镀铬层的性能及影响因素

镀铬层的性能及影响因素
[摘要] 本文主要对镀铬层的的几个重要的性能指标进行研究，发现硬度，耐磨性等随着电解条件不同而发生变化，同时镀铬时氢的吸附对镀层也有很大的影响。

[关键词] 镀铬层硬度力学性能
0.引言
早在1856 年，德国人就发明了从铬的溶液中沉积铬金属，直到1926 年，美国C.G .F h k 教授等人发明了从含硫酸的铬酸液中沉积出光亮铬的专利，镀铬工艺才真正在工业生产中得到广泛应用，而镀层质量的基本性能主要取决于镀铬层的塑性、孔隙率、硬度、耐磨性和疲劳强度，对于镀铬层的研究，由于基体金属的影响，一般很难测出某些特有的力学性能。

本文着重于镀层硬度、耐磨性与电解条件的关系，并讨论镀层的内应力。

因为镀铬层如存在高内应力，对镀层的性能如孔隙率和疲劳强度等会有很大的影响。

镀铬层中总存在张应力，它使镀层呈拉伸状态，使孔隙率增大，从而降低镀层的防蚀性能。

1.镀层的力学性能
1.1硬度
镀铬层的硬度很高，它是电镀层中硬度最高的。

因此易磨损的机械零部件常用镀铬来延长其使用寿命，或者磨损之后进行尺寸修复。

这时镀铬层厚度一般在2 0 ~ 8 0 微米，较厚的达l m m 左右。

在测定镀铬层的硬度时，若用布氏或洛氏硬度计，这种硬度计压荷大，压痕深且大。

基体金属的影响表现突出，使结果不够准确，因此应用显微型硬度计来测定。

即以维氏硬度( H V ) 作单位。

测定硬度时，应根据镀铬层厚度选择适当的压荷，以压痕形状不致改变，使压痕深度达到镀层厚度的1/10-1/7 左右。

这时所测得的镀铬层通常为600-1200H V 。

如果采用低铬酸镀液(150g / l 左右)，得到的镀铬层的硬度比标准镀液镀层硬度可提高20 % 左右。

因此，可以通过选择相应成分的镀液和改变电解条件来达到所需的镀层硬度。

而在标准镀液( 铬酸250 g / L ，硫酸2.5 g / L ) 中不同电解条件镀铬层的硬度数据不同。

经试验，工作温度在50~60℃之间时，镀铬层的硬度变化不大，当温度超过65 ℃时，镀铬层的硬度明显下降。

一般机械零件的镀铬层的硬度也不宜过高。

因为，高硬度和高应力( 脆性) 往往是相结合的。

如硬度过高尤其是镀铬层内应力即含氢量增加到一定值时，性能就变得很差，甚至不能在机械上使用。

1.2耐磨性
硬度和耐磨性是镀铬层最为重要的技术特性。

而耐磨性是决定镀铬层使用寿
命的重要条件。

因此，经常在谈到被镀件表面所需要的硬度时，常常是为了达到一定的耐磨性。

由此可见，镀铬改善金属材料表面的物理和力学性能，主要是为了提高表面耐磨性。

检验镀铬层的耐磨性，目前还没有一种普遍适用、并能够准确地测出镀层耐磨性的试验方法。

虽然早有机械磨损试验法。

但在这种机械磨损试验中，因为在短时间内就发生大量磨损，所以和实际磨损条件有差距，结果不够准确。

因此，需要把这种磨损试验和实际磨损状况联系起来加以考虑。

实际生产中，人们常常根据所测得的镀铬层硬度来准断出所谓表面耐磨性。

然而，镀铬层的硬度和耐磨性的关系比较复杂，可以认为，它们之间没有平行关系，并不是硬度最高的镀铬层就会有最大的耐磨性。

当然，如果能够准确地迸择电解条件，在这种情况下，提高镀铬层的硬度，可以改善镀层的耐磨性。

这时机械零件摩擦面上镀上适当厚度的铬层，其使用寿命将提高3 倍以上。

2.影晌镀铬层性能的因素
2.1吸氢
电镀中，在还原速度相同的情况下，在酸度较高的范围内，氢离子优先放电；在氢的析出大为减缓的情况下，则有利于金属的放电。

在已吸氢的电极上金属离子还原过程的阻滞现象，由于氢渗入铁族金属的晶格中，生成M e - - H +型的化合物所致。

这种化合物的正电荷是朝向电解液的。

由于电极表面上正电荷的存在，因此给金属离子的还原造成了额外的障碍。

实际镀铬中，由于氢离子在阴极上放电，产生大量氢气使氢在被镀件附近形成氢化铬( C r H ) 。

这种氢化物在一定条件下( 如温度较低时) 容易分解，释放出氢气同时形成铬，部分收入于晶格中。

因此，镀铬层往往含有相当数量的氢。

镀铬层中总是存在氢的，只是多少而异，也就是镀铬层不可能完全消除内应力。

因此，采取加热镀铬层的处理可使氢成气体而逸出，这时铬的比重又重新提高，内应力变小。

因此，对于镀铬层较厚的机械零件镀后加热到200-250℃，并保温2 ~ 4 h，就可以驱除掉镀铬层中约50 % 的氢。

这样可大大改善镀铬层的力学性能。

2.2镀液成分
当镀液中铬酸和催化剂的比例不变时，如果提高铬酸含量，镀铬层的硬度则下降; 降低铬酸含量，则硬度升高。

这种情况说明，由于镀液成分的变化，在镀较厚铬层时，其镀层各部位可能有不同的硬度，因此产生很高的内应力。

所以在镀硬铬时，一定要特注意保持镀液成分的稳定。

这就必须定期分析镀液以控制备成分的比例。

在其它条件保持不变时，如果提高硫酸含量，镀铬层的硬度降低，如果同时提高温度和电流密度可以重新补偿这部分下降的硬度。

因此在” 光亮铬镀层” 区域内所获得的镀层硬度和耐磨性都是比较理想的。

镀液中三价铬含量对镀铬层的性能也有很大的影响。

如在标准镀液中含有3-10g / L 的三价铬，镀铬层的光亮度、硬度、耐磨性为最佳。

然而这数值受所有其它条件协影响。

如果三
价铬含量超过15 g / L ，则镀铬层的力学性能就变得很差。

此外，镀液中铁杂质含量的影响和三价铬基本相似
3.结论
3.1 电解条件的准确配合可以适当的降低镀层的内应力, 提高镀层的机械性能。

3.2 镀铬中的温度和电流密度对镀层硬度和耐磨性也有很大的影响。

参考文献：
[1] 李东国等，电刷镀技术，No3，1990.
[2] 霍志等，全国表面技术提高耐磨性学术会议，1993.4.。