此法保證鉻層的結合力優良。

4.2.10　馬氏體不銹鋼鍍硬鉻［4］

4.2.10.1　鍍前處理

（1）除油。

①有機溶劑除油。除去拋光后的油污。

②化學除油。氫氧化鈉10～20g/L，碳酸鈉20～30g/L，磷酸三鈉20～30g/L，乳化劑OP-10 3～5g/L，溫度70～90℃，時間10～30min，至油污除盡為止。

③電化學除油。有條件采用此法最佳，陰陽極交替除油，陽極除油時間不超過0.5min。

（2）浸蝕處理。根據不銹鋼表面氧化膜的情況選擇表4-12所列溶液之一進行浸蝕。

（3）活化處理。可按表4-13中任選一種。

4.2.10.2　鍍硬鉻

（1）預鍍鎳。采用預鍍沖擊鎳鍍層作底層，以強化鍍鉻層結合力。預鍍鎳溶液成分：

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

鹽酸（HCl）（d=1.17）　　　20～30g/L　　時間　　　　　　　　　　3～5min

（2）小電流陰極活化處理。采用的鍍鉻成分及工藝條件可選自表4-14。

（3）鍍鉻工藝過程。帶電下槽→預熱→陰極小電流活化（DK<3A/dm2，時間1～2min）→階梯式升電流（每1～2min提升一次電流，經過5～10min內五次提升）→沖擊鍍鉻（高于正常電流1倍左右，沖擊鍍時間2～3min）→正常鍍硬鉻（正常電流密度鍍至時間達到硬鉻層要求厚度為止）。

馬氏體不銹鋼鍍硬鉻前不能進行陽極反鍍，以避免表面出現褐黑色掛灰，影響鍍層結合力。

4.2.10.3　鍍鉻后處理

除氫，200～250℃保溫2h，以消除或減輕析氫導致的氫脆。

4.2.11　不銹鋼內孔件鍍硬鉻［5］

4.2.11.1　零件類型

如噴涂糖衣片采用的高壓無氣噴涂機上使用的涂料缸，采用2Cr13不銹鋼材料，具有高化學穩定性，但硬度不高，易于磨損。要求內孔表面鍍硬鉻，增加耐磨性和減少與介質的親和力，鍍層技術要求如下。

①鉻層厚度0.04～0.07mm。

②鉻層結晶細致、均勻，從端面向內孔觀察要有鏡面光亮，不允許有凹痕、麻點、燒焦、皺紋等。

③兩端口部鍍后尺寸錐度差小于0.01mm，不允許有橢圓度。

④鉻層硬度（HV）大于800。

4.2.11.2　工裝夾具

見圖4-2，陽極用含銻8％的鉛-銻合金制成，陽極面積是陰極面積的1/3～1/2，錐度1:50，下小上大，澆鑄成型后車削成型。陽極上鉆有孔以利于電解液對流，同時增加陽極面積。陰陽極之間采用非金屬隔電絕緣，即用聚氯乙烯或有機玻璃做成有孔的上下絕緣塊，將陽極位置固定在零件內孔中心，有利于溶液和氣體自由逸出。

4.2.11.3　鍍液成分和工藝選擇

（1）溶液成分。

鉻酐（CrO3）　　　　200～250g/L　　三價鉻（Cr3+）　　　　　　2～5g/L

硫酸（H2SO4）　　　　2.2～2.7g/L　　三價鐵（Fe3+）　　　　　　<8g/L

鉻酐、硫酸比　　　　（85～95）:1

（2）工藝條件。

溫度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（50±2）℃

下槽預熱　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30～60s

陽極處理　　　　　　　　　　DA 25～30A/dm2，時間20～25s，斷電15s

小電流施鍍　　　DK<10A/dm2，時間4min，轉正常電流密度（35～40A/dm2）

4.2.11.4　工藝流程

檢查內孔→檢測鍍前尺寸→絕緣（零件非鍍面和掛具外表面用聚氯乙烯塑料膠帶包扎緊）→裝掛具（按圖4-2所示）→裝陽極→電化學除油→熱水洗→冷水洗→入槽預熱→陽極處理→小電流施鍍（4min）→轉正常電流鍍鉻→取出陽極、零件入回收槽→冷水洗兩次→去氫→送檢。

4.2.11.5　工藝技術探討

（1）鍍層結合力。

①預熱。零件與電解液溫差在±1℃。

②陽極處理時間。只要能達到去除表面氧化膜即可。控制在25s以內。時間控制長短有決定性影響。

③活化時間。活化使零件表面處于高度活化狀態。活化產生的氫氣把表面殘留的氧化膜還原成金屬，顯露其基體結晶表面，活化4min后轉入正常電流電鍍。這種階梯式給電可獲結合力好的鍍層。

（2）鍍層耐磨性。由于鍍液成分和操作條件的改變會顯著影響鍍層的硬度。

①鉻酐濃度。稀溶液得到的鉻層硬度高，耐磨性好。見圖4-3硬度和鉻酐濃度的關系，鉻酐濃度自200g/L開始升高而硬度（HV）隨之下降。故選用鉻酐200～250g/L，鉻層硬度（HV）可達900。

②鉻酐/硫酸的酸比值。此比值對硬度很關鍵。圖4-4表示硬度和硫酸濃度的關系。內孔鍍鉻的酸比值控制在（85～95）:1較好，電流效率稍有降低，但鉻層硬度高，耐磨、光亮、密實。

③電流密度（DK）和鍍液溫度（T）。圖4-5為硬度與溫度（T）和DK的關系，當DK=35～40A/dm2、T=45～50℃時，鍍層硬度高。

（3）鍍層的光澤性。

①三價鉻或鐵的影響。圖4-6表示三價鉻或鐵對鍍層的影響，內孔鍍鉻的三價鉻（Cr3+）含量取2～5g/L為佳。過少則沉積速率慢，過多則縮小光亮范圍。三價鉻含量高易使內孔上端鉻層沉積減緩，下端鉻層沉積加快。鐵應控制在8g/L以下，過高使電流波動，難以獲得光澤鍍層。

②溫度與電流密度的影響。圖4-7所示內孔鍍硬鉻，溫度和電流密度應取下限。因為孔內陰陽極距近，溶液對流性差，內孔溫度比外面高，溫度取上限會使鍍層發烏無光。電流密度取中等，即35～40A/dm2，T為50～55℃，可得沉積光亮硬鉻，見圖4-7Ⅱ區所示。

4.2.12　不銹鋼盲孔器件鍍硬鉻［6］

4.2.12.1　產品形狀及要求

產品，如腈綸紡絲機中復式加熱器結合件，如圖4-8所示，由不銹鋼SUS304制成。要求內表面鍍硬鉻0.03mm，鍍層細致、均勻、結合力強，孔隙率低，硬度（HV）1000。

4.2.12.2　小樣實驗

為解決鍍層結合力、硬度及焊縫處的電鍍質量，進行小樣實驗。小樣實驗用材料為國產不銹鋼1Cr18Ni9Ti，相當于SUS304，尺寸為50mm×75mm。

（1）鍍液配方及工藝條件。

鉻酐　　　　　（CrO3）180～200g/L　　MB促進劑　　　　　　　5～8g/L

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

三價鉻（Cr3+）　　　　　　3～5g/L　　陰極電流密度　　　　30～40A/dm2

其中MB促進劑主要成分為稀土元素和硼酸，可提高電流密度和鉻層硬度。

（2）小電流陰極活化處理。在鍍鉻槽中，首先按2A/dm2開電流（電壓3V左右），然后每隔1～2min升一次電流，升幅為3～5A/dm2（電壓升0.5～1V），如此連續5～8次，再采取沖擊電流2～3min，最后回到正常電流電鍍。

（3）小樣實驗結果

①結合強度。試樣放入烘箱加熱到250℃，恒溫1h，在空氣中冷卻，無起泡掉皮，頭敲打無剝落。

②孔隙率。貼濾紙法（見QB/T 3823—1999）檢測，完全達到硬鉻孔隙率1級標準：不大于4孔/cm2。

③硬度。用顯微硬度計（按QB/T 3823—1999）測定，硬度（HV）值基本上都在1000左右。

4.2.12.3　模擬實驗

制作了單孔不銹鋼1Cr18Ni9Ti模擬零件，見圖4-9，按小樣實驗結果，在1400L鍍鉻槽內作鍍鉻模擬實驗。

（1）象形陽極。模擬零件底部為封閉式，必須采用象形陽極，只有當陰極部位與對應陽極的距離相等時，電流在陰極表面不同部位的分布才基本均勻，所得鉻層厚度也基本均勻。如圖4-10所示，象形陽極，實驗結果顯示，各角處全部鍍上鉻，整個鍍層表面結晶細致光滑。

（2）槽液流動形式及泵的流量。鍍鉻液溫度對鍍層硬度、光澤等影響很大，必須嚴格控制。在筒體電鍍過程中，由于電流密度大至35A/dm2，勢必使筒體內液溫急劇上升，故必須進行槽液循環。在模擬零件底部鉆一個ф19mm小孔，從小孔內注入槽液，以利于氣體隨溶液一起向上自由排出，在模擬零件內外插入WT2-280型壓力表式溫度計各一支，如圖4-10所示，當流量為7L/min時，筒內外溫度基本穩定一致。

（3）鍍層厚度及硬度測試。在模擬零件內加掛長300的T形試片，厚度1.5mm，材料1Cr18Ni9Ti一起入槽緊貼模擬零件內壁電鍍，試片能真實反映電鍍工況，試片鍍層各部位厚度、硬度都達到要求。

4.2.12.4　試生產

（1）工藝流程。機械拋光至以上→工業汽油擦洗→輕質碳酸鈣擦凈油污→水洗→裝掛具和象形陽極→弱腐蝕［硫酸3％～5％（質量分數），室溫，時間30～60s］→水洗→水洗→入鍍槽→預熱（溫度50～52℃，時間1～2min）→陰極小電流處理（DK 2A/dm2開始，每次升幅3～5A/dm2，5～8次）→沖擊電鍍（DK 45A/dm2，2～3min）→正常電流電鍍（DK 30～40A/dm2，時間至鍍層厚度達到要求）→出槽清洗→下掛具→檢驗。

（2）注意事項。

①裝掛象形陽極與孔同心，不得偏移，以免發生局部電流過分集中，產生燒焦發毛的現象。

②裝卸掛具不得碰傷絕緣保護層，保證電鍍過程中掛具通電良好和不得短路。

③嚴格控制鍍鉻電流密度和溫度，中途不得斷電。

④不采取陽極處理，小電流活化處理不當而影響鍍層結合力以致發生掉皮。

（3）效果。獲得的鍍層表面光滑細致，色澤均勻，達到供方圖紙要求。因此，采用特定的鍍液組成和工藝，并配以特制的象形陽極，完全能鍍出符合圖紙要求的鉻層，并已批量生產，驗收合格。

4.2.13　不銹鋼卡尺鍍乳白鉻［7］

4.2.13.1　鍍層要求

卡尺主尺刻線面鍍乳白鉻，散光性好，結晶細致，厚度均勻，其他部位不鍍鉻。

4.2.13.2　局部鍍鉻夾具設計要求

設計的夾具遮蓋能力強，絕緣性能好，電力線分布均勻，裝拆零件方便。組合夾具見圖4-11，由蓋板、定位板、底板、導電鉤組成。蓋板、定位板、底板均采用3～5mm厚聚氯乙烯塑料板制成，裝掛好的零件用螺釘緊固，每只夾具可裝8把不銹鋼卡尺主尺。塑料板不得在高于60℃的熱水中清洗。使用中陽極比夾具長時，可裝上ф1.5～2mm銅絲做陰極保護圈，以免燒毛鉻層。

4.2.13.3　鍍鉻溶液成分和工藝條件

鉻酐（CrO3）　　　　　280～320g/L　　三價鉻（Cr3+）　　　　　　　　≤3g/L

硫酸（H2SO4）　　　　　3.9～4.1g/L　　陰極電流密度　　　　　28～30A/dm2

酸質量比（鉻酐與硫酸）　　　　　　　　溫度　　　　　　　　　　　（50±1）℃

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

（1）鉻酐濃度過低時，鍍液分散能力變差，影響鍍層的均勻性。

（2）鉻酐與硫酸比值減少時，鉻層反光性增強，散光性變劣，不能得到乳白鉻。

（3）鍍液中三價鉻將迅速升高，應定期采用小陰極大陽極通電處理以降低三價鉻。

4.2.13.4　工藝流程

卡尺主尺刻線面吹砂［吹砂后，存放在防銹水中，含有亞硝酸鈉（NaNO2）180～200g/L，碳酸鈉（Na2CO3·10H2O）6～10g/L，室溫，存放時間不超過24h，以保持吹砂面的均勻性］→流動冷水洗→電解除油［氫氧化鈉（NaOH）33～40g/L，碳酸鈉（Na2CO3·10H2O）20～30g/L，磷酸三鈉（Na3PO4·12H2O）20～30g/L，硅酸鈉（Na2SiO3）3～5g/L，溫度60～80℃，電流密度3～5A/dm2，時間先陰極除油3～5min，后陽極除油1～2min］→熱水洗→冷水洗→活化［硫酸（H2SO4）100～150g/L，室溫，時間1min］→冷水洗→裝入夾具→冷水洗→入槽預熱（時間1～2min）→陽極腐蝕（0.5～1min）→陰極低電流密度活化（持續時間2min，上升時間不少于5min，使鍍件表面活化）→沖擊電流（持續時間3min）→正常電流電鍍→回收槽清洗→流動熱水洗（40～60℃）→拆卸夾具→熱水浸泡（90～100℃）→去氫（溫度140～160℃，時間2～3h）→檢驗。

4.2.13.5　不合格鉻層退除

氫氧化鈉（NaOH）　　　　60～80g/L　　溫度　　　　　　　　　　　　室溫

陽極電流密度（DA）　　　3～8A/dm2

當鉻層退凈時應立即取出，否則會出現條紋和腐蝕麻點等疵病。

退凈的零件經活化后即可重新鍍鉻。

4.2.14　不銹鋼補鍍硬鉻［8］

4.2.14.1　補鍍硬鉻的適應性

（1）由于電網停電，鍍鉻中途斷電，來電后需要繼續補鍍鉻以達到規定厚度者。

（2）由于工作上的失誤，不銹鋼表面局部鍍上硬鉻而另一部分尚未鍍上鉻，需要在已鍍硬鉻表面和未鍍上硬鉻的不銹鋼表面上繼續鍍硬鉻至規定厚度者。

（3）鍍完硬鉻后鉻層厚度未達到規定尺寸，或在磨光硬鉻層后產品尺寸未達規定要求者。

以上諸種情況，可以不采用退除鉻層重鍍鉻，而可實施在表面上補鍍硬鉻。

4.2.14.2　工藝分析

鉻上補鍍鉻和不銹鋼鍍鉻的表面活化處理不盡相同，鉻上鍍鉻是要將鍍鉻表面作為陽極進行腐蝕一定時間，以形成微觀粗糙的活化表面，再將鍍件轉換成陰極，再階梯遞升電流到工藝規范的電流進行鍍鉻。不銹鋼表面電鍍是將表面作為陰極以小電流活化，利用陰極釋放的原子態氫還原不銹鋼表面的鈍化膜（或稱氧化膜），達到活化目的。在此情況下，為使漏鍍的不銹鋼活化，又要使鉻層表面活化，應選擇陰極活化為主，陽極腐蝕為輔的辦法，即鍍件先作為陽極腐蝕2min，再陰極活化時間相當于15min，隨后陰極電流逐步上升，不銹鋼表面和鉻層表面逐步達到鉻的析出電位，沉積了鉻層。

4.2.14.3　補鍍硬鉻工藝流程

化學除油（用去油劑在室溫下擦洗）→水洗→酸洗［鹽酸10％（質量分數）清洗］→水洗→酸洗漏鍍處（4+1氫氟酸）→水洗→入槽→預熱→陽極腐蝕（DA 15～20A/dm2，時間2min）→陰極活化（DK 5A/dm2，階梯遞升電流，每隔1～2min提升一次電流，提升幅度1～4A/dm2，約提升8次，共10～15min升至正常電流）→正常鍍鉻（DK 15～40A/dm2，時間鍍至最小厚度超過所需厚度）→水洗→檢驗→除氫。

經過上述工藝流程的補鍍鉻，原來漏鍍處經檢查也全部補鍍齊，無一處鉻層脫落。

4.2.15　高鎢不銹鋼合金電鍍硬鉻［36］

高鎢不銹鋼（如AMS5616材料質量分數為0.17％C，13％Cr，2％Ni，3％W）廣泛用于精密的儀器中，特別是航空產品。高鎢不銹鋼零件電鍍硬鉻可提高其硬度、耐磨性、耐腐蝕性等，但易出現漏鍍、局部偏薄等缺陷。作者楊燕采用一些特殊的工藝措施，保證航空產品中高鎢不銹鋼零件電鍍硬鉻的質量。

4.2.15.1　工藝流程

零件→吹濕砂→堿性除油→熱水洗→冷水洗→活化→冷水洗→鍍鉻→除氫。

4.2.15.2　吹濕砂

在前處理中采取吹濕砂處理，以活化其表面，與吹干砂相比，吹濕砂能使高鎢不銹鋼表面更細，更適合于精密零件，同時還具有污染小的優點，吹濕砂的零件在清洗后可立刻進行電鍍鉻。

4.2.15.3　除油

高鎢不銹鋼鍍鉻前的除油和常規鍍鉻的除油工藝方法大體相同，可選用有機溶劑除油、電化學除油。化學除油方法，零件表面必須清潔至水膜不破，若采用電化學除油，應避免陰極除油，以防氫脆的發生。

4.2.15.4　活化

在25～30mL/L H2SO4溶液中室溫浸漬2～5min。

4.2.15.5　鍍硬鉻

（1）鍍鉻溶液組成與一般不銹鋼鍍硬鉻相同。鍍前對不鍍部分進行絕緣保護，鍍前在50～60℃熱水中預熱，再帶電入槽。

（2）采用階梯小電流停留較長時間送電。階梯小電流大小因面積不同應作相應調節。對形狀復雜的零件，所用階梯小電流的停留時間較長，且停留時間隨電流的增大而縮短。停留較長時間的階梯小電流送電，使陰極在較長一段時間內產生大量的新生態氫原子，且隨著電流的增大，新生態氫原子會相應的增加。這些新生態氫原子具有較高的還原能力，使不銹鋼表面的鈍化膜不斷地得到還原，從而使零件表面得到活化，尤其是階梯小電流中的大電流能充分活化零件的復雜部位。停留較長時間的階梯小電流送電加上吹濕砂的前處理，不僅有利于提高鍍層與基體的結合力，更有利于保證鍍層的完整，確保電鍍質量。

（3）沖擊鍍。在階梯小電流處理后，用1.5～2.0倍的正常電流密度沖擊鍍30～60s，可在較短時間內生成致密且結合力良好的薄鉻層，對于形狀較復雜的零件，這種沖擊鍍是必不可少的，它可有效地保證鍍層的完整性。之后恢復正常電流密度進行鍍硬鉻。

4.2.15.6　鍍后處理

零件在電鍍硬鉻后，必須在4h內進行除氫處理，溫度為190℃，時間3h，以防止氫脆。

4.2.15.7　小結

本工藝電鍍硬鉻的優點較好地解決了復雜零件的漏鍍問題，鍍鉻層試片斷裂后，無鍍鉻層與基體分離，硬度≥850HV（相當于洛氏硬度HRC65，硬度與鍍鉻液溫度和電流密度有關）。

4.2.16　中溫中電流密度下轉高效率鍍硬鉻

2Cr13不銹鋼在普通鍍鉻工藝上得到高電流效率18.3％～19％的最佳耐磨性硬鉻層。［43］

4.2.16.1　在實驗室條件下優化工藝參數的結果

研究溫度與電流密度對鍍速、電流效率及磨損失重的影響，確定工藝因素對鍍層性能的影響程度，得到最佳耐磨性和較高電流效率的鍍硬鉻工藝。實驗結果表明，當溫度為48～50℃、電流密度為25A/dm2時，鍍層的外觀良好，結構致密，鍍速為14.8～15.4mg/（cm2·h），電流效率為18.3％～19.0％，鍍層具有最高的耐磨性，且與不銹鋼基體結合良好。降低溫度或增加電流密度，有利于提高耐磨性和電流效率。

4.2.16.2　基本工藝

（1）前處理。試片經打磨、化學除油、酸洗、弱腐蝕、水洗后帶電下槽。

（2）施鍍步驟。預熱10～20s→陰極小電流活化1～2min→階梯式給電，1～2min提升一次電流，5～10min內提升5次→沖擊鍍鉻2～3min電流為正常電流的2倍→正常鍍鉻。

（3）電解液組成及工藝條件。鉻酐250g/L，硫酸2.5g/L，三價鉻0～5g/L，溫度48～56℃，電流密度20～25A/dm2，40min。

（4）實驗方法。改變溫度和電流密度，全面交叉實驗。

（5）測試方法。

①結合力。采用循環加熱驟冷實驗。

②鍍層孔隙率。采用貼濾紙法。

4.2.16.3　實驗結果與討論

（1）溫度與電流密度對鍍速的影響。圖4-12為溫度與電流密度對鍍速的影響。

由圖4-12可見，同一電流密度下，溫度較低，鍍速［mg/（cm2·h）］反而較高，即在低溫（48℃）和高電流密度（25A/dm2）下能得到較高的鍍速。

（2）溫度與電流密度對電流效率的影響。圖4-13為溫度與電流密度對電流效率的影響。

由圖4-13可知，隨著溫度的升高，電流效率下降；而隨著電流密度的升高，電流效率提高，但當溫度太低時，鍍層發灰，光澤性不好；而太高的電流密度下，鍍層邊緣燒焦、發黑。在實驗工藝范圍內，電流效率在11.8％～19.0％之間變化，鍍層質量良好。故低溫與高電流密度有利于得到較高的電流效率，而一般的鍍鉻的電流效率為13％。

（3）溫度與電流密度對硬鉻層耐磨性的影響。由圖4-14為溫度與電流密度對耐磨性的影響。

由圖4-14可知，降低溫度有利于提高耐磨性；減小電流密度會降低耐磨性。

硬度很高時，鍍鉻層的脆性較大，這主要是由于反應中析氫的影響。隨著溫度下降和電流密度的提高、鍍層硬度提高的同時，鍍層中含氫量增加，使鍍層氫脆性升高。硬鉻層一般要求在4h內做除氫處理。

當電流密度為25A/dm2、48℃下所得鍍鉻層的耐磨性較好，并且鍍層的縱向耐磨性較均勻，梯度變化小。

（4）結合力和孔隙率檢測。在最佳條件（25A/dm2，48～50℃）下電鍍硬鉻，對獲得的鍍鉻層進行結合力和孔隙率分析。

①結合力。循環加熱驟冷實驗測得：所有試樣循環4次以上，均無鍍層脫落、起皮的現象，表明不銹鋼上鍍鉻層結合力良好。

②孔隙率測定。結果見表4-15。

由表4-15可知，當鍍層厚度大于15μm時，鍍層孔隙率為0，即無孔隙存在。