余東滿，霍大勇

(河南工業(yè)職業(yè)技術學院，河南南陽 473004)

引 言

鍍鉻是一個復雜的電化學過程，鍍鉻層的質量優(yōu)劣受多種因素的影響。鍍液對鍍鉻工藝過程的影響是重要的，如鍍液的組成成分、電導率等。鍍鉻工藝實踐證明，包含幾何因素在內的一些尺寸和操作工藝因素對鍍鉻質量的影響也很大，幾何因素區(qū)別于鍍鉻工藝中的物理因素和化學因素，幾何因素包含電鍍產(chǎn)品的形狀、電極的形狀、掛具的狀態(tài)、零件在掛具上的分布以及鍍槽的大小及形狀等。在長期的鍍鉻生產(chǎn)實踐中，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場積累的經(jīng)驗，記錄了一些受幾何因素和產(chǎn)品尺寸及操作因素的影響的典型故障實例。對這些典型故障加以分析和討論，供同行參考。

1 夾具(掛具)對陰極電流密度的影響

1.1 生產(chǎn)實例1掛具掛鉤與工件間夾緊力不足

1)故障現(xiàn)象。新投產(chǎn)的一條鍍鉻生產(chǎn)線對鋼絲鉗產(chǎn)品鍍鉻，試生產(chǎn)中出現(xiàn)部分鋼絲鉗鍍鉻層發(fā)花、發(fā)霧故障，同掛的個別鋼絲鉗的鍍鉻層正常。進行霍爾槽試驗，證明電鍍液配比正常，檢查電鍍過程中溫度、陰極電流密度也沒有發(fā)現(xiàn)問題。

2)故障分析及處理。鍍鉻層發(fā)花發(fā)霧故障的影響因素包括鍍液的配比(如鍍鉻前中間鍍鎳的鍍鎳液中的糖精含量高、鍍鉻液中氯離子過多等)，硫酸活化液的濃度失調，鍍鉻時的溫度過高(與電流密度配合不好，不在光亮區(qū))，鍍鉻的電流波形不好，鍍鉻過程中出現(xiàn)斷電，掛具掛鉤與工件接觸不良導致電力線分布不均勻。故障處理過程中，分析鍍液中組分在工藝范圍內，電鍍中的溫度控制較好，電源設備不存在斷電現(xiàn)象。檢查故障出現(xiàn)的鍍件和電鍍層較好的鍍件，發(fā)現(xiàn)這是由于掛零件處的掛鉤夾緊力不夠造成的故障，對掛具掛鉤的彈性進行修復后，故障排除。

鍍液是以硫酸為催化劑的鍍鉻液，金屬鉻的臨界析出 Jκ是 5A/dm2，電鍍過程中 Jκ應大于15A/dm2。由于工件與掛具夾緊力偏小，使得實際陰極電流密度小，電力線分布不均勻，鋼絲鉗在掛具上裝夾較松的工件電鍍效果不好。

3)相關問題。當較小的工件在鍍鉻過程中因為裝掛位置不當，電鍍中析氫氣體或者熱交換過程中導致掛件擺動，也會引起這種故障。措施是針對工件擺動原因合理調整裝掛位置。

1.2 生產(chǎn)實例2掛具的長度不合理

1)故障現(xiàn)象。鑰匙扣小件類零件鍍鉻，采用綁扎式掛具進行電鍍，突發(fā)部分鑰匙扣凹處鍍不上鉻層，影響產(chǎn)品質量。

2)故障分析及處理。凹處鍍不上鉻層是典型的鍍液深度能力差。鍍鉻工藝中影響深度能力的因素包括:鍍件毛坯粗糙、底鍍層粗糙、鍍液成分不合理(如光亮鍍鎳液的pH太高)、陽極導電不良及掛具接觸不好等。

由于故障現(xiàn)象出現(xiàn)在部分產(chǎn)品，可以排除鍍液質量問題。檢查發(fā)現(xiàn)同樣粗糙度的鍍件有合格和不合格，說明與產(chǎn)品的粗糙度無關。檢查故障產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)其綁扎方式不同，故障產(chǎn)品出現(xiàn)在“綁扎較長”的電鍍掛具上。原因是該時間段生產(chǎn)任務量大，當班人員擅自調整了每串綁扎零件的數(shù)量，導致綁扎掛具長度與陽極長度不匹配，造成底部工件電流密度不足。

綁扎電鍍小工件，一串工件的長度應當與陽極板在液面下的長度相等。上部工件低于液面5cm，下部工件應該低于陽極板下邊緣5cm。當工件數(shù)量不足，也要把掛具下部用導體(如銅絲)配夠長度，以免下部工件燒焦。

1.3 生產(chǎn)實例3掛具裝夾工件的質量不足

1)故障現(xiàn)象。金屬墊片采用綁扎法電鍍，出現(xiàn)鍍件發(fā)花發(fā)霧現(xiàn)象，反復調試都不能取得滿意效果。而該生產(chǎn)線在鋼絲鉗電鍍時正常。

2)故障現(xiàn)場處理及分析。由于電鍍件質量較小，工件是靠自身的重力保證掛具與陰極銅棒良好接觸導電的，鍍鉻過程中電鍍件晃動導致電流時斷時續(xù)，產(chǎn)生故障。在每個掛具下部增加絕緣墜配重，故障排除。

1.4 生產(chǎn)實例4掛鉤的金屬裸露過長

1)故障現(xiàn)象。電風扇網(wǎng)罩鍍鉻，出現(xiàn)鍍層不均勻，網(wǎng)罩內側鍍層脫落。

2)故障分析及處理。電風扇網(wǎng)罩鍍鉻時，采用金屬掛鉤掛鍍。電鍍過程發(fā)現(xiàn)，金屬掛鉤處析氫量大，而遠離掛鉤點析氫少。明顯反應出覆蓋能力不足，電流集中在了掛鉤的裸露金屬部位。去掉掛鉤處的多余金屬部分(也可以采取屏蔽措施)，故障排除。

1.5 故障排除方法

鍍鉻需要高電流密度，易于導致工件端部、尖角或凸出部位出現(xiàn)燒焦、產(chǎn)生樹枝狀結晶或毛刺。極間距離太近、陽極面積過大是導致電流分散不均勻的幾何因素。正確調節(jié)鍍鉻夾具(掛具)使電力線均勻分布。應做到:

1)夾具的布置應使掛鍍件以及同一槽中的掛件均勻合理分布;夾具與電極的接點選擇恰當并保障具有足夠彈性;

2)設置保護陰極，使多余電流集中在保護陰極上;工件局部電鍍時對陰極采取屏蔽措施;

3)掛具的非導電部位涂上絕緣漆;

4)夾具應有足夠的截面，避免夾具導電能力不足引起過度發(fā)熱;

5)掛具掛鉤上設置緊固螺釘，保證掛具與陰極銅排的接觸良好。

2 電極對分散能力和覆蓋能力的影響

2.1 生產(chǎn)實例5工件面積變化導致電流密度過大

1)故障現(xiàn)象。某工廠進行銅管結晶器鍍鉻，為保證鍍層的均勻分布、保證工件內腔及邊角的鍍層質量，采用了仿形陽極，電鍍效果一直較好。在另一種結晶器新產(chǎn)品投產(chǎn)后，工件內表面邊角出現(xiàn)鍍層缺陷。

2)故障分析及處理?，F(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，新產(chǎn)品結晶器比原結晶器略大，但兩個型號的結晶器內腔形態(tài)相似，初步認為采用原來的仿形陽極、適度增加電鍍時間即可保證鍍鉻效果。但事與愿違。這是陰陽極面積不配合造成鍍層不合格的典型案例。

在鍍鉻生產(chǎn)中，采用不溶性鉛或鉛合金作為陽極，本例采用鉛合金制作仿形陽極。陰極的電流效率只有13% ～25%，電鍍過程中導致鍍液中的Cr3+不斷增加。正常生產(chǎn)中，陽極上電極反應:

這種反應使得在陰極生成的Cr3+，在陽極氧化成為Cr2O72－，保證鍍液中Cr3+的穩(wěn)定。由于陰極陽極的電流效率不同，因而陰極陽極參與反應的面積應當相應變化，才能滿足鉻的平衡。鍍鉻生產(chǎn)中，陰陽極的面積比應保證在 1∶2.0～1∶1.5 的范圍。制作了新的仿形陽極，調整了陰陽極的面積比例(同時注意了尖角邊緣效應)，故障排除。

2.2 生產(chǎn)實例6陽極接觸不良

1)故障現(xiàn)象。電風扇網(wǎng)罩進行電鍍，正常生產(chǎn)六個月后，覆蓋能力差故障重現(xiàn)。

2)故障分析及處理。查看電鍍現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)槽電壓升高。在工藝條件不變的情況下，是接觸電阻增加造成的。檢查鉛合金陽極呈黃色，這是鉻酸鉛膜層造成陽極導電能力差，影響電鍍。鉻酸鉛形成的原因是不通電狀態(tài)，鉛合金陽極與鉛酸反應的產(chǎn)物。詢問現(xiàn)場作業(yè)人員，在整個生產(chǎn)過程中沒有停電取出陽極清洗。將陽極取出，用堿液浸泡，清洗，重新投入運行，故障排除。陽極在空氣中會形成二氧化鉛，二氧化鉛導電性能良好，不影響電鍍;陽極表面的鉻酸鉛為黃色膜狀，二氧化鉛為黃褐色膜狀。

2.3 生產(chǎn)實例7陽極面積太小

1)故障現(xiàn)象。某電鍍廠試鍍一種大型工件，鍍鉻過程中出現(xiàn)槽電壓很高，但陰極工件上沒有氣泡析出。反復調整鍍液，均不能解決。

2)故障分析及處理。該生產(chǎn)線原產(chǎn)品為小工件掛鍍?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)陽極面積相比工件太小，電鍍過程中，鉛合金表面迅速形成了鉻酸鉛膜層，造成陽極導電性極差。按照實例6的比例重新布置陽極，試生產(chǎn)成功。

2.4 生產(chǎn)實例8電力線分布不均勻

1)故障現(xiàn)象。雙頭尖形醫(yī)療器械零件鍍鉻，尖頭部分燒焦，影響產(chǎn)品質量。

2)故障分析及處理。鍍鉻過程中，由于尖端放電，工件的尖端部分電力線集中，局部陰極電流密度大，因而極易燒焦。實踐中采用了陰極屏蔽措施。將工件均布在屏蔽非金屬框架內(綁扎懸掛)，解決了工件尖端燒焦的故障。

2.5 生產(chǎn)實例9輔助陽極的通電時間不當

1)故障現(xiàn)象。合金鋼件表面鍍鉻，采用了輔助陽極，但仍不能保證鍍層的均勻。

2)故障分析及處理。合金鋼表面鍍鉻采用鍍前小電流活化處理，活化時間、零件形狀、陰極電流密度、極間距離及輔助陽極的位置影響低電流活化。保障工件表面活化的要點是活化電流密度小于3A/dm2;活化電流必須在規(guī)定的時間內連續(xù)慢慢逐步上升，t為2～10min;對于形狀復雜的工件采用輔助陽極，工件活化時，不接通輔助陽極以保障電流不過分集中，活化完成后立即接通輔助陽極，并使電流上升到正常范圍。

本例就是輔助陽極使用不當所致，合理選擇輔助陽極通電時機，故障排除。

2.6 生產(chǎn)實例10鍍槽尺寸對鍍鉻層的影響

1)故障現(xiàn)象。銅管結晶器鍍鉻，原工藝未改變，突發(fā)表面鍍鉻層不均勻故障。

2)故障分析及處理?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)由于生產(chǎn)任務緊，在該車間原來鍍小件的生產(chǎn)線上臨時對結晶器鍍鉻。該生產(chǎn)線槽體尺寸遠小于原結晶器鍍鉻生產(chǎn)線，槽體剛剛可以容納結晶器放入。槽體過小導致槽內電力線分布不均勻，工件表面電流密度分配不均，影響電鍍質量。

2.7 故障排除方法

1)對于復雜的工件鍍鉻，應設置輔助陽極，以保證深凹或內表面的均勻沉積;

2)鍍鉻生產(chǎn)中，陰陽極的面積比應保證在1∶2.0 ～1∶1.5 的范圍;

3)在不通電時，應將陽極取出清洗，陽極表面鉻酸鉛為黃色膜狀，二氧化鉛為黃褐色膜狀;二氧化鉛不影響電鍍，鉻酸鉛影響電鍍應及時除去，避免鉻酸鉛產(chǎn)生影響陽極導電;

4)合理布置陽極，使整個工件各部分電力線均勻;5)屏蔽陰極距離陰極越近，屏蔽效果越好;

6)采用輔助陽極的鍍件，工件活化時不接通輔助陽極，活化后立即接通輔助陽極。

3 結語

物理因素、化學因素和幾何因素(包含相關的與尺寸、工藝處理等因素)是影響電鍍質量的三個方面。就鍍鉻生產(chǎn)而言，陰極電流密度大、陽極為不溶性金屬，因而陽極尺寸、陽極形狀對電鍍的影響更為明顯;同時，電鍍產(chǎn)品的形狀、掛具的形狀、零件在掛具上的分布、鍍槽的大小和形狀也是影響鍍鉻的重要指標;這些與尺寸和形狀位置關聯(lián)的指標就是幾何因素。在分析故障時，工藝人員往往會更多地重視化學因素的影響，而幾何因素的影響也會通過化學因素表現(xiàn)出來，如果僅僅從化學因素去試圖解決，是不能達到目的的。