三价镀铬的研究概况
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三价铬体系Cr-Al2O3纳米复合电沉积的研究的开题报告一、研究背景与意义随着现代科技的不断发展,高技术材料的制备技术越来越受到人们的重视,其中多相材料是当代科技领域的一个重要研究方向。
Cr-Al2O3纳米复合材料具有优异的物理、化学和高温力学性能,被广泛应用于航空、航天等高技术领域。
电沉积技术是现代制备多相材料的一种有效方法,具有操作简单、成本低廉、成膜速率快等优点。
但是,在制备高质量的Cr-Al2O3纳米复合膜方面还存在许多问题和挑战,如脱粘、晶体生长不均匀等。
因此,开展Cr-Al2O3纳米复合电沉积技术的研究具有重要的理论和实践意义。
本文旨在研究Cr-Al2O3纳米复合电沉积技术的制备条件、微观结构、物理化学性质等方面,深入探讨其制备机理与性能优化,为Cr-Al2O3纳米复合材料的制备与应用提供一定的理论和实验基础。
二、研究内容和目标(一)研究内容:1、优化Cr-Al2O3纳米复合电沉积技术的制备条件;2、探究Cr-Al2O3纳米复合电沉积技术的微观结构和成膜机理;3、分析Cr-Al2O3纳米复合电沉积技术的表面性质、耐腐蚀性能等物理化学性质。
(二)研究目标:1、建立Cr-Al2O3纳米复合电沉积技术的制备方法,并进行制备条件的优化;2、研究Cr-Al2O3纳米复合膜的微观结构和成膜机理,探究其制备机理;3、分析Cr-Al2O3纳米复合膜的表面性质、耐腐蚀性能等物理化学性质。
三、研究方法和步骤(一)研究方法1、电沉积技术;2、电化学分析技术;3、材料表征技术。
(二)研究步骤1、准备实验所需的化学试剂和材料;2、进行Cr-Al2O3纳米复合膜的电沉积实验,并对沉积膜进行表征分析;3、根据实验结果,分析膜的微观结构和物理化学性质;4、对实验结果进行统计和分析;5、撰写实验报告。
四、研究预期成果完成本研究后,预期可以获得以下成果:1、建立Cr-Al2O3纳米复合电沉积技术的制备方法,并对其制备条件进行了优化;2、深入探究Cr-Al2O3纳米复合膜的微观结构和成膜机理,揭示其制备机理;3、分析Cr-Al2O3纳米复合膜的表面性质、耐腐蚀性能等物理化学性质;4、为 Cr-Al2O3纳米复合材料的制备与应用提供了一定的理论和实验基础。
2023年三价铬行业市场环境分析一、三价铬的概述三价铬是铬的一种化合物,化学式为Cr(III)。
三价铬不仅是一种重要的化学元素,也是一种重要的功能材料。
在工业上,三价铬常用作电镀和防蚀材料的原料,也用于制造催化剂、颜料和陶瓷等。
二、三价铬行业市场现状1. 行业市场规模三价铬是一项重要的工业原料,广泛应用于各个行业。
根据市场研究数据,2019年,全球三价铬市场的规模为55亿美元,预计到2026年将达到70亿美元,年复合增长率4.2%。
在中国,三价铬产业也得到了大力发展。
2019年,中国三价铬市场销售额为30.85亿元人民币,预计到2026年将达到45.79亿元人民币。
2. 行业市场趋势随着经济的发展和环保行业的日益重视,三价铬行业发展呈现出以下几个趋势:(1) 高端化、多样化随着科技的不断发展,三价铬产品的性能和质量不断提高,向高端化发展。
同时,随着使用领域不断扩大,三价铬产品的种类也在不断增多、多样化。
(2) 绿色化、环保化环保问题日益突出,企业绿色生产、环保治理逐渐成为了三价铬行业的发展趋势。
高污染的生产模式正在被逐步淘汰,绿色生产更加受到青睐。
(3) 国际化、全球化目前,三价铬行业的市场已经不局限于国内,而是越来越向全球化发展。
伴随着全球经济的一体化进程,三价铬产品的国际贸易量逐渐上升。
三、三价铬行业市场竞争格局1. 行业竞争现状三价铬行业市场竞争主要表现在以下几个方面:(1) 成本竞争三价铬生产成本和市场竞争密切相关。
在成本、质量和服务等方面的竞争中,企业通过不断降低成本和提高产品质量来获取市场竞争优势。
(2) 渠道竞争渠道竞争是三价铬企业在渠道布局上的竞争。
随着三价铬市场的日益成熟化,渠道资源的整合和拓展越来越重要。
(3) 技术竞争三价铬产品的质量和特性,取决于企业的技术实力。
技术优势可以帮助企业开发出更优质的产品,提高生产效率。
2. 行业竞争趋势未来三价铬行业的竞争趋势有以下几个方面:(1) 优势集中化市场竞争加剧,企业之间的差距将愈发明显。
关于调整槽液中不利因素的报告唐山科德轧辊有限公司2012年7-8月份生产中镀铬辊在唐钢冷轧生产线5连轧的4架轧机与单机架使用中连续出现非正常下线的轧辊工作面与带钢边部起皮,脱镀现象(目前已知的24根左右)。
自8月6日至8月26日对轧辊与铜排装卡表面的凹凸点进行处理并使用双夹具后,冷轧生产线4架轧辊仍然不能连续正常达标;期间8月17日取电镀液分别送至亚泰,北京进行理化检测;8月24日北京离子检测结果(详见附表),8月25日亚泰检测结果(详见附表),其中,亚泰检测的催化剂结果已进低点,镀液中的三价铬的含量已经达到工业镀铬中的三价铬含量要求的上线(1-5克每升)。
期间,根据化验结果,由亚泰张总指导8月25日与8月31日分别加催化剂20升和40升,8月31日再次取样送亚泰检测,一周左右出结果。
8月26日整流器厂家绍兴承天黄工来厂售后,更换时间继电器和电位器各一个,更换理由电流表在工作状态下有断电归零现象,更换至今没有在发生过此类现象。
4架辊仍然有边部脱镀现象。
9月3日冷板赵主任带领电器工程师与王树林和焦叔一起对整流器及电镀槽导电铜排实地检测,检测结果对地电阻阻值正常,开机运行检测波形、触发电压、交流输入、直流电压、阳极实值电流的数值均是正常值。
下面对镀铬液中三价铬高对电镀质量的影响及相关技术人员给予的解决方案上承老板汇报。
一,影响在工业铬电镀中三价铬的含量是(1-5克每升),若三价铬离子含量过高,则电流效率低,硫酸根与添加剂平衡易被破坏,镀液电流阻抗变大,镀层光泽范围变小,镀层深度能力降低,镀层粗糙,且易出现黑点,镀层与基体结合力下降的不良影响。
二,解决方案1,亚泰张总说:用阴阳极面积的比例调整和小电流长时间的方法可以解决。
a方法是采用阳极与阴极面积的(5-10)比1的倍率。
b电流采用阴极面积的每平方分米25A的方法。
(根据阳极面计算后得出的结果,比电镀资料上计算值高1倍)。
c时间是数小时至数十小时,根据处理中的化学分析,使三价铬含量达到3克每升左右为达标。
镀锌层的三价铬彩钝工艺研究摘要:概述了镀锌层三价铬钝化的发展背景、现状及特点;阐述了三价铬钝化膜形成的机理,深入研究了三价铬彩钝的工艺条件,对三价铬彩钝基础组成进行了筛选,得到了一种能产生明显彩色的三价铬彩钝配方,并通过单因素实验确定了该配方的适宜工艺条件。
关键词:碱性锌酸盐镀锌;三价铬彩钝;有机羧酸;封闭剂;表面活性剂;醋酸铅点滴实验;中性盐雾实验引言长期以来,铬酸盐钝化工艺已广泛应用于电镀锌层的钝化处理,钝化后氧化膜中的铬是以三价和六价形式存在,但六价铬毒性大,又是致癌物质,严重污染环境。
随着人们环保意识的提高,六价铬在电镀工业生产中的应用已逐渐受到严格的限制,因此迫切需要研究和开发一种无毒或低毒的物质以取代铬酸盐钝化工艺。
有关取代铬酸盐钝化的研究报道很多[1~5],由于防腐蚀效果较差,工艺复杂,成本高而难以推广应用。
三价铬毒性低,其毒性大概仅为六价铬的1%,用三价铬钝化可大大降低对环境的污染。
微量的三价铬是人体所需要的,成年人推荐食用50~200µg/d,它有助于人体对糖,蛋白质和脂肪的吸收。
用三价铬钝化在许多方面有着类似于六价铬的特性,受到了科学界的广泛关注[6~14]。
现阶段的三价铬钝化研究进展很快,许多公司已经推出了成熟的产品,如:日本的JASCO公司推出了一种彩钝液—TR-173A,经严格按照其操作条件进行钝化实验得到的片能够耐72h的NSS实验,耐蚀性已经超过了六价铬钝化膜。
其它的国际大公司如:法国的科文特亚化学品公司、美国的哥伦比亚化学品公司及OMI公司也相继推出了一些列的产品,这些产品的耐蚀性能经实验检验都已经超过了传统的六价铬钝化。
而国内在三价铬钝化方面的研究进展较慢,鲜有产品上市,市面上的许多产品都是上述几家国际大公司在华代理生产或销售的。
因此开发中国完全自主产权的三价铬镀锌钝化液是我国电镀工作者面临的一项重要而迫切的任务。
与传统的六价铬钝化比较三价铬钝化具有以下的特点:1)三价铬钝化成膜相对比较容易,工艺简单、稳定,并可得到不同色泽的钝化膜,如无色,兰白色,彩虹色,黑色等;2)膜层无自修复能力,钝化膜相对于六价铬钝化膜较薄,但在锌合金镀层上的钝化摸较厚;3)三价铬钝化膜的耐蚀性尚不如六价铬钝化膜,但在锌合金上的钝化膜常优于六价铬钝化钝化膜;4)由于三价铬钝化膜较薄,为了提高抗蚀性,通常要进行封闭后处理;5)三价铬钝化膜的耐温性比六价铬钝化膜好,将其加热到200。
2023年三价铬行业市场分析现状近年来,三价铬行业市场呈现出持续增长的态势。
作为一种重要的化工原料,三价铬在多个领域的应用需求不断增加,推动了市场规模的扩大。
首先,三价铬在电镀行业中有着广泛的应用。
电镀是将金属涂层附着在其他金属表面的一种技术,能够增加金属的耐腐蚀性和装饰性。
而三价铬正是电镀过程中常用的电镀液,它能够形成均匀、光亮的电镀层,满足高品质电镀的要求。
随着汽车、家电、航空航天等行业的迅猛发展,对电镀产品的需求量不断增加,进而推动了三价铬市场的增长。
其次,三价铬在皮革行业中具有重要的应用价值。
皮革制品是人们日常生活中必不可少的消费品,而三价铬可以用于皮革的鞣制过程中,使皮革具有柔软、耐用、耐磨等优秀特性。
随着消费者对皮革制品质量的不断要求提高,皮革鞣制工艺也得到了更多关注,对三价铬的需求也相应增加。
另外,三价铬还在环保领域发挥着重要作用。
由于传统的六价铬存在污染环境的风险,国家对于六价铬的排放标准也越来越严格。
而三价铬作为更为环保的替代品,受到了政策的支持和推动。
各种污水处理设施、废水处理装置中使用的三价铬产品需求不断增长,进一步推动了市场的扩大。
然而,三价铬行业市场仍然面临一些挑战。
首先,三价铬的生产成本较高。
由于三价铬的生产过程相对复杂,所需原材料和工艺环节的成本较高,导致其产品的价格相对较高。
这一因素限制了市场的进一步扩大。
其次,三价铬的市场竞争激烈。
随着市场的扩大,越来越多的企业进入三价铬行业,增加了市场的竞争压力。
在这种竞争环境下,企业要想在市场中占据一席之地,就需要不断提高产品质量和降低成本,提高市场竞争力。
最后,三价铬行业还存在一定的环境问题。
尽管相对于六价铬来说,三价铬减少了污染的风险,但其仍然需要进行严格的管理和控制。
一些企业可能存在环保治理不到位的问题,导致对环境造成一定的影响。
因此,行业需要加强自律,加强环境保护意识,推动行业的可持续发展。
总的来说,三价铬行业市场在需求推动和政策支持的双重作用下呈现出良好的发展势头。
三价铬镀铬的工艺现代电镀网讯:1、三价铬简述六价铬(铬酸)的毒性比较强,对环境有着严重的污染,并有诱发癌症的危险,因此已经在工业生产中受到了严格的控制。
由于三价铬的毒性被证明只有六价铬的1%左右,因此出现了以三价铬作为镀铬的工艺。
三价铬镀铬与原来的六价铬镀铬工艺相比较,虽然毒性有所下降,但是其工敢性能也随之而下降,首先是镀层的硬度和外观不能与原来的六价铬镀铬相比;其次是难以获得很厚的镀层。
还有镀液的稳定性也较差,维护起来存在一定的难度。
这两种镀铬的性能相比较如下表所示:2、三价铬的生成在六价镀铬中,需要有一定量的三价铬是一个基本常识。
但是三价铬在镀铬配槽时并没有专门的三价铬盐往镀液中添加,而是通过电解法生成的。
电解生成法需要一定的电解时间,而且生成量难以控制,同时消耗电能。
因此,也可以采用化学生成的方法来获得三价铬,化学生成法即是往镀槽中加入少量的添加剂,利用其化学反应生成需要的三价铬。
化学生成法是在铬酸溶液中加入适量的草酸,还原出一部分三价铬,其反应式为:2CrO3+3(COOH)2=Cr2O3+6CO2+3H2O由反应式可知,这一反应的生成物是水和二氧化碳,对镀液是没有影响的。
通常加入1.35g/L的草酸,就可生成1g/L的三价铬。
这样可以较为准确地在镀铬液中生成所需量的三价铬。
当然添加之前和加入之后,都要通过化学分析的方法来检测镀液中三价铬的含量,以免出错。
3、三价铬添加剂三价铬镀铬由于其毒性低于六价铬镀铬,因此作为替代六价铬镀铬的工艺有一定的市场价值。
由于三价铬镀铬的镀液稳定性较差,六价铬镀铬的产生对其有较大的影响,而且不容易获得较厚的镀层,一般只有3μm左右。
要想改善这些性能,就需要使用各种添加剂。
常用的三价铬镀铬添加剂有稳定剂,比如还原六价铬的还原剂,如甲醛、乙二醛、亚硫酸钠等。
也有用到稀土添加剂或变价化合物来还原镀液中产生的六价铬,以保持镀液的稳定性。
还有湿润剂和其他气体逸出添加剂,以减少镀层的针孔。
三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的结构与性能的开题报告1. 研究背景和研究意义随着纳米材料研究的不断深入,纳米结构材料的制备和应用成为研究的热点之一。
其中,纳米结构镀层薄膜在电镀领域占有重要地位,其制备的方法和性能的控制对于电镀工艺技术的推进和发展具有重要的意义。
三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜具有较高的硬度、耐磨性、抗腐蚀性、耐高温性等特点,广泛应用于航空航天、机械制造、汽车工业等领域。
因此,对于三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的制备方法、性能特点和结构优化等方面的研究具有重要的意义和应用价值。
2. 研究目的和研究内容本次课题旨在探究三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的制备方法,研究镀层表面形貌、晶体结构、机械性能、电化学性能等方面的性能特点,分析不同制备条件和处理工艺对其物理和化学性质的影响,探究优化表面结构和性能的方法和途径。
具体研究内容包括:(1)三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的制备方法的优化;(2)表面形貌和结构的表征和分析;(3)机械性能、电化学性能等方面的测试和分析;(4)探究表面结构和性能的优化途径和方法。
3. 研究方法和技术路线本次研究将采用电沉积法制备三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等表征技术,分析镀层的表面形貌、晶体结构、成分和相应的物理和化学性质。
同时,采用硬度测试、耐磨性测试等方法,对镀层的机械性能进行测试和分析;采用极化曲线、电化学阻抗谱等技术,对镀层的电化学性能进行测试和分析。
基于以上测试结果,探究不同制备条件和处理工艺对三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的物理和化学性质的影响,寻找表面结构和性能的优化途径和方法。
4. 研究预期成果本次研究预计可以得到三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的制备方法,以及其表面形貌、晶体结构、成分和相应的物理和化学性质。
同时,将得到镀层的机械性能、电化学性能等方面的测试和分析结果,探究不同制备条件和处理工艺对其性质的影响,并提出表面结构和性能的优化途径和方法。
探究不同存储条件下金属镀层表面三价铬六价铬之间的转化金属镀层表面的三价铬和六价铬之间的转化是一个重要的研究课题。
不同的存储条件对于金属镀层表面三价铬和六价铬之间的转化有着显著的影响。
本文将从镀层表面三价铬和六价铬的特点、存储条件对转化过程的影响以及相关的实验研究等方面进行探究。
一、镀层表面三价铬和六价铬的特点在了解不同存储条件下金属镀层表面三价铬和六价铬之间的转化之前,我们首先需要了解它们的特点。
1. 三价铬:三价铬是指铬原子的价态为+3,在化学上对环境的危害较小。
镀层中的三价铬具有较好的耐腐蚀性和耐磨性,对于金属表面的保护具有重要作用。
2. 六价铬:六价铬是指铬原子的价态为+6,在化学上对环境有一定的危害性。
六价铬在金属镀层中通常以镀铬的形式存在,能够提高金属镀层的硬度和表面光泽。
二、存储条件对转化过程的影响不同的存储条件会导致金属镀层表面三价铬和六价铬之间的转化速率和程度发生变化。
1. 温度:温度是影响转化过程的重要因素之一。
较高的温度有助于促进六价铬的还原,将其转化为三价铬。
而较低的温度则会减缓或抑制转化过程的进行。
2. 湿度:湿度对转化过程也有一定的影响。
较高的湿度有助于促进六价铬的还原反应,减少六价铬的含量,提高三价铬的比例。
3. 氧气含量:氧气是六价铬转化为三价铬的必要条件之一。
较高的氧气含量有利于促进转化反应的进行,减少六价铬的存在。
4. 其他因素:除了温度、湿度和氧气含量之外,还有一些其他因素也会对转化过程产生影响,比如金属镀层的成分、pH值等。
三、实验研究为了进一步探究不同存储条件对金属镀层表面三价铬和六价铬之间转化的影响,科学家们进行了一系列的实验研究。
1. 温度实验:科学家通过在不同温度下对镀层进行存储,然后测定三价铬和六价铬的含量,从而研究温度对转化过程的影响。
实验结果显示,较高的温度有利于六价铬向三价铬的还原转化。
2. 湿度实验:通过控制不同湿度的环境条件,科学家们研究湿度对金属镀层表面三价铬和六价铬之间转化的影响。
三价铬电镀现状及发展趋势三价铬电镀作为一种理想的金属表面处理方式,可以用来制造出美丽的金属外观,也可以提高金属的抗腐蚀性能。
通过多年的发展,三价铬电镀已经成熟,并取得了巨大的商业价值,在全球金属加工行业中发挥着越来越重要的作用。
三价铬电镀是一种性能优良的表面处理工艺,具有良好的绝缘性、耐磨性、耐腐蚀性和美观性。
在金属表面处理过程中,将金属和铬的化学反应制成一层铬絮,可以形成一层附着在金属表面的薄膜,能够有效地提高金属的耐腐蚀性,耐磨性以及外观美观性。
近年来,由于技术的不断发展,三价铬电镀产品的应用范围越来越广泛,并取得了巨大的市场价值。
特别是在汽车行业,三价铬电镀产品得到了广泛的应用,可以有效地提高汽车外观质量,使车辆具有良好的外观质量,提高汽车的美观性和耐用性。
另外,三价铬电镀也在风力发电机等以及船舶行业的应用,可以有效地提高金属的抗腐蚀性能,从而延长金属的使用寿命。
同时,三价铬电镀还可以用于医疗行业,用于灭菌和延长耐腐败的寿命,而且可以提供一种高质量的表面处理,为建筑和家具行业提供更安全和可靠的表面处理。
随着技术的不断发展,三价铬电镀产品将朝着更精细、更柔性、更安全和更抗腐蚀性的方向发展,以满足不同行业的不同使用要求。
除了改善传统的电镀材料,三价铬电镀还可以采用特殊的镀面处理工艺,如高级颜色技术、多层电镀和多层纳米膜等,以提高三价铬电镀产品的性能和外观效果。
此外,三价铬电镀还可以采用环保型材料,如可生物降解材料、环保型铬酸酯以及无机镍酸酯等,以提高三价铬电镀产品的环保性。
在未来,随着技术的不断发展,三价铬电镀产品将继续发挥重要作用,为各行各业提供更多的应用价值,以及更高的技术性要求。
另外,三价铬电镀还将指引行业的发展趋势,以促进金属加工行业的可持续发展,推动行业的可持续发展,共同实现经济的繁荣发展。
综上所述,三价铬电镀作为一种理想的金属表面处理方式,取得了巨大的商业价值,在全球金属加工行业中发挥着越来越重要的作用。
三价铬电镀析氢一、三价铬电镀的概念和原理三价铬电镀是一种常见的表面处理技术,它利用电化学反应在金属表面形成一层铬化合物膜,以提高金属的耐腐蚀性、耐磨性和美观度。
三价铬电镀是相对于六价铬电镀而言的,六价铬电镀中含有毒性较高的六价铬离子,对环境和人体健康有较大危害。
而三价铬电镀中使用的是无毒无害的三价铬离子,在环保和安全方面更加优越。
二、析氢的原理和影响因素在三价铬电镀过程中,常常会出现析氢现象。
析氢是指在金属表面形成氢气泡,这些气泡会影响到金属表面的均匀性和质量。
析氢产生的原因主要有两个方面:一是水分解反应产生了氢离子;二是阳极反应时金属表面释放出了氢离子。
影响析氢现象的因素主要有:电流密度、温度、pH值等。
三、如何避免析氢现象为了避免析氢现象对三价铬电镀的影响,我们可以采取以下措施:1. 控制电流密度:合理控制电流密度是避免析氢的重要手段。
当电流密度过大时,金属表面会产生过多的氢离子,导致析氢现象;而当电流密度过小时,则会影响到三价铬膜的形成速度和均匀性。
2. 调节温度:适当调节温度也可以减少析氢现象。
一般来说,温度过高会加速水分解反应、增加溶液中氢离子的浓度,从而促进析氢;而温度过低则会影响到反应速率和膜质量。
3. 调节pH值:pH值是溶液酸碱性的指标,也是影响析氢现象的重要因素之一。
在三价铬电镀中,pH值一般控制在2-4之间,这样可以减少水分解反应产生的氢离子数量。
4. 优化工艺参数:除了以上三个方面外,还可以通过优化工艺参数来减少析氢现象。
例如改变阳极材料、调整电解液成分、增加搅拌力度等。
四、三价铬电镀析氢的应用和前景三价铬电镀析氢虽然会对表面处理质量造成一定影响,但在许多领域仍然有广泛应用。
例如汽车制造、航空航天、电子产品等行业,都需要对金属表面进行三价铬电镀处理。
同时,随着社会对环保和安全的要求不断提高,三价铬电镀也越来越受到关注和重视。
未来,我们可以通过不断优化工艺、改进设备等手段,进一步提高三价铬电镀的质量和效率,为各个行业提供更加优质的表面处理服务。
收稿日期:1999-04-20
三价镀铬的研究概况杜登学 周 磊 王介坤(山东轻工业学院化学工程系济南 250100) (山东滕州二中滕州 277500)
摘要 本文概述了国内外三价镀铬的研究情况,重点介绍了DMF工艺和Alecra-3工艺。
关键词 电镀,镀铬,三价铬
中图法分类号
TQ153.11
与六价铬相比,三价镀铬具有毒性低,废液处理简便,电化学当量大,深镀与均镀能力好等优点,但同时也存在如下明显缺点[1]:
(a)镀层不能任意增厚,一般只能达到几个微米
;
(b)镀层色泽还不够理想,特别是随厚度增加或时间延长,镀层光泽变暗。
这使镀铬(Ⅲ)的应用和推广受到了一定限制。但随着人们对环保问题的日益重视和镀铬(Ⅲ)研究的不断深入,其替代镀六价铬的趋势却是不可阻挡的。
我国对镀铬(Ⅲ)的研究起步较晚,国外已投产,而我国尚处于实验室研究阶段。因此,在我国,继续开展镀铬(Ⅲ)研究,克服以上之不足,使之尽快实现工业化生产,具有非常重要的意义。
1 镀铬层概述铬为银白色金属,微带蓝色,稳定性好,但可溶于盐酸等氢卤酸及热浓H2SO4中。镀铬层具有许多优良的性能,如硬度高,耐磨、耐热性好,反光能力强[2]等,因此常用来做防护装饰性镀层,广泛用于汽车、自行车、钟表、仪器、日用五金、飞机及船舱内等零件上。除此之外,采用不同的工艺规范,还可得到各种不同用途的功能镀铬层。
2 镀铬(Ⅲ)工艺2.1起源与发展三价铬镀液镀铬始于1854年,由Bunsen发表,但由于镀液不稳定,未能得到推广。直到1975年,英国Albright&Wilson公司发表了Alecra-3工艺,镀铬(Ⅲ)才有了新的突破,第一次在生产中得到了应用。我国对三价镀铬的研究始于70年代,对英国有色金属公司的DMF工艺和Alecra-3工艺都进行了试验研究,但至今未见用于生产的报道。
第13卷第4期1999年12月山 东 轻 工 业 学 院 学 报JOURNALOFSHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYVol.13No.4Dec.19992.2镀液体系概述国内外三价镀铬电解液种类繁多,除早期的一些工艺体系[3,4]外,已见报道的主要类型还有:次磷酸盐体系[5]、氨基羧酸体系[6]、草酸盐体系[7]、DMF工艺[8]、羟基羧酸体系[9]、甲酸盐体系(Alecra-3工艺)[1,10,11,12]、硫氰酸盐体系[13]以及醇还原体系[14,15]和各种复合镀、双槽镀等。上述体系中,复合镀的耐磨性较好,草酸盐体系厚度较高(可达7.1
μ
m),而醇还原体系厚
度更高(据称可达100
μ
m以上)双槽镀的优点在于阴、阳极隔开,可有效避免Cr(Ⅵ)的污染,
且能使用低的三价铬浓度(镀液中Cr(Ⅲ)含量仅1.62g/l),故可节约原料。兹就研究最多,最趋于成熟的DMF工艺和Alecra-3工艺简介如下。2.3DMF(二甲基甲酰胺)工艺
文献[8,16]报道的该工艺的镀液组成及其工艺规范如下:
镀液组成:CrCl3・6H
2O 213g/l, NH4Cl 26g/l, DMF 400g/l, NaCl
36g/l, H3BO3 2g/l
工艺规范:pH 1.1~1.3,温度25±5℃,电压10~15伏,阴极电流密度10~15A/dm
2
.
该工艺由于使用了缓冲能力强的DMF,可使镀液pH值稳定在1.4左右,从而使镀层的厚度提高成为可能,且该工艺沉积速度快,镀层外观青色光亮,耐蚀性好,因而该工艺虽提出较早,但仍有发展前途。使用DMF带来的弊端是溶液导电性变差,需要较高的槽电压,不利于节约能耗。2.4Alecra-3工艺该工艺及相应的一批专利[12,17],所用镀液大同小异,主要由主盐、配位剂、导电盐、缓冲剂
和润湿剂等组成。该工艺覆盖能力好,光泽电流密度范围广,镀层硬度高,外观呈不锈钢色调,
电镀设备大体同六价铬,易于工艺的转变。由于该工艺具有这么多优点,因而在国外已用于批量生产。2.4.1镀液的组成及各组份的作用(a)铬盐 CrCl3、Cr2(SO4)3、Cr(HCOO)3、CrF3等均可使用,用作Cr(Ⅲ)的来源。
(b)甲酸盐 作为配位剂,其配离子形式为〔Cr3(OH)2(HCOO)6〕+[10]。
(c)溴化物 能抑制Cr(Ⅵ)的产生,配合
NH
+
4的作用,还可有效解决Cl2逸出的问
题[10],使电镀光亮区扩大。
(d)铵盐 主要作用有二:防止阳极产生
Cl
2和溴,抑制Cr(Ⅵ)的生成。
(e)H
3BO3 为良好的缓冲剂,可使镀液的pH保持稳定,以防阴极膜中析出碱式盐而影
响镀层质量。(f)导电盐 主要是KCl和
NH
4Cl,其作用是增加电导,
提高镀液的分散能力并使镀层光
泽均匀一致,减少电耗。(g)表面活性剂 其主要作用是降低镀液表面张力,浸润镀件表面,消除镀层针孔,提高
分散能力使镀层均匀。(h)工艺条件 pH为3.0~3.5,温度20~40℃,阴极电流密度(Dk)7~12A/dm2,可适
当搅拌。
16第4期杜登学等:三价镀铬的研究概况3 杂质的影响三价铬镀液对杂质,特别是重金属杂质的敏感性比六价铬高,这是它的一大缺陷。不同的工艺体系对杂质的要求不尽相同[3,10,18],但相差不多,一般各杂质的最高允许含量(wt%)为:
Cr(Ⅵ)0.05~0.07%,Fe(Ⅱ、Ⅲ) 0.05%,Cu(Ⅱ) 0.002%,Pb(Ⅱ) 0.002%,Zn(Ⅱ) 0.01%,Ni(Ⅱ) 0.02%,NO-3 0.005%。
对Alecra-3工艺来说,当镀液中混入Cu、Fe、Ni、Zn等杂质时,镀层一般出现发暗、条纹和白色圈等现象,而NO-3和Cr(Ⅵ)超允许量则无镀层。对镀液进行低电流密度(1~3A/
dm2)电解处理可降低金属杂质的含量,含量高时,可用K4Fe(CN)6去除[10]。
4 镀铬层增厚问题用三价铬镀厚铬现在还处于研究阶段,原因在于工件电镀一定时间后,镀层就不再增厚,
难以获得质量好的厚铬层。关于镀层不能增厚的原因,大致有如下三种观点:
第一种观点[1]认为,在阴极表面上,随铬沉积的进行,pH值迅速升高(>8.2),致使铬的氢氧化物生成并夹杂于镀层内,影响了铬沉积结晶的正常进行,于是造成镀层增厚困难,表面粗糙,光泽晦暗。第二种观点[19]则认为,电镀过程中阴极扩散层内pH升高(≥4)后,水合Cr(Ⅲ)会发生羟桥化反应:
CrOH2OH2pKa≈4CrOH2OH-+H+(1)
2CrOH-OH2CrHOOHCr2-+2H2O(2)CrHOOHCrOHCrHOOHCrHOOHCr(3)此羟桥化反应的速度本来并不快,但Cr(Ⅱ)的存在能起到催化作用,使反应迅速进行,从而抑制了铬沉积的进一步进行。所以,要获得厚铬镀层,关键是要控制Cr(Ⅱ)的含量。第三种观点认为,三价铬电镀不能任意增厚的原因是由于随电镀时间的增长,阴极表面附近液层pH和温度不断升高所致。由于温度的升高,降低了氢析出的过电位,阴极析氢加剧,
金属沉积的电流效率逐渐降低;而pH的升高,在阴极附近OH-离子与Cr(Ⅲ)发生了配位反
26山 东 轻 工 业 学 院 学 报 第13卷应,生成非常稳定的配合物,阻止了金属铬的进一步沉积。从以上观点中不难看出,阴极扩散层内pH升高是镀层不能增厚的主要原因之一。如果能找到一种或几种添加剂,其能够降低析氢量,减慢阴极表面液层温度和pH值的上升速度,
那么镀铬层的厚度就有可能继续提高,作者据此已成功地采用不同工艺使镀层厚度分别达到了70和80μm以上[8,12]。所以寻找合适的添加剂是今后研究解决三价铬电镀镀层增厚问题的关键。
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ASurveyofCr(Ⅲ)ElectroplatingDuDengxue ZhouLei(DepartmentofChemicalEngineering,ShandongInstituteofLightIndustry,Jinan,250100)
WangJiekun(No.2MiddleSchoolofTengzhou,Tengzhou,27750)
Abstract AsurveyofCr(Ⅲ)electroplatingathomeandabroadismade,andtheDMFandAlecra-3platingsystemsareintroduced.KeyWords electroplating,chromiumelectroplating,trivalentchromium
36第4期杜登学等:三价镀铬的研究概况