硫酸盐体系电镀三价铬工艺特性及阴极过程的研究

摘要

镀铬层具有良好的硬度、耐磨性、耐蚀性和装饰性外观，它不仅用于装饰性镀层，还大量用于功能性镀层。目前，镀铬已经成为电镀行业中应用最广泛的镀种之一。长期以来，镀铬采用六价铬电镀工艺，六价铬毒性大，是致癌物质。而三价铬的毒性仅为六价铬的百分之一，硫酸盐体系电镀三价铬的阳极只析出氧气，无有害气体的析出，所以比氯化物体系三价铬电镀更环保。本文研究了硫酸盐体系电镀三价铬工艺，并对硫酸盐体系阴极过程的沉积机理进行了初步的探讨。
　　通过正交试验和单因素试验完成了对原有工艺的优化，通过对赫尔槽试片光亮范围、试片厚度和极化曲线的测试，研究了镀液中各组分含量的影响。并研究了pH值、温度、电流密度和电镀时间等工艺条件的影响。
　　镀液的覆盖能力良好，可达95％以上，分散能力在86%左右，镀液的使用寿命良好，稳定性好。稀土对沉积速度影响不大，Fe2+可提高沉积速度，但镀层中铁的含量增加，镀层颜色发暗。由于三价铬电镀对杂质离子较敏感，本文研究了Cu2+、Ni2+、Cl-和Zn2+等杂质离子对镀液的影响，并通过吸光度法测定了镀液中六价铬的生成速度，研究结果表明，由于镀液中有稳定剂的存在，在电镀前期六价铬生成速度缓慢，待稳定剂消耗殆尽，六价铬的生成速度加快。
　　硫酸盐体系三价铬镀层随电镀时间的增加，镀层厚度增加，镀层形貌由微孔型变为微裂纹型，与六价铬的微裂纹相比，硫酸盐体系三价铬镀层的微裂纹较细。通过各种电化学测试和铜加速醋酸盐雾试验（CASS）研究了电镀时间对硫酸盐体系三价铬镀层耐蚀性的影响，试验结果表明当电镀时间为10min时，镀层的耐蚀性最好，与六价铬镀层的耐蚀性相当。各种稀土对镀层的耐蚀性影响不大。
　　通过阴极极化曲线和循环伏安曲线研究了硫酸盐体系三价铬离子的阴极沉积过程，研究表明三价铬离子的沉积分两步进行，并且皆为不可逆过程。两步反应的电位与根据文献计算的理论值相符。

目录

硫酸盐体系电镀三价铬工艺特性及阴极过程的研究

STUDY OF TECHNOLOGY FORSULFATESYSTEM TRIVALENT CHROMIUMAND CATHODE PROCESS

摘 要

Abstract

绪论

1.1 课题背景

1.1.1 三价铬发展的历史

1.1.2 三价铬电镀的主要优点

1.2 硫酸盐三价铬电镀的特点

1.2.1 发展现状

1.2.2 氯化物和硫酸盐体系的比较

1.2.3 硫酸盐体系三价铬镀液的组分及工艺条件

1.2.4 近年来发展的几种硫酸盐三价铬电镀工艺

1.2.5 阳极材料的选择

1.3 三价铬电镀的理论研究

1.3.1 三价铬离子的存在形

1.3.2 三价铬电镀的阴极过程

1.4 硫酸盐体系存在的问题及改进

1.4.1 目前存在的主要问题

1.4.2 解决的途径及改进

1.5 课题目的意义和研究内容

实验材料及方法

2.1 化学试剂、材料和试验仪器

2.2 基本工艺

2.2.1 基本工艺流程

2.2.2 所用电镀工艺

2.3 镀液及镀层的测试方法

2.3.1 覆盖能力测试

2.3.2 分散能力测试

2.3.3 镀液寿命测试

2.3.4 赫尔槽测试

2.3.5 Cr6+浓度的测定

2.3.6 镀层厚度和组分的测试

2.3.7 镀层孔隙率的测试

2.3.8 结合力测试

2.3.9 耐冲击力试验

2.3.10 电化学测试法

2.3.11 CASS试验

2.3.12 镀层表面形貌观察

第3章 硫酸盐体系电镀三价铬工艺的研究

3.1 硫酸盐体系工艺的优化

3.1.1 镀液组分正交试验

3.1.2 镀液组分的影响

3.1.3 工艺条件的影响

3.2 硫酸铝对镀层外观色泽的影响

3.3 稀土和Fe2+对硫酸盐体系的影响

3.3.1 碳酸镧的影响

3.3.2 硝酸铈的影响

3.3.3 混合稀土的影响

3.3.4 Fe2+离子的影响

3.4 杂质离子的影响及去除方法

3.4.1 Cu2+的影响

3.4.2 Ni2+的影响

3.4.3 Cl- 对镀液的影响

3.4.4 Cr6+的影响及去除方法

3.5 本章小结

第4章 镀液与镀层性能测试

4.1 硫酸盐体系三价铬镀液性能的测试

4.1.1 覆盖能力测试

4.1.2 分散能力测试

4.1.3 镀液寿命测试

4.1.4 硫酸盐体系中六价铬的检测

4.2 硫酸盐体系三价铬镀层性能的测试

4.2.1 沉积速率测试

4.2.2 镀层结合力测试

4.2.3 镀层耐冲击力测试

4.2.4 镀层形貌测试

4.2.5 镀层孔隙率测试

4.2.6 时间对三价铬镀层耐蚀性的影响

4.2.7 三价铬镀层与六价铬镀层耐蚀性比较

4.2.8 稀土对镀层耐蚀性的影响

4.3 本章小结

第5章 阴极过程的初探

5.1 各组分对极化曲线的影响

5.2 Cr3+沉积过程的研究

5.2.1 稀释液阴极极化曲线的研究

5.2.2 不同扫速下稀释液的阴极极化曲线

5.2.3 原溶液不同扫速下的阴极极化曲线

5.3 Cr3+浓度对阴极极化曲线的影响

5.4 循环伏安曲线

5.5 阳极极化曲线测试

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢