一種三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤杭捌湓谟层t電鍍中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤杭捌湓谟?鉻電鍍中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 六價鉻電鍍硬鉻是應(yīng)用非常廣泛的電鍍工藝，由于硬鉻具有非常高的硬度和很好 的耐磨損性能及其他良好的機械性能，在液壓支架、印刷滾筒、汽車減震器和乳鋼的乳輥等 許多方面得到廣泛的應(yīng)用。但是，六價鉻離子是嚴(yán)重污染環(huán)境的毒性物質(zhì)、強氧化劑、強腐 蝕化學(xué)品，也是人類的強烈致癌物質(zhì)。為此，國際上自80年代以來已經(jīng)開始限制甚至禁止 使用六價鉻電鍍，我國政府相繼出臺更加嚴(yán)厲限制六價鉻離子的環(huán)保排放指標(biāo)。取代六價 鉻的技術(shù)相繼獲得了國內(nèi)外廣泛的研究，例如用鎢合金，化學(xué)鍍鎳和三價鉻電鍍?nèi)〈鶅r 鉻硬鉻電鍍。但是至今沒有取得大幅度的進展，其中三價鉻電鍍是最有希望取代六價鉻硬 鉻電鍍的環(huán)保技術(shù)。三價鉻的毒性只有六價鉻的1%，不是強氧化劑或腐蝕化學(xué)品，并且還 是人體不可或缺的微量元素，電鍍出來的也是具有同樣機械性能的鉻金屬。因此，自80年 代末期到現(xiàn)在，三價鉻成為了取代六價鉻硬鉻的熱門研究項目。由于三價鉻離子還原為金 屬原子只需要三個電子，而六價鉻離子還原成金屬原子需要六個電子，所以同等質(zhì)量的三 價鉻離子還原成金屬鉻比同等質(zhì)量的六價鉻還原成金屬鉻可以至少節(jié)約50%的電量，大幅 度節(jié)約能源。廢水處理也比六價鉻減少一個昂貴的還原步驟，可以大幅度節(jié)約廢水處理所 需要的化學(xué)品及能源。三價鉻雖然具有電流效率高，但是卻很難鍍厚，有些三價鉻電鍍?nèi)芤?只能鍍幾個微米，最多不過20到30微米，因此不能滿足功能性硬鉻電鍍的需要，而且三價 鉻電鍍?nèi)芤簩τ陔s質(zhì)元素非常敏感，只要有10幾個PPm甚至幾個ppm的雜質(zhì)，就不能正常 工作。不少三價鉻溶液正常電鍍壽命非常短，經(jīng)常需要停工處理溶液中的雜質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本申請的發(fā)明人專門進行了研究，進行了三價鉻持 續(xù)性電鍍試驗，試驗結(jié)果表明每升本發(fā)明提供的鍍液連續(xù)電鍍900安培小時（中間補充補 加劑，補加劑的主要成分是三價鉻主鹽和絡(luò)合劑，不出現(xiàn)故障，不需要進行特殊的大處理）， 具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。采用本發(fā)明的三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤耗軌蛏a(chǎn)150微米以上的三價鉻硬 鉻鍍層，并且硬度達到HV950以上，而且與鋼鐵、銅和銅合金有良好的結(jié)合力，通過了 300°C 熱震試驗，完全能夠滿足功能性鍍鉻的要求。
[0004] 本發(fā)明所獲得的三價鉻硬鉻鍍層，通過銷環(huán)和銷盤摩擦磨損試驗，表明和六價鉻 硬鉻鍍層具有相近的良好的耐磨損性能。
[0005] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采取了如下技術(shù)措施：
[0006] -種三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤?，其制備原料包括三價鉻主鹽、絡(luò)合劑、緩沖劑、催化劑、 導(dǎo)電鹽和水；
[0007] 所述電鍍?nèi)芤旱膒H值為2. 5~3. 7,優(yōu)選為2. 8~3. 5 ;
[0008] 所述電鍍?nèi)芤旱膒H值采用氫氧化鈉或硫酸溶液調(diào)節(jié)；
[0009] 所述三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤旱膒H值為2. 5~3. 7,隨著pH值的升高，電流范圍擴大， 但溶液活化性能不夠，長時間電鍍高區(qū)容易燒焦起皮；pH值控制在2. 8~3. 5之間較優(yōu)。
[0010] 所述三價鉻主鹽為硫酸鉻鉀、硫酸鉻、堿式硫酸鉻和氯化鉻中的至少一種；
[0011] 進一步，所述三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤褐?，三價鉻離子含量為25~45g/L ;
[0012] 所述絡(luò)合劑至少包括如下羧酸及其羧酸鹽中的兩種：酒石酸、檸檬酸、蘋果酸、草 酸、順丁烯二酸、乳酸、甲酸和氨基乙酸；
[0013] 優(yōu)選的，所述絡(luò)合劑至少包括如下羧酸中的兩種：酒石酸、檸檬酸、蘋果酸、草酸、 順丁烯二酸、乳酸、甲酸和氨基乙酸；
[0014] 進一步，所述絡(luò)合劑在三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤褐泻繛?5~80g/L ;
[0015] 所述緩沖劑為硼酸、硫酸鎂、硫酸鈦和硫酸鋁中的至少一種；
[0016] 進一步，所述緩沖劑在三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤褐泻繛?0~280g/L ;
[0017] 所述催化劑為如下鹵族元素的鹽類中的至少一種：氟化鈉、氟化鉀、溴化鉀和溴化 鈉；
[0018] 進一步，所述催化劑在三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤褐泻繛?5~70g/L ;
[0019] 所述導(dǎo)電鹽為硫酸鉀、硫酸鈉、氯化鉀和氯化鈉中的至少一種；
[0020] 進一步，所述導(dǎo)電鹽在三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤褐械暮繛?0~150g/L ;
[0021 ] 所述水優(yōu)選為去離子水；
[0022] 進一步，所述制備原料還包括納米材料，所述納米材料為二氧化娃、氧化錯、碳化 硅中的至少一種；
[0023] 更進一步，所述納米材料在三價絡(luò)硬絡(luò)電鍍?nèi)芤褐械暮繛?. 5~10% m/v，m/v =g/mL〇
[0024] -種上述三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤旱呐渲品椒?，其步驟如下：
[0025] 首先將絡(luò)合劑、緩沖劑、催化劑和導(dǎo)電鹽溶于去離子水中，加熱到90°C，反應(yīng)2~3 小時，放置12小時，然后，加入三價鉻主鹽，充分?jǐn)嚢?h，（若所述電鍍?nèi)艹煞种泻屑{米材 料，則在此時加入，）再加入剩余去離子水，攪拌均勻，然后電解處理至電流密度為5A/dm 2， 測定所得溶液的pH值，若pH值為2. 5~3. 7或者2. 8~3. 5,則制備完成；
[0026] 若pH值不在2. 5~3. 7或者2. 8~3. 5,則用IOwt %硫酸或20wt %氫氧化鈉溶液 調(diào)節(jié)pH值至2. 5~3. 7或者2. 8~3. 5,則制備完成。
[0027] 所述剩余去離子水占總?cè)ルx子水用量的50%。
[0028] 采用上述三價鉻電鍍?nèi)芤哼M行硬鉻電鍍時，必須先進行除油、除銹和活化的前處 理。
[0029] 電鍍參數(shù)控制：所述三價鉻電鍍?nèi)芤弘婂冇层t的電流密度范圍為15~60A/dm2， 優(yōu)選為20~35A/dm 2。電流密度太小，達不到鉻的析出電位；太大，則鍍層容易燒焦脫皮。
[0030] 電鍍?nèi)芤旱臏囟瓤刂疲核鲭婂內(nèi)芤旱臏囟确秶鸀?5~55°C，優(yōu)選溫度范圍為 30~50 °C，更優(yōu)選溫度范圍為35~45 °C。
[0031] 溫度低，鍍液覆蓋能力好，沉積速度快，但是相應(yīng)的傳質(zhì)速度也較慢，長期連續(xù)電 鍍高端容易燒焦起皮；溫度較高時，雖可以采用更高的電流密度，但鍍液的覆蓋能力和沉積 速度有所下降。
[0032] 所述電鍍的啟動方法采用軟啟動：為了保障鍍層與基底有良好的結(jié)合力，必須采 用軟啟動方法進行電鍍；
[0033] 所述軟啟動是指電鍍的電流密度從開始的0經(jīng)過60s_120s的時間增加到指定的 電流密度。
[0034] 電鍍陰極（也就是"施鍍工件"）可以在循環(huán)過濾、空氣攪拌等造成溶液強制流動 的條件下進行電鍍，鍍層與基底金屬依然有良好的結(jié)合力。
[0035] 電鍍陽極采用銥鉭涂層鈦陽極。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于：
[0037] 本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定的、性能優(yōu)良的生產(chǎn)厚鉻鍍層的三價鉻電鍍技術(shù)，包括電 鍍?nèi)芤号渲坪秃胥t鍍層的電鍍工藝控制技術(shù)。陰極電流密度超過36%，沉積速度超過2. 5 微米/min，鍍層硬度達到950HV以上，鍍層外觀平整白亮，無不良缺陷，300°C熱震試驗，無 起皮、剝離和開裂。通過銷環(huán)和銷盤摩擦磨損試驗，表明和六價鉻硬鉻鍍層具有相近的良好 耐磨損性能。每升本發(fā)明實施例1-9制備的三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤哼B續(xù)電鍍900安培小時 (中間補充補加劑，補加劑的主要成分是三價鉻主鹽和絡(luò)合劑）均未出現(xiàn)故障，不需要進行 特殊的大處理，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。
【具體實施方式】
[0038] 根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
記載的三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤杭捌渑渲品椒ê碗婂兎椒ǖ募夹g(shù)方案， 下面申請人再結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明。
[0039] 實施例1-9
[0040] 一種三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤?，其組成成分及含量如下表1所列：
[0041] 表 1
[0042]


[0045] 上述各三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤旱膒H值如下表2所列：
[0046] 表 2

[0049] 上述實施例1-12的三價鉻硬鉻電鍍?nèi)芤壕凑杖缦路椒ㄅ渲贫桑?br>[0050] 首先將絡(luò)合劑、緩沖劑、催化劑和導(dǎo)