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高效三价铬电镀工艺研究

任丽丽  
【摘要】:铬镀层具有良好的耐磨性、耐蚀性、硬度以及美好的装饰性外观,镀铬已经成为电镀行业中应用最广泛的镀种之一。六价铬对人体的危害很大,还会带来环境污染问题,三价铬镀液电沉积铬镀层是有效的替代方法。目前三价铬电镀工艺存在着镀液稳定性差、成本较高、镀层增厚困难等问题,特别是镀层无法随沉积时间的延长而持续增厚,使得三价铬电镀功能性厚镀层困难。本文通过大量试验,研究三价铬快速镀铬和镀厚铬工艺的研究,即包括高浓度甲酸-SC硫酸盐体系和高浓度甲酸-CC氯化物体系两种工艺。 本文通过正交试验和单因素试验分别确定了高浓度甲酸-SC硫酸盐体系和高浓度甲酸-CC氯化物体系镀液的组成及工艺条件。两种体系镀液的分散能力均可达95%以上,覆盖能力均可达100%,硫酸盐体系镀液稳定性可达41 Ah/L以上,氯化物体系镀液稳定性可达64 Ah/L以上。镀层结合力均良好,有较好的耐蚀性能。在最佳工艺条件下,硫酸盐和氯化物体系赫尔槽光亮范围可分别达到1~25 A/dm~2和1.25~25 A/dm~2,沉积速率分别达到0.25μm/min和0.33μm/min,均可获得10μm以上的合格镀层。探讨了镀液中的各组分及工艺条件对赫尔槽光亮范围和沉积速率的影响。硫酸盐体系和氯化物体系中甲酸铵对镀液性能影响较大,温度、pH、电流密度等工艺条件对镀液和镀层性能的影响也很大。 本文探索了氯化物体系三价铬脉冲电镀,其最佳工艺条件为:频率2000 Hz、占空比0.3、50 A/dm~2,10 min内的平均沉积速率为0.53μm/min。与直流电镀相比,脉冲电镀能在较低的电流密度下得到较厚铬镀层且电沉积速率快。XRD结果显示,无论是脉冲电镀铬还是直流电镀铬,其镀层的相结构均为非晶态结构。SEM分析结果显示脉冲镀铬层表面的裂纹情况优于直流镀铬层,直流电镀铬层是明显的微裂纹结构,而脉冲电镀铬层致密平整,无针孔和微裂纹。采用电化学极化曲线和阻抗谱研究了氯化物体系镀液组分对阴阳极过程的影响,利用等效电路解析三价铬电镀的阴极过程。表明,三价铬放电分两步,第一步得一个电子,第二步得两个电子。体系中不含甲酸铵时,只发生Cr(Ⅲ)→Cr(Ⅱ)的转化,不能获得铬镀层。不同成分的镀液体系不同程度地表现出了电感,界面电容性较弱,这可能与Cr(Ⅲ)还原过程的中间态吸附膜有关。


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