锌、铬、镀镍——主要区别

1. 介绍

锌, 铬合金, 和镀镍是三种最常见的金属表面处理选项.

每个都提供不同的组合 腐蚀保护, 戴阻力, 外貌, 形成性和成本.

锌通常是成本最低的钢牺牲保护剂; 镍 (电解或化学镀) 是一种多功能阻隔层和流平层; 铬 (装饰或硬铬) 提供经典的明亮镜面或非常坚硬的耐磨表面.

本文解释了每个系统的工作原理, 给出实用的数值范围和权衡, 最后给出了工程用途的选择指南.

2. 什么是锌电镀?

锌电镀 (也称为 电镀锌) 是在钢表面沉积一层薄薄​​的锌的过程, 铁, 或其他金属基材，以提高耐腐蚀性和表面外观.

它是最广泛使用的电镀技术之一，因为它具有 低成本, 多功能性, 和有效的牺牲保护

在工业实践中, 镀锌层分为两大类:

• 电镀锌: 薄的, 通过电解沉积施加均匀的涂层——常见于小型部件, 螺栓, 和配件.
• 热浸镀锌 (热镀锌) 锌: 厚的, 通过将钢浸入熔融锌中形成的冶金结合层 - 用于重型户外防护，例如结构梁, 管道, 和护栏.

锌电镀如何工作

镀锌操作于 电化学沉积原理, 那里的瘦, 均匀的锌层粘合到金属基材上 (通常是钢或铁) 以保护其免受腐蚀.

关键机制:

• 使用电解质 (氯化锌, 硫酸锌) 溶解锌阳极, 释放附着在阴极上的 Zn2⁺ 离子 (基材) 在电流作用下.
• 保护逻辑: 牺牲阳极保护——锌的电极电位 (-0.76 v) 低于铁 (-0.44 v), 所以它优先腐蚀以屏蔽基材. 腐蚀产品 (Zn(哦)₂, 氧化锌₃) 形成填充涂层孔隙的自愈屏障.
• 常见变体: 纯镀锌 (电镀/热浸镀) 和锌合金 (锌镍 10–15%, 锌铝 55%).

关键功能

• 耐腐蚀性: 钝化纯锌可实现 96-200 小时的中性盐雾试验 (国家安全局) 反抗; Zn-Ni 合金将此寿命延长至 720–1000 小时 (ASTM B117).
• 硬度: 70–150 高压 (纯锌); 200–300 高压 (锌镍合金) (ASTM E384).
• 涂层厚度: 5–25μm (电镀); 50–150μm (热浸镀) (ASTM B633).
• 统一: 出色——均匀地涂覆复杂的几何形状 (盲孔, 紧固件) 具有最小的边缘堆积.
• 温度稳定性: 限制为 <100°C (在此之上, 锌溶解加速).

典型技术数据

镀锌的优点

• 牺牲的 (电动) 腐蚀保护 — 锌是钢的阳极, 因此它首先腐蚀并在机械损坏点保护裸露的钢材.
• 低成本、高吞吐量 — 电镀锌是中小型零件最经济的腐蚀涂层之一; 热镀锌 (热镀锌) 在结构规模上具有成本效益.
• 良好的油漆/粉末涂层底漆 — 钝化的锌表面与油漆和面漆粘合良好, 启用双工系统 (热镀锌 + 画) 使用寿命很长.
• 多种外观选择 — 铬酸盐或三价钝化剂提供透明, 黄色的, 橄榄色或黑色饰面; 有机封闭剂和涂料扩大了美感.
• 广泛的可用性 / 成熟的供应链 — 许多加工车间和连续生产线; 标准硬件的交货时间短.
• 可回收且熟悉的冶金学 — 锌和钢是可回收的; HDG 生产出坚固的, 长寿命结构.
• 使用寿命范围 — 当正确指定时:

• • 电镀锌 (带钝化/面漆) 通常适合室内或温和的室外暴露 (盐雾比较性能通常在 几十到几百小时),
  • HDG 提供多年至数十年的户外保护 (涂层厚度通常 50–200 微米).

锌电镀的局限性

• 耐磨性有限 — 锌是一种相对较软的金属 (典型硬度 ~40–150 HV); 不适合作为滑动或高磨损轴承表面.
• 厚度 / 尺寸影响 — HDG 显着增加了厚度 (typ. 50–200 微米) 并会影响配合和公差; 电镀还需要配合零件的余量.
• 氢脆风险 — 电镀可以将氢引入高强度钢中; 减轻 (烘烤: 通常 190–230°C，持续 2-24 小时 取决于钢材和规格) 淬火/回火合金需要.
• 对薄电镀件进行适度长期的户外保护 — 单独薄电镀锌不足以应对恶劣的海洋或高腐蚀性环境，除非进行复涂.
• 电流兼容性 — 当与低贵金属或某些合金接触使用时，必须考虑电偶行为，以避免配合部件的加速腐蚀.
• 环境的 / 过程控制 — 铬酸盐转化和旧化学物质存在监管问题 (六价铬); 现代商店使用三价钝化剂或密封转化处理，但废物处理仍然是必要的.
• 不是结构表面 — 适用于需要高耐磨性或极高硬度的应用, 其他涂料 (硬铬, 热处理化学镀镍, 陶瓷覆盖层) 是首选.

镀锌的应用

电镀锌 (电镀锌)

最好的: 需要低成本和牺牲保护的中小型硬件和组件.
典型零件: 螺栓, 坚果, 洗衣机, 括号, 小型冲压件, 轻型紧固件, 家居五金.
为什么选择: 低单位成本, 钝化后的光亮饰面, 优异的油漆/粉末涂料底漆, 轻松的机架/生产线加工.
典型规格标注示例: “电镀锌, 最低限度 8 µm, 三价转化涂层 (清除), 如果是钢，则根据氢释放进行烘烤 > HRC X。”

热浸镀锌 (热镀锌)

最好的: 结构钢和户外暴露组件，需要较长的使用寿命和最少的维护.
典型零件: 梁, 两极, 护栏, 击剑, 结构支持, 室外管道.
为什么选择: 厚冶金涂层，具有牺牲/阳极保护和良好的机械韧性; 与绘画配合得很好 (双工).
典型规格标注示例: “热浸镀锌符合 ASTM A123 / ISO 1461; 平均涂层≥ 85 µm (或每个基材和环境).透明

锌 + 面漆 (画 / 粉末)

最好的: 增强耐用性和美观性; 双工系统 (HDG 或电镀锌 + 画) 大大延长恶劣环境中的寿命.
典型零件: 建筑金属制品, 汽车车身零部件, 户外装置.
为什么选择: 牺牲保护与屏障涂料的结合可延长使用寿命并改善外观.

3. 什么是镀铬?

镀铬, 也称为 电镀铬, 是一种表面处理工艺，可在基材（通常是钢）上沉积一层薄薄​​的铬金属, 铜, 或镀镍表面.

它被广泛使用 汽车, 航天, 工具, 和装饰行业 因其明亮的外观, 硬度, 和耐腐蚀性.

主要有两种类型:

• 装饰镀铬 (薄层, 0.1–1 µm) — 应用在镍上以增强美观性和适度的耐腐蚀性.
• 硬镀铬镀板 (厚层, 5–500 µm) — 用于耐磨, 低摩擦, 以及磨损部件的尺寸恢复.

Chromium 的卓越之处 硬度 (800–1000 高压) 和 低摩擦系数 (～0.15) 使其成为最耐用的金属涂层之一.

镀铬的工作原理

镀铬通常使用 电解过程:

1. 表面准备: 打扫, 脱脂, 和贱金属的酸活化.
2. 电镀: 该组件浸没在 铬酸 (三氧化铬) 和硫酸 (h₂so₄) 电解质.
   当电流流动时, 铬离子被还原并沉积在表面.
3. 漂洗 & 精加工: 电镀后, 该部件被冲洗, 有时抛光, 如果需要的话，进行烘烤以减轻氢脆.

典型工艺参数:

镀铬的主要特点

• 极硬的表面: 维氏硬度通常 800–1000 高压, 使其成为耐磨的理想选择.
• 高腐蚀性: 特别是当涂在镍或铜层上时.
• 出色的表面饰面: 为装饰部件提供高反射率和镜面外观.
• 低摩擦系数: 通常为 0.15–0.20, 有利于滑动或旋转部件.
• 抗温度: 保持表面完整性高达 〜400°C, 适用于工业和航空航天环境.
• 化学惰性: 耐氧化和大多数有机溶剂, 虽然容易受到强酸或强碱的侵蚀.

镀铬的优点

• 卓越的表面硬度 & 戴阻力 — 硬铬通常测量 ~600–1,000 高压 (依赖于过程), 使其非常适合滑动, 易磨损和易受冲击的表面.
• 低摩擦 & 抗磨损行为 — 铬的低摩擦系数 (约0.15-0.20) 提高活塞的寿命, 轴和模具.
• 卓越的外观效果 — 明亮的镍底层上的装饰性铬赋予其耐用性, 用于消费品和汽车装饰的镜面亮丽外观.
• 维度还原 & 可返工性 — 厚沉积物 (硬铬) 可以重建磨损的部件; 电镀后可对表面进行研磨/珩磨以达到严格的公差.
• 耐腐蚀性 (与右堆栈) — 镍上的装饰性铬充当耐腐蚀屏障; 硬铬提供合理的腐蚀保护, 特别是当铬微裂纹被面漆密封或双重时.
• 成熟技术 & 可预测的行为 — 对于许多工业应用来说，众所周知的冶金和过程控制.

镀铬的局限性

• 环境的 & 监管负担 — 传统六价铬 (cr⁶⁺) 浴室受到严格监管 (健康, 废水处理, 工人安全); 合规性会增加资本和运营成本.
  三价铬和替代工艺降低但并未消除复杂性.
• 工艺成本 & 吞吐量 — 镀铬需要专门的镀液, 废水处理和操作员控制; 与某些热喷涂选项相比，硬铬的速度相对较慢且每微米成本较高.
• 厚沉积物中的微裂纹 — 硬铬经常会产生细小的微裂纹，除非密封，否则会促进腐蚀, 双工的, 或与适当的底层/面漆一起使用.
• 氢脆风险 — 电镀铬可以将氢引入高强度钢中; 敏感部件必须经过去应力烘烤 (typ. 190–230°C 按规格) 以避免延迟开裂.
• 脆性 / 有限的延展性 — 厚铬相对较脆，不适合需要大型后板成型的场合.
• 复杂几何体的覆盖挑战 — 凹槽和深孔可以镀薄，无需特殊的固定装置或辅助阳极.
• 新兴替代方案 — HVOF 涂层, 陶瓷覆盖层, PVD 和优化的 EN 沉积可为某些应用提供具有竞争力的磨损/腐蚀性能，同时降低环境成本.

镀铬的应用——用在哪里以及为什么用

装饰镀铬 (镍薄层飞边)

• 汽车 修剪 & 车轮装饰 — 镜面处理, 耐刮擦性和消费者审美.
• 卫浴洁具, 家具硬件, 消费电子产品边框 - 明亮的, 耐用的外观.
• 首饰 & 建筑硬件 — 超过镍时的视觉一致性和抗变色性.

为什么使用它: 面向消费者的部件具有无与伦比的镜面光洁度和耐刮擦性; 快速视觉质量检查; 镍底层提供腐蚀保护和整平作用.

难的 (工业的) 铬合金 (厚的, 功能涂料)

• 液压和气动活塞杆, 轴, 起落架组件 — 耐磨性和耐磨损性, 电镀后易于重磨/珩磨.
• 挤压和成型工具, 注塑模芯 — 模具表面的滑动耐磨性和尺寸恢复.
• 发动机组件, 阀杆, 气缸, 泵轴 — 耐磨性和抗气蚀性.
• 劳斯莱斯, 轴承, 模具和耐磨板 — 非常高的表面硬度，适用于滑动和磨料接触.

为什么使用它: 结合了非常高的硬度, 低摩擦，能够通过剥离/复制或研磨来修复磨损部件; 经过重载工业循环的验证.

4. 什么是镀镍?

镀镍 是镍在基材上的受控沉积，以提供耐腐蚀性, 戴阻力, 表面找平, 可焊性或装饰性外观.

有两条主要商业路线:

• 电解 (电沉积) 镍 — 从硫酸盐/磺酸盐/氨基磺酸盐浴中电流驱动的镍沉积. 适用于装饰性光亮镍和功能性镍镀层.
• 电镍 (在; 自催化 is-p 或 ni-B) — 无需外部电流即可均匀沉积镍的化学还原过程; 广泛应用于厚度均匀性要求较高的场合, 需要覆盖内孔或复杂形状的电镀.

两条路线均已成熟, 用途广泛，广泛用于汽车领域, 电子产品, 油 & 气体, 工具和一般工程应用.

镍电镀如何工作 (流程总结)

电解镍 (基本步骤):

1. 表面准备: 脱脂, 酸洗/活化, 并冲洗以确保清洁度和附着力.
2. 罢工 / 底板 (选修的): 薄镍或铜触击可促进在某些基材上的附着力.
3. 电镀: 部分是含镍电解液中的阴极; 当电流流动时，镍离子在表面被还原.
4. 后处理: 漂洗, 钝化, 烘干, 有时还进行退火.

电镍 (在) — 关键化学 & 步骤:

• EN 浴缸使用 化学还原剂 (通常 低磷钠 对于镍-磷) 和络合剂以保持 Ni2⁺ 可溶.
  沉积是 自催化 一旦表面被激活 (钯或镍种子); 厚度几乎与几何形状无关.
• EN 存款并入 磷 (p) 或者 硼 (b) 存入存款; 磷含量控制微观结构和性能.

控制重要参数: 沐浴组合物, ph, 温度, 搅动, 浸泡时间 (为一), 电流密度 (用于电镀), 基材制备和浴污染控制. 可重复的腐蚀和硬度性能需要严格控制.

关键功能 & 材料数据 (典型的范围)

镀镍的优点

• 耐腐蚀性

• • 充当坚固的屏障涂层，将基材与氧气和湿气隔离.
  • 化学镀镍 10–13% 磷 在酸性或海洋环境中具有出色的耐受性.
  • 常见于暴露于恶劣工业或化学条件下的组件.

• 高硬度、高耐磨

• • 化学镀镍涂层通常可以达到 450–550 HV 沉积状态 并且可以达到 高达 700–1000 HV 热处理后.
  • 非常适合滑动表面, 磨损, 或机械应力 (例如。, 活塞, 齿轮, 模具).

• 厚度均匀 (电镍)

• • 化学沉积工艺提供了一致的层 复杂的几何形状, 内部孔, 和线程, 与电镀不同.
  • 保持严格的公差——对于航空航天和精密模具至关重要.

• 优异的附着力和相容性

• • 与钢铁和有色金属基材（例如钢）粘合良好, 铜, 黄铜, 和铝.
  • 通常用作 中间层 用于镀铬, 金子, 或镀锡以提高附着力和抗扩散性.

• 装饰饰面

• • 光亮或缎面镍产生反光, 有吸引力的表面.
  • 常用作 镀铬下的基层 用于汽车和消费品.

• 多功能性

• • 有多种配方可供选择 (低的-, 中-, 和高磷EN) 以满足电气, 磁的, 或与磨损相关的要求.

镍电镀的局限性

• 与锌或铬替代品相比成本更高

• • 化学镀镍要求 精确的化学控制和更高的材料成本, 使得低价值零件的经济性降低.

• 环境和安全法规

• • 镍盐和废品被列为危险品; 电镀设施必须遵循 严格的废水处理方案.

• 氢脆风险

• • 高强度钢在电镀过程中可能会吸收氢, 降低延展性. 电镀后 烘烤处理 (190–230°C，持续 2-4 小时) 需要防止开裂.

• 厚沉积物中的潜在脆性

• • 存款超过 50 µm 会产生内应力, 如果热处理不当会导致微裂纹.

• 降低电导率 (高磷EN)

• • 高磷含量会降低电导率, 除非进行修改，否则可能会限制在电触点或连接器中的使用.

• 如果没有适当的清洁，可能会出现粘附失效

• • 表面污染物, 氧化物, 或残留的油会显着降低附着力并导致剥落或起泡.

镀镍的应用

工业的 & 工程应用

• 液压系统, 泵, 和阀: 化学镀镍涂层可抵抗流体和压力造成的磨损和腐蚀.
• 模具: 硬镍层可保护工具免受聚合物磨损和化学侵蚀.
• 航天 成分: 用于执行器, 燃油系统零件, 以及磨损和腐蚀控制至关重要的配件.
• 油 & 燃气设备: 为井下工具提供耐化学性, 阀, 和压缩机.

装饰和消费应用

• 汽车零件: 装饰件采用镍铬饰面, 象征, 和排气部件可提供持久的光泽和防腐蚀保护.
• 家用五金及电器: 龙头本体, 手柄, 照明灯具采用缎面或光亮镍，呈现出高级美感.

电气和电子应用

• 连接器和终端: 化学镀镍提供良好的可焊性和扩散阻挡性能.
• EMI/RFI屏蔽: 非磁性, 高磷 EN 涂层是电子产品外壳和外壳的理想选择.
• PCB饰面: 为焊点提供抗氧化性和稳定的接触性能.

专业应用程序

• 精密仪器仪表: 用于光学安装座, 计量工具, 和航空航天仪表的尺寸稳定性.
• 医疗及食品设备: 化学镀镍确保光滑, 可清洁的, 和符合卫生标准的耐腐蚀表面.

5. 全面比较: 锌、铬、镀镍

6. 结论

锌、铬、镍镀层各自具有独特的优势, 使它们适合不同的工程和美学要求.

锌电镀 是最具成本效益的选择, 奉献 牺牲腐蚀保护 紧固件的理想选择, 括号, 和通用硬件.

它广泛应用于注重中等耐腐蚀性和低成本的场合，例如汽车底盘零件和工业配件.

镀镍, 相比之下, 交付 平衡的表现 — 结合耐腐蚀性, 磨损保护, 和明亮的表面.

化学镀镍尤其受重视 精确, 航天, 和石油 & 气体 其均匀的厚度和耐用性的应用.

镀铬 以其脱颖而出 出色的硬度, 镜面般的外观, 和耐磨性, 使其成为首选的选择 装饰饰面, 液压成分, 和工具表面. 然而, 它涉及更高的成本和更严格的环境控制.

 

常见问题解答

我可以用镍代替锌来防锈吗?

你可以, 但镍是 障碍, 不牺牲. 如果镍被破坏并暴露在外, 底层钢材可能会腐蚀. 适用于有划痕的户外钢材, 锌的牺牲保护通常更可取.

哪个耐磨性更好: 硬铬或化学镀镍?

硬铬 通常提供更高的硬度和更好的滑动磨损性能.

然而, 热处理化学镀镍 (厚沉积物, 老化) 可以达到类似的耐磨性，并且在均匀性和紧密的内部特征很重要的情况下通常是首选.

户外使用的镀锌层应该多厚?

对于较长的户外寿命，请指定 热镀锌 (典型值 50–200 µm). 薄电镀锌 (5–25 µm) 适用于有限的户外暴露或与油漆/面漆结合使用.

镀铬有环境限制吗?

是的——六价铬的历史使用带来了严格的监管和处置要求.

现在很多店都用 三价铬 装饰镀铬工艺，并对任何硬镀铬工作进行严格控制.

我的零件有盲孔和内孔 - 哪种表面处理最好?

电镍 提供最均匀的孔厚度和盲孔特征.

除非使用特殊的固定或电镀技术，否则凹槽中的电镀和铬往往会更薄.