專利名稱：一種在環(huán)保型三價鉻鍍液中電沉積鉻磷合金鍍層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在環(huán)保型三價鉻鍍液中制備鉻磷合金鍍層的電沉積方法。
背景技術(shù)：
鉻鍍層由于具有良好的光澤性、耐腐蝕性及耐磨性能而成為工業(yè)界應(yīng)用最廣 泛的鍍層之一。但是長期以來，傳統(tǒng)的六價鉻電鍍工藝存在很多難以克服的缺點， 如分散能力和覆蓋能力差、電流效率低、電鍍溫度高、污染嚴重等。在六價鉻電 沉積過程中，廢水和廢氣中含有大量的六價鉻，其對環(huán)境造成很大的污染，并可 以造成人體腎功能衰竭，心率衰竭，白血病，可強烈引發(fā)癌癥。目前，世界衛(wèi)生 組織和世界各國對六價鉻電鍍工藝的污染問題越來越重視。歐盟的ROHS等指令 嚴格規(guī)定了2006年7月1日以后，將在歐洲全境禁止六價鉻在電子產(chǎn)品中的使用。 中國的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》也明確規(guī)定從2007年3月1號控制六價 鉻的使用。因此，當前替代六價鉻電沉積技術(shù)的研究已經(jīng)成為電鍍行業(yè)研究的熱 點和難點之一。
目前，替代六價鉻電鍍技術(shù)主要有三種氣相沉積鉻鍍層、電沉積合金鍍層、 三價鉻電沉積。氣相沉積技術(shù)優(yōu)點在于污染小、沉積均勻，但是其成本高、覆蓋 能力差，不能用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)；電沉積合金代鉻鍍層主要包括Zn-Sn-Co、 Ni-P、 Ni-W、 Ni-Co及其他合金。此種方法污染小，但是鍍液穩(wěn)定性差，可操作 條件窄，且這些鍍層都遠不如鉻鍍層白亮。相比之下，三價鉻電沉積工藝毒性只 有六價鉻電鍍工藝的1%，且能耗少，效率高，但是其鍍層用于裝飾性存在的缺 點為抗氯離子腐蝕性能差。目前國內(nèi)外報道的三價鉻電鍍工藝中絡(luò)合劑(或締合 劑)主要為含有羰基的有機化合物，而添加次亞磷酸鹽做絡(luò)合劑(或締合劑)的 三價鉻電鍍工藝并未見有專利報道。
為了減少環(huán)境的污染，減少在鍍鉻方面中國對外國的技術(shù)依賴，克服綠色貿(mào) 易的堡壘，迫切需要國內(nèi)研究者們開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的并能應(yīng)用于工業(yè)生 產(chǎn)的三價鉻電鍍工藝。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于開發(fā)三價鉻電鍍鉻磷合金工藝，此工藝具有良好的分散能 力、覆蓋能力、穩(wěn)定性。鍍層和基體具有良好的結(jié)合力，且耐腐蝕性能優(yōu)于六價 鉻電鍍鍍層相當。
本發(fā)明通過如下措施來實現(xiàn)-
我們開發(fā)出了以甲酸(或乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽、乙二 酸鹽)和次亞磷酸鹽為絡(luò)合劑(或締合劑)的雙絡(luò)合劑(或締合劑)三價鉻電鍍 工藝。此工藝溶液成分簡單、可操作條件寬、穩(wěn)定性好，有望部分取代污染嚴重 的六價鉻電鍍工藝。
一種在環(huán)保型三價鉻鍍液中電沉積鉻磷合金鍍層的方法，采用電鍍法制備， 其特征在于每升電解液中含有六水合氯化鉻為100~210g，溴化銨40 50g，氯化 鈉20 35g，硼酸20 30g，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽、 或乙二酸鹽0.3 1.0mo1，次亞磷酸鹽0.1 0.2mol;電沉積時陽極為高純石墨或鈦 板，將工件按照常規(guī)的鍍前預(yù)處理進行清洗和活化后，控制施鍍溫度在20 3(TC， 電解液pH值控制在1~3，陰極電流密度為5~80A/dm2,施鍍1分鐘 2小時，可 制備出0.1-100微米厚的鉻磷合金鍍層。
鍍液的穩(wěn)定性主要受陽極區(qū)03+氧化為Cr20,的影響。根據(jù)以前的報道 &2072鄰度達到3ppm以上，鍍層質(zhì)量下降。本發(fā)明中使用的鍍液，02072-的容 忍量可以達到0.5g/l,而六價鉻的產(chǎn)生是一種很緩慢的過程，這樣，在工業(yè)生產(chǎn) 中，就可以通過定期的加入還原劑來消除六價鉻離子，已保證電鍍生產(chǎn)的連續(xù)性。
按本發(fā)明的工藝，利用霍爾槽試驗測試分散能力時，試樣的光亮范圍為 0cm 7cm。
按本發(fā)明的工藝，利用直角陰極法測試覆蓋能力時，工藝的覆蓋能大于95%。 按本發(fā)明的工藝，鍍液在不連續(xù)通電20Ah/l后，鍍層仍光亮。通過補充添 加消耗的物資后，鍍液性能(分散能力、覆蓋能力、和電流效率)可以恢復(fù)到和 新配鍍液一樣。
按本發(fā)明制備的鉻磷合金鍍層表面粗糙度Ra^).lpm。 按本發(fā)明制備的鉻磷合金鍍層耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)的六價鉻電鍍鍍層。 本發(fā)明中鍍液的毒性僅為六價鉻鍍液的1%，因此屬于《清潔生產(chǎn)法》規(guī)定 的環(huán)保型清潔生產(chǎn)工藝配方，且符合歐盟ROHS指令及中國的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》的要求。
本發(fā)明的最大突破點為1.使用含次亞磷酸鹽和含有羰基的有機物的雙絡(luò) 合劑(或締合劑)體系；2.能在比較寬的操作條件范圍內(nèi)，在三價鉻鍍液中沉積 光亮的鉻磷合金鍍層；3.鍍液穩(wěn)定，能達到連續(xù)生產(chǎn)要求4.鍍層的厚度可以達到 100微米。
本發(fā)明提供的鉻磷合金鍍層電鍍技術(shù)可以在一定程度上取代傳統(tǒng)的六價鉻 電鍍技術(shù)。
具體實施例方式
為了更好的理解本發(fā)明，通過實施例進行說明。 實施例1
在表面積為0.05dm2的金屬如鋼或銅工件表面采用本發(fā)明電沉積方法施鍍， 工件的鍍前預(yù)處理采用常規(guī)的鍍前預(yù)處理工藝。三價鉻電沉積鉻磷合金鍍層鍍液 配方是每升電解液中含有六水合氯化鉻100 210g，溴化銨40~50g,氯化鈉 20~35g，硼酸20~30g，甲酸(或乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽、 乙二酸鹽)0.1~lmol，次亞磷酸鹽0.1 0.2mo1。電鍍時高純石墨或鈦板為陽極， 將經(jīng)過常規(guī)鍍前預(yù)處理后的鋼鐵或銅工件作陰極；電解液pH值控制在1-3，利 用恒溫裝置控制施鍍溫度在20 3(TC，攪拌速度適當，沉積過程中控制陰極電流 為30A/dm2電沉積時間為lh，即可沉積出厚度為30~50pm的鉻磷合金鍍層。
權(quán)利要求
1、一種在環(huán)保型三價鉻鍍液中電沉積鉻磷合金鍍層的方法，采用電鍍法制備，其特征在于每升電解液中含有六水合氯化鉻為100～210g，溴化銨40～50g，氯化鈉20～35g，硼酸20～30g，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽、或乙二酸鹽0.3～1.0mol，次亞磷酸鹽0.1～0.2mol；電沉積時陽極為高純石墨或鈦板，將工件按照常規(guī)的鍍前預(yù)處理進行清洗和活化后，控制施鍍溫度在20～30℃，電解液pH值控制在1～3，陰極電流密度為5～80A/dm2，施鍍1分鐘～2小時，可制備出0.1～100微米厚的鉻磷合金鍍層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在環(huán)保型三價鉻鍍液中電沉積鉻磷合金鍍層的方法。本發(fā)明在含氯化鉻的電解液中，通過選擇添加劑和控制適當?shù)墓に嚄l件，制備出表面平整、與底材結(jié)合牢固、耐腐蝕性能優(yōu)于六價鉻電鍍鍍層的鉻磷合金鍍層。其優(yōu)點在于工藝穩(wěn)定、操作條件寬、能耗低，其分散能力、覆蓋能力、電流效率高于六價鉻電鍍工藝。能部分取代嚴重污染環(huán)境且危害人體健康的傳統(tǒng)六價鉻電鍍工藝。
文檔編號C25D3/06GK101469435SQ20071030857
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者張俊彥, 曾志翔, 梁愛民 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所