CN105696028A - 一种三价铬电镀溶液及电镀方法 - Google Patents

一种三价铬电镀溶液及电镀方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电镀领域，特别是一种可以用三价铬电镀厚铬的电镀溶液及电镀方法，有效解决了三价铬镀层不能增厚的问题。该三价铬电镀溶液的镀液成份为：氯化铬0.4～1.2mol/L，配位剂0.5～3.0mol/L，缓冲剂0.1～0.8mol/L，导电盐0.5～2.0mol/L，有机添加剂3～35g/L，其余为水。采用氯化物镀液体系和高密度石墨阳极，在25～45A/dm2的电流密度下制备出表面平整，结晶致密，与基体结合力好，厚度达到60μm以上的三价铬镀层，镀层硬度HV800以上。

Description

一种三价铬电镀溶液及电镀方法
技术领域
本发明涉及电镀领域，特别是一种可以用三价铬电镀厚铬的电镀溶液及电镀方法。
背景技术
电镀铬层硬度高，具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，并且具有优良的装饰性，常被用作电子电气设备、五金工具等装饰性镀层和活塞、模具、轴类等的功能性镀层，应用十分广泛。现在世界上电镀铬层绝大部分都是采用六价铬电镀工艺，六价铬电镀工艺简单，维护方便，镀层性能好。但是六价铬离子毒性甚大，过量摄入会导致皮肤溃疡，肝肾功能受损，并且有强烈的致癌作用。美国环境保护署已经将六价铬确定为危险的空气污染物质和17种高度危险的毒性物质之一。随着人们对健康及环境保护的日益重视，开发一种可替代六价铬电镀的新型环保技术是各国科研工作者努力的方向。
三价铬毒性比六价铬毒性小100倍，三价铬电镀技术被认为是一种很有希望取代六价铬电镀的环保化技术。经过几十年的发展，三价铬电镀技术已经取代了长足的发展，在装饰性镀铬领域已经可以做到对六价铬电镀的替代。但是三价铬镀液成分复杂，对杂质容忍度低，镀液维护困难，并且由于三价铬离子配合物惰性较高，易发生水解、羟合、氧合等反应，镀层增厚困难。在功能性镀铬领域，目前还没有可以取代六价铬电镀的三价铬电镀技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三价铬电镀溶液及电镀方法，有效解决了三价铬镀层不能增厚的问题。
本发明的技术方案是：
一种三价铬电镀溶液，镀液成份为：氯化铬0.4～1.2mol/L，配位剂0.5～3.0mol/L，缓冲剂0.1～0.8mol/L，导电盐0.5～2.0mol/L，有机添加剂3～35g/L，其余为水。
所述的三价铬电镀溶液，优选的镀液成份为：氯化铬0.5～1.0mol/L，配位剂1.2～2.0mol/L，缓冲剂0.2～0.5mol/L，导电盐0.8～1.5mol/L，有机添加剂5～15g/L，其余为水。
所述的三价铬电镀溶液，配位剂为甲酸、乙酸、乙醇酸及其盐，以及甲醇、尿素、乙内酰脲中的一种或两种以上。
所述的三价铬电镀溶液，缓冲剂为硼酸、氯化铝、柠檬酸钠中的一种或两种以上。
所述的三价铬电镀溶液，导电盐为氯化钠、氯化铵中的一种或两种以上。
所述的三价铬电镀溶液，有机添加剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、丁炔二醇、聚乙烯亚胺、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
所述的三价铬电镀溶液的电镀方法，采用三价铬电镀溶液进行电镀，包含以下步骤：
(1)按所述配方配制三价铬电镀溶液，搅拌24h以上；电镀液pH值控制在0.9～4.0；
(2)将待电镀工件除油除锈清洗干净，打磨光滑，用稀盐酸进行活化处理；
(3)将活化后工件浸没在电镀溶液中，镀液温度控制在20℃～50℃；
(4)阴极电流密度为25～45A/dm2；
(5)镀液采取强制循环的方式；
(6)镀层达到所需厚度时，取出工件，清洗干净并吹干。
所述的三价铬电镀方法，镀层厚度为40～100μm。
本发明的优点和有益效果是：
1、本发明采用氯化物镀液体系和高密度石墨阳极，在25～45A/dm2的电流密度下制备出表面平整、结晶致密、与基体结合力好、厚度可达60μm以上的三价铬镀层，镀层硬度HV800以上。
2、本发明采用三价铬溶液制备厚铬镀层，降低了对环境的污染，减少了对电镀工人健康的危害。
具体实施方式
在具体实施方式中，本发明三价铬电镀溶液为氯化物镀液体系，镀液成份为：氯化铬0.4～1.2mol/L，配位剂0.5～3.0mol/L，缓冲剂0.1～0.8mol/L，导电盐0.5～2.0mol/L，有机添加剂3～35g/L，其余为水。优选的镀液成份为：氯化铬0.5～1.0mol/L，配位剂1.2～2.0mol/L，缓冲剂0.2～0.5mol/L，导电盐0.8～1.5mol/L，有机添加剂5～15g/L，其余为水。其中：
配位剂为甲酸、乙酸、乙醇酸及其盐，以及甲醇、尿素、乙内酰脲中的一种或两种以上，其特点和作用是：配位剂可与三价铬离子形成活性配位离子，使三价铬离子在阴极上电沉积析出。在配位剂采用两种以上的混合物时，将产生不规则结构的配位离子，进一步提高配位离子的活性，使三价铬的电沉积析出更加容易。
缓冲剂为硼酸、氯化铝、柠檬酸钠中的一种或两种以上，其特点和作用是：缓冲剂用来提高镀液pH至稳定性，抑制三价铬离子的水解、羟合反应。采用两种以上缓冲剂的混合物时，可以进一步起到稳定镀液pH值的作用。
导电盐为氯化钠、氯化铵中的一种或两种以上，其特点和作用是：保证镀液具有较高的电导率，提高镀液中离子迁移速率。
有机添加剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、丁炔二醇、聚乙烯亚胺、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种，有机添加剂可以增大阴极极化，起到细化晶粒的作用，使结晶致密。
采用三价铬电镀溶液进行电镀，主要包含以下步骤：
(1)按所述配方配制三价铬电镀溶液，搅拌24h以上(优选为24～48h)；电镀液pH值控制在0.9～4.0，优选为2.0±0.5。
(2)将待电镀工件除油除锈清洗干净，打磨光滑，用稀盐酸(浓度为10～20wt％)进行活化处理，可以提高镀层与基体的结合力；
(3)将活化后工件浸没在电镀溶液中，镀液温度控制在20℃～50℃，优选为35±5℃。
(4)阴极电流密度为25～45A/dm2，优选为30～35A/dm2。
(5)镀液采取强制循环的方式。
(6)镀层达到所需厚度(一般为40～100μm)时，取出工件，清洗干净并吹干。
下面通过实施例进一步详述本发明。
实施例1
本实施例中，电镀溶液成分：氯化铬0.8mol/L，甲酸0.2mol/L，乙酸0.4mol/L，尿素2.0mol/L，硼酸0.2mol/L，氯化钠0.5mol/L，氯化铵0.5mol/L，丁炔二醇6g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌24h，配制电镀溶液，溶液pH值1.2。阴极电流密度30A/dm2，镀液温度30℃，电镀时间60min，镀层厚度70μm。本实施例采用氯化物镀液体系和高密度石墨阳极(固定碳含量≥99.99wt％，密度1.85g/cm3)，镀层致密，光亮。
实施例2
本实施例中，电镀溶液成分：氯化铬0.8mol/L，甲酸0.2mol/L，乙酸0.4mol/L，尿素2.0mol/L，氯化钠0.5mol/L，氯化铵0.5mol/L，硼酸0.2mol/L，丁炔二醇6g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌24h，配制电镀溶液，溶液pH值1.2。阴极电流密度45A/dm2，镀液温度40℃，电镀时间30min，镀层厚度45μm。本实施例采用氯化物镀液体系和高密度石墨阳极(固定碳含量≥99.99wt％，密度1.75g/cm3)，镀层中部质量较好，端部稍有发黑。
实施例3
本实施例中，电镀溶液成分：氯化铬0.8mol/L，甲酸0.4mol/L，乙醇酸0.6mol/L，氯化铵0.5mol/L，硼酸0.3mol/L，柠檬酸钠0.2mol/L，聚乙二醇5g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌24h，配制电镀溶液，溶液pH值0.9。阴极电流密度40A/dm2，镀液温度45℃，电镀时间60min，镀层厚度50μm。本实施例采用氯化物镀液体系和高密度石墨阳极(固定碳含量≥99.99wt％，密度1.75g/cm3)，镀层致密，结合力好。
实施例4
本实施例中，电镀溶液成分：氯化铬0.6mol/L，甲酸0.2mol/L，乙醇酸钠0.4mol/L，氯化铵0.4mol/L，氯化钠0.4mol/L，硼酸0.2mol/L，烷基酚聚氧乙烯醚3g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌24h，配制电镀溶液，溶液pH值1.8。阴极电流密度30A/dm2，镀液温度30℃，电镀时间60min，镀层厚度45μm。本实施例采用氯化物镀液体系和高密度石墨阳极(固定碳含量≥99.99wt％，密度1.75g/cm3)，镀层致密，光亮。
实施例5
本实施例中，电镀溶液成分：氯化铬1.0mol/L，乙醇酸0.5mol/L，甲酸0.3mol/L，乙内酰脲0.3mol/L，氯化铝0.2mol/L，柠檬酸钠0.3mol/L，氯化钠0.3mol/L，氯化铵0.5mol/L，烷基酚聚氧乙烯醚5g/L，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌36h，配制电镀溶液，溶液pH值2.0。阴极电流密度30A/dm2，镀液温度35℃，电镀时间100min，镀层厚度80μm。本实施例采用氯化物镀液体系和高密度石墨阳极(固定碳含量≥99.99wt％，密度1.75g/cm3)，镀层致密，结合力好。

Claims (8)

1.一种三价铬电镀溶液，其特征在于，镀液成份为：氯化铬0.4～1.2mol/L，配位剂0.5～3.0mol/L，缓冲剂0.1～0.8mol/L，导电盐0.5～2.0mol/L，有机添加剂3～35g/L，其余为水。
2.按照权利要求1所述的三价铬电镀溶液，其特征在于，优选的镀液成份为：氯化铬0.5～1.0mol/L，配位剂1.2～2.0mol/L，缓冲剂0.2～0.5mol/L，导电盐0.8～1.5mol/L，有机添加剂5～15g/L，其余为水。
3.按照权利要求1或2所述的三价铬电镀溶液，其特征在于，配位剂为甲酸、乙酸、乙醇酸及其盐，以及甲醇、尿素、乙内酰脲中的一种或两种以上。
4.按照权利要求1或2所述的三价铬电镀溶液，其特征在于，缓冲剂为硼酸、氯化铝、柠檬酸钠中的一种或两种以上。
5.按照权利要求1或2所述的三价铬电镀溶液，其特征在于，导电盐为氯化钠、氯化铵中的一种或两种以上。
6.按照权利要求1或2所述的三价铬电镀溶液，其特征在于，有机添加剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、丁炔二醇、聚乙烯亚胺、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
7.一种使用权利要求1或2所述的三价铬电镀溶液的电镀方法，其特征在于，采用三价铬电镀溶液进行电镀，包含以下步骤：
(1)按所述配方配制三价铬电镀溶液，搅拌24h以上；电镀液pH值控制在0.9～4.0；
(2)将待电镀工件除油除锈清洗干净，打磨光滑，用稀盐酸进行活化处理；
(3)将活化后工件浸没在电镀溶液中，镀液温度控制在20℃～50℃；
(4)阴极电流密度为25～45A/dm2；
(5)镀液采取强制循环的方式；
(6)镀层达到所需厚度时，取出工件，清洗干净并吹干。
8.按照权利要求7所述的三价铬电镀方法，其特征在于，镀层厚度为40～100μm。
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