專利名稱：三價(jià)鉻體系脈沖電沉積納米晶鉻鍍層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面工程與表面處理技術(shù)，特別是用脈沖電沉積法制備鉻鍍層技術(shù)。
背景技術(shù)：
鉻鍍層具有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性和裝飾性等特性作為功能性鍍覆層而得到廣泛應(yīng)用。六價(jià)鉻電沉積制備鉻鍍層因其工藝簡(jiǎn)單、鍍層光亮平整、硬度高而一直是鍍鉻工業(yè)采用的主要方法。但是，六價(jià)鉻電沉積工藝因其本身具有的高毒性和環(huán)境污染性等問題引起了世界各國的廣泛關(guān)注，許多科研工作者都致力研究開發(fā)低毒性、低污染的三價(jià)鉻工藝，以期取代六價(jià)鉻電沉積鉻及鉻合金鍍層，如El-Sharif等以氨基乙酸為配合劑，采用三價(jià)鉻鍍液電沉積得到較厚鉻鍍層，Ibtahim等人在以尿素為絡(luò)合劑的三價(jià)鉻鍍液體系中加入甲酸和甲醇，使得三價(jià)鉻鍍層質(zhì)量和沉積速度得到提高；鄧姝皓等在DMF體系中也得到沉積速率快，鍍層較厚的鉻鍍層。盡管三價(jià)鉻電沉積鉻及鉻合金電沉積鍍層的研究取得一定的進(jìn)展，但三價(jià)鉻鍍層因其顯微組織存在大量裂紋、外觀較灰暗使得其鍍層性能及表面形貌不及六價(jià)鉻鍍層，且鍍層因鍍液穩(wěn)定性、鍍液對(duì)雜質(zhì)金屬離子(Zn2+、Cu2+、Ni2+)敏感等原因難增厚(一般少于8微米)。因此解決三價(jià)鉻電沉積存在的上述問題，以期取代六價(jià)鉻電沉積而產(chǎn)業(yè)化，具有重要意義。脈沖電沉積技術(shù)因其電流效率高、鍍層致密裂紋少，晶粒細(xì)小，引起廣泛關(guān)注。采用脈沖電沉積方法，從三價(jià)鉻鍍液體系電沉積光亮納米晶鉻及鉻合金鍍層成為研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決六價(jià)鉻電鍍工藝的高污染、高毒性和高能耗等問題，本發(fā)明充分利用脈沖電沉積技術(shù)和三價(jià)鉻鍍液體系的特點(diǎn)，提供一種金屬或金屬合金表面脈沖電沉積納米晶鉻鍍層的方法，該法具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和低毒性的特點(diǎn)。
三價(jià)鉻體系脈沖電沉積納米晶鉻鍍層的方法，包括鍍件的預(yù)處理，電沉積處理，具體工藝過程和條件為1)鍍件的預(yù)處理將被鍍件(金屬或金屬合金)試樣表面經(jīng)拋光、除油和活化等預(yù)處理除去試樣表面的污垢層和氧化層。
2)電沉積處理以預(yù)處理好的被鍍件(金屬或金屬合金制品)試樣為陰極，以不溶性陽極為陽極，攪拌的條件下，直接置入三價(jià)鉻鍍液中進(jìn)行脈沖電沉積處理，三價(jià)鉻鍍液配方和脈沖電沉積工藝參數(shù)CrCl3·6H2O 0.2-1.2mol·L-1，檸檬酸三鈉0.1-0.8mol·L-1，草酸鈉0.1-0.7mol·L-1，CH3CH(OH)·COOH 0.1-0.7mol·L-1，CH3COONa 0.1-0.8mol·L-1，H2NCONH20.1-2.5mol·L-1，H3BO35-50g·L-1，NaCl 0.1-2.5mol·L-1，電流密度2-15A·dm-2，鍍液pH在0.4-3.5，鍍液溫度為5-60℃，脈沖電沉積時(shí)間5-120min，占空比為0-95％，換向時(shí)間為0-10ms，脈沖頻率為5-200Hz。
納米晶鉻鍍層的晶體顆粒平均粒徑約90nm，鍍層厚度經(jīng)公式h＝(m2-m1)/(S×ρ)得到其近似值為11.12μm(微米)，其中m1、m2分別為實(shí)驗(yàn)前、后試樣的質(zhì)量，單位為g；S為試樣工作面積，單位為cm2；ρ為金屬鉻密度(7.20g·cm-3)，單位為g·cm-3。
本發(fā)明三價(jià)鉻鍍液體系的電流效率高達(dá)25.32％，比一般三價(jià)鉻鍍液體系電沉積單金屬鉻鍍層的電流效率10％高出15個(gè)百分點(diǎn)左右；鍍液中Cr3+的毒性僅為Cr6+的1％，同時(shí)因電鍍過程中不產(chǎn)生有毒的鉻酸霧，且鍍液中含鉻量?jī)H為鉻酸鍍液中含鉻量的1/7，因而鍍液帶出量少，污水處理也容易。因此該技術(shù)工藝屬于低毒性、低能耗的技術(shù)工藝，大大降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)過程的環(huán)境污染。采用本發(fā)明制備的納米晶鉻鍍層厚度達(dá)11.2μm(三價(jià)鉻電沉積鉻鍍層的厚度一般僅幾個(gè)微米)，且鍍層光亮致密平整、與基體結(jié)合力強(qiáng)，其在空氣中的耐磨性和耐腐蝕性優(yōu)異(暴露空氣中2年光澤性幾乎不變、且無明顯銹蝕斑點(diǎn))。因此它適合金屬或金屬合金表面的腐蝕防護(hù)、裝飾性等領(lǐng)域的要求。


圖1納米晶鉻鍍層的掃描電鏡照片；圖2納米晶鉻鍍層的電子能譜圖；圖3納米晶鉻鍍層的XRD圖.
實(shí)施例11)將尺寸規(guī)格為40mm×20mm×2mm的普通碳鋼試樣，采用2#、4#、6#金相砂紙依次打磨拋光，自來水清洗；再經(jīng)含NaOH 40～60g/l、Na2CO360～80g/l、OP乳化劑5～10ml/l的堿性除油液，在60～70℃的溫度下除油8～12min，除油后立即自來水清洗；然后在H2SO4100～200ml/l、HCl 40～70g/l、HNO320～40ml/l的拋光活化液中，溫度為40～60℃，活化2～3min，即得預(yù)處理好的被鍍件試樣。
2)以預(yù)處理好的被鍍件試樣為陰極，以不溶性陽極為陽極，攪拌的條件下，直接置入含CrCl3·6H2O 0.6mol·L-1，檸檬酸三鈉0.4mol·L-1，草酸鈉0.3mol·L-1，CH3COONa 0.2mol·L-1，CO(NH2)22.0mol·L-1，Cr2(SO4)3·6H2O 0.1mol·L-1，H3BO30.72mol·L-1，NaCl 2.0mol·L-1的鍍液中，在鍍液溫度為35℃，電流密度為8A·dm-2，鍍液pH為2.0，脈沖工作比為0.3，換向時(shí)間為2ms，脈沖頻率為50Hz的工藝條件下，脈沖電沉積時(shí)間60min，即得納米晶鉻鍍層試樣。
權(quán)利要求
1.三價(jià)鉻體系脈沖電沉積納米晶鉻鍍層的方法，其特征在于包括鍍件的預(yù)處理，電沉積處理，具體工藝過程和條件為1)鍍件的預(yù)處理將被鍍件(金屬或金屬合金)試樣表面經(jīng)拋光、除油和活化等預(yù)處理除去試樣表面的污垢層和氧化層。2)電沉積處理以預(yù)處理好的被鍍件(金屬或金屬合金制品)試樣為陰極，以不溶性陽極為陽極，直接置入三價(jià)鉻鍍液中進(jìn)行脈沖電沉積處理，三價(jià)鉻鍍液配方和脈沖電沉積工藝參數(shù)CrCl3·6H2O0.2-1.2mol·L-1，檸檬酸三鈉0.1-0.8mol·L-1，草酸鈉0.1-0.7mol·L-1，CH3CH(OH)·COOH0.1-0.7mol·L-1，CH3COONa 0.1-0.8 mol·L-1，H2NCONH20.1-2.5mol·L-1，H3BO35-50g·L-1，NaCl0.1-2.5 mol·L-1，電流密度2-15A·dm-2，鍍液pH在0.4-3.5，鍍液溫度為5-60℃，脈沖電沉積時(shí)間5-120min，占空比為0-95％，換向時(shí)間為0-10ms，脈沖頻率為5-200Hz。
全文摘要
三價(jià)鉻體系脈沖電沉積納米晶鉻鍍層的方法，是涉及表面工程與表面處理的技術(shù)，包括鍍件的預(yù)處理，電沉積處理。本發(fā)明鍍液體系的電流效率高達(dá)25.32％，比一般三價(jià)鉻鍍液體系電沉積鉻鍍層的電流效率10％高出15個(gè)百分點(diǎn)左右；鍍液中Cr
文檔編號(hào)C25D5/00GK1995471SQ200610136858
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者何新快, 陳白珍, 羅定提, 吳璐燁 申請(qǐng)人:湖南工業(yè)大學(xué)