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作者： 牟世辉[1]   袁艳[2]    姚淑霞[3] 
作者单位： 1. 沈阳理工大学,环境与化学工程学院,辽宁,沈阳,110168 
           2. 中国兵器工业第五九研究所 
           3. 燕山大学 
期 刊： 沈阳工业学院学报
摘　要:利用直角阴极法、远近阴极法和恒电量称重法研究了稳恒磁场对电镀铬的镀液及镀层性能的影响,并对其原因进行了分析.实验结果表明,稳恒磁场的加入对提高镀铬液的覆盖能力、分散能力及电流效率都有明显的影响.
关键词:稳恒磁场;分散能力;覆盖能力;电镀铬
中图分类号:TP273　　　文献标识码:A
　　由于铬层具有优良的性能,电镀铬在电镀工业中占有极其重要的地位,但如何提高镀铬的电流效率,提高电镀液的分散能力与覆盖能力一直是电镀工作者研究的主要问题[1,2].为了进一步提高电镀铬镀液、镀层的性能,本文利用外加稳恒磁场,对电镀液的分散能力、覆盖能力和电流效率进行了研究.
1　实验方法
1.1　稳恒磁场装置
　　当电流通过一个闭合线圈时,会产生感应磁场,磁感应强度的大小与线圈的匝数和通过的电流大小有关,磁场装置由两个空心线圈套在叠合硅钢片铁心上构成,线圈的匝数一定,当有一恒定的直流电流通过线圈时,则会产生一个稳恒磁场.实验中,塑料镀槽安放在两个线圈中间,阳极采用不锈钢作不溶性阳极,阴极采用普通碳钢试片(电镀时试片放在磁场中间),阴阳极面积比为1∶1,当通过镀件的磁力线与电力线平行时,称为平行磁场(B平),磁力线与电力线垂直时,称为垂直磁场(B垂).外加稳恒磁场强度采用电流控制法,根据磁场强度与电流的关系,即通过调整外加电流,来改变外加稳恒磁场的磁感应强度.
1.2　电镀铬镀液组成及工艺条件
　　电镀铬溶液采用标准镀铬液,其电镀工艺条件为:
　　铬酐　　　　　250g/L
　　H2SO42·5g/L
　　温度46~50℃
　　电流密度1·5~2·0A/dm2
1.3　性能测试
(1)镀液性能测试
　　采用远近阴极法、直角阴极法和恒电量称重法[3],分别在不外加稳恒磁场、施加平行稳恒磁场和垂直稳恒磁场的条件下,对电镀液的分散能力、覆盖能力和电流效率进行测试.(2)镀层性能测试
　　参照国家标准GB6458-86,用DCTC1200P型盐雾试验箱对试样进行金属覆盖层中性盐雾腐蚀实验(NSS实验).腐蚀液用NaCl(分析纯)和蒸馏水或去离子水来配制.溶液的浓度为50±5g/L,pH值为6·5~7·2,箱内温度为(35±2)℃.
2　实验结果与讨论
2.1　稳恒磁场对镀铬液性能的影响
2.1.1　对覆盖能力的影响
　　采用直角阴极法,以电镀层光亮面积占阴极电镀总面积的百分比计算其覆盖能力.实验结果见表1.

　　从表1可以看出,随着磁感应强度的增加,镀铬液的覆盖能力有明显的增加,且外加平行稳恒磁场对镀铬液覆盖能力的影响比外加垂直稳恒磁场显著.其原因是,在无外加稳恒磁场时,离子运动轨迹与电力线轨迹一致,在直角阴极内侧因为发生屏蔽作用而使电力线分散较少,因此无法得到光亮的镀层.当施加稳恒磁场时镀铬液中的离子在受到电场力作用的同时,还受到了磁场力的作用,使离子的运动轨迹发生了变化,削弱了屏蔽作用,在直角内侧也得到了光亮的镀层,从而提高了覆盖能力。
2.1.2　对分散能力的影响
　　采用远近阴极法,使远近阴极与阳极的距离比为5∶1,电镀相同时间后称量远、近阴极上沉积金属的量并代入下列公式计算镀液的分散能力[2].实验结果见表2.
         TP= (K- M近/M远)/(K-1)
　　式中:TP为分散能力(%);K为远阴极与阳极和近阴极与阳极距离之比;M近为近阴极镀后增重(g);M远为远阴极镀后增重(g).

　　数据结果表明,电镀铬时施加稳恒磁场后,随着磁感应强度的增加,镀液的分散能力有所提高.同时还可以看出,垂直磁场比平行磁场对镀液的分散能力影响显著.其主要原因是:施加稳恒磁场后,金属离子在磁场力的作用下,传质过程加快,粘滞系数下降,使镀液的电导率提高.在施加垂直磁场时,金属离子受到的磁场力比平行磁场大,因此垂直磁场对镀液的分散能力的影响显著一些.
2.1.3　对电流效率的影响
　　采用恒电量称重法测量电流效率,测量结果见表3.

　　从表3可以看出,稳恒磁场对电流效率的影响很小,虽然随着磁场强度的增加电流效率有所增加,但是电流效率增加的幅度不显著.
2.2　稳恒磁场对镀层性能的影响
　　盐水浸泡:采用5%的NaCl溶液分别对各工艺条件下的试片进行加速腐蚀实验.结果见表4.

　　中性盐雾试验:参照国家标准GB6458-86,用DCTC1200P型盐雾试验箱对试样进行金属覆盖层中性盐雾腐蚀实验(NSS实验).结果见表5.

　　通过盐水浸泡试验和中性盐雾实验结果可以看出,施加稳恒磁场对电镀铬层的耐蚀性产生了影响,在施加平行磁场后,镀铬层的耐蚀性有所提高,且其耐蚀性随磁感应强度的增加而提高,这是由于平行磁场的作用使镀铬层表面质量细致均匀的结果;施加垂直磁场后,镀铬层的耐蚀性降低,这是由于垂直磁场的加入使镀层表面质量粗糙而造成的,且垂直磁场的磁感应强度越大,耐蚀性越差.
3　结论
　　(1)外加稳恒磁场对镀液的分散能力、覆盖能力和电流效率都有不同程度的影响.平行磁场对镀液的覆盖能力影响较为显著,垂直磁场对镀液的分散能力影响较为显著.
　　(2)外加稳恒磁场对镀层性能有一定影响,由于平行磁场使镀层结晶细致均匀,因此外加平行稳恒磁场提高了镀层的耐蚀性;垂直磁场则对镀层性能有不良影响.
参考文献:
[1]安茂忠,屠振密.电镀Zn、Cu、Ni、Cr及其合金的研究进展[J].电子工艺技术,2001,(1),5-10.
[2]关山.张琦.胡如南.电镀铬的最新发展[J].材料保护,2000,(3),1-3.
[3]任广军,周琦.电镀理论与工艺[M].沈阳:东北大学出版社,2000 ,85-96.