论文部分内容阅读
铬镀层具有色泽美观、耐磨与耐蚀性能优良等特点，在电镀行业得到了广泛应用。传统镀铬采用六价铬溶液镀铬，但是六价铬是致癌物，对人与环境影响严重，现在已经受到严格的限制。三价铬溶液镀铬工艺具有低毒性、镀液性能优良等优点，是目前替代六价溶液镀铬最有前途的工艺之一。本文通过赫尔槽实验和方槽直接电解实验比较了三种三价铬溶液体系镀铬的优特点、探讨了硫酸盐溶液体系三价铬镀铬可用于改善镀层质量的添加剂，同时采用阴极极化曲线、循环伏安曲线等研究方法对硫酸盐溶液体系三价铬镀铬的阴极过程动力学规律及添加剂的影响也进行了一定的研究。氯化物和硫酸盐-氯化物溶液体系镀铬所得镀层色泽白亮、镀速较快、但镀层耐蚀性较差、阳极析出氯气会污染环境和腐蚀设备。硫酸盐溶液体系镀铬的镀液分散能力和覆盖能力较好、允许的电流密度范围宽，使用DSA阳极析出氧气不污染环境和腐蚀设备，镀层的耐蚀性与六价铬溶液镀铬比较接近，但镀速慢、外观色泽乌亮。实验对硫酸盐溶液体系三价铬镀铬镀液组成与工艺条件的优化进行了探讨。实验研究结果表明：主盐、络合剂和工艺条件对三价铬镀铬的影响很大，最佳镀液组成与工艺条件为：Cr3+15g/L，HCOONa·2H2O30g/L，NH2CH2COOH15g/L，K2SO480g/L，Na2SO4120g/L，H3BO360g/L，C12H25NaSO40.01g/L，pH=3.0，温度30~40℃。实验对硫酸盐溶液体系三价铬镀铬添加剂进行了探讨。实验研究的五种添加剂（含硫添加剂SN、WS、SH、TS和有机胺类添加剂TH）均能改善镀液分散能力和覆盖能力，增大获得合格铬镀层的阴极电流密度范围，提高电流效率和有利于镀层增厚。添加剂SN和TS有利于低电流密度区铬的电沉积，可获得蓝白色泽、表面结构均为瘤状小球状的镀铬层，但镀层的耐蚀性能更差。添加剂TH有利于高电流密度区铬的沉积，获得色泽更乌亮、表面为玉米粒状微裂纹结构的铬镀层，镀层的耐蚀性能与标准铬镀铬相近。添加剂SH使镀铬层呈蓝白色，表面具有平整的微裂纹结构。添加剂WS使镀铬层为清亮的黑色，表面具有平整的网状纹结构。实验对上述添加剂进行了复配研究，得到了含有添加剂SH的硫酸盐溶液体系三价铬镀铬的最佳镀液组成与工艺条件为：Cr3+15g/L，HCOONa·2H2O30g/L，NH2CH2COOH15g/L，K2SO480g/L，Na2SO4120g/L，(NH4)2SO432g/L，H3BO360g/L，4mL/LSH，C12H25NaSO40.01g/L，pH=3.0，温度30~40℃。镀液稳定性达21A·h/L，获得合格镀层的允许电流密度范围为2.4~30A/dm2以上。采用电流密度为10A/dm2进行镀铬，其镀速可达0.12μm/min，镀液分散能力为87.2%、覆盖能力为91.2%；所得镀铬层表面平整、具有微裂纹，色泽白亮略显蓝色，与光亮镀镍层结合力良好，耐蚀性能优于标准铬镀铬层。实验采用阴极极化曲线、循环伏安曲线探讨硫酸盐溶液体系镀液组成与工艺条件对镀液阴极过程的影响及动力学规律。实验结果表明，三价铬电沉积铬分为两步进行。第1步是Cr(Ⅲ)+e→Cr(Ⅱ)，表观活化能为34.04kJ/mol，为电化学极化控制；第2步是Cr(Ⅱ)+2e→Cr，表观活化能16.17kJ/mol，为扩散步骤控制。两步反应均为不可逆过程。二水甲酸钠、甘氨酸、硫酸铵和温度的升高对镀液起去极化的作用；Cr3+和添加剂SH和pH值的增加对镀液起极化的作用。