镀铬（铬 plated）是一种将铬镀制在金属或其他物体表面，形成一层铬镀层的工艺。镀铬工艺类型可分为防护-装饰性镀铬、镀硬铬、镀松孔铬等，不同的镀铬工艺具有不同的性能和使用场合。常见的镀铬方法有电镀铬、化学镀铬以及物理镀铬。
镀铬可以提高产品的耐腐蚀性、美观性和耐磨性等性质，其硬度可根据镀液成分和工艺条件不同，在400～1200HV范围内变化，其光泽性和硬度在500℃以下加热时无明显变化，超过500℃开始氧化变色，超过700℃硬度开始降低。其镀层在可见光范围内的反射能力约为65%，介于银（88%）和镍（55%）之间，且因铬不变色，能长久保持其反射能力。该工艺广泛应用于汽车行业、家居装饰、电子产品、航天船舶、化工设备管道以及武器制造等领域。由于环保的要求，三价铬盐镀铬、非电解镀铬以及合金镀铬等新兴工艺成为了镀铬工业未来主要的发展方向。镀铬工艺中含有六价铬的废水废气具有毒性，会污染水体、大气和土壤，也会诱发人体的癌症等疾病。
发展历史
镀铬工艺的发展历史可以追溯到18世纪末和19世纪初，由于工业革命的兴起，人们对金属表面的装饰和保护需求开始增加。镀铬工艺在这个时期得到了初步的探索和应用。德国科学家格特（Gerther）博士是使用铬酸钾作为电解液，在电解槽中通电，将铬金属沉积在待镀物表面，形成铬镀层。
1920年开始，美国芬克（Fink）博士和埃尔德里奇（Eldridge）提出电镀铬工艺，使用铬酸溶液进行镀铬。提升六价铬镀铬技术，可以形成商业性镀铬技术和较为标准的镀铬工艺。而科学家卡斯帕（Kasper）等人完善了六价铬镀铬理论。而德国的哈尔斯研究所开始在本生（Bunsen）的基础上开发一种新的镀铬工艺，即三价铬镀。这项技术的研发成果于1920年代公布，在全球范围内受到关注。30年代开始，镀铬工艺开始应用于中国的工业生产之中。
在20世纪中叶，电镀技术继续改进并更加广泛应用。新的电解液配方和更先进的电镀设备应用于工业化生产。镀铬技术不仅应用于金属制品的装饰，还广泛用于提高材料的耐腐蚀性和耐磨性，例如汽车零部件、家具、门把手等。而到了在20世纪末和21世纪初，人们开始关注传统镀铬工艺的环境影响。许多国家和组织开始制定严格的环境法规和标准，要求减少或淘汰有害物质的使用。镀铬工艺在过去几十年中经历了持续的发展和改进。环保型电解液、自动化控制和材料科学使镀铬工艺实现了更高的环保性能和可持续性。
应用领域
汽车行业
镀铬是汽车行业中最常见的表面处理技术之一。许多造型结构复杂的镀铬件可应用于汽车内外饰零件、开关、仪表、电子器件等部件上，主要用于提供装饰效果和防腐耐磨性能。镀铬技术使得汽车零部件具有金属外观，提升了车辆整体的美观度。镀铬层也具有一定的耐腐蚀性，可以保护汽车零部件免受环境中的腐蚀。
家居装饰
家具、水龙头等家居产品经过镀铬处理后，表面光滑、具有镜面效果，能够提高产品的外观金属质感、整体美观度和装饰性。镀铬还可以提供防腐蚀保护，延长家具的使用寿命。如果光亮度不足，应该调整使用电解溶液溶质配比，去除其中金属杂质，解决多大的电镀故障从而使得电子产品的镀铬层光亮度达标。
电子产品
电子设备中的金属外壳、按键、接口、电源等部件常使用镀铬工艺进行表面处理。镀铬能够提供金属表面的光泽、耐磨性以及抗氧化性，还能保证导电路径良好的电气连接、信号传递和导电性能，也能保护电子产品的内部结构。镀铬层可以减少电磁干扰，可以提升电源输出波形，负载能力和功率，从而实现稳定输出和可靠控制。
航天船舶
飞机航空和船舶的部件经常使用镀铬工艺进行防腐蚀和装饰处理。镀铬能够提供良好的耐腐蚀性和耐高温性能，也能减轻金属零部件的重量。在钛合金零件上电镀白铬和硬铬，使得零件具有结合力良好的镀铬层，可用于飞机起落架的设计。
化工设备管道
化工设备和管道经常受到腐蚀性介质的侵蚀，而镀铬层能够提供优异的耐腐蚀性能，保护设备和管道不受腐蚀。镀铬层还能提供更为平滑的表面，减少介质的摩擦损失。
塑料制品
在塑料表面进行镀铬处理，可以提升塑料制品表面光洁度。镀铬层能提供一定的耐磨性和耐腐蚀性，增加塑料制品的使用寿命，保证塑料表面的稳定性、安全性及粘附力，从而应用于更多领域。主要是使用ABS塑料进行电镀。
武器制造
在枪支、火炮的身管等关键部位形成一层坚硬的铬层，可以有效地防止金属武器受到腐蚀和锈蚀的影响，显著提高武器的硬度和耐磨性，延长武器的使用寿命，也使得武器具备良好的外观和光洁度。铬层具有较低的摩擦系数，可以减少武器在使用过程中的摩擦力，从而提高操作的顺畅性和准确性。在武器需要散热的部分进行镀铬处理，也能可以确保武器的可靠性和部件的正常工作温度。优化电镀工艺也可以有效防止武器上的镀铬层损伤退化。
镀铬方法
在实际应用中，镀铬方法可以根据不同的原理和工艺特点进行基本分类。主要包括电镀铬、化学镀铬和物理镀铬。
电镀铬
电镀铬是最常用的镀铬方法之一，它通过电化学反应在物体表面沉积一层铬镀层，使其表面光亮、抗磨损、防腐蚀，可用于功能镀层和装饰镀层的制备中。电解镀铬的主要步骤可分为预处理、选择电解液、电解过程以及后处理。
预处理是通过对物体表面清洁和处理，除去杂质从而提升镀层的附着力和均匀性。而常用的电解液包括铬酸、硫酸铬和三氯化铬等。这些电解液中含有铬离子，可提供铬源用于镀铬过程。在电解过程中，通过施加适当的电流和控制pH值、温度、搅拌速度和电流密度等参数，铬离子在物体表面还原成铬，并沉积形成一层铬镀层。电流密度的控制对于获得均匀的镀层非常重要。完成镀铬过程后，经过后处理步骤，如抛光、清洗和涂层等，可以提高镀层的光泽度和耐腐蚀性能。
其中，以铬酸为原料的电化学阴极反应式根据电流的不同可以三种：
在阴极低电流区：
在阴极中电流区：
在阴极高电流区：
而在电镀和电沉积的过程中，由于阴极产生大量氢气，一些没有形成氢气的氢原子可能会进入电镀基质或者镀层中，极大得增加了材料的脆性，称为“氢脆”。在这个过程中也可能伴随着氧气在液面上产生大量的铬酸雾滴，对环境造成破坏。需通过浮体法或加入泡沫抑制剂处理。在航空航天等对于镀铬抗拉强度高的领域中，电镀后3h内必须进行除氢处理。
此外，在电镀过程中，镀液中可能会存在Fe3+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ni2+等金属离子和Cl-、NO3-。这使得电解液分散度降低，导电性变差，可通过阳离子交换树脂、电解预处理以及电解阴极还原等方法处理。
电镀铬方法制备的铬镀层具有高光泽度和镜面效果，以及出色的抗腐蚀性和耐磨性。这使其在工业领域得到广泛应用，具有高效、可控性强和成本较低的优点。电镀铬过程中存在一些技术难题和工艺限制。一方面，较厚的铬镀层可能导致物体变形和裂纹的风险。另一方面，铬镀层的均匀性和附着力也是关键问题，不均匀的镀层或不良附着会影响其外观和性能。
化学镀铬
化学镀铬是一种非电解的镀铬方法，它通过氧化还原反应在物体表面形成一层铬镀层。主要过程是六价铬的氧化物被氟硅酸提供的初生态的氢或其他的一些还原剂还原成三价铬或铬，生成碱性化合物以及铬酸盐，这些产物会相互沉积形成镀层，沉积反应需要控制条件和环境提高沉积速度，从而保证镀层的质量。
化学镀铬的优点是可以不需要外加电流的情况下在复杂形状和薄壁物体上形成均匀的镀层，具有灵活性、多样性、节能性、设备操作简单的优势。与电解镀铬相比，化学镀铬的镀层质量和附着力可能稍差，且对操作条件和镀层液的控制要求较高。
物理镀铬
物理镀铬是利用蒸发等技术在物体表面形成铬镀层的镀铬方法。这种方法通常用于高要求的应用，如镜片和金刚石磨具等。物理镀铬使用蒸发或溅射技术，将铬源物质加热至高温状态，使其转变为蒸汽或离子，并在真空环境中沉积在物体表面上。该技术可用于真空微蒸发镀铬金刚石，解决金刚石的氧化问题。物理镀铬过程中的温度、真空度、沉积速率等参数需要精确控制，以确保获得所需的镀层质量和性能。物理镀铬的优点在于可以实现非常均匀和致密的镀层，具有良好的光学特性和耐腐蚀性能。物理镀铬较适用于金刚石等小尺寸表面，可以使用的场合较为有限。
工艺类型
防护-装饰性镀铬
防护-装饰性镀铬是一种薄镀层，通常是在厚中间镀层的基础上镀0.25~0.50 μm的薄层铬，以达到装饰和防护的目的。常用铜锡合金进行镀铬，广泛用于机电产品和仪器仪表中等。它不仅可以提升产品外观，还可以延长其使用寿命，提高耐磨损和耐腐蚀性能，从而增强产品的质量和价值。当镀铬品质出现异常，需要根据出现的情况，调整工艺，进行控制和解决，并根据统一标准进行评定。
镀硬铬
镀硬铬是一种电镀工艺，其中铬酸与其他添加剂（如硫酸盐或氟化物）一起用作电解质。当使用不溶性阳极和直流电源时，当零件（作为阴极）浸入上述电解液中时，可以形成铬层。与厚度为小于0.8 μm的装饰镀铬相比，硬铬涂层的厚度为大于0.8 μm，厚度可至5~50 μm.可以增强不同应用中金属部件的耐用性，硬度，耐磨性和耐腐蚀性。由于其简单性和低成本，镀硬铬技术在金属表面处理行业中得到了很好的发展和广泛实践。
主要的阳极反应：
主要的阴极反应：
镀松孔铬
镀松孔铬在镀硬铬的基础上，利用了铬层本身的裂纹细致，通过物理、化学或者电化学的方法进行松孔处理，加深了裂纹网络，使得金属孔洞以及零件内部留住支承表面的润滑油， 以减小摩擦因数， 提高耐磨性， 延长使用寿命。常用于活塞环等滑动摩擦件的铬镀。
镀黑铬和镀白铬
镀黑铬使得金属制品具有独特的外观效果，创造出黑色的光泽。这种黑色铬涂层具有较高的硬度（130～350 HV）、耐磨损（比光亮的镍高2~3倍）和耐腐蚀性能（取决于中间层厚度），能够有效保护金属表面，并增强产品的质感和价值。其可用作航空仪表、光学仪器以及太阳能设备中。
镀白铬能够为金属制品带来明亮的白色外观。这种白色铬涂层具有良好的光洁度、耐磨损性和很高的耐腐蚀性能，但硬度较低，能够有效保护金属表面，并增强观感。一般可用作复合镀铬工艺，进行双层铬镀结合硬铬镀，或者黑铬-白铬复合镀层，从而达到耐磨又抗蚀的效果。一般用于量具和仪器面板。
局限性
镀层耐久性
虽然铬镀层通常具有良好的耐腐蚀性和装饰性，但在某些条件下可能会出现问题。工作一段时间后，镀铬层可能会受到腐蚀或起泡，出现裂纹。如果镀层不正确地应用或处理，也可能导致镀层的质量不稳定。使用电镀工艺的镀层厚度较低，这也会使得电镀层的耐久性变差。
能源消耗
电镀铬过程通常会使用电解槽，需要将电流通过电解质来沉积铬层，这需要较高的电能和热能投入。电镀需要控制在一定的温度和电流密度下进行，否则制备出的铬镀层就会出现表面缺陷，孔隙率也相应减小，耐蚀性能也会降低。
复杂性和资源成本
镀铬工艺需要复杂的设备和技术，并且对操作人员的技能要求较高。这增加了工艺的复杂性和成本。与其他表面处理方法相比，铬镀也更昂贵。铬是一种稀有金属，铬矿作为一种关键矿产和原材料，在中国的供应和储存有限。大规模的铬镀工艺会对开采工业造成压力，可能会对铬矿资源安全和供需平衡造成威胁。
发展前景
公众对于环境保护和安全意识的增强，使得一些传统的酸性镀铬工艺受到了限制或逐渐被替代。例如，由于铬酸在镀铬过程中的高毒性和环境污染风险，一些国家和地区已经限制或禁止了酸性镀铬工艺的使用，并鼓励开发和采用更环保的替代方案。镀铬工艺的未来发展将注重环保可持续性、提高效率和工艺控制，结合其他表面改性技术提升镀层性能，降低成本。深入机理研究可以开发出新的电镀铬技术，并进行工艺改进。以下工艺是镀铬行业的发展重点：
三价铬盐镀铬
三价铬电镀作为最重要、最直接有效的取代六价铬电镀工艺的金属表面处理工艺。但由于电镀液的稳定性、铬镀层的质量等方面始终无法与铬酸镀铬相比，因此一直未能得到大规模的应用。
三价铬盐镀铬工艺通常使用硫酸铬、三氯化铬等三价铬盐作为镀液的主要成分。三价铬盐镀铬可以在室温环境下操作，电流密度较低，节省了成本和能源，有利于可持续发展。三价铬的毒性低，也有利于环保。该工艺制备出的铬镀层具有高硬度、良好装饰效果以及厚度均匀的特性。然而，三价铬电镀获得的镀铬层不如铬酸镀铬美观，且有微裂纹性质。三价铬镀铬的镀层厚度较薄。通过加入添加剂，可以改善镀液分散能力和覆盖能力，提高阴极电流效率和有利于镀层增厚。
非电解镀铬
非电解镀铬（Non-electrolytic 铬 Plating）是一种在无电解液的条件下，在金属表面形成镀铬层的技术。与传统的电解镀铬技术相比，非电解镀铬技术采用物理或化学原理，在镀层表面生成具有类似功能的薄膜。这种技术更好控制、成本更低、更加节能。常见的方法有：物理气相沉积（Physical Vapor Deposition， PVD）、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition， CVD）、物理化学沉积（Physical Chemical Deposition， PCD）等。
合金镀铬
为改善镀铬层的性能，可以采用电镀合金技术，如镀铬合金（如镍铬合金、钴铬合金）等。合金镀铬的特点是将两种或多种金属的离子溶解在电解液中，然后在金属表面还原出合金镀层。这些金属离子可以是铬、镍、钴、锌等。通过调整电镀液中金属离子的浓度和配比，可以获得不同组成和性能的合金镀层。在电解过程中，金属被作为阴极，将合金离子还原在金属表面上，形成合金镀层。电镀合金镀铬技术的优点在于可以根据需求调整合金组成，降低铬用量，同时获得特定的性能和外观。
安全事宜
环境危害
电镀铬工艺需要使用大量的化学物质和溶剂，其中包括铬酸和其他有机溶剂。这些化学物质在处理过程中可能会被释放到废水中，造成水体污染。镀铬废水中的铬离子对水生生物有毒性，并且对水环境的生态平衡产生不利影响。水体中的铬如果进入土壤中，会影响植物的正常生长以及光合作用。电镀铬工艺中涉及的一些挥发性有机溶剂，可能会在处理过程中挥发到空气中，导致大气污染，对空气质量造成负面影响。
人体危害
对于人体而言，六价铬属于致癌物质。水体中的六价铬进入人体中会增加胃癌的患病几率。在电镀铬过程中，工人接触到的化学物质和有害物质可能对其健康造成危害。例如，铬酸和其他金属盐类可能对呼吸道和皮肤造成刺激和损伤，长期接触还可能导致铬中毒。电镀过程中可能产生有害气体，如六价铬的气体，对呼吸系统和健康有害。而空气中的铬颗粒物是诱发呼吸道癌症的潜在因素。
行为规范
在进行镀铬工艺时，需要严格遵守安全操作规程，以确保工作人员的安全和防止环境污染。相关安全事宜包括佩戴适当的个人防护装备，以防止与化学物质直接接触，要保证工作环境通风良好，安全存放危险化学品，对废料和废液进行符合规定的处理后排放，制定应急预案，提高安全意识，进行安全培训等。电镀企业需要定期环境安全风险现状评估。
法律法规
中国
根据“十三五”和“十四五”期间的《工业绿色发展规划》等相关规划，中国电镀行业的重点在于提升环保没施，开展行业清洁生产技术，推广三价电镀铬技术，确立“双碳”目标推动电镀行业重金属排放深度治理。在短期内六价铬镀铬工艺无法被完全取代，但中国也对六价铬废水、废渣的排放做出了限制，规定了电镀行业铬污染物最高允许排放限值，现有企业和新建企业六价铬排放限值分别为0.3 mg/L和0.1 mg/L。
欧美
很多欧美国家也出台了相关的法律法规，对六价铬进行限制使用并逐步淘汰。欧美等地的卫生组织规定饮用水中六价铬的质量浓度限制在0.05 mg/L以下；欧盟2006年通过了RoHs（欧盟有害物限制）法规。
参考资料