氯化物-硫酸鹽型混合體系鍍Cr-Ni-Fe 不銹(xiu)鋼合金(jin)鍍液組(zu)成及工作條件見表(biao)11-3 。
1. 配方1 (表(biao)11-3)
鍍(du)(du)液(ye)中使(shi)的(de)丙三(san)醇(chun)(即甘(gan)油)是(shi)一(yi)種光亮(liang)劑(ji),可提(ti)高鍍(du)(du)層的(de)光澤。
pH控制在(zai)1.8~2.2之間,pH較低(di)時,鍍液覆蓋能(neng)力(li)較差(cha),沉積(ji)速(su)率較快。
pH較(jiao)高時(shi),鍍(du)液覆蓋(gai)能力較(jiao)佳,但鍍(du)層色澤(ze)較(jiao)暗,沉(chen)積速率較(jiao)慢。用(yong)(yong)鹽酸降低pH,用(yong)(yong)氨水提高pH.由于鍍(du)液中有硼酸緩(huan)沖劑的存在,使(shi)鍍(du)液的pH變化非常(chang)緩(huan)慢,一般(ban)在8~12h后用(yong)(yong)pH計測(ce)量,方可(ke)穩定(ding)準確(que)測(ce)得鍍(du)液的pH,一旦加入過多(duo)的氨水,當pH>3.0時(shi),三價鉻會出現Cr(OH)。沉(chen)淀,造成鍍(du)液渾濁,要用(yong)(yong)鹽酸加入降低pH至2,才能逐步緩(huan)慢溶解所生成的Cr(OH);沉(chen)淀。
本溶(rong)液要用電(dian)磁轉動子(zi)攪(jiao)拌電(dian)鍍,電(dian)磁子(zi)轉速為250r/min.
2. 配(pei)方2 (表11-3)
本配(pei)方中使用檸檬酸三鈉作為配(pei)位劑,糊精(jing)作為提高鍍層光澤的添加劑。
沉積速(su)率實驗結(jie)果見表(biao)11-4。
從表(biao)11-4可(ke)見,pH=2時,沉(chen)積(ji)速率(lv)最(zui)(zui)大(da),其次(ci)是(shi)電流(liu)密度(du),溫度(du)對沉(chen)積(ji)速率(lv)的(de)影響最(zui)(zui)小。
鍍層的(de)電(dian)(dian)化學腐蝕(shi)(shi)測(ce)(ce)試:動電(dian)(dian)位掃描(miao)(miao)測(ce)(ce)試是將(jiang)電(dian)(dian)極放在3.5%NaCl室溫溶液(ye)中的(de),極化范圍調到相對開(kai)路電(dian)(dian)位±0.2V,掃描(miao)(miao)速率0.2mV/s,測(ce)(ce)定陰陽極極化曲線,計算腐蝕(shi)(shi)速率,腐蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)流的(de)實驗(yan)結果見表11-5。
由(you)表(biao)11-4、表(biao)11-5可見,不同工藝參數下,電鍍得到的(de)鍍層的(de)耐(nai)蝕性能相差很大,Fe-Cr-Ni合金在3.5%NaCl溶液(ye)中沒有明顯(xian)的(de)鈍化現象,但卻顯(xian)示了一定的(de)延緩腐蝕效果,通過實(shi)驗得出的(de)最優(you)方案為(wei)電流密(mi)度為(wei)12A/d㎡,溫度為(wei)25℃,pH為(wei)2。
3. 配方(fang)3 (表11-3)
a. 鍍液pH的影(ying)響
①. 鍍(du)液pH對鍍(du)層(ceng)成分含量(liang)的影響
鍍液pH對鍍層成分含量的影響見圖11-3(溫度30℃,電流密度14A/dm2,CrCl3·6H2O 25g/L,Fe2+/NP+濃度比為1:5)。
由(you)圖11-3可見,隨著pH的升高(gao),鍍層中(zhong)鐵和鉻的含(han)量先(xian)略有升高(gao),然后降(jiang)低。pH=2時出現峰值。
②. 鍍液pH對(dui)鍍層(ceng)硬度(du)的影響(xiang)
鍍液pH對鍍層硬度的影響見圖11-4(溫度30℃,電流密度14A/d㎡,CrCl3·6H2O 25g/L,Fe3+/Nj+濃度比1:5)。
由圖11-4可見,鍍層的硬度隨pH的升高而減小。這是由于pH升高,鍍層中鐵和鉻的含量降低,使鍍層硬度下降。pH升高,陰極析氫量減少,使合金層中氫含量減少而降低鍍層硬度。pH1.5時,鍍層硬度最高,pH2~2.5時,鍍層中鐵和鉻的含量下降迅速,硬度下降緩慢。pH過低,析氫嚴重,表面出現氣道和針孔。pH過高,Cr3+易發生羥橋基聚合反應,鍍層邊緣出現黑色沉積物,質量變壞。故pH應控制在2.0為宜。
b. 陰極電流密(mi)度的影響(xiang)
①. 陰極電流密度對鍍層成分含(han)量(liang)的(de)影響
陰極電流密度對鍍層成分含量的影響見圖11-5(溫度30℃,pH 2.0,CrCl3·6H2O 25g/L,Fe2+/Ni2+=1:5)。
由圖11-5可見,隨著陰極(ji)電流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)的增大(da),鍍(du)層(ceng)中鐵和鉻(ge)的含量(liang)迅速(su)增加,電流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)大(da)于14A/d㎡后,鍍(du)層(ceng)中鐵和鉻(ge)的含量(liang)略有(you)下降。陰極(ji)電流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)過大(da)。鍍(du)層(ceng)表面質量(liang)變(bian)差,析氫嚴重,鐵、鉻(ge)含量(liang)略有(you)下降。因此,電流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)控制在14A/d㎡為宜。
②. 陰極電(dian)流密度(du)對鍍(du)層硬度(du)的影響
陰極電流密度對鍍層硬度的影響見圖11-6(溫度30℃,pH 2.0, CrCl3·6H2O 25g/L,Fe2+/Ni2+=濃度比1:5)。
由圖(tu)11-6可見,隨著陰極電流密(mi)度的(de)增(zeng)大,鍍(du)層(ceng)中鐵和鉻的(de)含量迅速增(zeng)加,相(xiang)應鍍(du)層(ceng)的(de)硬度也隨之增(zeng)加。
c. 溫(wen)度的影響
①. 鍍液(ye)的溫度對鍍層成分含量的影響
鍍液的溫度對鍍層成分含量的影響見圖11-7(電流密度14A/d㎡,pH=2, CrCl3·6H2O 25g/L,Fe2+/Ni2+濃度比1:5)。
由(you)圖11-7可見,鍍液(ye)溫度(du)的升高,鍍層中鐵和鉻的含量先增加后減小,在30℃時(shi)出現峰(feng)值。
②. 鍍(du)液溫度對鍍(du)層硬度的影響(xiang)
鍍液的溫度對鍍層硬度的影響見圖11-8 (電流密度14A/d㎡,pH=2, CrCl3·6H2O 25g/L,Fe2+/Ni2+濃度比1:5)。
由圖11-8可見,隨著鍍液溫度的升高(gao),鍍層的硬度在(zai)30℃時出(chu)現峰值。故溫度應(ying)控制在(zai)30℃為宜。
d. 鍍液中CrCl3·6H2O濃度的影響
①. 鍍液中CrCl3·6H2O濃度對鍍層成分含量的影響
鍍液中CrCl3·6H2O濃度對鍍層成分含量的影響見圖11-9,(電流密度14A/d㎡,pH=2,溫度30℃,鍍液中Fe2+/Ni2+濃度比1:5)。
由圖11-9可見,隨著鍍液中CrCl3·6H2O濃度的增大,鍍層鉻的含量緩慢增加,鐵含量緩慢減少,由于增大Cr3+濃度有利于Cr3+的沉積,但Cr3+濃度過大,Cr3+易發生羥橋反應,使Cr3+在陰極放電析出困難,使鍍層中鉻含量降低,故CrCl3·6H2O濃度應控制在25g/L為宜。
②. 鍍液中CrCl3·6H2O濃度對鍍層硬度的影響
鍍液中CrCl3·6H2O濃度對鍍層硬度的影響見圖11-10,(電流密度14A/d㎡,pH=2,溫度30℃,Fe2+/Ni2+濃度比1:5)。
由圖11-10可見,由于增大鍍液中Cr3+的濃度,有利于Cr的沉積,鍍層的硬度變化和鍍層中鉻的含量上升趨勢相同,當CrCl3·6H2O 為25g/L時,鍍層硬度達到峰值。Cr3+濃度過大,Cr3+易發生羥橋反應,Cr3+在陰極放電析出困難,鍍層中鉻含量降低,導致鍍層硬度變小,故CrCl3·6H2O 應控制在25g/L為宜。
e. 鍍液中Fe2+/Ni2+濃度比值的影響
①. 鍍液中Fe2+/Ni2+濃度比值對鍍層成分含量的影響
鍍液中Fe2+/Ni2+濃度比對鍍層成分的影響見圖11-11(電流密度14A/d㎡2,pH=2,溫度30℃,CrCl3·6H2O 25g/L)。
由圖11-11可見,鍍液中c(Fe2+)/c(Ni2+)對合金中鐵的含量影響比較大,通過固定鍍液中Ni2+的濃度而改變Fe2+的濃度,鍍層中鐵的含量先迅速增加,鎳的含量自然下降,由于Fe-Ni-Cr合金為異常共沉積,鍍液中Fe2+的濃度增加,更有利于優先沉積,鉻含量也略有上升。當c(Fe2+)/c(Ni2+)接近0.2時,可得到合鐵鉻較高的合金鍍層。
②. 鍍液中Fe2+/Ni2+濃度對鍍層硬度的影響
鍍液中(Fe2+)/(Ni2+)濃度比對鍍層硬度的影響見圖11-12。
由圖11-12可見,通過固定鍍液中Ni2+的濃度而改變Fe2+的濃度,鍍層中鐵含量迅速增加,鎳含量下降,更有利于先沉積,鉻含量也略有上升。鍍層的硬度則由于鐵含量迅速上升而不斷增大,當c(Fe2+)/c(Ni2+)接近0.2時出現最大值,隨后鐵和鉻的含量下降,硬度也隨之下降。由此可見,控制c(Fe2+)/c(Ni2+)接近0.2,可得到含鐵、鉻較高,硬度較大的合金鍍層。
f. 鍍層形貌和(he)結構(gou)
按照表11-3的(de)配(pei)方3 的(de)最佳含量及工藝(yi)控制在(zai)最佳條件,電(dian)鍍(du)(du)實驗可(ke)得(de)Cr6%、Fe 54%、Ni40%,硬度高達70(HR30T)的(de)光亮(liang)鍍(du)(du)層。所得(de)鍍(du)(du)層掃(sao)描電(dian)鏡可(ke)見(jian)鍍(du)(du)層表面結晶均勻,結構致密(mi),沒有(you)孔洞和裂(lie)紋,鍍(du)(du)層光亮(liang)性極(ji)好,只有(you)當電(dian)沉積時間較長、鍍(du)(du)層較厚時才會出現(xian)細(xi)小的(de)裂(lie)紋,但也不存(cun)在(zai)針(zhen)孔。