一种用三价铬镀铬的方法.pdf

本发明公开了一种用三价铬镀铬的方法，包括将稀土氧化物溶于酸中，配制成稀土盐溶液；用水溶解硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂，加上述所得的稀土盐溶液，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值，制成硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液；将待镀的镀件放入电镀液中电镀，控制电镀的工艺条件为：电流密度为28～90A/dm2，电镀液pH值为1～4，温度为25～60℃，搅拌转速为100～600rpm，施镀时间为30～90min；电镀完毕后镀件，用水冲洗，风干，即完成将待镀的镀件用三价铬镀铬。所得的铬镀层的硬度、耐磨性都明显提高，硬度≥815HV，磨损质量≤0.08mg。

1.  一种用三价铬镀铬的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、将稀土氧化物溶于酸中，配制成稀土盐溶液；
其中稀土氧化物为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪稀土氧化物中的一种或几种混合物；
其中的酸为浓硝酸；
其中配制成的稀土盐为稀土硝酸盐，稀土盐溶液中稀土的浓度为：10～50g/L；
(2)、用水溶解硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂，加上述步骤(1)所得的稀土盐溶液，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值，制成硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液；
其中硫酸铬盐为硫酸铬钾、硫酸铬中的一种或两者的混合物；
其中络合剂为甲酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、草酸、酒石酸、乳酸、氨基乙酸、羟基乙酸、丁二酸中的一种或几种混合物；
其中硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂、稀土盐的浓度分别为：200～400g/L、150～300g/L、30～50g/L、30～300g/L、30～100g/L、0.05～6g/L；
所用的碳酸氢钠溶液的浓度为20g/L；
所述的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液pH值为1～4；
(3)、将待镀的镀件放入电镀液中电镀；
将待镀的镀件放入步骤(2)所得的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液中，控制电镀的工艺条件为：电流密度为28～90A/dm²，电镀液pH值为1～4，温度为25～60℃，搅拌转速为100～600rpm，施镀时间为30～90min；
(4)、将步骤(3)电镀完毕后镀件，用水冲洗，风干，即完成将待镀的镀件用三价铬镀铬。

2.  一种如权利要求1所述的一种用三价铬镀铬的方法，其特征在于步骤(1)中优选的稀土氧化物为氧化镧、氧化钐或氧化钆。

3.  一种如权利要求1所述的一种用三价铬镀铬的方法，其特征在于步骤(2)中优选的络合剂为柠檬酸、草酸或酒石酸。

4.  一种如权利要求1所述的一种用三价铬镀铬的方法，其特征在于步骤(3)中优选的控制电镀的工艺条件为：电流密度为45～70A/dm²，温度为35～55℃。

一种用三价铬镀铬的方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，即本发明涉及一种用三价铬镀铬的方法。
背景技术
镀铬层具有良好的硬度、耐磨性、耐蚀性和装饰性外观，不仅用于装饰性镀层，还大量用于功能性镀层，故被列为三大镀种之一。传统的六价铬溶液中铬酸毒性大，是强致癌物质，对环境污染大。为取代六价铬电镀工艺，人们对三价铬电镀进行了大量研究。当前三价铬镀铬体系主要有硫酸盐溶液体系、氯化物溶液体系和硫酸盐-氯化物混合溶液体系。采用氯化物溶液体系和硫酸盐-氯化物混合溶液体系镀铬，其阳极因产生氯气而影响环境，不利于电镀行业的清洁生产。硫酸盐体系三价铬电镀过程中阳极没有氯气产生，清洁无污染，不腐蚀设备。在硫酸盐体系三价铬镀铬的镀液中添加稀土元素，可提高镀层的耐磨、耐蚀、硬度等。
发明内容
本发明的目的是为了提高铬镀层的耐磨、硬度等性能，而提出了一种用三价铬镀铬的方法。
技术方案
一种用三价铬镀铬的方法，包括如下步骤：
(1)、将稀土氧化物溶于酸中，配制成稀土盐溶液；
其中稀土氧化物为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪稀土氧化物中的一种或几种混合物；
其中的酸为浓硝酸；
其中配制成的稀土盐为稀土硝酸盐，稀土盐溶液中稀土的浓度为：10～50g/L。
(2)、用水溶解硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂，加上述步骤(1)所得的稀土盐溶液，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值，制成硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液；
其中硫酸铬盐为硫酸铬钾、硫酸铬中的一种或两者的混合物；
其中络合剂为甲酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、草酸、酒石酸、乳酸、氨基乙酸、羟基乙酸、丁二酸中的一种或几种混合物；
其中硫酸铬盐、硫酸铝、氟化钠、尿素、络合剂、稀土盐的浓度分别为：200～400g/L、150～300g/L、30～50g/L、30～300g/L、30～100g/L、0.05～6g/L；
所用的碳酸氢钠溶液的浓度为20g/L；
所述的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液pH值为1～4。
(3)、将待镀的镀件放入电镀液中电镀；
将待镀的镀件放入步骤(2)所得的硫酸铬盐-硫酸铝-氟化钠-尿素-络合剂-稀土盐电镀液中，控制电镀的工艺条件为：电流密度为28～90A/dm²，电镀液pH值为1～4，温度为25～60℃，搅拌转速为100～600rpm，施镀时间为30～90min；
(4)、将步骤(3)电镀完毕后的镀件，用水冲洗，风干，即完成将待镀的镀件用三价铬镀铬。
本发明的有益效果
本发明的用三价铬镀铬的方法将待镀的镀件镀铬后，所得的铬镀层的硬度、耐磨性都明显提高，硬度≥815HV，磨损质量≤0.08mg。比一般三价铬镀铬的铬镀层的硬度提高15％，耐磨性提高了2倍。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步进行阐述，但并不限制本发明。
采用销-盘式摩擦磨损试验机(TRB 01-02539型)测定镀件的镀层的磨损性能。
测试条件：室温干摩擦，摩擦副为直径6mm的小球，材质100Cr6，载荷5N，速度0.12m/s，磨痕半径5mm，转数5000。
实施例1
称取2.9320g氧化镧于100mL小烧杯中，在搅拌下加15mL浓硝酸，加热，使其溶解，待其冷却后，移至50mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，该溶液中镧浓度为50g/L。
在1L的烧杯中加入200g硫酸铬、150g硫酸铝、30g氟化钠、30g尿素、15g甲酸、15g柠檬酸，加985mL水溶解，加上述镧浓度为50g/L的溶液1mL，搅拌均匀，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为1，移入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中，将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极，阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板，磁力搅拌，搅拌转速为100rpm，电流密度为28A/dm²，电镀液pH值为1，温度为25℃，施镀时间为90min。
取出镀件，用水冲洗净，风干。铬镀层的硬度为860.3HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能，测试条件是室温干摩擦，摩擦副为直径6mm的小球，材质100Cr6，载荷5N，速度0.12m/s，磨痕半径5mm，转数5000，磨损质量0.07mg。
实施例2
称取1.1664g氧化钕于100mL小烧杯中，在搅拌下加6mL浓硝酸，加热，使其溶解，待其冷却后，移至50mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，该溶液中钕浓度为20g/L。
在1L的烧杯中加入400g硫酸铬钾、300g硫酸铝、50g氟化钠、300g尿素、100g酒石酸，加935mL水溶解，加上述钕浓度为20g/L的溶液50mL，搅拌均匀，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为2，移入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中，将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极，阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板，磁力搅拌，搅拌转速为200rpm，电流密度为90A/dm²，电镀液pH值为2，温度为40℃，施镀时间为30min。
取出镀件，用水冲洗净，风干。铬镀层的硬度为815.6HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能，测试条件是室温干摩擦，磨损质量0.08mg。
实施例3
称取2.8948g氧化铕于100mL小烧杯中，在搅拌下加15mL浓硝酸，加热，使其溶解，待其冷却后，移至50mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，该溶液中铕浓度为50g/L。
在1L的烧杯中加入300g硫酸铬钾、250g硫酸铝、35g氟化钠、200g尿素、50g氨基乙酸，加935mL水溶解，加上述铕浓度为50g/L的溶液50mL，搅拌均匀，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为3，移入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中，将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极，阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板，磁力搅拌，搅拌转速为300rpm，电流密度为50A/dm²，电镀液pH值为3，温度为60℃，施镀时间为70min。
取出镀件，用水冲洗净，风干。铬镀层的硬度为870.2HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能，测试条件是室温干摩擦，磨损质量0.07mg。
实施例4
称取5.7981g氧化钐于100mL小烧杯中，在搅拌下加30mL浓硝酸，加热，使其溶解，待其冷却后，移至100mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，该溶液中钐浓度为50g/L。
称取5.7631g氧化钆于100mL小烧杯中，在搅拌下加30mL浓硝酸，加热，使其溶解，待其冷却后，移至100mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，该溶液中钆浓度为50g/L。在1L的烧杯中加入300g硫酸铬钾、200g硫酸铝、40g氟化钠、100g尿素、20g乳酸、20g酒石酸，加865mL水溶解，加上述钐浓度为50g/L的溶液60mL和上述钆浓度为50g/L的溶液60mL，搅拌均匀，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为4，移入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中，将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极，阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板，磁力搅拌，搅拌转速为400rpm，电流密度为60A/dm²，电镀液pH值为4，温度为50℃，施镀时间为60min。取出镀件，用水冲洗净，风干。铬镀层的硬度为871.8HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能，测试条件是室温干摩擦，磨损质量0.06mg。
实施例5(实施例4的对比实施例)
在1L的烧杯中加入300g硫酸铬钾、200g硫酸铝、40g氟化钠、100g尿素、20g乳酸、20g酒石酸，加965mL水溶解，搅拌均匀，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为4，移入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中，将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极，阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板，磁力搅拌，搅拌转速为400rpm，电流密度为60A/dm²，电镀液pH值为4，温度为50℃，施镀时间为60min。
取出镀件，用水冲洗净，风干。铬镀层的硬度为710.6HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能，测试条件是室温干摩擦，磨损质量0.25mg。
实施例5的效果劣于实施例4，可见本发明在镀液中添加稀土元素后，电镀得到的铬镀层硬度、耐磨性都得到了明显的提高。
实施例6
称取0.5686g氧化镥于50mL小烧杯中，在搅拌下加3mL浓硝酸，加热，使其溶解，待其冷却后，移至50mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，该溶液中镥浓度为10g/L。
称取2.9282g氧化铈于50mL小烧杯中，在搅拌下加15mL浓硝酸，加热，使其溶解，待其冷却后，移至50mL的容量瓶中，用水稀释至刻度，该溶液中铈浓度为50g/L。
在1L的烧杯中加入350g硫酸铬钾、250g硫酸铝、35g氟化钠、80g尿素、80g羟基乙酸，加865mL水溶解，加上述镥浓度为10g/L的溶液50mL和上述铈浓度为50g/L的溶液50mL，搅拌均匀，用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为2.5，移入1L容量瓶中，用水稀释至刻度，制得电镀液。
将上述电镀液转入1L的烧杯中，将80mm×80mm×0.5mm的待镀钢板放入电镀液中并为阴极，阳极为150mm×100mm×2mm的Ir-Ta氧化涂层Ti板，磁力搅拌，搅拌转速为600rpm，电流密度为40A/dm²，电镀液pH值为2.5，温度为50℃，施镀时间为40min。
取出镀件，用水冲洗净，风干。铬镀层的硬度为882.6HV。
采用销-盘式摩擦磨损试验机测定镀层的磨损性能，测试条件是室温干摩擦，磨损质量0.06mg。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。