工艺技术:代铬镀层的研究进展

http://www.pf.hc360.com2015年03月02日11:25 来源:慧聪表面处理网T|T

    慧聪表面处理网讯:任雪峰 杨培霞 刘安敏 安茂忠

(哈尔滨工业大学化工学院 哈尔滨150001)

    摘要:六价铬会严重破坏环境并危害人类的健康,所以开发无六价铬的代铬镀层电镀工艺具有重要的现实意义。本文主要介绍了几种代铬镀层的研究进展,包括合金代装饰铬镀层、电镀及化学镀合金代硬铬镀层以及复合镀代铬镀层等,重点论述了其特点、典型电镀工艺及其应用,并结合其研究现状对代铬镀层的发展进行了展望。

    关键词:代铬镀层 电镀 合金

    传统的电镀铬技术采用六价铬(铬酸)作为镀液的主要成分,其工艺简单、维护方便,得到的镀层白亮、硬度高、耐磨性好、耐蚀性高[1]。六价铬电镀铬是电镀行业中应用最为广泛的镀种之一,六价铬镀层以其优异的性能不仅被广泛用作装饰性镀层,而且在功能性镀层以及工件的修复等领域也有广泛的应用。但是,六价铬毒性大,会直接破坏人体的消化道、呼吸道及鼻腔粘膜等,并易导致皮炎和湿疹的发生,而且还有致癌作用,甚至可能造成遗传基因的缺失,同时,六价铬镀液也是污染最严重、最难处理的电镀污染源之一,因此,对环境和人类的健康危害巨大。随着科学技术的进步和工业的迅速发展,人们对自身和环境的保护意识逐步增强,对于代六价铬电镀的研究也正受到越来越多的关注。

    代铬镀层是指其外观、硬度、耐磨性、抗腐蚀性能等方面接近六价铬镀层的镀层[2]。代铬镀层主要有装饰性代铬镀层和代硬铬镀层[3]。代铬镀层可以从根本上避免含铬(VI)废水的产生。目前,代装饰铬镀层主要有:Sn-Co、Co-W和Ni-W合金镀层等;代硬铬镀层根据其镀层沉积特点,主要有电镀Ni-Co、Ni-W、Ni-B等合金及其三(多)元合金镀层,化学镀Ni-P、Ni-B等合金及其三(多)元合金镀层,复合镀Ni-P、Ni-B、Ni-W基复合镀层等。

    1·电镀铬镀层的特点及应用

    电镀铬镀层色泽漂亮,为微蓝的银白色,铬的电极电势很负(标准电极电势为-0.74V),但由于金属铬的钝化能力很强,在空气中铬镀层表面易生成一层极薄的氧化膜,使得镀铬层有较好的耐蚀性。对钢铁基体来说,镀铬层属于阴极性镀层。

    按照用途来分类,电镀铬镀层主要可以分为防护-装饰性铬镀层和功能性铬镀层两大类,另外还有镀黑铬层和松孔镀铬层等。防护-装饰性铬镀层主要有无裂纹铬镀层、微裂纹铬镀层与微孔铬镀层,可用于一些光亮性配件上;功能性铬镀层主要是指硬铬镀层,主要用于耐磨性和硬度要求高的配件上;镀黑铬层可以防反射;松孔镀铬层表面的大量微孔中可吸收润滑油以减少磨损,降低摩擦力,可用做减摩镀层。

    按照获取镀层的镀液中铬的价态,电镀铬镀层可分为六价铬镀层和三价铬镀层。六价铬镀层白亮、硬度高(800~1000HV)、耐磨性和耐腐蚀性能好,在空气、酸、碱等介质中都有很高的化学稳定性。然而,六价铬镀层存在着不容忽视的缺陷,例如,六价铬镀层在含F-、Cl-等卤素离子的介质中的耐蚀性能差,在600℃以上的高温环境中会发生急剧的氧化反应;六价铬电镀的阴极电流效率极低,仅有8%~18%,析氢严重,致使电镀车间内有大量酸雾,对环境和人体都有巨大的危害;六价铬镀液的分散能力和覆盖能力差,在生产中常需借助象形阳极和辅助阴极[4];另外,六价铬电镀的镀液中所含的Cr6+的毒性大,会对操作人员的身体健康造成严重的伤害,同时,在生产过程中排放的含Cr6+废水和废气也会严重破坏环境和生态平衡。

    三价铬镀层比六价铬镀层颜色稍暗一些,与不锈钢颜色类似。三价铬镀层的机械性能好,耐磨性优于六价铬,而且三价铬镀液的分散能力和覆盖能力也远高于六价铬镀液,电流效率较高(一般高于30%)。但是,其镀液的镀厚性较差,镀层厚度很难超过5μm,硬度及耐蚀性均低于六价铬镀层,尤其是,三价铬镀液的成分复杂,对杂质的敏感程度比较高,操作控制上难度大,在三价铬电镀的过程中,阳极附近的Cr3+易被氧化为Cr6+,而Cr6+是三价铬电镀液的敏感杂质,少量的Cr6+就会导致三价铬电镀的低电流密度区严重漏镀,当Cr6+浓度过高时,会使得高电流密度区得到的镀层毫无光泽。尽管Cr3+的毒性明显低于Cr6+(约为Cr6+的1%),且易于处理[4],但三价铬电镀得到的镀层还无法取代六价铬镀层,同时也不能完全避免Cr6+带来的污染。所以,代铬镀层的研究开发显得更尤为迫切。

    目前,代铬镀层主要可分为合金代装饰铬镀层、合金代硬铬镀层和复合镀代铬镀层三种类型。

责任编辑:郑必佳

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