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三价铬镀铬工艺

三价铬镀铬工艺

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【摘要】:
长期以来,电镀铬通常采用六价铬电镀液。近年来,由于六价铬对环境等方面带来污染影响,于是加紧了对三价铬电镀的研究。实际上提出用三价铬代替六价铬的研究已经有很长时间。

长期以来,电镀铬通常采用六价铬电镀液。近年来,由于六价铬对环境等方面带来污染影响,于是加紧了对三价铬电镀的研究。实际上提出用三价铬代替六价铬的研究已经有很长时间。用三价铬镀装饰铬与六价铬电镀相比,具有很多优异特性,但在实际应用中也存在一些问题,其可镀性受到一定限制。因此,用三价铬电镀功能性铬还没有被实际广泛应用。还介绍了三价铬电镀的机理及展望,并提出了有待深入研究的问题。

六价铬的毒性大,对环境污染严重。镀铬溶液大量使用铬酐,是电镀行业含铬废水的主要污染源。这一问题已经引起人们普遍的关注,各国政府也加强了立法管理,如美国对六价铬的排放标准已从0.05MG/L降到0.01MG/L,并从1997年起开始执行。六价铬镀铬液的电流效率低和覆盖能力差也是一个问题。为了从根本上减轻污染和提高电流效率及覆盖能力,三价铬镀铬工艺越来越受到人们的青睐。

三价铬镀铬自1854年BUNSEN发表第一篇论文以来,迄今已有100余年历史,由于有些技术问题难以突破,因此进展比较缓慢。至20世纪70年代,随着科学技术的发展和化学原料的增多,以及人们对环保意识的进一步增强,三价铬镀铬研究又提到电镀工作者议事日程上来了。1974年英国发表了 ALECRA-3的三价铬镀铬工艺,并于1975年申请了一份用三氯化铬作主盐的三价铬镀铬专利,即ALECRA-3000。1981年,英国开发了硫酸盐的环保铬(ENVIR0-CHOME)的三价铬镀铬工艺。该工艺采用选择性离子隔膜将阴极区域和阳极区域分开,这样可避免阳极板上氧化成的六价铬对三价铬镀液带来的危害:几乎同时,美国HARSHA0公司也开发了TRI-CHROME三价铬镀铬工艺。

 

镀液组成
目前研究和使用的三价铬电镀液主要成分如下:
(1)主盐:当前三价铬镀铬体系主要有氯化物体系,硫酸盐体系和硫酸盐-氯化物混合体系。
氯化物镀液导电好,电压低,镀液分散能力、覆盖能力和电流效率较高,但阳极会析出有毒的CL2,且对设备腐蚀较重;硫酸铬电镀时阳极析出无毒的氧气,无污染,但镀液导电性不如氯化物,镀液分散能力、覆盖能力和电流效率较低。
(2)络合剂:通常为羟基羧酸及其盐,如甲酸和乙酸盐、氨基乙酸、草酸及其盐,柠檬酸及其盐,硫氰算眼和酒石酸盐等。
(3)导电盐:减少电能的消耗。多为钠、钾、铵的氯化物和硫酸盐。
(4)缓冲剂:维持镀液PH值稳定。多为硼酸、醋酸盐、铝盐以及柠檬酸盐等。
(5)稳定剂:复合型还原剂,抑制和降低六价铬的产生。多为甲醇、亚硫酸钠、卤化物等。

工艺条件
(1)温度:最好在室温下进行,工作温度一般控制在15~55℃。温度升高会降低浓差极化,并使CR3+的析出点位正移,同时析氢严重,不利于铬的沉积。
(2)PH值为1~4。PH值低时析氢严重,阴极电流效率降低,PH值高时易发生羟桥化反应,镀层发暗。
(3)电流密度为3~100A/DM2。阴极电流密度范围较宽,但较低时会影响铬沉积速度,阴极电流密度过高会影响到镀层性能。
(4)电流效率为10%~25%。可以进行轻微搅拌。
另外,三价铬镀铬有单槽方式和双槽方式,单槽方式中的阳极材料是石墨棒,与其他普通电镀一样;双槽方式使用了阳极内槽,可以使用铅锡合金阳极罩,另外作为阳极基础液使用了稀硫酸。

三价铬镀铬优点
三价铬电镀具有下列优点:
(1)毒性低,污染小。镀液清洗水中不含六价铬,废水稍加处理即可排放,且电镀过程不产生有毒的铬酸雾;
(2)镀液浓度低,只有六价铬镀铬的1/10,分散能力和覆盖能力好,成品率提高;
(3)电镀过程不受电流中断的影响,无需退镀;
(4)阴极电流效率可达21~25%,高于六价铬电镀,提高了生产率。

总结与展望
环保型三价铬电镀取代六价铬电镀已是必然趋势。近年来,三价铬电镀发展迅速,已在装饰性镀铬上有所应用,并在很多国家用于工业化生产,但在功能性镀铬方面还未工业化。
当前我们国家也在研究三价铬镀铬的应用方面取得了不少成绩,但还得加强工艺性能和理论基础方面的研究,其中需注意以下方面:
(1)镀层外观,厚度改善提高,加强功能性镀层的应用研究。
(2)研究稳定的三价铬电镀液。
(3)目前三价铬电镀液的造价高于六价铬电镀液,需要减少成本。

 

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