Ti基尺寸稳定性阳极在电镀铬工艺中的应用研究

摘要

本文课题来源于中粤马口铁有限责任公司,针对他们在电镀铬生产中使用铅锡阳极遇到的维护成本高、对人体有害等问题欲寻求一种尺寸稳定性阳极来替代铅锡阳极。
　　对常用的石墨阳极、铅阳极、不锈钢阳极以及钛基尺寸稳定性阳极(DSA)四种不溶性阳极进行分析研究,发现钛基尺寸稳定性阳极(DSA)在多种酸性溶液中表现出析氧电位低、稳定性好、对镀液影响小、槽电压低、无二次污染等独特的优点。因此本文选用钛基贵金属氧化物涂层阳极作为研究对象,研究其在六价铬电镀工艺中的各项性能。
　　选取了DSA(IrO2, Ta2O5)和DSA(IrO2, Pt)阳极与当前应用的铅锡合金阳极进行表面形貌表征和物质组成表明,Ti基铱钽阳极和Ti基铱铂阳极的涂层表面都呈现龟裂现象,铱钽阳极的表面裂纹更为细小多且和基体结合力好;铱铂阳极的表面层裂纹宽而且在表层下还可以看到一层具有较细裂纹的涂层,但是整个涂层和基体的结合力较弱,铱铂的这种特殊的分层现象为溶液和气体强烈的冲刷基体提供了一个缓冲区,在一定程度上提高了阳极寿命。结合能谱仪分析表明引起两种涂层阳极表面形貌和结构的不同是由于涂层分别添加了Ta和Pt,而且Ta还可以有效的增强涂层与钛基体间的结合强度。
　　利用Hull Cell槽阴极与阳极不平行的特殊结构,在电解测试中获得阴极镀片上各个区域所对应的电流密度不同。分别对DSA(IrO2,Ta2O5)阳极、DSA(IrO2,Pt)阳极和PbSn合金阳极在Hull Cell槽六价铬电镀试验中获得的阴极镀层质量进行研究分析,结果显示Hull Cell槽电解实验获得的阴极镀片,钛基涂层阳极对应的阴极镀片的光亮度范围较宽,其中 DSA(IrO2, Pt)阳极对应的阴极镀片的光亮区范围最大,DSA(IrO2, Ta2O5)阳极次之,PbSn合金阳极的最小;微观表征不同电流密度下的镀层质量,发现DSA(IrO2, Pt)阳极对应的阴极镀片的光亮镀层表面最均匀致密,即镀层质量最好。
　　借助电化学工作站对 DSA(IrO2, Ta2O5)阳极、DSA(IrO2, Pt)阳极和PbSn阳极的析氧性能和循环伏安曲线( CV曲线)进行了测试研究,结果显示PbSn阳极析氧电位最大,DSA(IrO2, Ta2O5)阳极次之,DSA(IrO2, Pt)阳极的析氧电位最低;另则由循环伏安曲线分析得到以下结果:钛基涂层阳极的催化活性较好,并且 DSA(IrO2, Pt)阳极在高电流密度下的析氧性能最好,其次是DSA(IrO2, Ta2O5)阳极,最差的是铅锡合金阳极。
　　模拟电镀铬实际生产条件,采用 DSA(IrO2, Ta2O5)阳极、DSA(IrO2, Pt)阳极和 PbSn阳极进行了六价铬长期电解实验,即稳定性测试,结果显示DSA(IrO2, Ta2O5)阳极在持续电解20h就失效,DSA(IrO2, Pt)阳极在持续电解86个小时后失效,而 PbSn阳极最为稳定直到电解120h之后才失效;电镜扫描分析DSA(IrO2, Ta2O5)失效阳极、DSA(IrO2, Pt)失效阳极表面形貌显示出失效阳极表面呈现出被冲刷和侵蚀的形貌,表面膜层呈现出断裂的片状,结合EDS能谱仪分析发现膜层中不含有任何活性催化物质,只含有 Ti和O元素,进行XRD物质组成鉴定表面膜层成分为 Ti的氧化物,DSA涂层阳极的失效原因是由于溶液中的 F-腐蚀基体,加之阳极表面不断受到 O2气气流和溶液的冲刷,更加速了活性涂层的脱落,因此采用耐F-腐蚀的Nb基体代替 Ti基体可能会在电镀铬中表现出较好的稳定性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 电镀铬概论

1.2 铬镀层的用途

1.3 电镀铬工艺

1.4 电镀铬生产中存在问题

1.5 不溶性阳极的研究

1.6 研究课题及研究内容

第2章 实验工艺

2.1 实验仪器及试剂

2.2 实验工艺流程

2.3 实验方法

2.4 实验研究方案

第3章 DSA阳极分析

3.1 引言

3.2 DSA阳极微观分析

3.3 本章小结

第4章 电化学测试

4.1 引言

4.2 Hull Cell槽测试结果分析

4.3 电化学测试

4.4 本章小结

第5章 稳定性测试

5.1 引言

5.2 电解槽压随时间变化关系

5.3 失效阳极表面分析

5.4 Ti基氧化物涂层阳极失效机理分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢