圓形輥橫向旋轉電鍍硬鉻

王慶浩， 張彥龍

（1.東莞市常晉凹版模具有限公司，廣東 東莞523570；2.東莞運城制版有限公司，廣東 東莞523500）

0 前言

目前圓形輥電鍍硬鉻基本都采用垂直井式電鍍硬鉻的方法。該方法存在鍍層沉積慢、均勻性差、麻點針孔幾率高等缺點。本文提出一種橫向旋轉電鍍方式，雖然設備初期投資相對較高，但產品質量好，值得硬鉻廠家采用。

1 橫向旋轉電鍍設備簡介

（1）設備分為電鍍槽（上槽）和儲液槽（下槽），鍍液儲存在下槽，電鍍時鍍液通過鈦泵抽到上槽。

（2）儲液槽內有加熱管、冷卻鈦管和攪拌裝置。

（3）設備由PLC 控制，工藝參數調整方便，工作狀態顯示直觀。

（4）導電方式采用碳酸或水銀環，保證足夠的電流通過能力。

（5）鍍槽陽極采用鈦基鉑金涂層陽極，象形結構，保證電流分布均勻。

（6）設備帶有排風、鉻霧回收裝置。

2 實驗

鍍液組成：CrO3250g／L，Cr3+2.6g／L，H2SO42.7g／L，硬鉻添加劑VOP-873 20mL／L（德國維恩公司），（55±2）℃。井式吊鍍采用鉛-銻（8%）陽極和自制的電鍍設備；橫向旋轉電鍍采用德國燒結式鉑金涂層陽極和東運機械制造有限公司生產的DYCr1700C型橫向旋轉鍍鉻機。

采用多點測試法檢測鍍層厚度，并測試鍍層均勻性和電流效率。采用多點測試法檢測鍍層硬度。采用顯微觀測法測試鍍層微裂紋和缺陷。采用多點測試法檢測鍍層表面粗糙度。

井式吊鍍工藝條件：電流密度30A／dm2，總電流3 450A，電鍍時間300min，溫度55～66℃。

橫向旋轉電鍍方法，如圖1所示。液位浸入面積比例75%，電流密度60A／dm2（以實際浸入面積計算，如果將所有面積計算在內，平均電流密度為45A／dm2），總電流5 175A，電鍍時間200min，溫度56～58℃，旋轉線速度0.5m／s。

圖1 橫向旋轉電鍍方法

3 結果與討論

3.1 圓周方向鍍層的均勻性

測試位置為圓形輥中間位置，圓周間隔角為60°，排除圓形輥兩端尖端效應的影響。

通過測試得出：橫向旋轉電鍍方式所得鍍層的均勻性比井式吊鍍方式所得鍍層的提高了73.0%。鍍層分布不均勻主要是由電流分布不均勻引起的，因素有陰陽極距離、陽極導電均勻性、鍍液成分均勻性等。對于橫向旋轉電鍍方式，圓形輥周向任何一個施鍍點的狀態都是一樣的，出現的幾率也相同，如果陰極導電和轉速均勻，鍍層的周向均勻性可以做到絕對的均勻。而井式吊鍍方式，圓形輥在施鍍過程中不可能絕對居中，陰陽極距離就會有差異，陽極的導電性能也不可能一樣，同時陽極懸掛間距、表面積、電化學性能也會存在一定差異，所以該方式沉積厚度周向會存在很大差異。

3.2 軸向鍍層的均勻性

通過測試得出：橫向旋轉電鍍方式所得鍍層的均勻性比井式吊鍍方式所得鍍層的提高了68.3%。原因如下：

（1）橫向旋轉電鍍陰陽極距離可調，在保證電流分布均勻的情況下，陰陽極距離越小，越能夠減小尖端效應，避免圓形輥兩端鍍層沉積過厚；而井式槽為了能夠滿足大直徑輥的要求，一般陰陽極距離相對較大，且不可調整；

（2）橫向旋轉電鍍陽極可以根據實際圓形輥的長度進行遮擋，使陽極工作面與圓形輥一致，從而避免圓形輥兩端鍍層過量沉積；而井式槽陽極為了滿足不同圓形輥長度的需要，一般都較長，生產中難以進行遮擋，所以尖端效應嚴重，圓形輥兩端沉積過厚的鍍層很難避免；

（3）井式吊鍍過程中陰陽極表面產生大量的氣泡，降低鍍液的導電性能；而橫向旋轉電鍍方式雖然也存在氣泡，但高度僅僅限于圓形輥的直徑，同時因版輥旋轉，所以這種影響可以忽略。

3.3 電流效率

通過計算可知：橫向旋轉電鍍硬鉻的電流效率比井式吊鍍的高5.17%。原因在于：電鍍硬鉻的電流效率隨電流密度的增加而提高。因為橫向旋轉電鍍硬鉻工藝可以使用更高的電流密度，所以電流效率會大幅度地提高。

3.4 表面粗糙度

該測試可以從微觀上判斷鍍層微觀均鍍能力，從而判斷鍍層是具有正整平能力，還是負整平能力，同時可以評價鍍層在光亮度方面的性能。

通過測試得出：橫向旋轉電鍍方式所得鍍層的粗糙度Ra和Rz相對于井式吊鍍方式所得鍍層的分別提高了63.4%和61.7%。鍍層粗糙度與圓形輥鍍前的粗糙度比較可知：橫向旋轉電鍍層具有正整平能力，而井式吊鍍電鍍層則具有負整平能力。原因分析如下：

（1）橫向旋轉電鍍方式在電鍍過程中，版輥處于0.5m／s的旋轉，同時上液泵也具有一定的攪拌作用，能夠減小濃度極化，電流密度上限得以提高，在電鍍過程中可以使用更高的電流密度，同時有效減小了鍍層燒焦的可能；

（2）橫向旋轉電鍍方式在電鍍過程中，陰極表面產生的氣泡能隨版輥的轉動迅速脫離鍍層表面，有效減少因氣泡的殘留而造成的鍍層微觀不均勻。

3.5 鍍層硬度

通過測試得出：橫向旋轉電鍍方式所得鍍層的硬度比井式吊鍍方式所得鍍層的提高了8.81%。采用橫向旋轉電鍍，通過上液泵的攪拌和版輥旋轉，可以大大加快鍍液傳質速率，從而提高電流密度上限，生產中就可以使用更高的電流密度。這也是提高鍍層硬度的有效方法。

3.6 表面裂紋率

采用橫向旋轉電鍍工藝，鉻層表面的裂紋比井式吊鍍工藝的優良，裂紋深度和寬度也比后者的小。這主要是由于圓形輥在生產中采用旋轉方式，鉻層的沉積有一定的周期性。當圓形輥表面a點（見圖2）遠離陽極，甚至在液面以外，電流密度極小或沒有，低于鉻層沉積電流密度下限。也就是說，此位置的工件表面沒有鍍層沉積。當a點旋轉到側面或底面位置時，鍍層連續沉積。假設在整個電鍍過程中圓形輥旋轉1 000 圈，可以理解為整個鉻層是由1 000層組成的。鉻層的裂紋是由于氫離子和六價鉻離子同時還原，大量氫原子瞬間夾在鉻層中間，當氫溢出鉻層后，鉻層的體積縮小、在薄弱位置形成裂紋。當鉻層的層數越多，形成的裂紋就會越多越淺，經過無數層的鍍層相互疊壓，穿透性的氣孔等缺陷就會消失。所以，橫向旋轉電鍍硬鉻方式在提高鉻層裂紋數的同時，也會提高其防腐能力。

圖2 橫向旋轉電鍍過程周向

3.7 表面缺陷

因鍍層較厚，不能采用貼試紙法檢測孔隙率，只能夠采用50倍放大鏡檢測視野中的可見缺陷。

通過測試得出：橫向旋轉方式所得鍍層的缺陷比井式吊鍍方式所得鍍層的減少了77.3%。原因分析如下：

（1）橫向旋轉電鍍方式，圓形輥在電鍍過程中處于旋轉狀態，電鍍過程中陰極表面產生的氣泡能夠迅速脫離基體，避免氣泡在缺陷處停留，造成缺陷狀態擴大；

（2）井式吊鍍采用鉛作陽極，鍍液中的固體不溶物較多，電鍍過程中，圓形輥表面很容易黏附固體不溶物，鍍層出現缺陷的幾率就會很高；而橫向旋轉電鍍方式，電鍍過程中圓形輥處于旋轉狀態，鍍液中即使有固體不溶物，也不會在版輥表面黏附，就避免了缺陷的產生。

4 結論

對兩種電鍍硬鉻方式所得鍍層的性能進行了測試。橫向旋轉電鍍硬鉻在鍍層均勻性、電流效率、硬度、整平性能、光亮度等方面都優于井式吊鍍方式。