CN101078132A - 在三价铬镀液中电沉积耐磨性厚铬镀层的方法 - Google Patents

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张俊彦
曾志翔
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Abstract

本发明公开了一种在三价铬电镀液中制备厚度达到30～50μm的硬铬镀层的方法。主要是针对目前三价铬电沉积工艺存在的镀层厚度不能超过10μm、不能用于抗磨减摩方面等致命缺点而发明的。本发明在含氯化铬的基础电解液中，通过选择适当的添加剂和控制工艺条件，制备出表面平整，与底材结合牢固，硬度达到800Hv，热处理后硬度达到1400Hv以上的镀层。其优点在于制备出的铬镀层表面无裂纹，厚度最大能达到50μm的镀层。经过适当温度下的热处理后，其耐磨性能优于传统的六价铬电镀镀层。此发明的工艺有望部分取代严重污染环境且危害人体健康的传统六价铬电沉积工艺，制备的镀层可用于工件的抗磨减摩涂层。

Description

在三价铬镀液中电沉积耐磨性厚铬镀层的方法
技术领域
本发明涉及一种在环保型三价铬镀液中制备耐磨性厚铬镀层的电沉积方法。
背景技术
铬镀层由于具有高硬度、良好的耐磨性能及耐腐蚀性能而成为工业界应用最广泛的电镀层。但是长期以来，传统的六价铬镀液存在很多难以克服的缺点，如分散能力和覆盖能力差、电流效率低、电镀温度高、污染严重等。目前，世界卫生组织和世界各国对六价铬电镀工艺的污染问题越来越重视，从1997年起，欧洲和北美规定六价铬在空气中的最大排放量为0.001mg/m3。欧盟近期的令关于在电子设备中禁止使用某些有害物质的指令》(ROHS令严格规定2006年7月1日以后，将在欧洲全境禁止六价铬在电子产品中的使用。中国的《电子信息产品污染控制管理办法》也明确规定从2007年3月1日起将控制六价铬的使用。当前代六价铬技术研究已经成为电镀行业研究的热点之一。
目前，代六价铬电镀技术主要有三种：气相沉积铬镀层、电沉积合金镀层、三价铬电沉积镀层。气相沉积技术优点在于污染小、沉积均匀，但是其成本高、覆盖能力差，不能用于对不规则工件及工件管内壁的电镀沉积。电沉积合金代铬镀层主要包括Zn-Sn-Co、Ni-P、Ni-W及其他三元合金，此种方法污染小，但是镀液稳定性差，可操作条件窄。三价铬电沉积工艺毒性只有六价铬溶液的1％，且能耗低、效率高、分散能力和深镀能力强，但是其致命的缺点就是不能镀厚。虽然有国外报道已经能制备出厚铬镀层，但是国内还未见三价铬电镀厚铬耐磨涂层的工业化生产。
为了减少环境的污染，降低中国在环保型镀铬工艺技术方面对外国技术的依赖，克服绿色贸易的堡垒，迫切需要国内的研究者们开发出具有自主知识产权的三价铬电镀厚铬耐磨涂层工艺。我们经过多年的努力研究，合理的选择了一些添加剂，开发出了三价铬电镀厚铬耐磨涂层工艺，镀层的厚度能达到30～50μm。此工艺溶液配制简单，可操作条件宽，有望在电镀耐磨厚铬涂层方面取代六价铬电镀工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服三价铬电镀工艺不能制备厚铬耐磨镀层的不足，提供一种工艺，使其沉积的镀层厚度达到30～50μm，且表面平整、与底材具有较高的结合强度。适当的热处理后，镀层的耐磨性能与六价铬电镀镀层相当或优于六价铬电镀镀层。
本发明通过如下措施来实现：
一种在三价铬镀液中电沉积耐磨性厚铬镀层的方法，其特征在于选用氯化铬溶液体系，其镀液配方组成为：每升电解液中含有氯化铬95～125g，尿素80～120g，溴化铵40～50g，氯化钠20～35g，硼酸2～10g，甲醇180～220ml，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸盐、乙酸盐或乙二酸盐0.1～1mol；电沉积时阳极为高纯石墨，将工件按照常规镀前预处理进行清洗和活化后，控制施镀温度在40～45℃，电解液pH值控制在0～2，阴极电流密度为50～125A/dm2，电沉积20～40分钟即可沉积出厚度为30μm～50μm的硬铬镀层。
三价铬电镀工艺不能镀厚铬耐磨涂层主要是由于在电镀过程中，阴极表面的Cr3+和OH-会发生羟桥反应，形成钝化膜阻止镀层的继续生长。本发明选择pH值较低的镀液体系，并添加一些含有羰基的物质如，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸盐、乙酸盐、乙二酸盐等，使其与OH-竞争。以上两种方案能有效的阻止沉积过程中的钝化，使镀层的厚度达到30～50μm。
按本发明的电沉积方法制备的铬镀层为含有碳元素的非晶态合金，其硬度达到800Hv，经热处理后，硬度在1200～1700Hv范围内。
按本发明制备的铬镀层无裂纹，表面粗糙度Ra≤0.6μm。
按本发明制备的铬镀层耐腐蚀性能优于传统的六价铬电镀镀层。
本发明中镀液的毒性仅为六价铬镀液的1％。
本发明的最大突破点为：1.能在比较宽的操作条件范围内，在三价铬镀液中快速沉积30～50μm的镀层；2.按本发明制备的铬镀层在适当的热处理后，其耐磨性能优于传统的六价铬电镀镀层。
本发明可以在镀耐磨性厚铬镀层方面部分取代传统的六价铬电镀技术。
附图说明
图1是厚度为50μm的三价铬电镀镀层表面的扫描电镜照片(×500)。
图2为其剖面的光学显微镜照片(×400)。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，通过实例进行说明。
实施例1
在施镀面积为0.04dm2的45#钢或紫铜工件表面采用本发明电沉积方法施镀，工件的镀前预处理采用常规的镀前预处理工艺。三价铬电沉积耐磨厚铬镀层的镀液配方是：每升电解液中含有氯化铬95～125g，尿素80～120g，溴化铵40～50g，氯化钠20～35g，硼酸6～10g，甲醇180～220ml，甲酸(或乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸盐、乙酸盐、乙二酸盐)0.1～1mol。电镀时高纯石墨为阳极，经过常规镀前预处理后的45#钢或紫铜工件作阴极；电解液pH值控制在0～2，利用恒温装置控制施镀温度在40～45℃，搅拌速度适当，沉积过程中控制阴极电流为2～5A之间，电流太小或太大镀层的质量都不好。电沉积时间为20～40分钟，即可沉积出厚度为30～50μm的硬铬镀层。电沉积得到的镀层硬度为800Hv左右，分别在200℃，400℃，600℃条件下进行热处理后的镀层硬度分别升高到1400Hv，1500Hv，1600Hv左右。当镀层用于抗磨减磨方面时，可根据不同的使用条件，选择适当的热处理温度。

Claims (1)

1、一种在三价铬镀液中电沉积耐磨性厚铬镀层的方法，其特征在于选用氯化铬溶液体系，其镀液配方组成为：每升电解液中含有氯化铬95～125g，尿素80～120g，溴化铵40～50g，氯化钠20～35g，硼酸2～10g，甲醇180～220ml，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸盐、乙酸盐或乙二酸盐0.1～1mol；电沉积时阳极为高纯石墨，将工件按照常规镀前预处理进行清洗和活化后，控制施镀温度在40～45℃，电解液pH值控制在0～2，阴极电流密度为50～125A/dm2，电沉积20～40分钟即可沉积出厚度为30μm～50μm的硬铬镀层。
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