專利名稱：在三價鉻鍍液中電沉積裝飾性鉻鍍層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在環(huán)保型三價鉻鍍液中制備裝飾性鉻鍍層的電沉積方法。
背景技術(shù)：
裝飾性鉻鍍層由于具有良好的光澤性及耐腐蝕性能而成為工業(yè)界應用最廣泛的裝飾性鍍層之一。但是長期以來，傳統(tǒng)的六價鉻電鍍工藝存在很多難以克服的缺點，如分散能力和覆蓋能力差、電流效率低、電鍍溫度高、電鍍過程對人和環(huán)境污染嚴重及鍍液后處理困難等。在六價鉻電沉積過程中，廢水和廢氣中含有大量的六價鉻，其對環(huán)境造成很大的污染，并可以造成人體腎功能衰竭、心率衰竭、白血病，可強烈引發(fā)癌癥。目前，世界衛(wèi)生組織和世界各國對六價鉻電鍍工藝的污染問題越來越重視。歐盟近期的《關(guān)于在電子設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)的指令》(ROHS)嚴格規(guī)定了2006年7月1日以后，將在歐洲全境禁止六價鉻在電子產(chǎn)品中的使用。中國的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》也明確規(guī)定從2007年3月1日起控制六價鉻的使用。因此，當前替代六價鉻電沉積技術(shù)的研究已經(jīng)成為電鍍行業(yè)研究的熱點和難點之一。
目前，替代六價鉻電鍍技術(shù)主要有三種氣相沉積鉻鍍層、電沉積合金鍍層、三價鉻電沉積。氣相沉積技術(shù)優(yōu)點在于污染小、沉積均勻，但是其成本高、覆蓋能力差，不能用于不規(guī)則工件及管件內(nèi)壁的沉積，也不利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。電沉積合金代鉻鍍層主要包括Zn-Sn-Co、Ni-P、Ni-W及其他三元合金，此種方法污染小，但是鍍液穩(wěn)定性差，可操作條件窄。相比之下，裝飾三價鉻電沉積工藝毒性只有六價鉻電鍍工藝的1％，且能耗小，效率高，但是其缺點是鍍層光澤性差和鍍液穩(wěn)定性差。雖然已有國外報道裝飾性三價鉻電鍍工藝的工業(yè)化推廣，但是國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)并能應用于工業(yè)化生產(chǎn)的裝飾性三價鉻電鍍工藝還未見報道。
為了降低環(huán)境污染，減少在鍍鉻方面中國對外國的技術(shù)依賴，克服綠色貿(mào)易的堡壘，迫切需要國內(nèi)研究者們開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)并能應用于工業(yè)生產(chǎn)的裝飾性三價鉻電鍍工藝。我們經(jīng)過幾年的研究，合理的選擇了一些添加劑，成功的開發(fā)出了可工業(yè)化生產(chǎn)的裝飾性三價鉻電鍍工藝。此工藝溶液成分簡單、可操作條件寬、穩(wěn)定性好，有望在裝飾性電鍍鉻方面全面取代污染嚴重的六價鉻電鍍工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)裝飾性三價鉻電鍍工藝，此工藝具有良好的分散能力、覆蓋能力、穩(wěn)定性。鍍層無裂紋，和基體具有良好的結(jié)合力，其外觀及耐腐蝕性能和六價鉻電鍍鍍層相當。
本發(fā)明通過如下措施來實現(xiàn)一種在三價鉻鍍液中電沉積裝飾性鉻鍍層的方法，其特征在于選用氯化鉻溶液體系，其溶液組成為每升電解液中含有氯化鉻95-125g，尿素80～120g，溴化銨40～50g，氯化鈉20～35g，硼酸2～10g，甲醇180～220ml，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽或乙二酸鹽0.1～1mol；電沉積時陽極為高純石墨，將工件按照常規(guī)的鍍前預處理進行清洗和活化后，控制施鍍溫度在20～30℃，電解液pH值控制在1～3，陰極電流密度為5～20A/dm2，電沉積2～5分鐘即可制備出厚度為0.5～1μm的光亮鉻鍍層。
本發(fā)明選擇的添加劑能有效地增強陰極的極化作用，使鍍層的晶粒尺寸減小并表現(xiàn)出良好的光亮。鍍液的穩(wěn)定性主要受陽極區(qū)Cr3+氧化為Cr2O72-的影響。Cr2O72-濃度達到3ppm以上，鍍層質(zhì)量下降。本發(fā)明的鍍液中，有兩種物質(zhì)的還原性強于Cr3+，能有效地阻止鍍液中Cr2O72-的生成，使得鍍液具有良好的穩(wěn)定性。
按本發(fā)明的工藝，鍍液在不連續(xù)通電60Ah/l內(nèi)，電沉積獲得的鍍層光亮如鏡。
按本發(fā)明的工藝，利用霍爾槽試驗測試分散能力時，陰極試樣的光亮范圍大于6cm。
按本發(fā)明的工藝，利用直角陰極法測試覆蓋能力時，工件的覆蓋率大于80％。
按本發(fā)明制備的鉻鍍層無裂紋，表面粗糙度Ra≤0.1μm。
按本發(fā)明制備的鉻鍍層耐腐蝕性能接近或優(yōu)于傳統(tǒng)的六價鉻電鍍鍍層。
本發(fā)明中鍍液的毒性僅為六價鉻鍍液的1％，因此屬于《清潔生產(chǎn)法》規(guī)定的環(huán)保型清潔生產(chǎn)工藝配方，且符合歐盟ROHS指令及中國的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》的要求。
本發(fā)明的最大突破點為1.能在比較寬的操作條件范圍內(nèi)，在三價鉻鍍液中沉積光亮的鉻鍍層；2.鍍液穩(wěn)定，能達到連續(xù)生產(chǎn)要求。3.采用石墨陽極，使得工藝的成本大大下降。
本發(fā)明可以在裝飾性鍍鉻方面全面取代傳統(tǒng)的六價鉻電鍍技術(shù)。
具體實施例方式
為了更好的理解本發(fā)明，通過實例進行說明。
實施例1在表面積為0.05dm2的金屬如45#鋼或紫銅工件表面采用本發(fā)明電沉積方法施鍍，工件的鍍前預處理采用常規(guī)的鍍前預處理工藝。三價鉻電沉積裝飾性鉻鍍層鍍液配方是每升電解液中含有氯化鉻為95-125g，尿素80～120g，溴化銨40～50g，氯化鈉20～35g，硼酸6～10g，甲醇180～220ml，甲酸(或乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽、乙二酸鹽)0.1～1mol。電鍍時高純石墨為陽極，將經(jīng)過常規(guī)鍍前預處理后的45#鋼或紫銅工件作陰極；電解液pH值控制在1-3，利用恒溫裝置控制施鍍溫度在20～30℃，攪拌速度適當，沉積過程中控制陰極電流在0.25～1.0A之間，電流密度太小或太大，鍍層的質(zhì)量都會下降。電沉積時間為2～5分鐘，即可沉積出厚度為0.5～1μm的硬鉻鍍層。電沉積得到的鍍層為非晶態(tài)、光亮、無裂紋。
權(quán)利要求
1.一種在三價鉻鍍液中電沉積裝飾性鉻鍍層的方法，其特征在于選用氯化鉻溶液體系，其溶液組成為每升電解液中含有氯化鉻95-125g，尿素80～120g，溴化銨40～50g，氯化鈉20～35g，硼酸2～10g，甲醇180～220ml，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽或乙二酸鹽0.1～1mol；電沉積時陽極為高純石墨，將工件按照常規(guī)的鍍前預處理進行清洗和活化后，控制施鍍溫度在20～30℃，電解液pH值控制在1～3，陰極電流密度為5～20A/dm2，電沉積2～5分鐘即可制備出厚度為0.5～1μm的光亮鉻鍍層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在三價鉻電鍍液中制備裝飾性鉻鍍層的方法。主要是針對取代目前污染嚴重的六價鉻電鍍工藝而發(fā)明的。本發(fā)明在含氯化鉻的基礎(chǔ)電解液中，通過選擇適當?shù)奶砑觿┖涂刂乒に嚄l件，制備出表面平整、無裂紋、與底材結(jié)合牢固、光亮性及耐腐蝕性能與六價鉻電鍍鍍層接近的非晶態(tài)鉻鍍層。其優(yōu)點在于工藝穩(wěn)定、操作條件寬、能耗低，其分散能力、覆蓋能力、電流效率高于六價鉻電鍍工藝。此工藝能夠達到工業(yè)生產(chǎn)的要求。制備出的鉻鍍層的厚度為0.5～1μm。此發(fā)明能在裝飾性鍍鉻方面取代嚴重污染環(huán)境且危害人體健康的傳統(tǒng)六價鉻電沉積工藝，制備的鍍層可用于各種防腐及裝飾領(lǐng)域。
文檔編號C25D3/02GK101078131SQ20061004289
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者張俊彥, 曾志翔, 梁愛民, 王立平, 胡麗天 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所