三价铬电镀面临的问题及其解决方法VIP专享VIP免费

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...