專利名稱:一種鍍鉻添加劑及其應(yīng)用工藝的制作方法
本發(fā)明屬于電鍍技術(shù)中的鍍鉻工藝。
從已有技術(shù)中知道鍍鉻電解液的類型有幾種，它們都是以鉻酐為主要成分，然后根據(jù)添加不同的局外離子而分類。例如添加SO2-4和SiF2-6的稱復(fù)合鍍鉻電解液;添加SrSO4及K2SiF6的稱自動(dòng)調(diào)節(jié)鍍鉻電解液;添加KBF4等的稱低鉻酐鍍鉻電解液;而目前國內(nèi)外在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是添加SO2-4的標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻電解液。這些類型的鍍鉻電解液大多數(shù)都是在高濃度鉻酐(280～300g/l)，高溫(48±2℃)下進(jìn)行鍍鉻，對(duì)溫度要求很嚴(yán)，一般波動(dòng)范圍只允許上下2～3℃。由于溫度高，鉻酐濃度大，析氫嚴(yán)重，極易產(chǎn)生鉻酸霧和含六價(jià)鉻濃度高的廢水，旣有害工人健康又污染環(huán)境。而且鉻酐利用率低，原材料消耗大，為了排除鉻酸霧和控制溫度，需要設(shè)置排風(fēng)、加熱、降溫裝置，所以能量消耗大，操作麻煩。對(duì)有些難鍍件來說，它們的深鍍、均鍍能力都不夠理想。例如縫紉機(jī)離合螺釘上的小孔及反面都很難鍍上鉻層。添加KBF4等的低鉻酐鍍鉻電解液，在試生產(chǎn)中也存在槽電壓高，需用電壓高的電源(18～20V)，深鍍能力差等缺點(diǎn)。1983年“電鍍與精飾”第三期報(bào)導(dǎo)過“用稀土元素做添加劑的低濃度鍍鉻工藝”，雖然該“工藝”在報(bào)導(dǎo)中表明有不少優(yōu)點(diǎn)，但它的鍍鉻溫度仍為45～50℃，也屬高溫范疇，而且該“工藝”對(duì)溫度的適應(yīng)范圍還是很窄，所以它也未能克服高溫鍍鉻所產(chǎn)生的各種缺陷。
本發(fā)明的目的是提供一種鍍鉻添加劑及應(yīng)用工藝，達(dá)到降低鍍鉻電解液中鉻酐濃度，降低鍍鉻溫度并擴(kuò)大鍍鉻工藝對(duì)溫度的適應(yīng)范圍，簡化操作，改善工作條件，減輕對(duì)環(huán)境的污染，有益于工作人員的健康，降低原材料和能量消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明提出的鍍鉻添加劑是以鐠釹為主的輕稀土混合物中加入K2SiF6和Al2(SO4)3·10H2O組成。加入量以重量百分比計(jì)算為輕稀土混合物K2SiF6∶Al2(SO4)3·10H2O＝1∶0.25～0.3∶0.1～0.2。其中鐠釹為主的輕稀土混合物是以稀土氫氧化物的形式混合的。按稀土氧化物計(jì)算，總量為65±3%，各種成分比例是(Pr6O11+Nd2O3)/RxOy＝80～95%，La2O3/RxOy＝4～10%，余量為其它稀土氧化物。而Pr6O11∶Nd2O3＝1∶7～9。其中Rx代表稀土元素，Oy代表氧元素。
現(xiàn)以鐠釹為主的輕稀土氫氧化物的混合物為例來制備本發(fā)明的鍍鉻添加劑。其方法是先取符合上述成分比例的以鐠釹為主的固態(tài)輕稀土氧化物，(制備符合該成分的以鐠釹為主的輕稀土混合物屬一般稀土分離技術(shù)，生產(chǎn)廠可根據(jù)要求制取)，用工業(yè)HCl或工業(yè)H2SO4溶解，使其轉(zhuǎn)化為溶液狀態(tài)。如果所取原料是溶液狀態(tài)(如氯化稀土溶液)，則不必酸溶。然后用工業(yè)NH4OH沉淀稀土離子，將稀土離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，經(jīng)過濾，再用水洗除沉淀中的Cl-、SO2-4離子，然后將洗凈的沉淀物放在烘箱內(nèi)烘干，烘干溫度控制100℃，以除去游離水，烘干以后的稀土氫氧化物中的稀土氧化物總量應(yīng)為65±3%，最后研磨成粉末狀備用。
再在這種粉末狀的以鐠釹為主的輕稀土混合物中按上述比例加入工業(yè)純的K2SiF6和Al2(SO4)3·10H2O，經(jīng)充分混合均勻后即成本發(fā)明的鍍鉻添加劑。
本添加劑的主要成分是以鐠釹為主的輕稀土混合物，該混合物可以是稀土的氧化物、硫酸鹽或鉻酸鹽，最好是稀土的氫氧化物。如果用稀土的氧化物、硫酸鹽或鉻酸鹽的混合物作本添加劑的主要成分，其制備和溶于鍍鉻液的量以稀土氧化物計(jì)算，一定要符合上述成分及下述添加量的要求。鍍鉻液中H2SO4和CrO3含量也要符合下面本添加劑應(yīng)用工藝的鍍鉻液的成分要求。
本添加劑的應(yīng)用工藝，鍍鉻電解液的成分及其鍍鉻的主要操作條件為CrO3120～180g/l最佳為150～160g/lCrO3∶H2SO4＝100∶0.3～0.6本添加劑5～8g/l最佳為6～7g/l鍍鉻電解液中雜質(zhì)允許含量Fe3+＜7g/l，Cu2+＜7.5g/l，Zn2+＜2.5g/l，Cl1-＜0.2g/l。
鍍鉻操作溫度17～55℃最佳為25～35℃陰極電流密度Dk5～15A/dm2最佳為8～12A/dm2陽極組成Pb88～92% Sn8～12%陰陽極面積比 S陰∶S陽＝1∶2～2.5。
下面以含CrO3150g/l，H2SO40.75g/l(CrO3∶H2SO4＝100∶0.5)，本添加劑6g/l在鍍槽中配制1000升鍍鉻電解液為例，說明應(yīng)用本添加劑時(shí)，鍍鉻電解液的配制方法和具體應(yīng)用首先稱取含量為95%的工業(yè)CrO3157.9kg，用500升自來水溶解，待自然沉清后虹吸出上層清液，除去沉渣。取樣分析CrO3和SO2-4的含量，根據(jù)分析結(jié)果，再補(bǔ)加H2SO4使之達(dá)到750g，然后用自來水沖稀至1000升，在充分?jǐn)嚢璧那闆r下緩慢加入本添加劑6kg，待溶解均勻后即成可鍍鉻電解液。進(jìn)行鍍鉻時(shí)只要根據(jù)鍍件的形狀及其總面積，掛入預(yù)先成型的Pb-Sn合金條狀陽極，使陰陽極面積比＝1∶2～2.5，然后調(diào)整極距為300～400mm，再根據(jù)鍍件數(shù)量及其總面積，試調(diào)槽電壓和總電流，使其陰極電流密度控制在5～15A/dm2范圍內(nèi)，再根據(jù)鍍層厚度要求決定通電時(shí)間，致此，就可在不需預(yù)先加熱的情況下直接進(jìn)行鍍鉻，并取得滿意的效果。
應(yīng)用本添加劑的鍍鉻工藝(下稱本工藝)與標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝(下稱標(biāo)準(zhǔn)工藝)的對(duì)比情況列于下表
標(biāo)準(zhǔn)工藝與本工藝主要性能與操作條件對(duì)照表
從表中可以看出本工藝具有明顯的優(yōu)越性和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。最突出的特點(diǎn)是鉻酐含量低，鍍鉻溫度低和適應(yīng)溫度范圍寬。與標(biāo)準(zhǔn)工藝相比，鍍液中鉻酐含量可降低50%左右，鉻酐的消耗量可減少80%。相應(yīng)廢水中的鉻酐含量也大幅度下降，可節(jié)約處理污水用的NaCl20%，還可省去化學(xué)試劑FeSO4·7H2O。
在電流效率方面，因本工藝的陰極電流密度比標(biāo)準(zhǔn)工藝降低了60%，所以槽電壓也隨著降低，對(duì)鍍同樣的產(chǎn)品，就可節(jié)約電能50～80%，同時(shí)電流效率可提高38.3～98.4%。加上本工藝的鍍鉻溫度低，變化小，生產(chǎn)穩(wěn)定。所以在電解過程中析出的氫很少，很少聞到鉻酸霧的味道，不但對(duì)健康和減輕污染有利，還可省去抽風(fēng)裝置，節(jié)約能源。如某廠1987年一季度采用本工藝電鍍生產(chǎn)四種產(chǎn)品，直流電總消耗2938.24度，標(biāo)準(zhǔn)工藝鍍同樣的產(chǎn)品卻要9289.17度，可見本工藝可減少直流電能74.83%。
在深鍍、均鍍能力方面，用直角陰極法對(duì)比測定發(fā)現(xiàn)本工藝未上鉻的面積為標(biāo)準(zhǔn)工藝的30%。對(duì)有些難鍍件的小孔標(biāo)準(zhǔn)工藝是很難鍍上鉻的，本工藝卻鍍得很好，例如手動(dòng)編織機(jī)的針床板是由雙層薄鋼板沖壓成型合攏后點(diǎn)焊而成。其表面積有38dm2，長有1100mm，板上有各種形狀的大小孔680個(gè)。標(biāo)準(zhǔn)工藝對(duì)有些孔眼，特別是針床板的背面都鍍不上鉻。而采用本工藝鍍鉻的針床板，除有時(shí)有點(diǎn)掛具印子外，全部都能鍍上鉻。
本工藝鍍鉻的結(jié)合力和韌性，用光亮酸性鍍銅、光亮鎳、全光亮鎳鐵合金作底層，在本工藝的鍍液中鍍鉻，都未發(fā)現(xiàn)脫鉻現(xiàn)象。用鋼板經(jīng)前處理后直接鍍鉻1.5小時(shí)，然后將此鋼板反復(fù)曲折或用大錘猛力捶擊鋼板的對(duì)折彎曲處，直至鋼板延展變形，也未見脫鉻或裂紋?？梢姳竟に囋阢~、鐵、鎳和鎳鐵合金上鍍鉻都有很好的結(jié)合力和韌性。
鍍鉻層的硬度，用兩個(gè)鍍件作試樣，先后在本工藝同一鍍槽中鍍鉻，鍍鉻溫度分別為32℃和52℃，鍍鉻時(shí)間分別為3小時(shí)和5小時(shí)，測得鉻層硬度分別為HV1038和HV784。從這兩個(gè)試樣測定的硬度表明，本工藝不僅適用于電鍍防護(hù)-裝飾性鍍鉻，也能適用于電鍍硬鉻。
本工藝的另一明顯特點(diǎn)是電鍍過程中的各種因素變動(dòng)范圍寬，穩(wěn)定、容易控制、操作簡便。例如在1.4m3鍍鉻液中連續(xù)生產(chǎn)三個(gè)月，分析Cr3+含量一直穩(wěn)定在2～4.5g/l范圍之內(nèi)，所以不必調(diào)整。
在標(biāo)準(zhǔn)工藝中SO2-4的含量必須維持這樣一個(gè)比値CrO3∶H2SO4＝100∶1，才能獲得理想的鍍鉻層，稍有不愼就會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。本工藝鍍鉻液中SO2-4的含量不受這個(gè)比値的限制，分析得知H2SO4含量為0.22g/l或1.75g/l時(shí)都能得到良好的鍍層。
還有標(biāo)準(zhǔn)工藝中要求電流密度與鍍鉻溫度有嚴(yán)密的配合。因溫度高，變化快，所以要求電流密度就要隨之改變。因此操作人員必須經(jīng)常測量溫度，調(diào)整輸出電流，稍有不愼，產(chǎn)品就發(fā)灰或鍍不上鉻。本工藝的鍍鉻溫度穩(wěn)定性好，陰極電流密度又低，變化范圍寬，在1.4m3鍍槽中鍍鉻其總電流可在100～200A的范圍內(nèi)波動(dòng)，在槽電壓基本不變時(shí)，陰極電流密度可隨溫度變化自動(dòng)改變，不影響產(chǎn)品質(zhì)量。
由于本工藝鍍鉻的產(chǎn)品表面很少出現(xiàn)掛具印子，據(jù)某廠鍍縫紉機(jī)離合螺釘?shù)臋z驗(yàn)數(shù)據(jù)表明一次合格率為≥98.1%。
本發(fā)明的鍍鉻添加劑及其應(yīng)用工藝可對(duì)鑄鐵或鋼基體、鐵-鎳合金基體、鎳基體、黃銅基體、酸性光銅基體、銅-鋅合金基體以及退鉻返工或拋光后的基體直接鍍鉻。
實(shí)施例1在鍍槽中將曾使用4年以上的標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液，經(jīng)處理除掉過多的SO2-4，再調(diào)整使其成分為CrO3153g/l，H2SO40.63g/l，本添加劑6g/l。根據(jù)待鍍編織機(jī)針床板的面積，掛好Pb-Sn陽極，調(diào)整極距300mm，每次鍍針床板4塊，控制槽電壓為10V，陰極電流密度Dk約為8A/dm2，操作溫度為24℃，鍍鉻時(shí)間5分鐘，所鍍的4塊針床板全部合格。
實(shí)施例2新配的鍍鉻液，其成分為CrO3151g/l，H2SO40.77g/l，本添加劑6g/l。根據(jù)縫紉機(jī)離合螺釘一次鍍鉻的總面積，掛好Pb-Sn陽極，調(diào)整極距為300mm，每次鍍256個(gè)離合螺釘，控制槽電壓為6.5V，陰極電流密度Dk約為9A/dm2，操作溫度為50℃，鍍鉻時(shí)間為5分鐘，只有3個(gè)離合螺釘上的小孔沒有全上鉻，合格率為99%。
實(shí)施例3將使用過幾年的標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液，調(diào)整后使其成分為CrO3147g/l，H2SO40.65g/l，本添加劑6g/l。鍍件是縫紉機(jī)的上輪，根據(jù)鍍件的數(shù)量及其總面積，先掛好Pb-Sn陽極，調(diào)整極距為300mm，控制槽電壓為9V，陰極電流密度Dk為7.5A/dm2，操作溫度35℃，鍍鉻時(shí)間為5分鐘，每槽鍍上輪32個(gè)，全部合格。
實(shí)施例4除鍍鉻溫度為18℃外，其他條件同實(shí)施例2，鍍手動(dòng)編織機(jī)小配件，合格率為99%。
權(quán)利要求
1.一種適用于鍍鉻的稀土添加劑，其特征在于它是由鐠釹為主的輕稀土混合物和K2SiF6及Al2(SO4)·10H2O組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的添加劑，其特征在于這種鐠釹為主的輕稀土混合物是粉末狀稀土的氧化物或稀土硫酸鹽與鉻酸鹽，最好是粉末狀的稀土氫氧化物。該混合物中稀土總量以稀土氧化物計(jì)算為65±3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的添加劑，其特征在于這種鐠釹為主的輕稀土混合物中，以稀土氧化物計(jì)算，其成分為(Pr6O11+Nd2O3)/RxOy＝80～95%，La2O3/RxOy＝4～10%，余量為其它稀土氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的添加劑，其特征在于Pr6O11∶Nd2O3＝1∶7～9。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的添加劑，其特征在于該添加劑成分的重量百分比為輕稀土的氫氧化物的混合物K2SiF6∶Al2(SO4)3·10H2O＝1∶0.25～0.3∶0.1～0.2。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍍鉻的稀土添加劑的鍍鉻工藝，其特征在于工藝條件為CrO3120～180g/l;CrO3∶H2SO4＝100∶0.3～0.6;本添加劑5～8g/l;鍍鉻溫度17～55℃;陰極電流密度Dk5～15A/dm2;陽極組成Pb88～92%，Sn8～12%;陰陽極的面積比S陰∶S陽＝1∶2～2.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的鍍鉻工藝，其特征在于CrO3最佳含量為150～160g/l;本添加劑最佳用量為6～7g/l。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的鍍鉻工藝，其特征在于鍍鉻溫度最佳為25～35℃;陰極電流密度Dk最佳值為8～12A/dm2。
專利摘要
一種鍍鉻添加劑及其應(yīng)用工藝，它是以鐠釹為主 的輕稀土混合物和K
文檔編號(hào)C25D3/02GK87102034SQ87102034
公開日1988年12月21日 申請(qǐng)日期1987年6月9日
發(fā)明者羅振華, 粟健康, 楊華祿 申請(qǐng)人:湖南稀土金屬材料研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan