无裂纹电镀铬出现裂纹的原因探析

无裂纹电镀铬出现裂纹的原因探析

鲍彬 崔立伟

山西航天清华装备有限责任公司 山西 长治 046012

摘要：某无裂纹的电镀铬产品出现了较为严重的裂纹缺陷，使其整体质量与性能受到了影响，为解决电镀铬产品的裂纹问题，本文中则从裂纹的故障特征与常见的电镀过程中可能导致产品出现裂纹的因素进行分析，并结合离子色谱法等对电镀液的杂质含量进行测定，根据实验结果得出了产品出现裂纹是由于电镀过程中铜件掉入含有六价铬离子的电镀液中，并与其反应生成三价铬离子。

关键词：电镀铬；裂纹；原因探析

无裂纹电镀铬的整体应用较为广泛，如无裂纹电镀铬可以用于汽车、航天等领域，因此无裂纹电镀铬对镀层的裂纹缺陷情况的要求较为严格， 这也使得其整体使用寿命较长。导致电镀铬镀层出现裂纹故障的因素较多，本文通过对电镀液中各杂质的含量进行分析，得出了某六价铬电镀体系中出现裂纹的原因。

一、电镀铬的裂纹故障特征

在进行无裂纹电镀铬的工业生产过程中，某使用了新配电镀液的工件在电镀后出现裂纹，使其整体性能受到严重影响。对出现裂纹缺陷的工件进行渗透探伤测试的过程中，可明确发现该工件的裂纹缺陷呈红色条纹状，该工件在电镀时所使用的电镀液中含有250 g/L的铬酸酐以及2.5 g/L的硫酸，本文则主要针对电镀液对工件裂纹的影响进行分析。

二、电镀时产生裂纹的原因

在电镀过程中导致工件出现裂纹的原因较多，本文主要从工件前期加工中可能存在的问题以及电镀过程中的问题两方面进行分析。在对工件进行前期加工时，由于操作不规范等原因，可能会导致加工后的工件表面存在划痕、凹陷等，使得工件的表面处理工作没有达到预期，造成在对工件进行电镀时出现裂纹，严重影响工件的整体质量。而在电镀过程中，也存在部分影响工件质量的原因。首先，电镀过程中的电流密度对镀层有一定影响。若电流密度不均，则会导致工件表面的铬层出现厚度不一致的问题，使得工件更容易出现裂纹。同时在电镀过程中应当严格控制电镀液温度，若电镀液的温度过高，则会使得铬层内部存在一定的压力差，造成铬层内部应力问题较为严重，也会使得电镀后的工件出现裂纹。其次，电镀液的质量对工件的裂纹也有一定影响，如电镀液存在较多杂质、所使用的添加剂不纯等，都会直接影响镀层质量，导致电镀后的工件更为容易出现裂纹。

三、出现裂纹的原因验证与分析

本文中对生产线中使用的新配电镀液的成分进行分析，电镀液中常见的杂质元素包括氟元素、氯元素、铁元素、铜元素以及铝元素，在实验中，针对不同的杂质元素制定了测定方案。其中，氟元素以及氯元素可通过离子色谱分析法进行测定。而铁元素、铜元素、铝元素的含量则需要根据电感耦合等离子体质谱法进行测定，且在测定过程中，由于电镀液中含有大量的六价铬离子，可能会对测定结果产生影响，使得测定结果不够准确，故需要将电镀液进行稀释，本次测试中将电镀液稀释100倍后进行了铁元素、铜元素、铝元素的测定。根据测试结果可明确发现，在电镀液中只含有极少量的氯离子以及少量的亚铁离子、铝离子，而电镀液中并没有测定出氟离子，但电镀液中铜离子的含量高达660 mg/L，说明在该电镀液中主要含有的杂质元素为铜元素。

该无裂纹电镀铬生产线中使用的工件一般为304不锈钢以及316不锈钢，其中都不含有铜元素，即电镀液中的铜离子与工件无关。但在生产过程中，为促进阳极与电网的接触，提升电镀效率，通常会使用铜棒作为不溶性阳极，即铜棒在生产过程中会接触到电镀液，故可初步确定电镀液中出现的大量铜离子与此有关，并导致工件在电镀后出现大量的裂纹。针对这一猜想，本文进行了以下的实验探究。

取20 mL电镀液于试管中，向其中加入紫铜试件，确保紫铜试件能够完全浸没在电镀液中，静置40天观察紫铜试件与电镀液的颜色变化并完成相关记录。在实验过程中，可明确发现初期时电镀液的颜色没有明显变化，整体呈现橘红色，而随着紫铜试件在电镀液中浸泡时间的增加，电镀液的颜色也在逐渐加深。即紫铜试件可能在浸泡过程中被电镀液腐蚀，并导致了电镀液的颜色变化。为分析电镀液的颜色加深是否是由于铜离子引起的，本文中也进行了后续实验，通过在电镀液中加入含有铜离子的溶液，观察到电镀液的颜色没有明显变化可知，铜离子并不会引起电镀液的颜色变化，即造成电镀液颜色改变的可能是铜在腐蚀过程中的另一种产物。

由于原电镀液中含有大量的六价铬，腐蚀过程中可能发生铜与六价铬的反应，并生成铜离子与三价铬离子，故猜测铜腐蚀过程中的另一种产物可能是三价铬。本文中对浸泡紫铜试件后的变色的电镀液进行三价铬离子含量的测定，测定过程中主要采用分光光度法。首先，将三氧化铬溶液作为背底溶液，并以磷酸为屏蔽剂，可得到三价铬离子的吸光度曲线，根据结果分析可知，三价铬离子的信号峰位于波长579 nm附近，故可以此为基础进行三价铬离子质量浓度的测定。经过测定，在浸泡紫铜试件的电镀液中，含有三价铬离子的质量约为0.53 g/L。而在对新配电镀液进行检测时，则可发现新配电镀液中不含三价铬离子，说明三价铬离子为紫铜试件在被腐蚀的过程中所生成的另一种产物。

为进一步验证三价铬离子是否为导致电镀铬工件出现裂纹的原因，将含有三价铬离子的溶液加入新配置的电镀液中，观察电镀液的颜色变化，可发现电镀液的颜色变深，基本与浸泡紫铜试件的电镀液颜色一致，说明导致电镀液颜色变化的主要因素是铜与六价铬离子反应生成的三价铬离子。在新配置的电镀液中，六价铬离子基本以重铬酸根离子的形式存在，而重铬酸根离子具有强氧化性，当铜棒掉入电镀液后，铜与重铬酸根离子会在酸性环境中发生氧化还原反应，使得电镀液中含有三价铬离子以及铜离子，并导致电镀液中氢离子含量降低，酸性减弱。常规监测电镀液的方法主要为对电镀液中硫酸根离子的浓度进行检测，不能及时发现电镀液中氢离子、六价铬离子浓度的变化，使得上述问题没有得到及时解决。

四、解决电镀铬出现裂纹的方法与预防措施

根据上述分析可知，导致该生产线工件出现裂纹的主要原因是铜棒在电镀过程中掉入电镀液中，与电镀液中的六价铬离子发生反应。为解决这一问题，可选择在电镀液中加入亚硝基苯胲铵盐作为专业去铜剂，其用量应为电镀液中所含铜离子的二倍。在配置去铜剂的过程中，所使用蒸馏水与亚硝基苯胲铵盐的质量比应为5:1，将配置完成的去铜剂溶液加入电镀液之中，并升高温度至50℃左右，充分搅拌混合液后静置，在3至5天即可发现混合液中有大量的铜渣。在过滤铜渣后，还需要在混合液中加入一定量的硫酸，以调整其酸度。而电镀液中所含有的三价铬离子则可以通过电解的方式除去，但在电解过程中应注意使用大阳极小阴极，即确保阳极面积为阴极面积的20倍至30倍。

为防止电镀过程中再次出现上述问题，需对电镀过程进行一定的预防措施。在电镀过程中应关注铜棒及铜挂钩等状态，尽量避免其接触电镀液，若发生铜棒掉入电镀液的问题时，应立即打捞铜棒，防止铜棒被腐蚀。同时，也应当对电镀液的状态进行定期监测，如可以定期监测电镀液的酸度等，以保障电镀液能够处于正常状态，防止由于电镀液中含有杂质离子浓度过高而影响工件质量，尽量避免工件出现裂纹。

总结

本文根据某无裂纹电镀铬生产线中的工件出现大量裂纹的问题展开分析，并对该裂纹的成因进行实验探究，最终解决了该生产线中的工件裂纹问题，对提升无裂纹电镀铬生产线工艺水平具有一定帮助。

参考文献：

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