專利名稱：在環(huán)保型三價(jià)鉻鍍液中制備鉻基復(fù)合鍍層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在環(huán)保型三價(jià)鉻鍍液中制備鉻基復(fù)合鍍層的電沉積方法。
背景技術(shù)：
硬鉻鍍層由于具有高硬度、良好的耐磨性能及耐腐蝕性能而成為工業(yè)界應(yīng)用 最廣泛的電鍍層。但是長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的六價(jià)鉻鍍液存在很多難以克服的缺點(diǎn)， 如電流效率低、電鍍溫度高、污染嚴(yán)重等。在電鍍硬鉻的過(guò)程中，廢水和廢氣中 大量的六價(jià)鉻對(duì)環(huán)境造成很大的污染，六價(jià)鉻可以造成人體腎功能衰竭，心率衰 竭，白血病，并可強(qiáng)烈引發(fā)癌癥。目前，世界衛(wèi)生組織和世界各國(guó)對(duì)六價(jià)鉻電鍍 工藝的污染問(wèn)題越來(lái)越重視，從1997年起，歐洲和北美規(guī)定六價(jià)鉻在空氣中的最 大排放量為0.001mg/m3。我國(guó)自2003年實(shí)施《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》以來(lái)，逐步減少 并最終禁止六價(jià)鉻鍍液的使用。因此，當(dāng)前替代六價(jià)鉻電沉積技術(shù)研究已經(jīng)成為 電鍍行業(yè)的研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。
目前，替代六價(jià)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(jià)鉻電沉積鍍層。氣相沉積技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于污染小、沉積均勻，但是其成本高、 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及其他三元合金。此種方法污染小，但是鍍液穩(wěn)定性差，可操作條件窄。 相比之下，三價(jià)鉻電沉積溶液毒性只有六價(jià)鉻溶液的1%，且能耗少，效率高， 但是其致命的缺點(diǎn)就是不能鍍厚，且硬度低，因此只能用作裝飾性鍍層而不能用 作耐磨鍍層和修復(fù)鍍層。
為了減少環(huán)境的污染，減少在鍍鉻方面中國(guó)對(duì)外國(guó)的技術(shù)依賴，克服綠色貿(mào) 易的堡壘，迫切需要開發(fā)出三價(jià)鉻電鍍厚鉻工藝。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在環(huán)保型三價(jià)鉻鍍液中制備鉻基復(fù)合鍍層的方法。
本發(fā)明通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種在環(huán)保型三價(jià)鉻鍍液中制備鉻基復(fù)合鍍層的方法，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，氧化鋁、碳化硅、氧化鋯、金剛石、二氧化硅、石墨、聚四 氟乙烯或二硫化鉬顆粒10~100g;電鍍時(shí)高純石墨或鈦板為陽(yáng)極，將經(jīng)過(guò)常規(guī)鍍 前預(yù)處理后的鋼鐵或銅工件作陰極；氣體攪拌或機(jī)械攪拌；電解液pH值控制在 1-2，控制施鍍溫度在20~40°C ，沉積過(guò)程中通過(guò)控制陰極電流密度為10~50A/dm2, 電沉積時(shí)間為20~120分鐘即可沉積出厚度為15pm~100|am的鉻基復(fù)合鍍層。 按本發(fā)明制備的鉻基復(fù)合鍍層無(wú)裂紋，表面粗糙度Ra50.6)am。 按本發(fā)明制備的鉻基陶瓷顆粒復(fù)合鍍層耐磨性能優(yōu)于傳統(tǒng)的六價(jià)鉻電鍍鍍層。
按本發(fā)明制備的鉻基石墨復(fù)合鍍層在干摩擦條件下的摩擦系數(shù)小于0.3。 按本發(fā)明制備的鉻基聚四氟乙烯復(fù)合鍍層干摩擦條件下的摩擦系數(shù)小于 0.3,并具有疏水性能(和純水的接觸角大于120度)。
本發(fā)明中鍍液的毒性僅為六價(jià)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。
本發(fā)明公開的三價(jià)鉻電鍍鉻基復(fù)合鍍層工藝，能生產(chǎn)出厚度達(dá)到50|am以上 的復(fù)合鍍層。此工藝溶液配制簡(jiǎn)單，可操作條件寬，有望在電鍍厚鉻方面取代污 染環(huán)境卻廣泛應(yīng)用的六價(jià)鉻電鍍工藝。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了三價(jià)鉻鍍液中電沉積鉻基復(fù)合鍍層，其鍍層的厚度達(dá)到50pm 以上，復(fù)合粒子的體積含量為5~20%，表面平整，鍍層和底材具有較高的結(jié)合強(qiáng) 度。適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，?fù)合鍍層的耐磨性能與六價(jià)鉻電鍍鍍層相當(dāng)或優(yōu)于六價(jià)鉻 電鍍鍍層。
本發(fā)明的最大突破點(diǎn)為l.在三價(jià)鉻電鍍體系中實(shí)現(xiàn)了三價(jià)鉻電鍍的復(fù)合 鍍；2.提供了一種能使鉻鍍層具有更多功能(如超高硬度、自潤(rùn)滑、疏水等性能) 的方法；3.能在比較寬的操作條件范圍內(nèi)，在三價(jià)絡(luò)鍍液中快速沉積厚度為50pm 的復(fù)合鍍層；4.鍍層中可以含有各種粒子，且結(jié)合良好；5.按本發(fā)明制備的鉻基 陶瓷復(fù)合鍍層在適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，其耐磨性能?yōu)于傳統(tǒng)的六價(jià)鉻電鍍鍍層。
本發(fā)明可以在鍍厚鉻方面部分取代傳統(tǒng)的六價(jià)鉻電鍍技術(shù)。
具體實(shí)施例方式
為了更好的理解本發(fā)明，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
4實(shí)施例1
在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(jià)鉻電沉積鉻基復(fù)合鍍層鍍液配方是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(或乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸鹽、乙酸鹽、乙二酸鹽)0.3 1.0mol，顆粒10~100g。顆粒為氧化鋁、碳化硅、氧化鋯、金剛石、二氧化硅、石墨、聚四氟乙烯或二硫化鉬。電鍍時(shí)高純石墨為陽(yáng)極或鈦板，將經(jīng)過(guò)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1-2，利用恒溫裝置控制施鍍溫度在20 4(TC，攪拌速度適當(dāng)，沉積過(guò)程中控制陰極電流為10 50A/dr^之間,電流密度太小或太大鍍層的質(zhì)量都不好。電沉積時(shí)間為20 120分鐘，即可沉積出厚度為15~100nm的鉻基復(fù)合鍍層。
權(quán)利要求
1、一種在環(huán)保型三價(jià)鉻鍍液中制備鉻基復(fù)合鍍層的方法，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，氧化鋁、碳化硅、氧化鋯、金剛石、二氧化硅、石墨、聚四氟乙烯或二硫化鉬顆粒10～100g；電鍍時(shí)高純石墨或鈦板為陽(yáng)極，將經(jīng)過(guò)常規(guī)鍍前預(yù)處理后的鋼鐵或銅工件作陰極；氣體攪拌或機(jī)械攪拌；電解液pH值控制在1-2，控制施鍍溫度在20～40℃，沉積過(guò)程中通過(guò)控制陰極電流密度為10～50A/dm2，電沉積時(shí)間為20～120分鐘即可沉積出厚度為15μm～100μm的鉻基復(fù)合鍍層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在環(huán)保型三價(jià)鉻鍍液中制備鉻基復(fù)合鍍層的方法。本發(fā)明在含氯化鉻的基礎(chǔ)電解液中，添加不同的顆粒，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，制備出表面平整，與底材結(jié)合牢固鉻基復(fù)合鍍層。其優(yōu)點(diǎn)在于制備出的鉻基復(fù)合鍍層厚度大于50μm。復(fù)合鍍層有比六價(jià)鉻電鍍鍍層更高的硬度和與之相當(dāng)?shù)哪Σ翆W(xué)性能，可在各種摩擦工況條件下代替?zhèn)鹘y(tǒng)的六價(jià)鉻電鍍工藝。
文檔編號(hào)C25D3/02GK101469436SQ200710308580
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所