[发明专利]在三价铬镀液中电沉积装饰性铬镀层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在环保型三价铬镀液中制备装饰性铬镀层的电沉积方法。

背景技术

装饰性铬镀层由于具有良好的光泽性及耐腐蚀性能而成为工业界应用最广泛的装饰性镀层之一。但是长期以来，传统的六价铬电镀工艺存在很多难以克服的缺点，如分散能力和覆盖能力差、电流效率低、电镀温度高、电镀过程对人和环境污染严重及镀液后处理困难等。在六价铬电沉积过程中，废水和废气中含有大量的六价铬，其对环境造成很大的污染，并可以造成人体肾功能衰竭、心率衰竭、白血病，可强烈引发癌症。目前，世界卫生组织和世界各国对六价铬电镀工艺的污染问题越来越重视。欧盟近期的《关于在电子设备中禁止使用某些有害物质的指令》(ROHS)严格规定了2006年7月1日以后，将在欧洲全境禁止六价铬在电子产品中的使用。中国的《电子信息产品污染控制管理办法》也明确规定从2007年3月1日起控制六价铬的使用。因此，当前替代六价铬电沉积技术的研究已经成为电镀行业研究的热点和难点之一。

目前，替代六价铬电镀技术主要有三种：气相沉积铬镀层、电沉积合金镀层、三价铬电沉积。气相沉积技术优点在于污染小、沉积均匀，但是其成本高、覆盖能力差，不能用于不规则工件及管件内壁的沉积，也不利于大规模的工业生产。电沉积合金代铬镀层主要包括Zn-Sn-Co、Ni-P、Ni-W及其他三元合金，此种方法污染小，但是镀液稳定性差，可操作条件窄。相比之下，装饰三价铬电沉积工艺毒性只有六价铬电镀工艺的1％，且能耗小，效率高，但是其缺点是镀层光泽性差和镀液稳定性差。虽然已有国外报道装饰性三价铬电镀工艺的工业化推广，但是国内具有自主知识产权并能应用于工业化生产的装饰性三价铬电镀工艺还未见报道。

为了降低环境污染，减少在镀铬方面中国对外国的技术依赖，克服绿色贸易的堡垒，迫切需要国内研究者们开发出具有自主知识产权并能应用于工业生产的装饰性三价铬电镀工艺。我们经过几年的研究，合理的选择了一些添加剂，成功的开发出了可工业化生产的装饰性三价铬电镀工艺。此工艺溶液成分简单、可操作条件宽、稳定性好，有望在装饰性电镀铬方面全面取代污染严重的六价铬电镀工艺。

发明内容

本发明的目的在于开发装饰性三价铬电镀工艺，此工艺具有良好的分散能力、覆盖能力、稳定性。镀层无裂纹，和基体具有良好的结合力，其外观及耐腐蚀性能和六价铬电镀镀层相当。

本发明通过如下措施来实现：

一种在三价铬镀液中电沉积装饰性铬镀层的方法，其特征在于选用氯化铬溶液体系，其溶液组成为：每升电解液中含有氯化铬95-125g，尿素80～120g，溴化铵40～50g，氯化钠20～35g，硼酸2～10g，甲醇180～220ml，甲酸、乙酸、乙二酸、氨基乙酸、甲酸盐、乙酸盐或乙二酸盐0.1～1mol；电沉积时阳极为高纯石墨，将工件按照常规的镀前预处理进行清洗和活化后，控制施镀温度在20～30℃，电解液pH值控制在1～3，阴极电流密度为5～20A/dm²，电沉积2～5分钟即可制备出厚度为0.5～1μm的光亮铬镀层。

本发明选择的添加剂能有效地增强阴极的极化作用，使镀层的晶粒尺寸减小并表现出良好的光亮。镀液的稳定性主要受阳极区Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-的影响。Cr₂O₇^2-浓度达到3ppm以上，镀层质量下降。本发明的镀液中，有两种物质的还原性强于Cr³⁺，能有效地阻止镀液中Cr₂O₇^2-的生成，使得镀液具有良好的稳定性。

按本发明的工艺，镀液在不连续通电60Ah/l内，电沉积获得的镀层光亮如镜。

按本发明的工艺，利用霍尔槽试验测试分散能力时，阴极试样的光亮范围大于6cm。

按本发明的工艺，利用直角阴极法测试覆盖能力时，工件的覆盖率大于80％。

按本发明制备的铬镀层无裂纹，表面粗糙度Ra≤0.1μm。

按本发明制备的铬镀层耐腐蚀性能接近或优于传统的六价铬电镀镀层。

本发明中镀液的毒性仅为六价铬镀液的1％，因此属于《清洁生产法》规定的环保型清洁生产工艺配方，且符合欧盟ROHS指令及中国的《电子信息产品污染控制管理办法》的要求。