硫酸盐三价铬电镀工艺开发及阴极过程

论文摘要

目前,三价铬电镀已经成为取代重污染六价铬电镀的重要技术之一。三价铬电镀分为氯化物体系和硫酸盐体系。近年来,因其具有阳极无有害气体析出、不腐蚀设备等优点,所以硫酸盐体系三价铬电镀发展迅速。为实现清洁电镀,本文对硫酸盐体系三价铬电镀工艺进行了研究。本文在课题组前期工作的基础上,通过大量试验,开发出两种硫酸盐三价铬电镀工艺:常温甲酸-草酸体系硫酸盐工艺和低浓度甲酸-羧酸A体系硫酸盐工艺。同时,通过单因素试验,研究了两种工艺镀液组分和工艺条件对镀液和镀层性能的影响。甲酸-草酸体系是一种常温硫酸盐三价铬电镀工艺。大量测试表明,该工艺沉积速率高达0.18μm·min-1以上、分散能力93%、覆盖能力96%、镀液稳定性良好、镀层结合力良好、孔隙率低、耐蚀性好,是一种性能优良的高效三价铬电镀工艺。甲酸-羧酸A体系是一种低浓度的硫酸盐三价铬电镀工艺。经测试,该工艺Cr3+含量仅为6 g·L-1左右、光亮电流密度范围可达1.815 A·dm-2以上、沉积速率高达0.17μm·min-1以上、分散能力96%以上、覆盖能力100%、非晶态镀层结合力良好、孔隙率低、耐蚀性与六价铬相当。同时,将甲酸-羧酸A体系与国外硫酸盐三价铬工艺比较发现,该工艺具有操作温度较低、沉积速率高、工艺及添加剂稳定性好、易操作、维护容易、成本低等优点。因此,该工艺是一种很有市场前景的硫酸盐三价铬电镀技术。通过阴极极化曲线和循环伏安曲线测试,对甲酸-羧酸A体系硫酸盐三价铬电镀阴极过程作了初步探讨。研究结果表明,三价铬放电分两步进行:第一步得到一个电子,第二步得到两个电子;两个放电步骤均受电化学极化控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 三价铬电镀研究现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 硫酸盐体系三价铬电镀简介
• 1.3.1 硫酸盐三价铬电镀的特点
• 1.3.2 硫酸盐三价铬镀液组成及工艺条件
• 1.3.3 硫酸盐三价铬电镀的维护
• 1.3.4 三价铬电镀阴极过程
• 1.3.5 硫酸盐三价铬电镀面临的问题
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 化学试剂和试验仪器
• 2.2 基本工艺
• 2.2.1 基本工艺流程
• 2.2.2 基本电镀工艺
• 2.3 镀液性能检测方法
• 2.3.1 赫尔槽试验
• 2.3.2 小槽挂镀试验
• 2.3.3 沉积速率
• 2.3.4 分散能力
• 2.3.5 覆盖能力
• 2.3.6 镀液稳定性
• 2.3.7 阴极极化曲线
• 2.4 镀层性能测试
• 2.4.1 镀层厚度和组成测试
• 2.4.2 镀层孔隙率测试
• 2.4.3 镀层结合力测试
• 2.4.4 镀层电化学测试
• 2.4.5 铜加速醋酸盐雾试验
• 2.4.6 表面形貌观察
• 2.4.7 镀层X射线衍射测试
• 第3章 常温甲酸-草酸体系工艺改进
• 3.1 甲酸-草酸体系硫酸盐工艺优化
• 3.2 镀液组分及工艺条件的影响
• 3.2.1 镀液组分的影响
• 3.2.2 工艺条件的影响
• 2+和Al³⁺对镀液和镀层性能的影响'>3.3 Fe²⁺和Al³⁺对镀液和镀层性能的影响
• 2+的影响'>3.3.1 Fe²⁺的影响
• 3+的影响'>3.3.2 Al³⁺的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 低浓度硫酸盐三价铬电镀工艺研究
• 4.1 基本工艺初步筛选
• 4.1.1 络合剂的初选
• 4.1.2 添加剂的初选
• 4.2 镀液组分及工艺条件初步优化
• 4.2.1 镀液组分及工艺条件正交试验
• 4.2.2 络合剂含量优化
• 4.3 镀液组分及工艺条件的影响
• 4.3.1 镀液组分的影响
• 4.3.2 工艺条件的影响
• 4.4 甲酸-羧酸A工艺进一步优化
• 4.4.1 甲酸盐种类的改进
• 4.4.2 添加剂的改进
• 4.5 杂质离子的影响与去除
• 2+的影响与去除'>4.5.1 Fe²⁺的影响与去除
• 3+的影响与去除'>4.5.2 Fe³⁺的影响与去除
• 2+的影响与去除'>4.5.3 Cu²⁺的影响与去除
• 2+的影响与去除'>4.5.4 Ni²⁺的影响与去除
• 2+的影响与去除'>4.5.5 Zn²⁺的影响与去除
• 3^-的影响与去除'>4.5.6 NO₃^-的影响与去除
• -的影响与去除'>4.5.7 Cl^-的影响与去除
• 4.6 本章小结
• 第5章 镀液与镀层性能测试
• 5.1 镀液性能测试
• 5.1.1 光亮电流密度范围
• 5.1.2 镀液稳定性
• 5.1.3 沉积速率
• 5.1.4 分散能力
• 5.1.5 覆盖能力
• 5.2 镀层性能测试
• 5.2.1 结合力测试
• 5.2.2 孔隙率测试
• 5.2.3 表面形貌测试
• 5.2.4 镀层结构测试
• 5.2.5 镀层耐蚀性测试
• 5.3 不同硫酸盐三价铬电镀工艺性能比较
• 5.3.1 镀液性能比较
• 5.3.2 镀层耐蚀性比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 阴极过程的探讨
• 6.1 各组分对阴极极化曲线的影响
• 6.1.1 硫酸铬浓度的影响
• 6.1.2 甲酸铵浓度的影响
• 6.1.3 羧酸A浓度的影响
• 6.1.4 添加剂浓度的影响
• 6.2 阴极过程初探
• 3+放电步骤'>6.2.1 Cr³⁺放电步骤
• 6.2.2 表观活化能测定
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢