氯化物-硫酸鹽型混合體系鍍Cr-Ni-Fe 不銹鋼合金鍍液組成及工作條件見表11-3 。
1. 配方1 (表11-3)
鍍液中使的丙三醇(即甘油)是一種光亮劑,可提高鍍層的光澤。
pH控制在1.8~2.2之間,pH較低時(shí),鍍液覆蓋能力較差,沉積速率較快。
pH較高時(shí),鍍液覆蓋能力較佳,但鍍層色澤較暗,沉積速率較慢。用鹽酸降低pH,用氨水提高pH.由于鍍液中有硼酸緩沖劑的存在,使鍍液的pH變化非常緩慢,一般在8~12h后用pH計(jì)測(cè)量,方可穩(wěn)定準(zhǔn)確測(cè)得鍍液的pH,一旦加入過(guò)多的氨水,當(dāng)pH>3.0時(shí),三價(jià)鉻會(huì)出現(xiàn)Cr(OH)。沉淀,造成鍍液渾濁,要用鹽酸加入降低pH至2,才能逐步緩慢溶解所生成的Cr(OH);沉淀。
本溶液要用電磁轉(zhuǎn)動(dòng)子攪拌電鍍,電磁子轉(zhuǎn)速為250r/min.
2. 配方2 (表11-3)
本配方中使用檸檬酸三鈉作為配位劑,糊精作為提高鍍層光澤的添加劑。
沉積速率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表11-4。
從表11-4可見,pH=2時(shí),沉積速率最大,其次是電流密度,溫度對(duì)沉積速率的影響最小。
鍍層的電化學(xué)腐蝕測(cè)試:動(dòng)電位掃描測(cè)試是將電極放在3.5%NaCl室溫溶液中的,極化范圍調(diào)到相對(duì)開路電位±0.2V,掃描速率0.2mV/s,測(cè)定陰陽(yáng)極極化曲線,計(jì)算腐蝕速率,腐蝕電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表11-5。
由表11-4、表11-5可見,不同工藝參數(shù)下,電鍍得到的鍍層的耐蝕性能相差很大,F(xiàn)e-Cr-Ni合金在3.5%NaCl溶液中沒(méi)有明顯的鈍化現(xiàn)象,但卻顯示了一定的延緩腐蝕效果,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的最優(yōu)方案為電流密度為12A/d㎡,溫度為25℃,pH為2。
3. 配方3 (表11-3)
a. 鍍液pH的影響
①. 鍍液pH對(duì)鍍層成分含量的影響
鍍液pH對(duì)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)。
由圖11-3可見,隨著pH的升高,鍍層中鐵和鉻的含量先略有升高,然后降低。pH=2時(shí)出現(xiàn)峰值。
②. 鍍液pH對(duì)鍍層硬度的影響
鍍液pH對(duì)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(shí),鍍層硬度最高,pH2~2.5時(shí),鍍層中鐵和鉻的含量下降迅速,硬度下降緩慢。pH過(guò)低,析氫嚴(yán)重,表面出現(xiàn)氣道和針孔。pH過(guò)高,Cr3+易發(fā)生羥橋基聚合反應(yīng),鍍層邊緣出現(xiàn)黑色沉積物,質(zhì)量變壞。故pH應(yīng)控制在2.0為宜。
b. 陰極電流密度的影響
①. 陰極電流密度對(duì)鍍層成分含量的影響
陰極電流密度對(duì)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,隨著陰極電流密度的增大,鍍層中鐵和鉻的含量迅速增加,電流密度大于14A/d㎡后,鍍層中鐵和鉻的含量略有下降。陰極電流密度過(guò)大。鍍層表面質(zhì)量變差,析氫嚴(yán)重,鐵、鉻含量略有下降。因此,電流密度控制在14A/d㎡為宜。
②. 陰極電流密度對(duì)鍍層硬度的影響
陰極電流密度對(duì)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11-6可見,隨著陰極電流密度的增大,鍍層中鐵和鉻的含量迅速增加,相應(yīng)鍍層的硬度也隨之增加。
c. 溫度的影響
①. 鍍液的溫度對(duì)鍍層成分含量的影響
鍍液的溫度對(duì)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)。
由圖11-7可見,鍍液溫度的升高,鍍層中鐵和鉻的含量先增加后減小,在30℃時(shí)出現(xiàn)峰值。
②. 鍍液溫度對(duì)鍍層硬度的影響
鍍液的溫度對(duì)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,鍍層的硬度在30℃時(shí)出現(xiàn)峰值。故溫度應(yīng)控制在30℃為宜。
d. 鍍液中CrCl3·6H2O濃度的影響
①. 鍍液中CrCl3·6H2O濃度對(duì)鍍層成分含量的影響
鍍液中CrCl3·6H2O濃度對(duì)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(guò)大,Cr3+易發(fā)生羥橋反應(yīng),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(yīng)控制在25g/L為宜。
②. 鍍液中CrCl3·6H2O濃度對(duì)鍍層硬度的影響
鍍液中CrCl3·6H2O濃度對(duì)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(shì)相同,當(dāng)CrCl3·6H2O 為25g/L時(shí),鍍層硬度達(dá)到峰值。Cr3+濃度過(guò)大,Cr3+易發(fā)生羥橋反應(yīng),Cr3+在陰極放電析出困難,鍍層中鉻含量降低,導(dǎo)致鍍層硬度變小,故CrCl3·6H2O 應(yīng)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(duì)鍍層成分含量的影響
鍍液中Fe2+/Ni2+濃度比對(duì)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(duì)合金中鐵的含量影響比較大,通過(guò)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(yōu)先沉積,鉻含量也略有上升。當(dāng)c(Fe2+)/c(Ni2+)接近0.2時(shí),可得到合鐵鉻較高的合金鍍層。
②. 鍍液中Fe2+/Ni2+濃度對(duì)鍍層硬度的影響
鍍液中(Fe2+)/(Ni2+)濃度比對(duì)鍍層硬度的影響見圖11-12。
由圖11-12可見,通過(guò)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(dāng)c(Fe2+)/c(Ni2+)接近0.2時(shí)出現(xiàn)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. 鍍層形貌和結(jié)構(gòu)
按照表11-3的配方3 的最佳含量及工藝控制在最佳條件,電鍍實(shí)驗(yàn)可得Cr6%、Fe 54%、Ni40%,硬度高達(dá)70(HR30T)的光亮鍍層。所得鍍層掃描電鏡可見鍍層表面結(jié)晶均勻,結(jié)構(gòu)致密,沒(méi)有孔洞和裂紋,鍍層光亮性極好,只有當(dāng)電沉積時(shí)間較長(zhǎng)、鍍層較厚時(shí)才會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的裂紋,但也不存在針孔。