一種三價(jià)鉻電鍍液及電鍍方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三價(jià)鉻電鍍液及電鍍方法，屬于電鍍領(lǐng)域。每升電度液的組成如下：20?80克硫酸鉻鉀、硫酸鉻、堿式硫酸鉻中的任意一種或幾種，1—10克絡(luò)合劑，0.5?5.0克潤濕劑，0.1?0.5克應(yīng)力消除劑，30?150克導(dǎo)電鹽組成，所述的絡(luò)合劑為聚羧酸或含羥基的聚羧酸。應(yīng)用本發(fā)明電鍍液進(jìn)行三價(jià)鉻電鍍時(shí)，能避免三價(jià)鉻電鍍時(shí)，鍍層達(dá)35μm以上應(yīng)開裂的缺點(diǎn)。能獲得50~150μm均勻致密鍍層，鍍層硬度850?1000HV。鍍層經(jīng)過5min、200℃熱處理后，硬度達(dá)到1600?2000HV。
【專利說明】_種三價(jià)絡(luò)電鍍液及電鍍方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種三價(jià)鉻電鍍液及電鍍方法，屬于電鍍領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]在金屬表面用電鍍的方法沉積金屬鉻涂層能明顯提高金屬基材的耐蝕性、耐磨性、表面硬度及裝飾性，因此電鍍鉻在電鍍行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。目前除裝飾性電鍍鉻外，基本上都采用六價(jià)鉻電鍍的方法來增強(qiáng)基材的耐蝕性、耐磨性及表面硬度。但六價(jià)鉻毒性大，對環(huán)境污染嚴(yán)重，六價(jià)鉻電鍍的廢液難于處理，歐美等發(fā)達(dá)國家對六價(jià)鉻的排放量作了嚴(yán)格的規(guī)定。由于這些原因，促使人們尋求六價(jià)鉻電鍍的替代方法。研究發(fā)現(xiàn)三價(jià)鉻電鍍是替代六價(jià)鉻電鍍最有希望的一種方法。三價(jià)鉻毒性比六價(jià)鉻低得多，其電鍍廢液較易處理。但三價(jià)鉻電鍍也有其缺點(diǎn)，其鍍層難于增厚，而且隨著鍍層的增厚，由于內(nèi)應(yīng)力增加導(dǎo)致鍍層開裂；另外鍍液中的雜離子累積到一定濃度時(shí)，也嚴(yán)重影響鍍層質(zhì)量。CN103510130A和CN101643924B分別報(bào)導(dǎo)了以硫酸鉻作鉻源，小分子羧酸、羥基酸及其鹽作絡(luò)合劑的三價(jià)鉻的電鍍方法，由于小分子羧酸如甲酸、草酸穩(wěn)定性差，易氧化的缺點(diǎn)，使得鍍液不穩(wěn)定。另外CN103510130A的鍍層厚度為40um，CN101643924B的極限厚度50um，都不是很高。本發(fā)明提供了一種三價(jià)鉻電鍍配方，該配方中以硫酸鉻鹽作鉻源，以聚羧酸或含羥基的聚羧酸及其鹽作絡(luò)合劑，輔以潤濕劑、應(yīng)力消除劑，能有較克服目前三價(jià)鉻電度的一些缺點(diǎn)，能形成50?150um的均勻致密鍍層，室溫鍍層硬度達(dá)850-1000HV，經(jīng)200°C熱處理硬度達(dá)1600?2000HV。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三價(jià)鉻電鍍液及電鍍方法。與已有的三價(jià)鉻電鍍方法和工藝相比，本發(fā)明電鍍液采用了新型的電鍍絡(luò)合劑，克服了現(xiàn)有三價(jià)鉻電鍍中用小分子羧酸或其鹽作絡(luò)合劑導(dǎo)致鍍液穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。
[0005]針對上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種三價(jià)鉻電鍍液，每升電度液的組成如下:
20-80克硫酸鉻鉀、硫酸鉻、堿式硫酸鉻中的任意一種或幾種，I 一 10克絡(luò)合劑，0.5-5.0克潤濕劑，0.1-0.5克應(yīng)力消除劑，30-150克導(dǎo)電鹽組成，所述的絡(luò)合劑為聚羧酸或含羥基的聚羧酸。
[0006]所述的聚羧酸或含羥基的聚羧酸的分子量為5000-50000。
[0007]所述的潤濕劑為尿素、聚乙二醇中的一種或兩種。所述的聚乙二醇的分子量為200-1000。
[0008]所述的應(yīng)力消除劑為硝酸釹、硫酸釹、氟化釹中的任意一種或幾種。
[0009]所述的導(dǎo)電鹽為硫酸鉀、硫酸鈉，硝酸鈉、硝酸鉀中的任意一種或幾種。
[0010]所述的聚羧酸可以采用如下方法制備:丙烯酸或甲基丙烯酸中的任意一種與衣康酸或馬來酸中的任意一種按4:1(摩爾比)的比例混合，將該混合物200kg加入反應(yīng)釜中，然后加入離子水300kg，異丙醇100kg，硫醇 200g，過硫酸鉀800g，室溫?cái)嚢枞芙夂螅郎氐?0°C，維持該溫度反應(yīng)2小時(shí)，真空噴霧干燥， 得白色或略帶黃色的聚羧酸固體粉末。調(diào)整硫醇和過硫酸鉀的量，得不同分子量的聚羧酸。
[0011]所述的含羥基的聚羧酸的制備方法如下:丙烯酸或甲基丙烯酸中的任意一種與衣康酸或馬來酸中的任意一種及甲基丙烯酸2-羥乙酯按7:2:1(摩爾比)的比例混合，將該混合物200kg加入反應(yīng)釜中，然后加入離子水 300kg，異丙醇120kg，硫醇250g，過硫酸鉀800g，室溫?cái)嚢枞芙夂?，升溫?0°C，維持該溫度反應(yīng)2小時(shí)，真空噴霧干燥，得白色或略帶黃色的聚羧酸固體粉末。調(diào)整硫醇和過硫酸鉀的量，得不同分子量的含羥基的聚羧酸。
[0012]采用本發(fā)明的電鍍液進(jìn)行電鍍的電鍍方法如下:采用本發(fā)明的電鍍液進(jìn)行電鍍， 調(diào)節(jié)鍍液pH值為2.4?3.6，工件為陰極，電鍍陽極為銥鉭涂覆鈦陽極，工作溫度25?60 °C，電鍍的電流密度從開始的0經(jīng)過60s?120s的時(shí)間增加到5?60 A/dm2的電流密度。
[0013]為了保障鍍層與基底有良好的結(jié)合力，必須采用軟啟動方法進(jìn)行電鍍;所述軟啟動是指電鍍的電流密度從開始的〇經(jīng)過60s?120s的時(shí)間增加到指定的電流密度。[〇〇14]電鍍陽極為象形陽極。
[0015]電流密度優(yōu)選為15?35 A/dm2。
[0016]工作溫度優(yōu)選為35?45 °C。
[0017]鍍液pH: 2.4 ?3.6，可用 10wt%H2S〇4或20wt%Na0H溶液調(diào)節(jié)pH。[0〇18]陰陽極的面積比S陰/S陽:1:1?1:3。
[0019]陰極旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速lr/min。
[0020]本發(fā)明提供了一種三價(jià)鉻電鍍配方，該配方中以硫酸鉻鹽作鉻源，以聚羧酸或含羥基的聚羧酸及其鹽作絡(luò)合劑，克服了現(xiàn)有三價(jià)鉻電鍍中用小分子羧酸或其鹽作絡(luò)合劑導(dǎo)致鍍液穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明中的絡(luò)合劑還具有良好的分散能力，不需另加其它表面活性劑作分散劑，避免了表面活性劑在鍍層表面產(chǎn)生氣泡。另外通過在鍍液中添加應(yīng)力消除劑，能有效地細(xì)化鍍層晶粒，減小或消除鍍層中的內(nèi)應(yīng)力，增強(qiáng)鍍層與基材的結(jié)合強(qiáng)度和鍍層的表面硬度。應(yīng)用本發(fā)明電鍍液進(jìn)行三價(jià)鉻電鍍時(shí)，能避免三價(jià)鉻電鍍時(shí)，鍍層達(dá)35 _以上應(yīng)開裂的缺點(diǎn)。能獲得50?150_均勻致密鍍層，鍍層硬度850-1000HV。鍍層經(jīng)過 5min、200 °C熱處理后，硬度達(dá)到1600-2000HV。【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1電鍍液配方硫酸鉻20g，丙烯酸-衣康酸共聚物4g(分子量20000)，1.0g聚尿素，0.4g硫酸釹，60g硫酸鉀，混勻即可。[〇〇22] 電鍍工藝電鍍基材65Mn鋼，采用軟啟動，電流密度:65 A/dm2，以銥鉭涂覆鈦?zhàn)麝枠O，陰極與陽極的面積比為1:3，工作溫度25°C，鍍液pH為2.4，電鍍時(shí)間2小時(shí)。
[0023]鍍層指標(biāo):光亮致密鍍層，鍍層厚度50_，常溫下硬度850HV，經(jīng)過5min、200°C熱處理后，硬度 1600HV，300°C熱震實(shí)驗(yàn)無開裂。[〇〇24] 實(shí)施例2 電鍍液配方硫酸鉻40g，丙烯酸-衣康酸-甲基丙烯酸-2-羥乙酯共聚物lg(分子量5000)，2.0g尿素， 〇.1 g硫酸釹，30g硫酸鉀，混勻即可。[〇〇25] 電鍍工藝電鍍基材65Mn鋼，采用軟啟動，電流密度:15 A/dm2,以銥鉭涂覆鈦?zhàn)麝枠O，陰極與陽極的面積比為1:1，工作溫度65°C，鍍液pH為3.0,電鍍時(shí)間2小時(shí)。
[0026]鍍層指標(biāo):光亮致密鍍層，鍍層厚度75_，常溫下硬度900HV，經(jīng)過5min、200°C熱處理后，硬度 1750HV，300°C熱震實(shí)驗(yàn)無開裂。[〇〇27] 實(shí)施例3 電鍍液配方硫酸鉻50g，丙烯酸-馬來酸共聚物4g(分子量10000)，0.5g聚乙二醇(分子量1000)， 0.5g硫酸釹，100g硫酸鉀，混勻即可。[〇〇28] 電鍍工藝電鍍基材65Mn鋼，采用軟啟動，電流密度:35 A/dm2，以銥鉭涂覆鈦?zhàn)麝枠O，陰極與陽極的面積比為1:2，工作溫度35°C，鍍液pH為2.8，電鍍時(shí)間2.5小時(shí)。
[0029]鍍層指標(biāo):光亮致密鍍層，鍍層厚度90mi，常溫下硬度950HV，經(jīng)過5min、200°C熱處理后，硬度 1850HV，300°C熱震實(shí)驗(yàn)無開裂。
[0030]實(shí)施例4 電鍍液配方60g硫酸鉻，丙烯酸-衣康酸-甲基丙烯酸-2-羥乙酯共聚物6g(分子量20000)，3.0g尿素，0.4g氟化釹，100g硫酸鉀，混勻即可。
[0031]電鍍工藝電鍍基材65Mn鋼，采用軟啟動，電流密度:25 A/dm2，以銥鉭涂覆鈦?zhàn)麝枠O，陰極與陽極的面積比為1:3，工作溫度40°C，鍍液pH為3.6，電鍍時(shí)間2小時(shí)。[〇〇32]鍍層指標(biāo):光亮致密鍍層，鍍層厚度120 m，常溫下硬度1000HV，經(jīng)過5min、200°C熱處理后，硬度 1950HV，300°C熱震實(shí)驗(yàn)無開裂。
[0033] 實(shí)施例5 電鍍液配方80g硫酸鉻鉀，甲基丙烯酸_衣康酸共聚物8g(分子量40000)，4.(^聚乙二醇(分子量 400)，0.4g硝酸釹，100g硫酸鉀。[〇〇34] 電鍍工藝電鍍基材65Mn鋼，采用軟啟動，電流密度:40 A/dm2，以銥鉭涂覆鈦?zhàn)麝枠O，陰極與陽極的面積比為I: 2，工作溫度25°C，鍍液pH為3.0，電鍍時(shí)間2小時(shí)。
[0035]鍍層指標(biāo):
光亮致密鍍層，鍍層厚度ΙΟΟμπι，常溫下硬度900HV，經(jīng)過5min、200°C熱處理后，硬度1850HV，300°C熱震實(shí)驗(yàn)無開裂。
[0036]實(shí)施例6 電鍍液配方
SOg堿式硫酸鉻，丙烯酸-衣康酸-甲基丙烯酸-2-羥乙酯共聚物共聚物8g(分子量20000 ),4.0g尿素，0.4g硫酸釹，150g硫酸鉀。
[0037]電鍍工藝
電鍍基材65Mn鋼，采用軟啟動，電流密度:50 A/dm2，以銥鉭涂覆鈦?zhàn)麝枠O，陰極與陽極的面積比為I: 2，工作溫度450C，鍍液pH為2.4，電鍍時(shí)間2小時(shí)。
[0038]鍍層指標(biāo):
光亮致密鍍層，鍍層厚度135μπι，常溫下硬度1000HV，經(jīng)過5min、200°C熱處理后，硬度1950HV，300°C熱震實(shí)驗(yàn)無開裂。
[0039]實(shí)施例7 電鍍液配方
SOg硫酸鉻，丙烯酸-衣康酸-甲基丙烯酸-2-羥乙酯共聚物共聚物10g(分子量50000)，
3.0g聚乙二醇(分子量200 ),2.0g尿素，0.5g氟化釹，150g硫酸鉀。
[0040]電鍍工藝
電鍍基材65Mn鋼，采用軟啟動，電流密度:30 A/dm2，以銥鉭涂覆鈦?zhàn)麝枠O，陰極與陽極的面積比為I: I，工作溫度45°C，鍍液pH為2.4，電鍍時(shí)間2小時(shí)。
[0041]鍍層指標(biāo):
光亮致密鍍層，鍍層厚度150μπι，常溫下硬度1000HV，經(jīng)過5min、200°C熱處理后，硬度2000HV，300 0C熱震實(shí)驗(yàn)無開裂。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三價(jià)鉻電鍍液，每升電度液的組成如下:20-80克硫酸鉻鉀、硫酸鉻、堿式硫酸鉻中的任意一種或幾種，1 一10克絡(luò)合劑，0.5-5.0 克潤濕劑，0.1-0.5克應(yīng)力消除劑，30-150克導(dǎo)電鹽組成，所述的絡(luò)合劑為聚羧酸或含羥基的聚羧酸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三價(jià)鉻電鍍液，其特征在于，所述的聚羧酸或含羥基的聚羧 酸的分子量為5000-50000。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三價(jià)鉻電鍍液，其特征在于，所述的潤濕劑為尿素、聚乙二醇 中的一種或兩種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三價(jià)鉻電鍍液，其特征在于，所述的聚乙二醇的分子量為200-1000〇5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三價(jià)鉻電鍍液，其特征在于，所述的應(yīng)力消除劑為硝酸釹、硫 酸釹、氟化釹中的任意一種或幾種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三價(jià)鉻電鍍液，其特征在于，所述的導(dǎo)電鹽為硫酸鉀、硫酸鈉， 硝酸鈉、硝酸鉀中的任意一種或幾種。7.—種電鍍方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1所述的電鍍液進(jìn)行電鍍，調(diào)節(jié)鍍液pH值為2.4?3.6,工件為陰極，電 鍍陽極為銥鉭涂覆鈦陽極，工作溫度25?60°C，電鍍的電流密度從開始的0經(jīng)過60s?120s 的時(shí)間增加到5?60 A/dm2的電流密度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電鍍方法，其特征在于，電鍍陽極為象形陽極。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電鍍方法，其特征在于，電流密度為15?35 A/dm2。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電鍍方法，其特征在于，工作溫度為35?45 °C。
【文檔編號】C25D3/06GK106086949SQ201610729261
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月26日
【發(fā)明人】陸飚, 李家柱
【申請人】武漢迪賽環(huán)保新材料股份有限公司