CN101781781A - 一种用三价铬脉冲镀铬的方法 - Google Patents

一种用三价铬脉冲镀铬的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用三价铬脉冲镀铬的方法,即将稀土氧化物溶于酸中,配制成稀土盐溶液;用水溶解硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂后加入上述稀土盐溶液,制成硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液;将待镀的镀件放入电镀液中电镀,控制电镀的工艺条件为:电流密度为28~90A/dm2,电镀液pH值为1~4,温度为25~60℃,搅拌转速为100~600rpm,施镀时间为30~90min,占空比为5~100%,脉冲频率为100~5000Hz,电镀完毕后的镀件,用水冲洗,风干,即完成将待镀的镀件用三价铬脉冲镀铬。所得的铬镀层的硬度、耐磨性都明显提高,硬度≥960HV,磨损质量≤0.03mg。

Description

一种用三价铬脉冲镀铬的方法
技术领域
本发明涉及一种用三价铬脉冲镀铬的方法,即属于电化学技术领域。
背景技术
镀铬层具有良好的硬度、耐磨性、耐蚀性和装饰性外观,不仅用于装饰性镀层,还大量用于功能性镀层,故被列为三大镀种之一。传统的六价铬溶液中铬酸毒性大,是强致癌物质,对环境污染大。为取代六价铬电镀工艺,人们对三价铬电镀进行了大量研究。当前三价铬镀铬体系主要有硫酸盐溶液体系、氯化物溶液体系和硫酸盐-氯化物混合溶液体系。采用氯化物溶液体系和硫酸盐-氯化物混合溶液体系镀铬,其阳极因产生氯气而影响环境,不利于电镀行业的清洁生产。硫酸盐体系三价铬电镀过程中阳极没有氯气产生,清洁无污染,不腐蚀设备。在硫酸盐体系三价铬镀铬的镀液中添加稀土元素,可提高镀层的耐磨、耐蚀、硬度等。脉冲电镀技术因其电流效率高、镀层致密裂纹少,晶粒细小,可提高镀层的耐磨、耐蚀、硬度等。
发明内容
本发明的目的是为了提高铬镀层的耐磨、硬度等性能,而提出了一种用三价铬脉冲镀铬的方法。
技术方案
一种用三价铬脉冲镀铬的方法,包括如下步骤:
(1)、将稀土氧化物溶于酸中,配制成稀土盐溶液;
其中稀土氧化物为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、
钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪稀土氧化物中的一种或几种的混合物;
其中的酸为浓硝酸;
其中配制成的稀土盐为稀土硝酸盐,稀土盐溶液中稀土的浓度为:10~80g/L。
(2)、用水溶解硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂,加上述步骤(1)所得的稀土盐溶液,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值,制成硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液;
其中硫酸铬盐为硫酸铬钾、硫酸铬中的一种或两者的混合物;
其中络合剂为甲酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、草酸、酒石酸、乳酸、氨基乙酸、羟基乙酸、丁二酸中的一种或几种的混合物;
其中硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂、稀土盐的浓度分别为:200~400g/L、150~300g/L、30~50g/L、30~300g/L、30~100g/L、0.05~6g/L;
所用的碳酸氢钠溶液的浓度为20g/L;
所述的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液pH值为1~4;
(3)、将待镀的镀件放入电镀液中电镀;
将待镀的镀件放入步骤(2)所得的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液中,控制脉冲电镀的工艺条件为:电流密度为28~90A/dm2,电镀液pH值为1~4,温度为25~60℃,搅拌转速为100~600rpm,施镀时间为30~90min,占空比为5~100%,脉冲频率为100~5000Hz;
(4)、将步骤(3)脉冲电镀完毕后的镀件,用水冲洗,风干,即完成将待镀的镀件用三价铬脉冲镀铬。
本发明的有益效果
本发明的用三价铬脉冲镀铬的方法将待镀的镀件脉冲镀铬后,所得的铬镀层的硬度、耐磨性都明显提高,硬度≥960HV,磨损质量≤0.03mg。比一般三价铬镀铬的铬镀层的硬度提高35%,耐磨性分别提高了7倍。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步进行阐述,但并不限制本发明。
采用销-盘式摩擦磨损试验机(TRB 01-02539型)测定镀件的镀层的磨损性能。
测试条件:室温干摩擦,摩擦副为直径6mm的小球,材质100Cr6,载荷5N,速度0.12m/s,磨痕半径5mm,转数5000。
实施例1
称取2.9258g氧化镨于100mL小烧杯中,在搅拌下加15mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至50mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中镨浓度为50g/L。
在1L的烧杯中加入200g硫酸铬、150g硫酸铝、30g氟化钠、30g尿素、30g苹果酸,加985mL水溶解,加上述镨浓度为50g/L的溶液3mL,搅拌均匀,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为1,移入1L容量瓶中,用水稀释至刻度,制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中,将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极,阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板,磁力搅拌,搅拌转速为100rpm,电流密度为28A/dm2,电镀液pH值为1,温度为35℃,施镀时间为90min,占空比为50%,脉冲频率为5000Hz。
取出镀件,用水冲洗净,风干。铬镀层的硬度为970HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能,磨损质量0.02mg。
实施例2
称取2.2870g氧化铒于100mL小烧杯中,在搅拌下加12mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至50mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中铒浓度为20g/L。
在1L的烧杯中加入400g硫酸铬钾、300g硫酸铝、50g氟化钠、300g尿素、50g乙酸、50g乳酸,加935mL水溶解,加上述铒浓度为20g/L的溶液50mL,搅拌均匀,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为2.5,移入1L容量瓶中,用水稀释至刻度,制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中,将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极,阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板,磁力搅拌,搅拌转速为200rpm,电流密度为50A/dm2,电镀液pH值为2.5,温度为40℃,施镀时间为30min,占空比为100%,脉冲频率为2500Hz。
取出镀件,用水冲洗净,风干。铬镀层的硬度为960HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能,磨损质量0.03mg。
实施例3
称取2.8775g氧化铽于100mL小烧杯中,在搅拌下加15mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至50mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中铽浓度为50g/L;
称取2.8816g氧化钆于100mL小烧杯中,在搅拌下加15mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至50mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中钆浓度为50g/L。
在1L的烧杯中加入300g硫酸铬钾、200g硫酸铝、40g氟化钠、200g尿素、30g氨基乙酸、30g丁二酸,加865mL水溶解,加上述铽浓度为50g/L的溶液25mL和上述钆浓度为50g/L的溶液35mL,搅拌均匀,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为3,移入1L容量瓶中,用水稀释至刻度,制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中,将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极,阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板,磁力搅拌,搅拌转速为300rpm,电流密度为90A/dm2,电镀液pH值为3,温度为60℃,施镀时间为60min,占空比为5%,脉冲频率为100Hz。
取出镀件,用水冲洗净,风干。铬镀层的硬度为989.6HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能,磨损质量0.02mg。
实施例4
称取5.7981g氧化钐于100mL小烧杯中,在搅拌下加30mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至100mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中钐浓度为50g/L;
称取5.7631g氧化钆于100mL小烧杯中,在搅拌下加30mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至100mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中钆浓度为50g/L。
在1L的烧杯中加入300g硫酸铬钾、200g硫酸铝、40g氟化钠、100g尿素、20g乳酸、20g酒石酸,加865mL水溶解,加上述钐浓度为50g/L的溶液60mL和上述钆浓度为50g/L的溶液60mL,搅拌均匀,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为4,移入1L容量瓶中,用水稀释至刻度,制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中,将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极,阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板,磁力搅拌,搅拌转速为400rpm,电流密度为60A/dm2,电镀液pH值为4,温度为50℃,施镀时间为60min,占空比为80%,脉冲频率为4500Hz。
取出镀件,用水冲洗净,风干。铬镀层的硬度为997.6HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能,磨损质量0.01mg。
实施例5(实施例4的对比实施例)
在1L的烧杯中加入300g硫酸铬钾、200g硫酸铝、40g氟化钠、100g尿素、20g乳酸、20g酒石酸,加965mL水溶解,搅拌均匀,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为4,移入1L容量瓶中,用水稀释至刻度,制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中,将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极,阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板,磁力搅拌,搅拌转速为400rpm,电流密度为60A/dm2,电镀液pH值为4,温度为50℃,施镀时间为60min。
取出镀件,用水冲洗净,风干。铬镀层的硬度为710.6HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能,磨损质量0.25mg。
实施例5的效果劣于实施例4,可见本发明在镀液中添加稀土元素后,电镀得到的铬镀层硬度、耐磨性都得到了明显的提高。
实施例6(实施例4的对比实施例)
称取5.7981g氧化钐于100mL小烧杯中,在搅拌下加30mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至100mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中钐浓度为50g/L;
称取5.7631g氧化钆于100mL小烧杯中,在搅拌下加30mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至100mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中钆浓度为50g/L。
在1L的烧杯中加入300g硫酸铬钾、200g硫酸铝、40g氟化钠、100g尿素、20g乳酸、20g酒石酸,加865mL水溶解,加上述钐浓度为50g/L的溶液60mL和上述钆浓度为50g/L的溶液60mL,搅拌均匀,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为4,移入1L容量瓶中,用水稀释至刻度,制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中,将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极,阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板,磁力搅拌,搅拌转速为400rpm,电流密度为60A/dm2,电镀液pH值为4,温度为50℃,施镀时间为60min。
取出镀件,用水冲洗净,风干。铬镀层的硬度为871.8HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能,磨损质量0.06mg。
实施例6的效果劣于实施例4,可见本发明采用脉冲电镀技术,电镀得到的铬镀层硬度、耐磨性都得到了明显的提高。
实施例7
称取0.6350g氧化钇于50mL小烧杯中,在搅拌下加3mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至50mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中钇浓度为10g/L;
称取2.2951g氧化镝于50mL小烧杯中,在搅拌下加12mL浓硝酸,加热,使其溶解,待其冷却后,移至50mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,该溶液中镝浓度为80g/L。
在1L的烧杯中加入350g硫酸铬钾、250g硫酸铝、35g氟化钠、250g尿素、40g氨基乙酸、40g丁二酸,加865mL水溶解,加上述钇浓度为10g/L的溶液50mL和上述镝浓度为80g/L的溶液50mL,搅拌均匀,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为2,移入1L容量瓶中,用水稀释至刻度,制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中,将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极,阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板,磁力搅拌,搅拌转速为600rpm,电流密度为40A/dm2,电镀液pH值为2,温度为60℃,施镀时间为40min,占空比为80%,脉冲频率为3000Hz。
取出镀件,用水冲洗净,风干。铬镀层的硬度为987.8HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能,磨损质量0.02mg
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明,而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换,均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用三价铬脉冲镀铬的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)、将稀土氧化物溶于酸中,配制成稀土盐溶液;
其中稀土氧化物为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪稀土氧化物中的一种或几种的混合物;
其中的酸为浓硝酸;
其中配制成的稀土盐为稀土硝酸盐,稀土盐溶液中稀土的浓度为:10~80g/L;
(2)、用水溶解硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂,加上述步骤(1)所得的稀土盐溶液,用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值,制成硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液;
其中硫酸铬盐为硫酸铬钾、硫酸铬中的一种或两者的混合物;
其中络合剂为甲酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、草酸、酒石酸、乳酸、氨基乙酸、羟基乙酸、丁二酸中的一种或几种的混合物;
其中硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂、稀土盐的浓度分别为:200~400g/L、150~300g/L、30~50g/L、30~300g/L、30~100g/L、0.05~6g/L;
所用的碳酸氢钠溶液的浓度为20g/L;
所述的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液pH值为1~4;
(3)、将待镀的镀件放入电镀液中电镀;
将待镀的镀件放入步骤(2)所得的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液中,控制脉冲电镀的工艺条件为:电流密度为28~90A/dm2,电镀液pH值为1~4,温度为25~60℃,搅拌转速为100~600rpm,施镀时间为30~90min,占空比为5~100%,脉冲频率为100~5000Hz;
(4)、将步骤(3)脉冲电镀完毕后的镀件,用水冲洗,风干,即完成将待镀的镀件用三价铬脉冲镀铬。
2.一种如权利要求1所述的一种用三价铬脉冲镀铬的方法,其特征在于步骤(1)中优选的稀土氧化物为氧化镧、氧化钐或氧化钆。
3.一种如权利要求1所述的一种用三价铬脉冲镀铬的方法,其特征在于步骤(2)中优选的络合剂为柠檬酸、草酸或酒石酸。
4.一种如权利要求1所述的一种用三价铬脉冲镀铬的方法,其特征在于步骤(3)中优选的控制电镀的工艺条件为:电流密度为45~70A/dm2,温度为35~55℃,占空比为30~95%,脉冲频率为3000~5000Hz。
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