余東滿，霍大勇

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南南陽(yáng) 473004)

引 言

鍍鉻是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)過程，鍍鉻層的質(zhì)量?jī)?yōu)劣受多種因素的影響。鍍液對(duì)鍍鉻工藝過程的影響是重要的，如鍍液的組成成分、電導(dǎo)率等。鍍鉻工藝實(shí)踐證明，包含幾何因素在內(nèi)的一些尺寸和操作工藝因素對(duì)鍍鉻質(zhì)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(xué)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(zhǎng)期的鍍鉻生產(chǎn)實(shí)踐中，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)積累的經(jīng)驗(yàn)，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(shí)例。對(duì)這些典型故障加以分析和討論，供同行參考。

1 夾具(掛具)對(duì)陰極電流密度的影響

1.1 生產(chǎn)實(shí)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(duì)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(gè)別鋼絲鉗的鍍鉻層正常。進(jìn)行霍爾槽試驗(yàn)，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(diào)，鍍鉻時(shí)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(dǎo)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(nèi)，電鍍中的溫度控制較好，電源設(shè)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(duì)掛具掛鉤的彈性進(jìn)行修復(fù)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(yīng)大于15A/dm2。由于工件與掛具夾緊力偏小，使得實(shí)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(guān)問題。當(dāng)較小的工件在鍍鉻過程中因?yàn)檠b掛位置不當(dāng)，電鍍中析氫氣體或者熱交換過程中導(dǎo)致掛件擺動(dòng)，也會(huì)引起這種故障。措施是針對(duì)工件擺動(dòng)原因合理調(diào)整裝掛位置。

1.2 生產(chǎn)實(shí)例2掛具的長(zhǎng)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(jìn)行電鍍，突發(fā)部分鑰匙扣凹處鍍不上鉻層，影響產(chǎn)品質(zhì)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(yáng)極導(dǎo)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(zhì)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(guān)。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(zhǎng)”的電鍍掛具上。原因是該時(shí)間段生產(chǎn)任務(wù)量大，當(dāng)班人員擅自調(diào)整了每串綁扎零件的數(shù)量，導(dǎo)致綁扎掛具長(zhǎng)度與陽(yáng)極長(zhǎng)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(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)與陽(yáng)極板在液面下的長(zhǎng)度相等。上部工件低于液面5cm，下部工件應(yīng)該低于陽(yáng)極板下邊緣5cm。當(dāng)工件數(shù)量不足，也要把掛具下部用導(dǎo)體(如銅絲)配夠長(zhǎng)度，以免下部工件燒焦。

1.3 生產(chǎn)實(shí)例3掛具裝夾工件的質(zhì)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(fù)調(diào)試都不能取得滿意效果。而該生產(chǎn)線在鋼絲鉗電鍍時(shí)正常。

2)故障現(xiàn)場(chǎng)處理及分析。由于電鍍件質(zhì)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(dǎo)電的，鍍鉻過程中電鍍件晃動(dòng)導(dǎo)致電流時(shí)斷時(shí)續(xù)，產(chǎn)生故障。在每個(gè)掛具下部增加絕緣墜配重，故障排除。

1.4 生產(chǎn)實(shí)例4掛鉤的金屬裸露過長(zhǎng)

1)故障現(xiàn)象。電風(fēng)扇網(wǎng)罩鍍鉻，出現(xiàn)鍍層不均勻，網(wǎng)罩內(nèi)側(cè)鍍層脫落。

2)故障分析及處理。電風(fēng)扇網(wǎng)罩鍍鉻時(shí)，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(yuǎn)離掛鉤點(diǎn)析氫少。明顯反應(yīng)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(dǎo)致工件端部、尖角或凸出部位出現(xiàn)燒焦、產(chǎn)生樹枝狀結(jié)晶或毛刺。極間距離太近、陽(yáng)極面積過大是導(dǎo)致電流分散不均勻的幾何因素。正確調(diào)節(jié)鍍鉻夾具(掛具)使電力線均勻分布。應(yīng)做到:

1)夾具的布置應(yīng)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(diǎn)選擇恰當(dāng)并保障具有足夠彈性;

2)設(shè)置保護(hù)陰極，使多余電流集中在保護(hù)陰極上;工件局部電鍍時(shí)對(duì)陰極采取屏蔽措施;

3)掛具的非導(dǎo)電部位涂上絕緣漆;

4)夾具應(yīng)有足夠的截面，避免夾具導(dǎo)電能力不足引起過度發(fā)熱;

5)掛具掛鉤上設(shè)置緊固螺釘，保證掛具與陰極銅排的接觸良好。

2 電極對(duì)分散能力和覆蓋能力的影響

2.1 生產(chǎn)實(shí)例5工件面積變化導(dǎo)致電流密度過大

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

2)故障分析及處理?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新產(chǎn)品結(jié)晶器比原結(jié)晶器略大，但兩個(gè)型號(hào)的結(jié)晶器內(nèi)腔形態(tài)相似，初步認(rèn)為采用原來的仿形陽(yáng)極、適度增加電鍍時(shí)間即可保證鍍鉻效果。但事與愿違。這是陰陽(yáng)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(yáng)極，本例采用鉛合金制作仿形陽(yáng)極。陰極的電流效率只有13% ～25%，電鍍過程中導(dǎo)致鍍液中的Cr3+不斷增加。正常生產(chǎn)中，陽(yáng)極上電極反應(yīng):

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

2.2 生產(chǎn)實(shí)例6陽(yáng)極接觸不良

1)故障現(xiàn)象。電風(fēng)扇網(wǎng)罩進(jìn)行電鍍，正常生產(chǎn)六個(gè)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(chǎng)，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(yáng)極呈黃色，這是鉻酸鉛膜層造成陽(yáng)極導(dǎo)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(yáng)極與鉛酸反應(yīng)的產(chǎn)物。詢問現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，在整個(gè)生產(chǎn)過程中沒有停電取出陽(yáng)極清洗。將陽(yáng)極取出，用堿液浸泡，清洗，重新投入運(yùn)行，故障排除。陽(yáng)極在空氣中會(huì)形成二氧化鉛，二氧化鉛導(dǎo)電性能良好，不影響電鍍;陽(yáng)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(shí)例7陽(yáng)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(fù)調(diào)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(chǎng)發(fā)現(xiàn)陽(yáng)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(yáng)極導(dǎo)電性極差。按照實(shí)例6的比例重新布置陽(yáng)極，試生產(chǎn)成功。

2.4 生產(chǎn)實(shí)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(zhì)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(shí)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(nèi)(綁扎懸掛)，解決了工件尖端燒焦的故障。

2.5 生產(chǎn)實(shí)例9輔助陽(yáng)極的通電時(shí)間不當(dāng)

1)故障現(xiàn)象。合金鋼件表面鍍鉻，采用了輔助陽(yáng)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(shí)間、零件形狀、陰極電流密度、極間距離及輔助陽(yáng)極的位置影響低電流活化。保障工件表面活化的要點(diǎn)是活化電流密度小于3A/dm2;活化電流必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)連續(xù)慢慢逐步上升，t為2～10min;對(duì)于形狀復(fù)雜的工件采用輔助陽(yáng)極，工件活化時(shí)，不接通輔助陽(yáng)極以保障電流不過分集中，活化完成后立即接通輔助陽(yáng)極，并使電流上升到正常范圍。

本例就是輔助陽(yáng)極使用不當(dāng)所致，合理選擇輔助陽(yáng)極通電時(shí)機(jī)，故障排除。

2.6 生產(chǎn)實(shí)例10鍍槽尺寸對(duì)鍍鉻層的影響

1)故障現(xiàn)象。銅管結(jié)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(chǎng)發(fā)現(xiàn)由于生產(chǎn)任務(wù)緊，在該車間原來鍍小件的生產(chǎn)線上臨時(shí)對(duì)結(jié)晶器鍍鉻。該生產(chǎn)線槽體尺寸遠(yuǎn)小于原結(jié)晶器鍍鉻生產(chǎn)線，槽體剛剛可以容納結(jié)晶器放入。槽體過小導(dǎo)致槽內(nèi)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(zhì)量。

2.7 故障排除方法

1)對(duì)于復(fù)雜的工件鍍鉻，應(yīng)設(shè)置輔助陽(yáng)極，以保證深凹或內(nèi)表面的均勻沉積;

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

3)在不通電時(shí)，應(yīng)將陽(yáng)極取出清洗，陽(yáng)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(yīng)及時(shí)除去，避免鉻酸鉛產(chǎn)生影響陽(yáng)極導(dǎo)電;

4)合理布置陽(yáng)極，使整個(gè)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(yáng)極的鍍件，工件活化時(shí)不接通輔助陽(yáng)極，活化后立即接通輔助陽(yáng)極。

3 結(jié)語(yǔ)

物理因素、化學(xué)因素和幾何因素(包含相關(guān)的與尺寸、工藝處理等因素)是影響電鍍質(zhì)量的三個(gè)方面。就鍍鉻生產(chǎn)而言，陰極電流密度大、陽(yáng)極為不溶性金屬，因而陽(yáng)極尺寸、陽(yáng)極形狀對(duì)電鍍的影響更為明顯;同時(shí)，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(biāo);這些與尺寸和形狀位置關(guān)聯(lián)的指標(biāo)就是幾何因素。在分析故障時(shí)，工藝人員往往會(huì)更多地重視化學(xué)因素的影響，而幾何因素的影響也會(huì)通過化學(xué)因素表現(xiàn)出來，如果僅僅從化學(xué)因素去試圖解決，是不能達(dá)到目的的。