第4期周阳,等:三价铬电镀面l临的问题及其解决方法9三价铬电镀面临的问题及其解决方法周阳,周磊,王灵锋(江西理工大学应用化学研究所,江西赣州341000)摘要:概述了三价铬电镀的现状,总结了三价铬电镀面临的主要问题,即镀层难以增厚、阳极选择困难及溶液成分复杂、难以维护和控制等。并指出了其解决方法。关键词:三价铬;电镀;镀铬doi:10.3969/j.issn.1007-2217.2009.04.003近几年来.三价铬电镀技术迅速发展,国外已实现了工业化生产,国内也有许多学者进行了相关的研究,取得了不少的研究成果,目前在装饰镀铬方面也有工业化的实例.但镀硬铬尚处在研究阶段。三价铬电镀过程中存在许多急需解决的问题1三价铬电镀面临的问题虽然许多学者都致力于三价铬电镀的研究,但就目前的情况来看,三价铬电镀还存在很多不足之处,如镀液不稳定、对杂质比较敏感、生产成本高、镀层色泽偏暗等。尤其是以下几个方面都是在研究开发和生产中必须考虑的问题。1.1镀层难以增厚就目前的情况来看.三价铬电镀层的厚度一般只能达到几个微米,因此只能应用于装饰性的电镀。分析其原因,这主要是因为随着电镀时间的增加,电镀的条件发生了变化:在电镀过程中。阴极电流密度和时间是可以人为控制和恒定的.而溶液的pH值、温度会随着电镀时间的延长而发生变化。pH值和温度这两个因素是导致电镀层不能进一步增厚的主要原因[¨。1.1.1温度的影响温度升高,虽减少了金属离子的浓差极化。也降低了三价铬析出的过电位,但氢的析出过电位降低幅度更大,析出的氢仍远远大于铬。故温度较高时,铬沉积层难以增厚。而在电镀的过程中会放出热量,因此随着电镀时间的延长。镀液的温度会升高,也就使镀层增厚难以实现。收稿日期:2009—10-091.1.2pH值的影响三价铬的价电子构型为3d,电化学惰性比较高,在三价铬镀液中三价铬与配体生成的配合离子比较稳定,难以在阴极析出,致使在阴极表面上有大量氢气析出,结果造成阴极表面附近镀液的pH值迅速升高,电流效率下降[2]。文献[3]报道了阴极附近(距电极表面20m处)pH值的变化(镀液为甲酸盐一乙酸盐体系),随着电镀时间的延长,pH值迅速上升,甚至超过8,最后基本上达到一稳定值8.4~8.6。pH值的升高,将增强离子的各种羟桥基聚合反应⋯。这些多聚配合物很稳定,使得铬难以从聚合形式中脱逸并在阴极还原,导致电沉积铬难以继续进行。同时它们夹杂在镀层里,也使得镀层结晶不致密、疏松,甚至脱落而无法增厚。1.2阳极选择困难就目前的情况来看,国内研究的各种三价铬电镀工艺几乎都采用石墨阳极。采用不溶性阳极(石墨),其析氧过电位比较高,在电镀的过程中,阳极析氧困难,致使三价铬容易被阳极氧化为六价铬,而六价铬能毒化镀液。使电镀无法正常进行【]。同时文献指出[7],石墨阳极的主要缺点有:①在槽液中的工作条件下不够稳定.电极不断氧化生成CO;②阳极崩坏而形成的炭粉渣会污染镀液;③电极氧化后变薄,引起内阻增大和阴、阳极之间的间距增大,导致槽压增高。这些现象也已被本研究的前期工作实验所证实。由于三价铬电镀的镀液不稳定.而且对杂质10杭州化工2009年12月2009.39(4)很敏感,故一般不能选可溶性材料作阳极;而在不溶性阳极体系中三价铬又容易被氧化成六价铬。加速了镀液的不稳定。因此三价铬电镀工艺和别的镀种存在很大差别.它的阳极选择是一大难题。忽视三价铬电镀工艺中阳极的研究.可能是国内三价铬电镀应用研究长期停滞不前的主要原因之一。1.3镀液成分复杂经过长斯的探索和研究,国内研究者们提出了多种镀液体系],在使用的过程中,由于成份太复杂,势必会给管理维护带来很大的麻烦,也使它的大规模工业化生产难以实现,这些都有待于进一步的改善。以上的这些原因使得三价铬电镀的研究长期以来进展不快,同时它们也是要实现三价铬电镀规模化生产所必须解决的问题。2三价铬电镀问题的解决方法2.1镀层难以增厚的解决方法要解决三价铬镀层增厚的问题。从根本上来说就要减缓或抑制三价铬配合物水解、取代等反应的进行。目前所用的方法主要有以下几类:(1)加入合适的缓冲剂(如H3BO,、NH2、DMF等),减缓阴极区域pH值的上升,从而...