技術領域

本發明涉及在環保型三價鉻鍍液中制備鉻基復合鍍層的電沉積方法。

背景技術

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界應用最廣泛的電鍍層。但是長期以來，傳統的六價鉻鍍液存在很多難以克服的缺點，如電流效率低、電鍍溫度高、污染嚴重等。在電鍍硬鉻的過程中，廢水和廢氣中大量的六價鉻對環境造成很大的污染，六價鉻可以造成人體腎功能衰竭，心率衰竭，白血病，并可強烈引發癌癥。目前，世界衛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，從1997年起，歐洲和北美規定六價鉻在空氣中的最大排放量為0.001mg/m³。我國自2003年實施《清潔生產促進法》以來，逐步減少并最終禁止六價鉻鍍液的使用。因此，當前替代六價鉻電沉積技術研究已經成為電鍍行業的研究的熱點和難點之一。

目前，替代六價鉻電鍍技術主要有三種：氣相沉積鉻鍍層、電沉積合金鍍層、三價鉻電沉積鍍層。氣相沉積技術優點在于污染小、沉積均勻，但是其成本高、不能用于大規模的工業生產；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，但是鍍液穩定性差，可操作條件窄。相比之下，三價鉻電沉積溶液毒性只有六價鉻溶液的1％，且能耗少，效率高，但是其致命的缺點就是不能鍍厚，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鍍層。

為了減少環境的污染，減少在鍍鉻方面中國對外國的技術依賴，克服綠色貿易的堡壘，迫切需要開發出三價鉻電鍍厚鉻工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在環保型三價鉻鍍液中制備鉻基復合鍍層的方法。

本發明通過如下措施來實現：

一種在環保型三價鉻鍍液中制備鉻基復合鍍層的方法，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；電鍍時高純石墨或鈦板為陽極，將經過常規鍍前預處理后的鋼鐵或銅工件作陰極；氣體攪拌或機械攪拌；電解液pH值控制在1-2，控制施鍍溫度在20～40℃，沉積過程中通過控制陰極電流密度為10～50A/dm²，電沉積時間為20～120分鐘即可沉積出厚度為15μm～100μm的鉻基復合鍍層。

按本發明制備的鉻基復合鍍層無裂紋，表面粗糙度Ra≤0.6μm。

按本發明制備的鉻基陶瓷顆粒復合鍍層耐磨性能優于傳統的六價鉻電鍍鍍層。

按本發明制備的鉻基石墨復合鍍層在干摩擦條件下的摩擦系數小于0.3。

按本發明制備的鉻基聚四氟乙烯復合鍍層干摩擦條件下的摩擦系數小于0.3，并具有疏水性能(和純水的接觸角大于120度)。

本發明中鍍液的毒性僅為六價鉻鍍液的1％，因此屬于《清潔生產法》規定的環保型清潔生產工藝配方。

本發明公開的三價鉻電鍍鉻基復合鍍層工藝，能生產出厚度達到50μm以上的復合鍍層。此工藝溶液配制簡單，可操作條件寬，有望在電鍍厚鉻方面取代污染環境卻廣泛應用的六價鉻電鍍工藝。

本發明實現了三價鉻鍍液中電沉積鉻基復合鍍層，其鍍層的厚度達到50μm以上，復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合強度。適當的熱處理后，復合鍍層的耐磨性能與六價鉻電鍍鍍層相當或優于六價鉻電鍍鍍層。

本發明的最大突破點為：1.在三價鉻電鍍體系中實現了三價鉻電鍍的復合鍍；2.提供了一種能使鉻鍍層具有更多功能(如超高硬度、自潤滑、疏水等性能)的方法；3.能在比較寬的操作條件范圍內，在三價鉻鍍液中快速沉積厚度為50μm的復合鍍層；4.鍍層中可以含有各種粒子，且結合良好；5.按本發明制備的鉻基陶瓷復合鍍層在適當的熱處理后，其耐磨性能優于傳統的六價鉻電鍍鍍層。

本發明可以在鍍厚鉻方面部分取代傳統的六價鉻電鍍技術。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，通過實施例進行說明。

實施例1

在金屬如鋼或銅工件表面采用本發明電沉積方法施鍍，工件的鍍前預處理采用常規的鍍前預處理工藝。三價鉻電沉積鉻基復合鍍層鍍液配方是：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。電鍍時高純石墨為陽極或鈦板，將經過常規鍍前預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20～40℃，攪拌速度適當，沉積過程中控制陰極電流為10～50A/dm²之間，電流密度太小或太大鍍層的質量都不好。電沉積時間為20～120分鐘，即可沉積出厚度為15～100μm的鉻基復合鍍層。