三价铬硫酸盐溶液镀厚铬及快速镀装饰性铬研究

摘要

三价铬溶液镀铬是替代有毒、对环境污染严重的传统六价铬镀铬的工艺技术之一。三价铬溶液镀铬主要分为硫酸盐溶液体系、氯化物溶液体系和硫酸盐一氯化物混合溶液体系。三价铬氯化物溶液镀铬，在阳极析出氯气不仅腐蚀电镀设备，而且也会污染环境。三价铬氯化物溶液电镀得到的铬镀层大多数为微孔结构、外观发白，镀层中含有铁而耐蚀性较差。三价铬硫酸盐溶液镀铬工艺采用DSA阳极析出氧气不腐蚀设备和污染环境，作为清洁生产工艺更为从们所关注。目前工业生产中实际使用的三价铬溶液镀铬技术有硫酸盐溶液体系和氯化物溶液体系，但沉积速度较慢(约0.1μm/min)和电流效率低，得到的铬镀层较薄(约0.3μm)只能应用于镀装饰性铬而不能应用于镀厚铬。因此，开发研究环保型三价铬硫酸盐溶液快速镀装饰性铬和使铬镀层厚度达到20μm以上的镀硬铬技术具有十分重要的科学意义和广泛的应用前景。
　　 论文研究三价铬硫酸盐溶液镀铬主要解决两方面问题：(1)能持续电镀得到合格铬镀层厚度能达到20μm的最佳镀液组成与工艺条件；(2)在2分钟以内能快速获得厚度为0.3μm以上光亮装饰性铬镀层的最佳镀液组成与工艺条件。实验研究的主要内容包括：(1)基础镀液(144 g/L Na2SO4+50 g/L K2SO4+60 g/L H3BO3+120 g/L Cr2(SO4)3-6H2O+12 ml/L主配位剂+1 ml/L润湿剂，pH=2.50～3.00)电镀20μm厚半光亮铬镀层的工艺条件与镀层质量；(2)辅助配位剂对三价铬硫酸盐溶液镀厚铬工艺和镀层质量的影响；(3)快速镀装饰性铬的最佳镀液组成与工艺条件。
　　 实验研究表明：采用三价铬硫酸盐基础镀液，在温度为35～40℃、阴极电流密度为10 A/dm2和屏蔽阴极两侧和底部的工艺下电解30 min可得到镀层质量良好、厚度为20.3μm的半光亮铬镀层。然而，随着电镀时间的进一步延长铬镀层厚度虽然略有增加，但镀层两侧与边缘开始出现烧焦现象并向镀层中心区域蔓延。
　　 在三价铬硫酸盐基础镀液中添加辅助配位剂，可得到外观光亮的铬镀层，得到合格铬镀层的阴极电流密度范围扩大，但在相同电流密度下电镀的平均镀速减慢、电镀相同时间所得镀层厚度减少。辅助配位剂的类型和添加量对三价铬硫酸盐溶液镀铬的镀层质量、镀层厚度和镀速都有一定影响。添加甘氨酸(0.4 mol/L)作为辅助配位剂时，得到合格镀层的阴极电流密度范围最宽而达到4.5～32 A/dm2；在高电流密度区不漏镀、不出现雾带；在电流密度为9A/dm2下电镀25 min可得到整体光亮的合格镀层，镀层平均厚度为4.34μm，镀速为10.38μm/h。
　　 通过正交试验和单因素实验获得了在三价铬硫酸盐基础镀液中添加甘氨酸的三价铬硫酸盐溶液镀装饰性铬的最佳组成和工艺条件。在基础镀液+15 g/L甘氨酸的镀液体系中；镀液pH=2.50的电镀工艺条件为：电流密度12 A/dm2；镀液温度为35℃。在铜基体上电镀得到的光亮镍镀层上镀铬，电镀2 min可得到厚度为约0.32μm的光亮铬镀层；电镀3 min可得到厚度约为0.486μm的光亮铬镀层；电镀5 min可得到的厚度超过1μm的光亮铬镀层。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 六价铬溶液镀铬的工艺缺陷

1.3 三价铬溶液镀铬工艺的特点

1.3.1 三价铬溶液电沉积铬的原理

1.3.2 三价铬溶液镀铬工艺的优点

1.3.3 三价铬溶液镀铬工艺工业化生产的技术难点

1.3.4 三价铬溶液镀铬工艺中镀层不能连续增厚的原因

1.4 三价铬溶液镀铬工艺的研究现状与发展方向

1.4.1 国外的研究现状与发展方向

1.4.2 国内的研究现状与发展方向

1.5 现有三价铬溶液镀铬的溶液体系比较

1.6 本课题研究的意义和主要内容

1.6.1 本课题的研究意义

1.6.2 本课题研究的主要内容

1.6.3 本课题的研究目标

第二章 辅助配位剂对三价铬硫酸盐溶液镀铬的影响

2.1 试验仪器及药品

2.1.1 试验仪器及设备

2.1.2 试验药品

2.2 试验方法及试验装置

2.2.1 三价铬镀铬工艺流程

2.2.2 电镀实验装置

2.2.3 赫尔槽电解试验及试片外观的判断

2.2.4 方槽直接电镀试验

2.2.5 镀层厚度的测定

2.3 基础镀液的电镀实验

2.3.1 赫尔槽试验

2.3.2 方槽直接电镀试验

2.4 辅助配位剂对铬镀层的影响

2.4.1 辅助配位剂乙酸的影响

2.4.2 辅助配位剂甘氨酸的影响

2.4.3 辅助配位剂柠檬酸钠的影响

2.4.4 辅助配位剂草酸钠的影响

2.4.5 辅助配位剂苹果酸的影响

2.4.6 各种辅助配位剂的综合比较

2.5 辅助缓冲剂对铬镀层的影响

2.6 添加剂对铬镀层的影响

2.6.1 添加剂对镀层覆盖能力和外观的影响

2.6.2 添加剂对镀层厚度的影响

2.7 电解工艺对铬镀层的影响

2.8 阴极保护法对铬镀层的影响

2.8.1 阴极保护法的概念

2.8.2 屏蔽方式对铬镀层的影响

2.8.3 电解时间对铬镀层的影响

2.9 本章小结

第三章 三价铬硫酸盐溶液快速镀装饰性铬的研究

3.1 引言

3.2 试验仪器及药品

3.3 镀液组分的正交实验

3.4 镀液组分的单因素实验

3.4.1 Cr(Ⅲ)离子浓度的影响。

3.4.2 Cr(Ⅲ)与MF摩尔比的影响

3.4.3 主配位剂的影响

3.4.4 配位剂甘氨酸的影响

3.4.5 硼酸浓度的影响

3.4.6 导电盐浓度的影响

3.4.7 pH的影响

3.4.8 电流密度对镀层质量的影响

3.4.9 温度对镀层质量的影响

3.5 在铜片上先镀镍后镀铬

3.5.1 瓦特镍电解液的组成及实验条件

3.5.2 镀镍时间对铬镀层厚度的影响

3.5.3 铬沉积时间对铬镀层厚度的影响

3.6 电流效率的测定

3.7 镀层孔隙率

3.8 镀层结合力

3.9 三价铬硫酸盐溶液快速镀铬的特点

3.10 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢