[发明专利]一种全硫酸盐三价铬镀厚铬溶液及电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及电镀技术。特别涉及一种全硫酸盐三价铬镀厚铬溶液及电镀方法。

背景技术

铬镀层因具有光亮、坚硬、抗变色、耐磨耐腐蚀性能良好等特点而在工业中应用极为广泛。长期以来镀铬工艺都是采用铬酸作为铬源的六价铬镀铬工艺。作为一种电镀工艺，六价铬电镀在技术上存在一些缺陷，如阴极效率极低；镀铬的分散和覆盖能力差；以及镀铬过程中不允许中间断电等等。更重要的是，六价铬是电镀工业中最严重、最难处理的污染源之一。

随着人们环保意识的增强，六价铬作为有害污染源在电镀工业中受到越来越严格的限制。世界卫生组织、美国、日本、欧洲等国家和地区对六价铬已经制定出严格的限制使用规定，如美国自1997年起将六价铬的排放标准由0.05mg/L改为0.01mg/L，并规定于2010年前禁止采用六价铬电镀工艺；欧洲议会和理事会颁布的《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指令》也要求从2006年7月1日起，投放于市场的新电子和电气设备不得含有六价铬。而随着我国作为国际制造业中心地位的确立，我国的电镀业不仅要遵循国家环境保护法规关于六价铬排放的规定(Cr⁶⁺的排放不超过0.5mg/L)，还要面临国际商品交流中的绿色壁垒的挑战。

为了取代重污染的六价铬电镀，人们进行了许多研究，包括低浓度六价铬镀铬、合金代铬电镀和三价铬镀铬等。其中，三价铬镀铬工艺由于具有低毒、低污染等优点而在国外的发展很快，许多发达国家正逐步用三价铬镀铬工艺取代六价铬镀铬，国内近年来三价铬镀铬的研究也逐渐成为热点之一。

国内外三价铬镀铬的溶液体系繁多，主要有硫酸盐体系和氯化物体系，氯化物溶液体系三价铬镀液在电镀过程中阳极析出氯气难以回收处理，也会对环境造成污染；而采用硫酸盐溶液体系是一种清洁环保的生产工艺，具有极大的应用前景。但是，目前三价铬镀铬的方法普遍存在不能持续增厚的缺陷。例如 中国专利CN1880512A公开了一种三价铬镀液体系，该电镀液用硫酸铬、硫酸钠、硼酸、硫酸铝、十二烷基硫酸钠、络合剂、稳定剂以一定比例构成，其余为水。其存在以下不足之处：一是采用静止镀液电镀，阴极附近pH升高过快，无法获得厚度超过5μm的镀层；二是镀液采用硫酸铝作为导电盐，由于其两性特点容易造成镀液稳定性差。

发明内容

为克服目前三价铬体系镀铬不能持续增厚的缺陷，本发明的目的首先是提供一种全硫酸盐三价铬镀厚铬溶液。

本发明的另一目的是提供使用上述镀厚铬溶液的电镀方法。利用本发明提供的方法可获得30～50μm的白亮，均匀的铬镀层，且镀层具有高硬度，良好的耐磨耐腐蚀性能，与镀镍，钢基体结合良好，基本能代替六价铬在功能性方面的应用。

为了实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种全硫酸盐三价铬镀厚铬溶液，包括以下质量浓度的组分：75～125g/L硫酸铬，100～180g/L硫酸钠，50～100g/L硫酸钾，40～60g/L硼酸，0.4～0.8mol/L配位剂以及0.0005～0.0015mol/L润湿剂。

优选地，组分硫酸钠的浓度为140g/L。

优选地，所述配位剂为甲酸、乙酸、甘氨酸、草酸、柠檬酸盐和酒石酸盐中的至少一种。

优选地，所述润湿剂为十二烷基硫酸钠、苯亚磺酸钠、乙基己基硫酸钠和丁二酸钠中的至少一种。

本发明提供一种全硫酸盐三价铬电镀厚铬方法，是使用全硫酸盐三价铬镀液进行电镀，电镀阳极采用DSA(Dimensional Stable Anode)阳极。DSA阳极可以防止镀液中三价铬氧化成六价铬，从而使镀液能够持续电镀。

优选地，上述方法使用以下工作条件：电镀过程的工作温度为40～45℃，pH为2.0～3.0，电流密度为8～20A/dm²，电镀时间可持续2～5h。

更优选地，电镀过程采用流动式搅拌的电镀方法，控制镀液流速为1～4L/min。

在电镀过程中镀液保持流动(还可以另加搅拌)，可以抑制阴极附近H⁺浓 度过高，进而防止三价铬沉积为铬的氢氧化物并使得镀层变坏。镀液流速控制为1～4L/min，镀速太快，会使镀层不均匀；太慢则起不到加强传质，抑制析氢的作用。

本发明还提供了上述方法所获得的铬镀层，一般厚度为30～50μm。

按照本发明的电镀方法制备的铬镀层为非晶态结构，其表面形貌为结瘤状(图1)。

按照本发明的电镀方法制备的铬镀层常温下硬度可达705HV，经200℃处理后镀层硬度增至1400HV，继续增大温度，硬度反而有所下降。