三价铬电镀工艺研究

论文摘要

镀铬是工业上应用最广泛的电镀技术之一。镀铬层具有良好的性能,如硬度高、耐磨耐蚀性好、外观好等,不仅可以用于装饰性镀层,还可以用于功能性镀层,广泛应用于多种领域中。传统的镀铬是采用六价铬镀液进行电镀,但是六价镀铬毒性较大,严重污染环境,并且有很强的致癌性,已经引起广泛的关注,各国政府已逐步制定法规,逐步限制并淘汰六价铬的使用。三价铬的毒性是六价铬毒性的百分之一,毒性较小,对环境污染较小,是电镀铬发展的主要方向。近年来,三价镀铬的研究虽然已经取得了较大的进展,但其电镀工艺仍有许多待完善之处。本文的主要研究成果如下:（一）三价铬电镀体系的确定选用不同的添加剂配制成三价铬电镀溶液,进行了三价铬电镀的探索性实验。根据得到的铬镀层的效果,选择出合适的电镀三价铬的添加剂,确定出三价铬镀液的合适组成,最后选定甲酸盐、尿素为三价铬镀液的添加剂。（二）三价铬镀铬工艺的研究分别采用直流和脉冲两种电源,利用正交法对甲酸盐-尿素三价铬电镀体系进行实验,确定各因素对三价铬电镀过程的影响程度,从而得出较佳的工艺组合。然后根据因素的影响程度对主要因素作单一条件的实验,选出每个影响因素的最佳条件,从而最终确定出甲酸盐-尿素三价铬电镀体系较佳的镀液组成为:C（CrCl3·6H2O）=0.4mol/L、两配位剂摩尔比为6:3,即HCOONa·2H2O: CO（NH2）2=0.6mol/L: 0.3mol/L、导电盐总浓度为131g/L、缓冲剂硼酸为38g/L、润湿剂大约38滴/L。直流电镀铬的工艺条件为:电流密度:17A/dm2、镀液的pH值:1.7、电镀温度:25℃,在此工艺条件下可以得到68.11μm厚的镀层。脉冲电镀铬的工艺条件为:平均电流密度:14A/dm2、脉冲频率:1000Hz、脉冲占空比:30%,在此条件下可以得到56.78μm的镀层。镀层厚度较文献值有了较大幅度的提高。（三）三价铬电镀液及铬镀层性能的测试三价铬镀液和镀层的性能是检验电镀效果的主要指标。各项性能检测值是:镀液的电导率为62.96mS/cm,电流效率为20%,深镀能力达到95%。利用直流和脉冲两种电镀电源得到的铬镀层,其光泽度、外观、结合力等均较好,孔隙率分别为4～5点/cm2和3～4点/cm2,而硬度则达到940HV和1100 HV。结果表明:甲酸盐-尿素三价铬电镀体系电镀液及铬镀层的性能良好,达到了预期目标。（四）三价铬电镀液极化曲线的研究分别研究了三价铬电镀液极化曲线随扫描速度、主盐浓度、镀液酸度、添加剂及镀液温度等的变化关系。极化曲线的研究表明:铬的析出是完全不可逆反应;并且从极化曲线的角度阐明了本文选定的镀液组成及电镀工艺条件的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 铬电镀
• 1.1.1 铬的性质
• 1.1.2 三价铬电镀层的性质
• 1.1.3 三价铬电镀层的种类
• 1.2 三价铬电镀的发展历史
• 1.2.1 国外三价铬电镀的发展历史
• 1.2.2 国内三价铬电镀的发展历史
• 1.3 三价铬电镀工艺
• 1.3.1 三价铬电镀工艺的特点
• 1.3.2 三价铬电镀工艺
• 1.4 三价铬电镀中存在的问题及解决途径
• 1.4.1 镀层色泽及镀液维护
• 1.4.2 三价铬电镀层的增厚问题
• 1.4.3 改善三价铬镀层性能
• 1.5 三价铬电镀的发展
• 1.5.1 三价装饰铬电镀存在的问题及解决方法
• 1.5.2 三价硬铬电镀存在的问题及解决方法
• 1.6 脉冲电镀三价铬
• 1.6.1 脉冲电镀的发展及电镀原理
• 1.6.2 脉冲电镀的特点
• 1.6.3 脉冲电镀常用的电镀波形
• 1.6.4 脉冲电镀中常用的电镀形式
• 1.6.5 脉冲电镀的应用
• 1.7 三价铬电镀发展展望
• 第2章 电镀原理、方法与体系筛选
• 2.1 实验原理及课题分析
• 2.1.1 电镀原理
• 2.1.2 配体的作用原理
• 2.1.3 电镀电极反应
• 2.2 主要仪器设备与试剂
• 2.2.1 主要仪器设备
• 2.2.2 实验试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 阴、阳极及其处理方法
• 2.3.2 镀液的配制
• 2.3.3 镀液体系的选择
• 2.3.4 电镀工艺条件的确定
• 2.3.5 三价铬电镀液及镀层性能的测试
• 2.3.6 三价铬镀液极化曲线的测定
• 2.4 三价铬电镀体系的选择
• 2.4.1 DMF（二甲基甲酰胺）体系
• 2.4.2 甲酸盐-乙酸盐体系
• 2.4.3 氨基乙酸-尿素体系
• 2.4.4 氨基乙酸体系
• 2.4.5 尿素体系
• 2.4.6 甲酸盐体系
• 2.4.7 无硼酸甲酸盐体系
• 2.4.8 甲酸盐-尿素体系
• 第3章 直流与脉冲电镀工艺研究
• 3.1 直流电镀工艺研究
• 3.1.1 正交试验
• 3.1.2 电流密度的确定及其对电镀过程的影响
• 3.1.3 镀液pH 值对电镀过程的影响
• 3.1.4 电镀三价铬镀层厚度与电镀时间的关系
• 3.2 脉冲电镀工艺研究
• 3.2.1 脉冲电镀的主要参数
• 3.2.2 脉冲电镀正交试验
• 3.2.3 脉冲平均电流密度对铬镀层厚度的影响
• 3.2.4 脉冲电镀中脉冲频率的选择
• 3.2.5 脉冲电镀铬镀层厚度与电镀时间的关系
• 3.3 实验小结
• 第4章 三价铬镀液及镀层性能测试
• 4.1 三价铬电镀液的性能测试
• 4.1.1 三价铬电镀液电导率的测定
• 4.1.2 电镀液阴极效率的测定
• 4.1.3 电镀液深镀能力的测定
• 4.1.4 电镀液分散能力的测定
• 4.2 三价铬铬镀层的性能测试
• 4.2.1 铬镀厚度的测量
• 4.2.2 铬镀层表面形貌的表征
• 4.2.3 铬镀层孔隙率的测定
• 4.2.4 铬镀层结合力的测定
• 4.2.5 铬镀层硬度的测定
• 4.3 实验小结
• 第5章 三价铬电镀铬极化曲线的测定
• 5.1 极化曲线的测定方法
• 5.1.1 电极的极化与极化曲线
• 5.2 甲酸盐-尿素三价铬电镀体系循环伏安曲线的测定
• 5.2.1 三价铬电镀体系循环伏安曲线的测定
• 5.2.2 循环伏安曲线测定的实验结果及讨论
• 5.3 实验小结
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间主要科研成果