[发明专利]一种离子液体-高压CO2无水电镀液体系下在金属基材表面电镀超耐磨铬的方法

说明书

一种离子液体‑高压CO₂无水三价铬电镀液体系下在金属基材表面电镀铬的方法，使用高压CO₂、离子液体、三价硫酸铬无水体系电镀金属，绿色环保，且在电镀过程中采取安全措施，当高压装置漏气时，能够自动断电保护设备和电镀液；电沉积过程中电流效率高，能耗低。通过预处理步骤，镀层与基材的结合紧密，性能优良；镀铬层的晶粒细小，镀层表面晶粒尺寸均匀，结构致密，表面平整；由于加入SiC耐磨损性硬质粒子、MoS₂自润滑性粒子、BN、SiO₂颗粒，镀层的耐磨性和硬度显著提升。

技术领域

本发明涉及一种超耐磨电镀铬的方法，尤其涉及一种离子液体-高压CO₂无水电镀液体系下在金属基材表面电镀铬的方法。

背景技术

6系、7系铝合金基材具有密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低等一系列的优点，在电子设备、通信设备加工等领域得到了广泛应用，但是其耐划伤性、耐磨损性和硬度仍存在缺陷，有待解决。

镀铬是一种传统的表面电镀技术，镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮，且工艺相对简单，成本较低，广泛用于机械零部件的耐磨耐腐蚀层和装饰涂层，其硬度一般为600-900Hv，且硬度随着温度的升高而降低，镀铬层表面经常会出现微裂纹，甚至穿透性裂纹，损害部件。随着高新技术的快速发展，众多金属零部件在使用过程中会遇到腐蚀、摩擦、高温等苛刻的环境，这对零部件表面的功能性要求也更为严格，如需要承受摩擦的工具和机器零件，都采用硬铬来延长其使用寿命。

目前电镀所需的电解液主要有：（1）水溶液电镀液，其电流效率极低，电耗高，沉积金属时，容易出现严重的析氢，对镀层产生影响，如镀铬电解液中的主要成分不是铬盐，而是铬酸（六价铬溶液对环境和人类健康危害严重，国内外都已经限制其使用），这就造就了镀铬的阴极电流效率极低η_K≈10~15%。也就是说，绝大部分电能都消耗在氢气的析出上了。同时阴极过程为极为复杂，在铬电镀液中必须含有SO₄^2-、F^-以及电解液中应当有一定量的Cr³⁺，镀铬过程才能实现，此外，镀铬所采用的电流密度很高，镀铬过程的槽电压也很高，一般12V以上。（2）高温熔盐，这类电解液需要能耗较高，并且具有较强的耐蚀性，对选取材料和工艺操作要求较高。（3）有机溶剂体系，有机溶剂体系沉积金属时不会产生析氢反应，但是有机溶剂易挥发、易燃、电化学窗口较窄，电流效率很低。

离子液体是一种新兴的绿色溶剂，完全由离子组成，具有良好的导电性和较宽的电化学窗口，可以沉积出大多数水溶液中可以得到的金属，另外又具有水溶液不具备的优点，没有析氢反应，因此可以得到质量较好的金属及合金。但是在离子液体的使用过程中，发现离子液体的粘度非常大，不利于电镀反应的进行。此外，高压CO₂与有机试剂相比，具有阻燃性，并且无溶剂残余，更重要的是二氧化碳廉价易得，使用安全，不会污染环境。另外，CO₂分子很稳定，不像其他有机溶剂可能会导致副反应的发生。高压 CO₂某些性能例如: 密度、介电常数、扩散系数和溶解度等参数都可通过压力和温度控制。

发明内容

为了避免水溶液体系铬电镀液毒性大、不稳定、电流效率低、电耗高，沉积金属时容易出现严重的析氢以及高压反应安全性较低等问题，以及考虑到金属铬的硬度、耐腐蚀、抗磨损性能有待提高的现状，本发明充分利用离子液体镀液、高压CO₂绿色电镀液体系的特点，提出了一种离子液体-高压CO₂无水电镀液体系下在金属基材表面电镀铬的方法。本发明具有安全，经济，实用性高和低毒性的特点。

该离子液体-高压CO₂无水电镀液体系下在金属基材表面电镀铬的方法，其特征在于包括如下步骤:

（1）提供一种铝或6系、7系铝合金基材，钛或钛合金基材，304、316L不锈钢基材，对基材进行预处理：依次机械抛光、喷砂、化学抛光；