專利名稱：一種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法，即屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鍍鉻層具有良好的硬度、耐磨性、耐蝕性和裝飾性外觀，不僅用于裝飾性鍍層，還 大量用于功能性鍍層，故被列為三大鍍種之一。傳統(tǒng)的六價鉻溶液中鉻酸毒性大，是強致 癌物質(zhì)，對環(huán)境污染大。為取代六價鉻電鍍工藝，人們對三價鉻電鍍進(jìn)行了大量研究。當(dāng) 前三價鉻鍍鉻體系主要有硫酸鹽溶液體系、氯化物溶液體系和硫酸鹽_氯化物混合溶液體 系。采用氯化物溶液體系和硫酸鹽-氯化物混合溶液體系鍍鉻，其陽極因產(chǎn)生氯氣而影響 環(huán)境，不利于電鍍行業(yè)的清潔生產(chǎn)。硫酸鹽體系三價鉻電鍍過程中陽極沒有氯氣產(chǎn)生，清潔 無污染，不腐蝕設(shè)備。在硫酸鹽體系三價鉻鍍鉻的鍍液中添加稀土元素，可提高鍍層的耐 磨、耐蝕、硬度等。脈沖電鍍技術(shù)因其電流效率高、鍍層致密裂紋少，晶粒細(xì)小，可提高鍍層 的耐磨、耐蝕、硬度等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高鉻鍍層的耐磨、硬度等性能，而提出了一種用三價鉻脈
沖鍍鉻的方法。 技術(shù)方案 —種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法，包括如下步驟 (1)、將稀土氧化物溶于酸中，配制成稀土鹽溶液； 其中稀土氧化物為鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、禮、鋱、鏑、 鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔、鈧稀土氧化物中的一種或幾種的混合物； 其中的酸為濃硝酸； 其中配制成的稀土鹽為稀土硝酸鹽，稀土鹽溶液中稀土的濃度為10 80g/L。
(2)、用水溶解硫酸鉻鹽、硫酸鋁、氟化鈉、尿素、絡(luò)合劑，加上述步驟(1)所得的稀 土鹽溶液，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH值，制成硫酸鉻鹽_硫酸鋁_氟化鈉_尿素_絡(luò)合 劑-稀土鹽電鍍液； 其中硫酸鉻鹽為硫酸鉻鉀、硫酸鉻中的一種或兩者的混合物； 其中絡(luò)合劑為甲酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸、酒石酸、乳酸、氨基乙酸、羥基乙 酸、丁二酸中的一種或幾種的混合物； 其中硫酸鉻鹽、硫酸鋁、氟化鈉、尿素、絡(luò)合劑、稀土鹽的濃度分別為200 400g/ L、150 300g/L、30 50g/L、30 300g/L、30 100g/L、0. 05 6g/L ;
所用的碳酸氫鈉溶液的濃度為20g/L ; 所述的硫酸鉻鹽-硫酸鋁-氟化鈉_尿素_絡(luò)合劑_稀土鹽電鍍液pH值為1 4 ; (3)、將待鍍的鍍件放入電鍍液中電鍍；
將待鍍的鍍件放入步驟(2)所得的硫酸鉻鹽-硫酸鋁-氟化鈉-尿素-絡(luò)合劑-稀 土鹽電鍍液中，控制脈沖電鍍的工藝條件為電流密度為28 90A/dm2，電鍍液pH值為1 4，溫度為25 6(TC，攪拌轉(zhuǎn)速為100 600rpm，施鍍時間為30 90min，占空比為5 100%，脈沖頻率為100 5000Hz ; (4)、將步驟(3)脈沖電鍍完畢后的鍍件，用水沖洗，風(fēng)干，即完成將待鍍的鍍件用
三價鉻脈沖鍍鉻。 本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明的用三價鉻脈沖鍍鉻的方法將待鍍的鍍件脈沖鍍鉻后，所得的鉻鍍層的硬 度、耐磨性都明顯提高，硬度^ 960HV，磨損質(zhì)量《0. 03mg。比一般三價鉻鍍鉻的鉻鍍層的 硬度提高35%，耐磨性分別提高了 7倍。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行闡述，但并不限制本發(fā)明。 采用銷-盤式摩擦磨損試驗機(TRB 01-02539型)測定鍍件的鍍層的磨損性能。 測試條件室溫干摩擦，摩擦副為直徑6mm的小球，材質(zhì)100Cr6，載荷5N，速度
0. 12m/s，磨痕半徑5mm，轉(zhuǎn)數(shù)5000。 實施例1稱取2. 9258g氧化鐠于100mL小燒杯中，在攪拌下加15mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至50mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中鐠濃度為50g/L。
在lL的燒杯中加入200g硫酸鉻、150g硫酸鋁、30g氟化鈉、30g尿素、30g蘋果酸， 加985mL水溶解，加上述鐠濃度為50g/L的溶液3mL，攪拌均勻，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液 pH值為1 ，移入1L容量瓶中，用水稀釋至刻度，制得電鍍液。 將上述電鍍液轉(zhuǎn)入1L的燒杯中，將80mmX80mmX0. 5mm的待鍍鋼板放入電鍍液 中并為陰極，陽極為150mmX100mmX2mm的Ir-Ta氧化涂層Ti板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為 100rpm，電流密度為28A/dm2，電鍍液pH值為l，溫度為35。C，施鍍時間為90min，占空比為 50 % ，脈沖頻率為5000Hz 。 取出鍍件，用水沖洗凈，風(fēng)干。鉻鍍層的硬度為970HV。 采用銷-盤式摩擦磨損試驗機測定鍍層的磨損性能，磨損質(zhì)量0. 02mg。 實施例2 稱取2. 2870g氧化鉺于100mL小燒杯中，在攪拌下加12mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至50mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中鉺濃度為20g/L。
在1L的燒杯中加入400g硫酸鉻鉀、300g硫酸鋁、50g氟化鈉、300g尿素、50g乙酸、 50g乳酸，加935mL水溶解，加上述鉺濃度為20g/L的溶液50mL，攪拌均勻，用碳酸氫鈉溶液 調(diào)節(jié)溶液pH值為2.5，移入1L容量瓶中，用水稀釋至刻度，制得電鍍液。
將上述電鍍液轉(zhuǎn)入1L的燒杯中，將80mmX80mmX0. 5mm的待鍍鋼板放入電鍍液 中并為陰極，陽極為150mmX100mmX2mm的Ir-Ta氧化涂層Ti板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為 200rpm，電流密度為50A/dm2，電鍍液pH值為2. 5，溫度為40。C，施鍍時間為30min，占空比 為100%，脈沖頻率為2500Hz。 取出鍍件，用水沖洗凈，風(fēng)干。鉻鍍層的硬度為960HV。
采用銷-盤式摩擦磨損試驗機測定鍍層的磨損性能，磨損質(zhì)量0. 03mg。
實施例3 稱取2. 8775g氧化鋱于lOOmL小燒杯中，在攪拌下加15mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至50mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中鋱濃度為50g/L ;
稱取2. 8816g氧化釓于lOOmL小燒杯中，在攪拌下加15mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至50mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中釓濃度為50g/L。
在1L的燒杯中加入300g硫酸鉻鉀、200g硫酸鋁、40g氟化鈉、200g尿素、30g氨 基乙酸、30g 丁二酸，加865mL水溶解，加上述鋱濃度為50g/L的溶液25mL和上述釓濃度為 50g/L的溶液35mL，攪拌均勻，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為3，移入1L容量瓶中，用水 稀釋至刻度，制得電鍍液。 將上述電鍍液轉(zhuǎn)入1L的燒杯中，將80mmX80mmX0. 5mm的待鍍鋼板放入電鍍液 中并為陰極，陽極為150mmX 100mmX2mm的Ir-Ta氧化涂層Ti板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為 300rpm，電流密度為90A/dm2，電鍍液pH值為3，溫度為6(TC，施鍍時間為60min，占空比為 5%，脈沖頻率為lOOHz。 取出鍍件，用水沖洗凈，風(fēng)干。鉻鍍層的硬度為989.6HV。 采用銷-盤式摩擦磨損試驗機測定鍍層的磨損性能，磨損質(zhì)量0. 02mg。 實施例4 稱取5. 7981g氧化釤于100mL小燒杯中，在攪拌下加30mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至100mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中釤濃度為50g/L ;
稱取5. 7631g氧化釓于100mL小燒杯中，在攪拌下加30mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至100mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中釓濃度為50g/L。
在1L的燒杯中加入300g硫酸鉻鉀、200g硫酸鋁、40g氟化鈉、100g尿素、20g乳 酸、20g酒石酸，加865mL水溶解，加上述釤濃度為50g/L的溶液60mL和上述釓濃度為50g/ L的溶液60mL，攪拌均勻，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為4，移入1L容量瓶中，用水稀釋 至刻度，制得電鍍液。 將上述電鍍液轉(zhuǎn)入1L的燒杯中，將80mmX80mmX0. 5mm的待鍍鋼板放入電鍍液 中并為陰極，陽極為150mmX100mmX2mm的Ir-Ta氧化涂層Ti板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為 400rpm，電流密度為60A/dm2，電鍍液pH值為4，溫度為5(TC，施鍍時間為60min，占空比為 80 % ，脈沖頻率為4500Hz 。 取出鍍件，用水沖洗凈，風(fēng)干。鉻鍍層的硬度為997.6HV。 采用銷-盤式摩擦磨損試驗機測定鍍層的磨損性能，磨損質(zhì)量0. Olmg。 實施例5 (實施例4的對比實施例) 在lL的燒杯中加入300g硫酸鉻鉀、200g硫酸鋁、40g氟化鈉、100g尿素、20g乳酸、 20g酒石酸，加965mL水溶解，攪拌均勻，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為4，移入1L容量 瓶中，用水稀釋至刻度，制得電鍍液。將上述電鍍液轉(zhuǎn)入1L的燒杯中，將80mmX80mmX0. 5mm的待鍍鋼板放入電鍍液 中并為陰極，陽極為150mmX100mmX2mm的Ir-Ta氧化涂層Ti板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為 400rpm，電流密度為60A/dm2，電鍍液pH值為4，溫度為5(TC，施鍍時間為60min。
取出鍍件，用水沖洗凈，風(fēng)干。鉻鍍層的硬度為710. 6HV。
采用銷-盤式摩擦磨損試驗機測定鍍層的磨損性能，磨損質(zhì)量0. 25mg。 實施例5的效果劣于實施例4，可見本發(fā)明在鍍液中添加稀土元素后，電鍍得到的
鉻鍍層硬度、耐磨性都得到了明顯的提高。 實施例6 (實施例4的對比實施例) 稱取5. 7981g氧化釤于100mL小燒杯中，在攪拌下加30mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至100mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中釤濃度為50g/L ;
稱取5. 7631g氧化釓于100mL小燒杯中，在攪拌下加30mL濃硝酸，加熱，使其溶 解，待其冷卻后，移至100mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中釓濃度為50g/L。
在1L的燒杯中加入300g硫酸鉻鉀、200g硫酸鋁、40g氟化鈉、100g尿素、20g乳 酸、20g酒石酸，加865mL水溶解，加上述釤濃度為50g/L的溶液60mL和上述釓濃度為50g/ L的溶液60mL，攪拌均勻，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為4，移入1L容量瓶中，用水稀釋 至刻度，制得電鍍液。將上述電鍍液轉(zhuǎn)入1L的燒杯中，將80mmX80mmX0. 5mm的待鍍鋼板放入電鍍液
中并為陰極，陽極為150mmX100mmX2mm的Ir-Ta氧化涂層Ti板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為
400rpm，電流密度為60A/dm2，電鍍液pH值為4，溫度為5(TC，施鍍時間為60min。 取出鍍件，用水沖洗凈，風(fēng)干。鉻鍍層的硬度為871.8HV。 采用銷-盤式摩擦磨損試驗機測定鍍層的磨損性能，磨損質(zhì)量0. 06mg。 實施例6的效果劣于實施例4，可見本發(fā)明采用脈沖電鍍技術(shù)，電鍍得到的鉻鍍層
硬度、耐磨性都得到了明顯的提高。
實施例7 稱取0. 6350g氧化釔于50mL小燒杯中，在攪拌下加3mL濃硝酸，加熱，使其溶解，
待其冷卻后，移至50mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中釔濃度為10g/L ; 稱取2. 2951g氧化鏑于50mL小燒杯中，在攪拌下加12mL濃硝酸，加熱，使其溶解，
待其冷卻后，移至50mL的容量瓶中，用水稀釋至刻度，該溶液中鏑濃度為80g/L。 在1L的燒杯中加入350g硫酸鉻鉀、250g硫酸鋁、35g氟化鈉、250g尿素、40g氨
基乙酸、40g 丁二酸，加865mL水溶解，加上述釔濃度為10g/L的溶液50mL和上述鏑濃度為
80g/L的溶液50mL，攪拌均勻，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為2，移入1L容量瓶中，用水
稀釋至刻度，制得電鍍液。 將上述電鍍液轉(zhuǎn)入1L的燒杯中，將80mmX80mmX0. 5mm的待鍍鋼板放入電鍍液 中并為陰極，陽極為150mmX100mmX2mm的Ir-Ta氧化涂層Ti板，磁力攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為 600rpm，電流密度為40A/dm2，電鍍液pH值為2，溫度為6(TC，施鍍時間為40min，占空比為 80 % ，脈沖頻率為3000Hz 。 取出鍍件，用水沖洗凈，風(fēng)干。鉻鍍層的硬度為987.8HV。 采用銷-盤式摩擦磨損試驗機測定鍍層的磨損性能，磨損質(zhì)量0. 02mg 以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任
何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法，其特征在于包括如下步驟(1)、將稀土氧化物溶于酸中，配制成稀土鹽溶液；其中稀土氧化物為鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔、鈧稀土氧化物中的一種或幾種的混合物；其中的酸為濃硝酸；其中配制成的稀土鹽為稀土硝酸鹽，稀土鹽溶液中稀土的濃度為10～80g/L；(2)、用水溶解硫酸鉻鹽、硫酸鋁、氟化鈉、尿素、絡(luò)合劑，加上述步驟(1)所得的稀土鹽溶液，用碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值，制成硫酸鉻鹽-硫酸鋁-氟化鈉-尿素-絡(luò)合劑-稀土鹽電鍍液；其中硫酸鉻鹽為硫酸鉻鉀、硫酸鉻中的一種或兩者的混合物；其中絡(luò)合劑為甲酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸、酒石酸、乳酸、氨基乙酸、羥基乙酸、丁二酸中的一種或幾種的混合物；其中硫酸鉻鹽、硫酸鋁、氟化鈉、尿素、絡(luò)合劑、稀土鹽的濃度分別為200～400g/L、150～300g/L、30～50g/L、30～300g/L、30～100g/L、0.05～6g/L；所用的碳酸氫鈉溶液的濃度為20g/L；所述的硫酸鉻鹽-硫酸鋁-氟化鈉-尿素-絡(luò)合劑-稀土鹽電鍍液pH值為1～4；(3)、將待鍍的鍍件放入電鍍液中電鍍；將待鍍的鍍件放入步驟(2)所得的硫酸鉻鹽-硫酸鋁-氟化鈉-尿素-絡(luò)合劑-稀土鹽電鍍液中，控制脈沖電鍍的工藝條件為電流密度為28～90A/dm2，電鍍液pH值為1～4，溫度為25～60℃，攪拌轉(zhuǎn)速為100～600rpm，施鍍時間為30～90min，占空比為5～100％，脈沖頻率為100～5000Hz；(4)、將步驟(3)脈沖電鍍完畢后的鍍件，用水沖洗，風(fēng)干，即完成將待鍍的鍍件用三價鉻脈沖鍍鉻。
2. —種如權(quán)利要求l所述的一種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法，其特征在于步驟(1)中優(yōu) 選的稀土氧化物為氧化鑭、氧化釤或氧化釓。
3. —種如權(quán)利要求l所述的一種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法，其特征在于步驟(2)中優(yōu) 選的絡(luò)合劑為檸檬酸、草酸或酒石酸。
4. 一種如權(quán)利要求l所述的一種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法，其特征在于步驟(3)中優(yōu) 選的控制電鍍的工藝條件為電流密度為45 70A/di^，溫度為35 55°C，占空比為30 95%，脈沖頻率為3000 5000Hz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用三價鉻脈沖鍍鉻的方法，即將稀土氧化物溶于酸中，配制成稀土鹽溶液；用水溶解硫酸鉻鹽、硫酸鋁、氟化鈉、尿素、絡(luò)合劑后加入上述稀土鹽溶液，制成硫酸鉻鹽-硫酸鋁-氟化鈉-尿素-絡(luò)合劑-稀土鹽電鍍液；將待鍍的鍍件放入電鍍液中電鍍，控制電鍍的工藝條件為電流密度為28～90A/dm2，電鍍液pH值為1～4，溫度為25～60℃，攪拌轉(zhuǎn)速為100～600rpm，施鍍時間為30～90min，占空比為5～100％，脈沖頻率為100～5000Hz，電鍍完畢后的鍍件，用水沖洗，風(fēng)干，即完成將待鍍的鍍件用三價鉻脈沖鍍鉻。所得的鉻鍍層的硬度、耐磨性都明顯提高，硬度≥960HV，磨損質(zhì)量≤0.03mg。
文檔編號C25D3/06GK101781781SQ20101002296
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者劉小珍, 李昕 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院