[发明专利]钢材的铬-纳米二氧化硅复合电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属或钢材的铬-二氧化硅复合电镀的方法，属金属表面电镀工艺技术领域。

背景技术

电镀已被广泛地用于防腐、防蚀、耐磨、表面装饰等工件上，而且已发展到普通电镀、合金电镀、复合电镀、塑料电镀、贵金属电镀、电刷镀等多个种类。镀铬是电镀工艺中应用最广泛的镀种之一，铬层性能优良，具有强烈的钝化能力、良好的化学稳定性、高硬度和反射能力以及低的摩擦系数，被广泛应用于防护装饰性和耐磨镀层中，而且铬比较容易自水溶液中沉积出来，工艺比较简单，易于控制。

在实际大工业生产中电镀铬尚存在许多问题，主要是：（1）铬酸有较高的毒性，对人的身体健康危害甚大，废气和废酸必须经过处理，因而耗资较多；（2）由于电流效率很低，而槽电压又高，因此电能消耗较大；（3）由于使用高电流密度，所以电源设备投资增加；（4）由于采用不溶性阳极，消耗的金属铬要经常补充铬酸，才能保持电镀液中各成分的相对稳定；（5）由于阴极大量析氢，致使镀铬层和基体金属产生氢脆。

虽然有些电镀厂在以上存在的大问题中，某一项已经克服，例如镀层的光亮性问题解决了，但耐腐蚀性要求未达到，有些使用三价镀铬代替六价镀铬减少了对环境的污染，但结合强度或镀层厚度没有彻底解决。目前人们在寻找一种铬代替品或研究新的镀铬工艺。纳米科技的发展为提升传统产业技术含量提供了新的机遇。

纳米粒子由于具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊效应。可用在改善材料的光、磁、电、力学等性能得到提高或赋予其新的功能，可以大大提高其在应用领域中的产品质量，具有很好的理论研究价值和应用前景。此外，随着技术进步，纳米粉体及膜层的制备成本也大幅度下降，为纳米技术大规模应用奠定了扎实的物质基础。

纳米表面技术迅速发展，其中研究和应用比较多的是纳米复合电镀技术。复合镀层是通过金属电沉积或共沉积的方法，将一种或数种不溶性的固体颗粒、纤维均匀夹杂到金属镀层中所形成的特殊镀层。以超硬材料作为分散颗粒，与金属形成的复合镀层称为超硬材料复合镀层。纳米复合镀层已成为纳米表面工程研究领域的热点之一。前苏联科学家在镀铬液中加入纳米金刚石，使得镀铬层的硬度和耐磨性显著提高，这项技术已取得专利，并且在独联体国家广泛应用，我国也开展了相关的工作，如专利号200610117075.3纳米陶瓷材料与金属合金在金属表面复合化学沉积方法，专利号200310107939.X纳米多层锌薄膜的电镀制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种在金属或钢材表面电镀铬-二氧化硅复合镀层的方法。

本发明为一种钢材的铬-二氧化硅复合电镀方法，其特征在于具有有以下的过程和步骤：

a. 配制复合电镀液，即含有镉和纳米二氧化硅的复合电镀液；

首先制备纳米二氧化硅水分散系：将高纯度的二氧化硅粉末经研磨—溶解—研磨—烘干，且重复前面步骤三次；然后将风干的粉末放入球磨机中球磨成纳米粉体，最后再经超声波活化处理，得到纳米二氧化硅水分散系；水溶过程中，粉末溶解用去离子水；烘干温度为80~95℃；球磨机转速100~350r/min；球磨时间为8-15小时；原料与锆珠之比为1:(10~18)；超声波活化在2A级超声强度；

配制铬-二氧化硅复合电镀液，其成分及其用量为：

铬酐                       240~260g/L

硫酸                       2.4~2.6g/L

纳米二氧化硅               1~5g/L

b. 将欲镀覆处理的金属或钢材放置于盛有上述复合电镀液的电镀槽中，且以金属或钢材电镀工件作为阴极，以铅锑合金为阳极，同时分别于直流电源的负极和正极通过导线相连接；电镀采用的工艺参数如下：

温度                    45~55℃

电流密度                45~60A/dm²

搅拌溶液循环            80~120r/min

阴极阳极面积比          1.0~2.5

最终在钢材表面得到铬-纳米二氧化硅复合镀层。

本发明方法的优点

本发明与现有技术的高浓度镀铬工艺相比，具有以下优点：

1) 纳米二氧化硅粉体制备简单，性能稳定，能耐强酸；

2) 本发明的纳米二氧化硅加入操作简单，电镀以后的镀层合格率在95%以上；且阴极电流效率高，节约能源。