一种三价铬电镀液及其制备方法.pdf

本发明公开了一种三价铬电镀液及其制备方法，其中三价铬电镀液包括如下浓度的组分：六水三氯化铬0.2～0.35mol/L、葡萄糖酸钠0.25～0.35mol/L、氨基乙酸2.0～4.5mol/L、硫酸铝0.1～0.15mol/L、十二烷基葡萄糖酸钠0.002～0.004mol/L、络合剂0.4～0.8mol/L和稳定剂15～20ml/L，其余为溶剂水；所述稳定剂为以下物质组成的水溶液：甲醇2～3mol/L、亚硫酸钠2～3mol/L、硫酸亚铁1～2mol/L。与现有技术相比，本电镀液性能稳定、使用寿命长且镀层质量好，而且制备方法简单，易于操作，具有很好的应用前景和使用价值。

权利要求书
1.  一种三价铬电镀液，其特征在于，包括如下浓度的组分：
六水三氯化铬0.2～0.35mol/L、葡萄糖酸钠0.25～0.35mol/L、氨基乙酸2.0～4.5mol/L、硫酸铝0.1～0.15mol/L、十二烷基葡萄糖酸钠0.002～0.004mol/L、络合剂0.4～0.8mol/L和稳定剂15～20ml/L，其余为溶剂水；
所述稳定剂为以下物质组成的水溶液：甲醇2～3mol/L、亚硫酸钠2～3mol/L、硫酸亚铁1～2mol/L。

2.  根据权利要求1所述的三价铬电镀液，其特征在于，包括如下浓度的组分：六水三氯化铬0.12mol/L、葡萄糖酸钠0.3mol/L、氨基乙酸0.9mol/L、硫酸铝0.12mol/L、十二烷基葡萄糖酸钠0.003mol/L、络合剂0.6mol/L和稳定剂17ml/L，其余为溶剂水；
所述稳定剂为以下物质组成的水溶液：甲醇2.5mol/L、亚硫酸钠2mol/L、硫酸亚铁1.5mol/L。

3.  根据权利要求1或2所述的三价铬电镀液，其特征在于，电镀液的工艺参数为：工作温度35～40℃，电流密度2～20A/dm2，镀液pH值2.0～3.5，电镀时间2～20min，阳极为钛基二氧化铱电极。

4.  根据权利要求1或2所述的三价铬电镀液，其特征在于：所述络合剂为A酸与B酸组成的混合物，所述A酸为甲酸、乙酸、草酸、羟基乙酸或乳酸中的一种，所述B酸为苹果酸、酒石酸、丙二酸、氨基乙酸、氨三乙酸中的一种。

5.  根据权利要求4所述的三价铬电镀液，其特征在于：所述A酸与B酸的体积比为1:0.5～1:2.5。

6.  一种权利要求1至5任一项所述的三价铬电镀液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将六水三氯化铬溶于蒸馏水或纯净水，搅拌至溶解得到六水三氯化铬溶 液，将氨基乙酸溶于55～75℃的蒸馏水中，搅拌至溶解得到氨基乙酸溶液；
b.将六水三氯化铬溶液与氨基乙酸溶液混合，加入络合剂，在40～80℃下搅拌0.5～3小时，依次加入葡萄糖酸钠、硫酸铝、稳定剂和十二烷基葡萄糖酸钠，边加边搅拌，直至溶解，并在40～80℃下搅拌2～4小时；
c.添加水至镀液体积的90％；
d.调整溶液的pH值在2.0～3.5之间，定容，静止8～12小时后使用。

说明书一种三价铬电镀液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三价铬电镀液，本发明还涉及三价铬电镀液的制备方法，属于电化学技术领域。
背景技术
镀铬层具有良好的硬度、耐磨性、耐蚀性和装饰性，是电镀行业应用最广的镀种之一。目前电镀铬主要有两类方法，一类是传统的六价铬镀铬技术，另一类是三价铬镀铬技术，其中第一类镀铬技术为当前大量使用，但是该镀铬技术毒性大、污染重、废水处理难，严重污染着我国的水、土壤和大气环境，已引起世界各国的高度重视，例如欧洲议会和理事会2003年1月23日颁布RoHS指令规定欧洲将于2006年7月1日全面禁止含有六价铬的电子电气设备在欧洲市场流通，美国环保局规定将于2010年前全部禁止六价铬电镀工艺。
三价铬电镀是替代六价铬电镀的最有前景的技术之一，具有毒性小，仅为六价铬的百分之一，能耗低、分散能力和覆盖性能好等特点。而三价铬电镀液主要有氯酸盐体系和硫酸盐体系两种，氯酸盐体系电镀过程阳极以析氯反应为主，析出的氯气不仅腐蚀设备，而且严重污染环境；硫酸盐体系电镀过程阳极以析氧反应为主，清洁无污染。
目前三价铬电镀存在的主要问题有：镀液不稳定，对杂质容忍度低，易失效；电镀操作要求严格，工艺参数范围窄；镀层不能持续增厚。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对技术现状提供一种稳定的三价铬电镀液。
本发明所以解决的第二个技术问题是提供一种稳定的三价铬电镀液的制备方法。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种三价铬电镀液，包括如下浓度的组分：六水三氯化铬0.2～0.35mol/L、葡萄糖酸钠0.25～0.35mol/L、氨基乙酸2.0～4.5mol/L、硫酸铝0.1～0.15mol/L、十二烷基葡萄糖酸钠0.002～0.004mol/L、络合剂0.4～0.8mol/L和稳定剂15～20ml/L，其余为溶剂水；
所述稳定剂为以下物质组成的水溶液：甲醇2～3mol/L、亚硫酸钠2～3mol/L、硫酸亚铁1～2mol/L。
本发明配方中六水三氯化铬为镀液提供铬离子，葡萄糖酸钠为导电盐，用来增加镀液电导，提高镀液分散能力并减少电耗；氨基乙酸为镀液缓冲剂，用来维持镀液的pH值在工艺范围内；硫酸铝一方面作为导电盐增加镀液电导，另一方面它在pH值4～5之间具有很好的缓冲能力，可有效防止三价铬氢氧化物的生成和沉积；十二烷基葡萄糖酸钠作为润滑剂，用来降低镀液的表面张力，减少镀层针孔；络合剂与三价铬离子络合，将惰性的三价铬水合物转化为电活性高的易沉积铬离子，以提高镀液的沉积速度和电流效率，改善镀层质量；稳定剂用来防止三价铬离子被氧化为六价铬离子，同时将镀液中已存在的六价铬离子还原为三价铬离子以提高镀液的稳定性和使用寿命。
优选的，三价铬电镀液包括如下浓度的组分：六水三氯化铬0.12mol/L、葡萄糖酸钠0.3mol/L、氨基乙酸0.9mol/L、硫酸铝0.12mol/L、十二烷基葡萄糖酸钠0.003mol/L、络合剂0.6mol/L和稳定剂17ml/L，其余为溶剂水；
所述稳定剂为以下物质组成的水溶液：甲醇2.5mol/L、亚硫酸钠2mol/L、硫酸亚铁1.5mol/L。该配比的三价铬电镀液稳定性更佳。
优选的，电镀液的工艺参数为：工作温度35～40℃，电流密度2～20A/dm2， 镀液pH值2.0～3.5，电镀时间2～20min，阳极为钛基二氧化铱电极。该工艺参数配上上述配比的电镀液，可有效增强电镀液的稳定性。
优选的，所述络合剂为A酸与B酸组成的混合物，所述A酸为甲酸、乙酸、草酸、羟基乙酸或乳酸中的一种，所述B酸为苹果酸、酒石酸、丙二酸、氨基乙酸、氨三乙酸中的一种。这两种络合剂的配合使用不仅可以保持铬的持续沉积，还可提高三价铬的沉积速度和电流效率。
优选的，所述A酸与B酸的体积比为1:0.5～1:2.5。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种三价铬电镀液的制备方法，包括如下步骤：
a.将六水三氯化铬溶于蒸馏水或纯净水，搅拌至溶解得到六水三氯化铬溶液，将氨基乙酸溶于55～75℃的蒸馏水中，搅拌至溶解得到氨基乙酸溶液；
b.将六水三氯化铬溶液与氨基乙酸溶液混合，加入络合剂，在40～80℃下搅拌0.5～3小时，依次加入葡萄糖酸钠、硫酸铝、稳定剂和十二烷基葡萄糖酸钠，边加边搅拌，直至溶解，并在40～80℃下搅拌2～4小时；
c.添加水至镀液体积的90％；
d.调整溶液的pH值在2.0～3.5之间，定容，静止8～12小时后使用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，本发明研制的三价铬电镀液电镀过程中阳极仅析出氧气，清洁无污染；其次，该电镀液的光亮区电流密度范围宽，pH值能长期保持稳定，工艺操作简单，镀液稳定性好，寿命长；最后，本电镀液引入稳定剂后，有效提高了电镀液的稳定性，有助于其工业化推广。
另外，本电镀液的制备方法简单、易操作。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1～4三价铬电镀液的配比

四个实施例的三价铬电镀液的组成及其配比如上表所示。
上述四个实施例的电镀液的配制步骤如下：
a.按上述表格中的配比，将六水三氯化铬溶于蒸馏水或纯净水中，搅拌至溶解得到六水三氯化铬溶液；将氨基乙酸溶于55℃或60℃或70℃或75℃的蒸馏水中，搅拌至溶解得到氨基乙酸溶液；
b.将六水三氯化铬溶液与氨基乙酸溶液混合，加入络合剂；由于三价铬水 溶液一般以六水配合物的形式稳定存在，它与络合剂的络合取代反应进行的较慢，所以，络合剂加入后应该进行充分的搅拌，以使其能更多的取代三价铬六水配合物内界的水分子，生成更多的稳定性适中的电活性铬离子。如果电镀液中的三价铬与络合剂络合的不好，或者络合剂浓度太低，镀液允许的最大电流密度就会降低，或仅得到黑色的附着物甚至无镀层。所以添加络合剂时，在40～80℃(本实施例优选为60℃)下搅拌0.5～3小时(本实施例优选为2小时)，使其络合完全。
络合后，依次加入葡萄糖酸钠、硫酸铝、稳定剂和十二烷基葡萄糖酸钠，边加边搅拌，直至溶解，并在40～80℃(本实施例优选为60℃)下搅拌2～4小时(本实施例优选为3小时)；
c.添加水至镀液体积的90％；
d.当所有组分都加入后，调整溶液的pH值在2.0～3.5之间，定容，静止8～12小时(本实施例优选为12小时)后使用，以使三价铬离子络合完全，提高镀液的稳定性。
电镀前现将工件依次经过除油、水洗、酸蚀、水洗。电镀的工艺参数为工作温度35～40℃，电流密度2～20A/dm2，镀液pH值2.0～3.5，电镀时间2～20min，阳极为钛基二氧化铱电极，优选为钛铱阳极，阴阳极面积比为2:1，阴极析氢搅拌。上述四个实施例在制备电镀液时，只需满足上述的工艺参数即可。
上述四个实施例制备的三价铬电镀液性能稳定、使用寿命长且镀层质量好，具有很好的应用前景和使用价值。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。