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三价铬溶液镀铬是替代有毒、对环境污染严重的传统六价铬镀铬的工艺技术之一。三价铬溶液镀铬主要分为硫酸盐溶液体系、氯化物溶液体系和硫酸盐一氯化物混合溶液体系。三价铬氯化物溶液镀铬,在阳极析出氯气不仅腐蚀电镀设备,而且也会污染环境。三价铬氯化物溶液电镀得到的铬镀层大多数为微孔结构、外观发白,镀层中含有铁而耐蚀性较差。三价铬硫酸盐溶液镀铬工艺采用DSA阳极析出氧气不腐蚀设备和污染环境,作为清洁生产工艺更为从们所关注。目前工业生产中实际使用的三价铬溶液镀铬技术有硫酸盐溶液体系和氯化物溶液体系,但沉积速度较慢(约0.1μm/min)和电流效率低,得到的铬镀层较薄(约0.3μm)只能应用于镀装饰性铬而不能应用于镀厚铬。因此,开发研究环保型三价铬硫酸盐溶液快速镀装饰性铬和使铬镀层厚度达到20μm以上的镀硬铬技术具有十分重要的科学意义和广泛的应用前景。
论文研究三价铬硫酸盐溶液镀铬主要解决两方面问题:(1)能持续电镀得到合格铬镀层厚度能达到20μm的最佳镀液组成与工艺条件;(2)在2分钟以内能快速获得厚度为0.3μm以上光亮装饰性铬镀层的最佳镀液组成与工艺条件。实验研究的主要内容包括:(1)基础镀液(144 g/L Na2SO4+50 g/L K2SO4+60 g/L H3BO3+120 g/L Cr2(SO4)3-6H2O+12 ml/L主配位剂+1 ml/L润湿剂,pH=2.50~3.00)电镀20μm厚半光亮铬镀层的工艺条件与镀层质量;(2)辅助配位剂对三价铬硫酸盐溶液镀厚铬工艺和镀层质量的影响;(3)快速镀装饰性铬的最佳镀液组成与工艺条件。
实验研究表明:采用三价铬硫酸盐基础镀液,在温度为35~40℃、阴极电流密度为10 A/dm2和屏蔽阴极两侧和底部的工艺下电解30 min可得到镀层质量良好、厚度为20.3μm的半光亮铬镀层。然而,随着电镀时间的进一步延长铬镀层厚度虽然略有增加,但镀层两侧与边缘开始出现烧焦现象并向镀层中心区域蔓延。
在三价铬硫酸盐基础镀液中添加辅助配位剂,可得到外观光亮的铬镀层,得到合格铬镀层的阴极电流密度范围扩大,但在相同电流密度下电镀的平均镀速减慢、电镀相同时间所得镀层厚度减少。辅助配位剂的类型和添加量对三价铬硫酸盐溶液镀铬的镀层质量、镀层厚度和镀速都有一定影响。添加甘氨酸(0.4 mol/L)作为辅助配位剂时,得到合格镀层的阴极电流密度范围最宽而达到4.5~32 A/dm2;在高电流密度区不漏镀、不出现雾带;在电流密度为9A/dm2下电镀25 min可得到整体光亮的合格镀层,镀层平均厚度为4.34μm,镀速为10.38μm/h。
通过正交试验和单因素实验获得了在三价铬硫酸盐基础镀液中添加甘氨酸的三价铬硫酸盐溶液镀装饰性铬的最佳组成和工艺条件。在基础镀液+15 g/L甘氨酸的镀液体系中;镀液pH=2.50的电镀工艺条件为:电流密度12 A/dm2;镀液温度为35℃。在铜基体上电镀得到的光亮镍镀层上镀铬,电镀2 min可得到厚度为约0.32μm的光亮铬镀层;电镀3 min可得到厚度约为0.486μm的光亮铬镀层;电镀5 min可得到的厚度超过1μm的光亮铬镀层。