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三价硫酸铬电沉积工艺是一种环保清洁的电镀工艺,相较于传统的六价铬电沉积技术,对环境无污染,产品分散性和覆盖性更好。因此目前成为电镀铬工业中的主流工艺。但是三价硫酸铬电沉积工艺存在着阴极析氢反应速率大,铬沉积速率不高的问题,影响了电镀铬工艺的发展和推广。 本文探讨了如何抑制析氢反应的方法和理论分析。首先,在三价铬电镀工艺中,首次尝试使用季铵盐这种阳离子表面活性剂作为体系的阻氢剂。通过测量阴极极化曲线,研究了四甲基硝酸铵、四乙基硝酸铵、四丙基硝酸铵和四丁基硝酸铵多种季钱盐对电沉积过程中阴极表面析氢反应的影响。其中,四丙基硝酸铵对硫酸盐体系电镀铬析氢的抑制效果最好。在40 g/LCr2(SO4)3、60 g/L HCOONa、120 g/L Al2(SO4)3、30 g/L尿素、60 g/L Na2SO4和30 g/L H3BO3组成的三价铬镀液中,通过单因素试验研究了在加入四丙基硝酸铵后体系的温度、pH和电流密度对电流效率的影响,得到最佳工艺条件为温度40℃,pH2.5,电流密度20 A/dm2。在加入季铵盐之后,电流效率可以提升约10%左右,相较于其他体系下的电流效率有一定的提升,且电镀产物耐蚀性较优,表面均匀致密。其次,为了对三价硫酸铬体系在电极表面发生的电极反应进行理论分析,尝试使用旋转圆盘电极来考察体系中测试线性极化曲线。考察在不同过电位下,体系中析氢反应和铬沉积反应的反应变化规律。发现三价硫酸铬电沉积体系中,随着电位的增大,析氢反应占总反应速率的比例逐渐降低,在达到极限电流平台后达到最低。此时,析氢反应和铬沉积反应的反应速率比值与两者反应物浓度C0与扩散系数D0有关。通过在旋转圆盘电极上进行恒电流电沉积实验验证,在极限条件下,铬沉积电流可高于常规工业电镀铬体系的电流效率,进一步验证了理论的假设。