真空离子镀铬合金厚膜替代电镀硬铬工艺研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)大连理工大学材料科学与工程学院 作者:陈宝清

  离子镀功能厚镀膜主要用于提高工件耐磨性和耐蚀性,膜层厚度40 μm 以上。离子镀铬合金厚镀膜代替电镀硬铬工艺研发,已取得满意成果,可以投入工业生产,可以向社会提供技术及专用设备。

  电镀在工业上应用极其广泛,已深入到各个领域,在抗大气腐蚀节省资源做出巨大贡献。电镀生产过程中有三废排放,又产生六价铬,使用氰化物,对环境污染严重损害人体健康。而离子镀是在真空环境进行操作,不用酸碱盐,不产生六价铬,更不用氰化物,所以对环境没有污染对人体无害。《真空离子镀替代电镀技术》课题,1981 年在国家计委立项,1982-1983 年间得到国家计委资助,离子镀替代电镀势在必行,也是最好选择。

  离子镀膜根椐膜层厚度可分离子镀薄膜及离子镀厚膜, 离子镀薄膜其膜层厚度均在1μm~6 μm,主要用在装饰膜及刀具超硬膜制备,离子镀厚膜,膜层厚度40 μm 以上,主要用在功能膜如高硬度耐磨膜、耐蚀膜及耐热膜等制备。电镀硬铬在机械制造业中应用很广泛,膜层厚度200 μm 左右,硬度Hv700-900。我们研发《真空离子镀铬合金厚膜替代硬铬工艺》,镀铬合金厚膜厚度为56 μm,硬度为Hv1860,使用寿命比电镀硬铬高出近一倍。

  离子镀厚膜制备主要困难是如何防止膜层脱落,我们从镀膜工艺优化及膜层结构设计做了大量研究工作,有我们自已专利技术及工艺,很好解决这个难题。

1、电镀与离子镀技术特点

  1.1、电镀特点

  我国电镀现状:我国电镀工厂又多又分散,以中小型为主,加上近几年周边地区和一些国家又将电镀工厂相继迁移到大陆,虽然国家早有规定:不再批准建立电镀工厂,对现有电镀工厂加以整顿,但有些电镀工厂转入到农村,偷着干“电镀”,所以我国电镀行业对环境污染更为严重, 中国电镀企业己达2 万多家,每年向环境排放大量污染物,至少包括:固体废物五万吨,酸性气体三千万立方米;含重金属离子废水四亿吨。

  电镀特点:

  (1) 电镀在工业中应用已久,深入到各个领域,设备简单,工艺容易操作。

  (2)耗费大量的水、电、金属等宝贵资源。

  (3)电镀严重污染着我们的青山、绿水、蓝天。

  (4)电镀过程中产生有毒物质如六价铬,氰化物等对人体有害。

  (5)电镀层中有镉、镍元素,易引起皮肤癌。

  (6)电镀膜与工件之间没有过渡层,影响附着性。

  (7)组织为柱状晶,有气孔不够致密,影响耐蚀性。

  结论:根据自腐蚀电位越高耐蚀性越好的原则,离子镀铬合金和离子镀铬的耐蚀性都好于电镀镍及电镀硬铬。

  (6) 砂轮磨损破坏性试验

  离子镀铬合金厚膜工件与电镀硬铬工件同时进行砂轮磨损破坏性试验, 其结果:电镀硬铬磨损50 s 膜层全部被磨掉,而离子镀铬合金镀膜磨损90 s 膜层才被磨掉。也就是说离子镀铬合金厚膜的耐磨损性比电镀硬铬高出近一倍。

  结论:离子镀铬合金厚镀膜比电镀硬铬膜层厚度薄的很多,但硬度高、耐蚀性好而且耐磨损高出近一倍。为什么会有这样结果?其原因:

  ①离子镀膜与基材之间有较宽过渡层,附着性好。

  ② 离子镀膜层致密性好没有气孔等缺陷,耐蚀性好。

  ③ 离子镀铬合金厚镀膜硬度高,耐磨性好。

  (7) 离子镀铬合金厚膜与电镀硬铬成本核算

  电镀硬铬(膜层厚度为200 μm)成本:每平方分米为7 元(7 元/dm2); 离子镀铬合金厚膜(膜层厚度为60 μm)成本:每平方分米为6 元(6 元/dm2)。结论:离子镀铬合金厚膜成本比电镀硬铬成本低。离子镀厚膜在镀膜工艺优化及膜材设计还有降低离子镀厚膜成本潜力可挖。

  最后结论:所以离子镀铬合金厚镀膜代替电镀硬铬工艺是可行的,可以投入工业生产,可以提供《真空离子镀厚膜专用机》及离子镀厚膜工艺。

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