硫酸鹽三價鉻電鍍新體系的研究

劉存錕

(大慶油田化工有限公司醋酸分公司，黑龍江大慶163411)

摘要：研究了一種全硫酸體系的三價鉻電鍍工藝，并對該體系的鍍液和鍍層進行了性能測試。測試結(jié)果顯示，該體系無需陳化鍍液即可正常工作，所得鍍層外觀光澤明亮，光亮范圍可從4A/dm2至25A/dm2以上;鍍液的pH值容易控制，無需調(diào)整就能在最佳pH值范圍內(nèi)工作;直角陰極法測試所得覆蓋能力可達90%;Tafel測試和NSS試驗表明，三價鉻鍍鉻層具有較好的耐蝕性，較六價鉻鍍層略差，需要進一步改善。

關(guān)鍵詞：三價鉻鍍鉻　硫酸鹽　鍍液性能　耐蝕性

中圖分類號：TQ153.1　文獻標識碼：A　文章編號：1006-7906(2012)04-0008-05

鍍鉻在電鍍工藝中占有極其重要的地位，被列為三大鍍種之一，它不僅用于裝飾性鍍層，還大量用于功能性鍍層[1-2]。鍍鉻液可分為六價鉻溶液和三價鉻溶液，目前國內(nèi)六價鉻鍍液應(yīng)用較廣[3]。但由于六價鉻鍍液對人體的危害及環(huán)境的污染，西方發(fā)達國家已限制六價鉻鍍液的應(yīng)用。三價鉻鍍鉻工藝能減少對環(huán)境的污染，被稱為“環(huán)保鉻”[1，4]，已越來越引起人們的廣泛關(guān)注[5-6]。三價鉻電鍍發(fā)展已有百余年歷史，1854年Bunsen首發(fā)研究報道，1923年開始應(yīng)用于生產(chǎn)，1975年英國Albting　&Wilson公司申請了Alecra-3000三價鉻電鍍工藝，并相繼在美、英、日、加拿大和原西德等國投入生產(chǎn)[7]。隨后，美國的Harshow化學(xué)公司開發(fā)了三價鉻電鍍工藝，并投入了較大規(guī)模的生產(chǎn);英國的Canning公司也提出了自己的新工藝，推動了三價鉻鍍鉻的進展。隨著人們環(huán)保意識的增強，到20世紀90年代，三價鉻電鍍有了較快的發(fā)展。1998年Ibrahim等開發(fā)了以尿素為絡(luò)合劑的三價鉻電鍍厚鉻工藝[8-10]。國內(nèi)于上世紀70年代中期開始研究三價鉻鍍鉻工藝，具有代表性的是哈爾濱工業(yè)大學(xué)屠振密教授等研究的氯化鉻-甲酸銨三價鉻鍍鉻工藝[11]。另外，中南工業(yè)大學(xué)王先友等對甲酸鹽體系三價鉻電鍍?nèi)芤旱姆€(wěn)定性進行了研究[12];湖南大學(xué)姚守拙等進行了氨基乙酸體系三價鉻鍍鉻的研究[13];廣州二輕所在三價鉻鍍鉻方面也已取得了可喜的成果;武漢大學(xué)吳慧敏等也做了大量工作，并申請了相關(guān)技術(shù)的專利權(quán)[14]。

本研究選用改善了穩(wěn)定性和導(dǎo)電性的甲酸鹽-乙二酸鹽作為研究對象，通過正交試驗確定硫酸鉻、甲酸銨、乙二酸銨和抗壞血酸的最優(yōu)實驗量，找出對鍍層厚度影響最大的因素———甲酸銨;通過甲酸銨的單因素實驗研究其對鍍層厚度的影響，并相應(yīng)地對鍍液鍍厚性進行改善，獲得最佳工藝E。對E鍍液的鍍液性能和鍍層性能進行測試，探討三價鉻優(yōu)于六價鉻的電鍍方法。

1　實驗部分

1.1　實驗原料

硫酸鉻(Cr2(SO4)3·6H2O)、甲酸銨(CH5NO2)、乙二酸銨((NH4)C2O4·H2O)、抗壞血酸(C6H8O6)、硼酸(H3BO3)、無水硫酸鈉(Na2SO4)、十二烷基硫酸鈉(C12H25NaO4S)、尿素(CO(NH2)2)、硫酸鎳(Ni2SO4·6H2O)、冰乙酸(CH3COOH)、酒石酸鉀鈉(C4H4O6KNa·4H2O)等。

1.2　實驗方法

進行正交實驗，實驗條件為室溫(20℃左右)、電流密度10～20A/dm2、pH=3.0～4.0、涂層陽極、電鍍時間5min、電流強度I=5A，在250mL的赫爾槽內(nèi)對影響鍍液的4個因素進行考察，選擇出各因素的最佳實驗條件，并對主要因素甲酸銨做單因素實驗，確定甲酸銨的最佳含量。然后對硫酸鹽體系的鍍液性能和鍍層性能進行測試。

1.3　分析與測試方法

采用德國布魯克公司的S4-explor熒光光譜儀(XRF)進行鍍層厚度的測試;采用中國上海辰華儀器公司的CHI660電化學(xué)分析儀對鍍液的Tafel曲線進行鍍層耐蝕性測試;采用美國Gamry公司的ACEM　PC4-750電化學(xué)工作站對鍍液的陰極極化過程進行測試;采用日本浩視公司的Hi-roxMX-5040RZ體視顯微鏡進行形貌觀測，采用美國MI公司的Pico　SPM-2100AFM進行AFM形貌測試。

2　結(jié)果與討論

2.1　正交實驗

針對改善穩(wěn)定性和導(dǎo)電性后的鍍鉻溶液進行正交實驗，赫爾槽實驗結(jié)果如表1所示。