[发明专利]一种三价铬硬铬电镀溶液及其在硬铬电镀中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种三价铬硬铬电镀溶液及其在硬铬电镀中的应用。

背景技术

六价铬电镀硬铬是应用非常广泛的电镀工艺，由于硬铬具有非常高的硬度和很好的耐磨损性能及其他良好的机械性能，在液压支架、印刷滚筒、汽车减震器和轧钢的轧辊等许多方面得到广泛的应用。但是，六价铬离子是严重污染环境的毒性物质、强氧化剂、强腐蚀化学品，也是人类的强烈致癌物质。为此，国际上自80年代以来已经开始限制甚至禁止使用六价铬电镀，我国政府相继出台更加严厉限制六价铬离子的环保排放指标。取代六价铬的技术相继获得了国内外广泛的研究，例如用钨合金，化学镀镍和三价铬电镀取代六价铬硬铬电镀。但是至今没有取得大幅度的进展，其中三价铬电镀是最有希望取代六价铬硬铬电镀的环保技术。三价铬的毒性只有六价铬的1％，不是强氧化剂或腐蚀化学品，并且还是人体不可或缺的微量元素，电镀出来的也是具有同样机械性能的铬金属。因此，自80年代末期到现在，三价铬成为了取代六价铬硬铬的热门研究项目。由于三价铬离子还原为金属原子只需要三个电子，而六价铬离子还原成金属原子需要六个电子，所以同等质量的三价铬离子还原成金属铬比同等质量的六价铬还原成金属铬可以至少节约50％的电量，大幅度节约能源。废水处理也比六价铬减少一个昂贵的还原步骤，可以大幅度节约废水处理所需要的化学品及能源。三价铬虽然具有电流效率高，但是却很难镀厚，有些三价铬电镀溶液只能镀几个微米，最多不过20到30微米，因此不能满足功能性硬铬电镀的需要，而且三价铬电镀溶液对于杂质元素非常敏感，只要有10几个ppm甚至几个ppm的杂质，就不能正常工作。不少三价铬溶液正常电镀寿命非常短，经常需要停工处理溶液中的杂质。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本申请的发明人专门进行了研究，进行了三价铬持续性电镀试验，试验结果表明每升本发明提供的镀液连续电镀900安培小时(中间补充补加剂，补加剂的主要成分是三价铬主盐和络合剂，不出现故障，不需要进行特殊的大处理)，具有优良的稳定性。采用本发明的三价铬硬铬电镀溶液能够生产150微米以上的三价铬硬铬镀层，并且硬度达到HV950以上，而且与钢铁、铜和铜合金有良好的结合力，通过了300℃热震试验，完全能够满足功能性镀铬的要求。

本发明所获得的三价铬硬铬镀层，通过销环和销盘摩擦磨损试验，表明和六价铬硬铬镀层具有相近的良好的耐磨损性能。

为了实现本发明的目的，达到上述技术效果，本发明采取了如下技术措施：

一种三价铬硬铬电镀溶液，其制备原料包括三价铬主盐、络合剂、缓冲剂、催化剂、导电盐和水；

所述电镀溶液的pH值为2.5～3.7，优选为2.8～3.5；

所述电镀溶液的pH值采用氢氧化钠或硫酸溶液调节；

所述三价铬硬铬电镀溶液的pH值为2.5～3.7，随着pH值的升高，电流范围扩大，但溶液活化性能不够，长时间电镀高区容易烧焦起皮；pH值控制在2.8～3.5之间较优。

所述三价铬主盐为硫酸铬钾、硫酸铬、碱式硫酸铬和氯化铬中的至少一种；

进一步，所述三价铬硬铬电镀溶液中，三价铬离子含量为25～45g/L；

所述络合剂至少包括如下羧酸及其羧酸盐中的两种：酒石酸、柠檬酸、苹果酸、草酸、顺丁烯二酸、乳酸、甲酸和氨基乙酸；

优选的，所述络合剂至少包括如下羧酸中的两种：酒石酸、柠檬酸、苹果酸、草酸、顺丁烯二酸、乳酸、甲酸和氨基乙酸；

进一步，所述络合剂在三价铬硬铬电镀溶液中含量为25～80g/L；

所述缓冲剂为硼酸、硫酸镁、硫酸钛和硫酸铝中的至少一种；

进一步，所述缓冲剂在三价铬硬铬电镀溶液中含量为70～280g/L；

所述催化剂为如下卤族元素的盐类中的至少一种：氟化钠、氟化钾、溴化钾和溴化钠；

进一步，所述催化剂在三价铬硬铬电镀溶液中含量为15～70g/L；

所述导电盐为硫酸钾、硫酸钠、氯化钾和氯化钠中的至少一种；

进一步，所述导电盐在三价铬硬铬电镀溶液中的含量为50～150g/L；

所述水优选为去离子水；

进一步，所述制备原料还包括纳米材料，所述纳米材料为二氧化硅、氧化锆、碳化硅中的至少一种；

更进一步，所述纳米材料在三价铬硬铬电镀溶液中的含量为0.5～10％m/v，m/v＝g/mL。

一种上述三价铬硬铬电镀溶液的配制方法，其步骤如下：