CN103898562A - 一种离子液体中三价铬电镀工艺及其镀液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电镀领域，具体涉及一种离子液体中三价铬电镀工艺及其镀液。本发明的一种离子液体中三价铬电镀工艺，包括以下步骤：以含铬离子液体为电解液，粗铬为阳极，以需镀铬的基体为阴极，阳极和阴极与整流电源连接，通电开始恒电流电镀。本发明的镀铬工艺的毒性低，电流效率高达90％，环保节约，得到的电镀层细致光亮、结合力牢固、孔隙率低。
Description
技术领域
本发明涉及电镀领域，具体涉及一种离子液体中三价铬电镀工艺及其镀液。
背景技术
目前，镀铬已经成为电镀行业中应用最广泛的镀种之一，电镀铬利用镀液中的铬离子在阴极上还原而得到金属铬镀层，属于一种阴极电镀过程；长期以来，镀铬使用铬酸，铬酸毒性很大，且是致癌物质，已引起人们的广泛关注，随着人们对环保意识的增强，三价铬电镀的研究和应用，越来越受到人们的青睐。与传统的水和有机电解质体系相比，离子液体显示出更宽的电化学窗口，可达4.0V以上，即拥有更宽的电化学稳定性，在室温下即可得到许多在水溶液沉积中无法得到的轻金属、难熔金属、合金及半导体材料。此外，离子液体较宽的液态温度范围也有利于在高的温度下提高成核、表面扩散、结晶等与沉积过程密切相关的现象的速率，得到的电镀层延展性和抗磨损能力得到加强。不易挥发和不可燃性使得操作流程更加安全。并且具有成本低、原料来源广、合成简单、适于大规模生产、溶解性能良好，环境友好可生物降解，所以使用其作为三价铬电镀液，毒性低，节约环保。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子液体中三价铬电镀工艺，使用该镀铬工艺的毒性低，环保节约，得到的电镀层细致光亮、结合力牢固、孔隙率低。
本发明的一种离子液体中三价铬电镀工艺，以火法粗铬为阳极，可以及时补充电解液中的铬离子，进一步增强操作过程的持续性，并且电镀效率和电镀效果都非常好，以需镀铬的基体(包括304不锈钢、碳钢、铜、镍)为阴极，在电镀之前先对阴极基体进行打磨、除油、水洗、稀酸浸泡等处理，确保电镀时得到的镀层具有足够大的附着力，以[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-为电镀液，电镀液的温度为50-70℃，电流密度为25-40安培每平方分米，保持阴阳极间距为55-65mm，可减小槽电压，在带电镀槽中开始恒电流电镀，电镀时间为20分钟，由此获得的金属铬镀层电流效率高达90％左右，沉积速度1mm·min-1。本发明三价镀铬的反应机理如图1。
在本发明中，三价铬电镀工艺参数如下：所述的电镀液的温度为50-70℃，优选油浴加热，温度升高，三价铬离子向阴极的扩散速度加快，电流效率增加，但随着温度的继续升高，电流效率又有所降低，这是由于升高温度加快了已经镀到阴极上的金属铬的化学溶解所致。
在本发明中，所述的电流密度为25-40安培每平方分米，电流密度过小，使镀件表面的镀层分布不均匀且结合较差，电流密度过大，使极板上镀的铬金属被烧焦，发黑，金属的结晶质量差，有鼓泡现象，所以本发明优选的电流密度为25-40安培每平方分米。
在本发明中，所述的电镀时间优选为20分钟。这样得到的镀层质量好，避免了电镀时间过短而造成的镀铬不充分，同时也避免了电镀时间过长而造成的镀层分布不均等问题。
本发明的另一目的是提供一种三价镀铬的离子液体电镀液[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-。通过氯化甲基乙基咪唑离子液体结构中的烷基或咪唑骨架上的C-H键与氯气发生氯代反应，生成相应的氯代物，再将氯代离子液体与HF反应制得相应的氟代离子液体，最后再通过电渗析离子交换方法将卤素阴离子转化为含铬的目标阴离子，合成反应如图1。其中[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-在80℃时的黏度为18cP，电导率为82mS·cm-1，其伏安行为见图2，利用该离子液体作为电解液在不同基质上电镀得到金属铬镀层(其镀层形貌见图3)。
附图说明
图1是本发明中电镀液[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-的制备路线；
图2是本发明中[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-电镀铬的原理图；
图3是本发明中在304不锈钢电极上[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-的循环伏安曲线图；
图4是本发明中在[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-中不同基质电极上金属铬层的SEM图。
具体实施方式
以火法粗铬为阳极，以铜阴极，在电镀之前先对阴极基体进行打磨、除油、水洗、稀酸浸泡等处理，确保电镀时得到的镀层具有足够大的附着力，以[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-为电镀液，电镀液的温度控制在65℃±0.5，采用油浴加热，阴极和阳极分别连接整流电源(直流电由一硅整流电源提供)，保持阴阳极间距为55-65mm，接通电路，倒入离子液体电镀液[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-，电流密度30安培每平方分米，电镀20分钟达到终点后，在阴极上镀有金属光泽的铬镀层，电镀效率90.5％。
Claims (5)
1.一种离子液体中三价铬电镀工艺，包括以下步骤：
a、以火法粗铬为阳极，以需镀铬的基体为阴极；
b、以含铬离子液体[C6H8F3N2]+[CrCl4]-为电解液；
c、阴极和阳极间距保持55-65mm，开始恒电流电镀。
2.根据权利要求1所述的三价镀铬工艺，其特征在于：所述的电镀液为[C6H8Cl0.6F2.4N2]+[CrCl4]-。
3.根据权利要求1所述的三价镀铬工艺，其特征在于：所述的阴极电镀液和阳极电镀液的温度为50-70℃。
4.根据权利要求1所述的三价镀铬工艺，其特征在于：所述的电镀以电流密度25-40安培每平方分米镀铬。
5.根据权利要求1所述的三价镀铬工艺，其特征在于：所述的电镀时间为20分钟。
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