[发明专利]一种纳米晶三价铬复合镀层用镀液及复合镀层的制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米晶三价铬复合镀层用镀液及复合镀层的制备方法，镀液的质量份数组成如下：三价铬溶液：18～38g/L；复合添加剂：15～45g/L；缓冲剂：80～240g/L；催化剂：10～40g/L；所述的复合添加剂为SiO₂，SiO₂颗粒的直径为10～30nm。本发明主要是通过在三价铬镀液中添加优化配比的纳米SiO₂颗粒的方式，使用喷射电沉积的方式来改变三价铬电沉积的结晶过程，从而实现三价铬纳米晶复合镀铬层的制备，不需要后期的热处理工序，提高镀铬层的塑性，可以克服由于镀铬层内应力产生的裂纹。

技术领域

本发明属于电化学沉积技术领域，具体是涉及一种纳米晶三价铬复合镀层用镀液及复合镀层的制备方法。

背景技术

铬是一种过渡金属，极易钝化，化学稳定性高、耐磨损性和抗烧蚀性能好，铬层主要采用电沉积的方式制备，通过特定的化学镀液在外接电源的作用下，以被镀基体金属为阴极，以铬或其它惰性导体为阳极，在电化学作用下在基体表面上获得结合牢固的铬镀层。铬镀层的结晶组织致密，镀层表面光滑，其硬度随工艺条件的不同可在500～1000HV范围内变化。镀铬根据其使用目的可以分为装饰性镀铬和功能性镀铬；根据镀液类型可以分为六价铬和三价铬，六价铬工艺成熟简单，但存在严重的环境污染问题且六价铬离子是一种致癌物质，因此很多国家都出台相关规定，限制和禁止六价铬电镀的使用，三价铬电镀相对于六价铬电镀具有环境污染小、能耗低的优点，是目前被认为替代六价铬电镀的最优前途的发展方向。

例如，中国专利CN200610042898.4公开了一种在三价铬电镀液中制备厚度达到30～50μm的硬铬镀层的方法。主要是针对目前三价铬电沉积工艺存在的镀层厚度不能超过10μm、不能用于抗磨减摩方面等致命缺点而发明的。该发明在含氯化铬的基础电解液中，通过选择适当的添加剂和控制工艺条件，制备出表面平整，与底材结合牢固，硬度达到800Hv，热处理后硬度达到1400Hv以上的镀层。其优点在于制备出的铬镀层表面无裂纹，厚度最大能达到50μm的镀层。经过适当温度下的热处理后，其耐磨性能优于传统的六价铬电镀镀层。此发明的工艺有望部分取代严重污染环境且危害人体健康的传统六价铬电沉积工艺，制备的镀层可用于工件的抗磨减摩涂层。但是，该工艺制备得到的电镀镀层为非晶态，塑性较差，后期需要进行热处理提高性能。

目前通过电沉积制备的三价铬镀层常温下其晶体结构通常为非晶态，电沉积制备的三价铬镀层XRD图谱衍射峰为典型的馒头峰，表明其镀铬层结构为非晶态。非晶态镀层经过热处理其结构会发生变化，会由非晶态变为晶态，经过200°、400°和600°热处理后的三价铬镀层已经由非晶态变化为晶态。非晶态镀层的塑性往往较差，对于镀铬层使用方面具有定的影响。但是目前尚未有成熟工艺可以使用三价铬镀液制备出相对较为稳定的晶态镀铬层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米晶三价铬复合镀层用镀液及复合镀层的制备方法，主要是通过在三价铬镀液中添加优化配比的纳米SiO₂颗粒的方式，采用喷射电沉积的方法在铜基体表面制备纳米晶三价铬复合镀层，不需要后期的热处理工序，提高镀铬层的塑性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面提供了一种纳米晶三价铬复合镀层用镀液，其特征在于：所述镀液的质量份数组成如下：三价铬溶液：18～38g/L；复合添加剂：15～45g/L；缓冲剂：80～240g/L；催化剂：10～40g/L；所述的复合添加剂为SiO₂，SiO₂颗粒的直径为10～30nm。

在一个优选的技术方案中，所述镀液的质量份数组成如下：三价铬溶液：18～28g/L；复合添加剂：15～25g/L；缓冲剂：80～120g/L；催化剂：10～20g/L。

在一个优选的技术方案中，所述镀液的质量份数组成如下：三价铬溶液：28～38g/L；复合添加剂：25～45g/L；缓冲剂：120～240g/L；催化剂：20～40g/L。