氯化物-硫酸盐型混合体系镀Cr-Ni-Fe 不锈钢合金镀液配方介绍

氯化物-硫酸盐型混合体系镀Cr-Ni-Fe 不锈钢合金镀液组成及工作条件见表11-3 。

1. 配方1 (表11-3)

  镀液中使的丙三醇（即甘油）是一种光亮剂，可提高镀层的光泽。

  pH控制在1.8~2.2之间，pH较低时，镀液覆盖能力较差，沉积速率较快。

  pH较高时，镀液覆盖能力较佳，但镀层色泽较暗，沉积速率较慢。用盐酸降低pH,用氨水提高pH.由于镀液中有硼酸缓冲剂的存在，使镀液的pH变化非常缓慢，一般在8~12h后用pH计测量，方可稳定准确测得镀液的pH,一旦加入过多的氨水，当pH>3.0时，三价铬会出现Cr(OH)。沉淀，造成镀液浑浊，要用盐酸加入降低pH至2,才能逐步缓慢溶解所生成的Cr(OH);沉淀。

  本溶液要用电磁转动子搅拌电镀，电磁子转速为250r/min.

2. 配方2 (表11-3)

 本配方中使用柠檬酸三钠作为配位剂，糊精作为提高镀层光泽的添加剂。

 沉积速率实验结果见表11-4。

 从表11-4可见，pH=2时，沉积速率最大，其次是电流密度，温度对沉积速率的影响最小。

 镀层的电化学腐蚀测试：动电位扫描测试是将电极放在3.5%NaCl室温溶液中的，极化范围调到相对开路电位±0.2V,扫描速率0.2mV/s,测定阴阳极极化曲线，计算腐蚀速率，腐蚀电流的实验结果见表11-5。

 由表11-4、表11-5可见，不同工艺参数下，电镀得到的镀层的耐蚀性能相差很大，Fe-Cr-Ni合金在3.5%NaCl溶液中没有明显的钝化现象，但却显示了一定的延缓腐蚀效果，通过实验得出的最优方案为电流密度为12A/d㎡,温度为25℃,pH为2。

3. 配方3 (表11-3)

a. 镀液pH的影响

  ①. 镀液pH对镀层成分含量的影响

   镀液pH对镀层成分含量的影响见图11-3(温度30℃,电流密度14A/dm²,CrCl₃·6H₂O 25g/L,Fe²⁺/NP+浓度比为1:5)。

   由图11-3可见，随着pH的升高，镀层中铁和铬的含量先略有升高，然后降低。pH=2时出现峰值。

 ②. 镀液pH对镀层硬度的影响

   镀液pH对镀层硬度的影响见图11-4（温度30℃,电流密度14A/d㎡,CrCl₃·6H₂O 25g/L,Fe3+/Nj+浓度比1:5)。

  由图11-4可见，镀层的硬度随pH的升高而减小。这是由于pH升高，镀层中铁和铬的含量降低，使镀层硬度下降。pH升高，阴极析氢量减少，使合金层中氢含量减少而降低镀层硬度。pH1.5时，镀层硬度最高，pH2~2.5时，镀层中铁和铬的含量下降迅速，硬度下降缓慢。pH过低，析氢严重，表面出现气道和针孔。pH过高，Cr³⁺易发生羟桥基聚合反应，镀层边缘出现黑色沉积物，质量变坏。故pH应控制在2.0为宜。

b. 阴极电流密度的影响

 ①. 阴极电流密度对镀层成分含量的影响

   阴极电流密度对镀层成分含量的影响见图11-5(温度30℃,pH 2.0,CrCl₃·6H₂O 25g/L,Fe2+/Ni2+=1:5)。

  由图11-5可见，随着阴极电流密度的增大，镀层中铁和铬的含量迅速增加，电流密度大于14A/d㎡后，镀层中铁和铬的含量略有下降。阴极电流密度过大。镀层表面质量变差，析氢严重，铁、铬含量略有下降。因此，电流密度控制在14A/d㎡为宜。

  ②. 阴极电流密度对镀层硬度的影响

   阴极电流密度对镀层硬度的影响见图11-6（温度30℃,pH 2.0, CrCl₃·6H₂O 25g/L,Fe2+/Ni2+=浓度比1:5)。

   由图11-6可见，随着阴极电流密度的增大，镀层中铁和铬的含量迅速增加，相应镀层的硬度也随之增加。

c. 温度的影响

 ①. 镀液的温度对镀层成分含量的影响

   镀液的温度对镀层成分含量的影响见图11-7(电流密度14A/d㎡，pH=2, CrCl₃·6H₂O 25g/L,Fe2+/Ni2+浓度比1:5)。

   由图11-7可见，镀液温度的升高，镀层中铁和铬的含量先增加后减小，在30℃时出现峰值。

 ②. 镀液温度对镀层硬度的影响

   镀液的温度对镀层硬度的影响见图11-8 (电流密度14A/d㎡,pH=2, CrCl₃·6H₂O 25g/L,Fe2+/Ni2+浓度比1:5)。

  由图11-8可见，随着镀液温度的升高，镀层的硬度在30℃时出现峰值。故温度应控制在30℃为宜。

d. 镀液中CrCl₃·6H₂O浓度的影响

 ①. 镀液中CrCl₃·6H₂O浓度对镀层成分含量的影响

  镀液中CrCl₃·6H₂O浓度对镀层成分含量的影响见图11-9，(电流密度14A/d㎡,pH=2,温度30℃,镀液中Fe²⁺/Ni²⁺浓度比1:5)。

  由图11-9可见，随着镀液中CrCl₃·6H₂O浓度的增大，镀层铬的含量缓慢增加，铁含量缓慢减少，由于增大Cr³⁺浓度有利于Cr³⁺的沉积，但Cr³⁺浓度过大，Cr³⁺易发生羟桥反应，使Cr³⁺在阴极放电析出困难，使镀层中铬含量降低，故CrCl₃·6H₂O浓度应控制在25g/L为宜。

 ②. 镀液中CrCl₃·6H₂O浓度对镀层硬度的影响

  镀液中CrCl₃·6H₂O浓度对镀层硬度的影响见图11-10，(电流密度14A/d㎡,pH=2,温度30℃,Fe²⁺/Ni²⁺浓度比1:5)。

  由图11-10可见，由于增大镀液中Cr³⁺的浓度，有利于Cr的沉积，镀层的硬度变化和镀层中铬的含量上升趋势相同，当CrCl₃·6H₂O 为25g/L时，镀层硬度达到峰值。Cr³⁺浓度过大，Cr³⁺易发生羟桥反应，Cr³⁺在阴极放电析出困难，镀层中铬含量降低，导致镀层硬度变小，故CrCl₃·6H₂O 应控制在25g/L为宜。

e. 镀液中Fe²⁺/Ni²⁺浓度比值的影响

①. 镀液中Fe²⁺/Ni²⁺浓度比值对镀层成分含量的影响

  镀液中Fe²⁺/Ni²⁺浓度比对镀层成分的影响见图11-11(电流密度14A/d㎡2,pH=2,温度30℃,CrCl₃·6H₂O 25g/L)。

  由图11-11可见，镀液中c(Fe²⁺)/c(Ni²⁺)对合金中铁的含量影响比较大，通过固定镀液中Ni²⁺的浓度而改变Fe²⁺的浓度，镀层中铁的含量先迅速增加，镍的含量自然下降，由于Fe-Ni-Cr合金为异常共沉积，镀液中Fe²⁺的浓度增加，更有利于优先沉积，铬含量也略有上升。当c(Fe²⁺)/c(Ni²⁺)接近0.2时，可得到合铁铬较高的合金镀层。

 ②. 镀液中Fe²⁺/Ni²⁺浓度对镀层硬度的影响

  镀液中（Fe²⁺)/(Ni²⁺)浓度比对镀层硬度的影响见图11-12。

  由图11-12可见，通过固定镀液中Ni²⁺的浓度而改变Fe²⁺的浓度，镀层中铁含量迅速增加，镍含量下降，更有利于先沉积，铬含量也略有上升。镀层的硬度则由于铁含量迅速上升而不断增大，当c(Fe²⁺)/c(Ni²⁺)接近0.2时出现最大值，随后铁和铬的含量下降，硬度也随之下降。由此可见，控制c(Fe²⁺)/c(Ni²⁺)接近0.2,可得到含铁、铬较高，硬度较大的合金镀层。

f. 镀层形貌和结构

  按照表11-3的配方3 的最佳含量及工艺控制在最佳条件，电镀实验可得Cr6%、Fe 54%、Ni40%,硬度高达70(HR30T)的光亮镀层。所得镀层扫描电镜可见镀层表面结晶均匀，结构致密，没有孔洞和裂纹，镀层光亮性极好，只有当电沉积时间较长、镀层较厚时才会出现细小的裂纹，但也不存在针孔。