[发明专利]减少铬电镀槽内铅和铅合金阳极损耗的装置

说明书

本发明涉及采用铅或铅合金为阳极的铬电淀积，特别是涉及镀铬槽装置和方法，采用该装置和方法，这种铅阳极的重量损失可大大减少。

使用铬酸溶液作铬源的镀铬槽差不多不变地采用铅或铅合金阳极。然而，正如“铅的电化学”（学术报导（Academic Press）（1979），405-407页，A.T.Kuhn作）中所述，铅和铅合金阳极在铬酸溶液中会被侵蚀成可溶性物质（导致阳极损耗）。此种阳极溶解作用以非常快的速率进行，其速率与该溶液的酸度成正比。正由于这个原因，就有必要寻找一种对该介质能耐腐蚀的合金。举例来说，含有10%锡和0.5%钴的合金看来似乎显示有良好的抗蚀性。每升加入1-2克的钴（Co²⁺）离子（g/l）也能减少阳极腐蚀。

虽然阳极腐蚀问题存在于惯用的六价铬镀液和混合催化剂的铬镀液两者之中，但特别厉害的是在高能高效的溶液中，例如，所谓“HEEF-25”镀液，正如美国专利4，588，481中所描述的那样，“HEEF”为美国M&T化学股份有限公司（新泽西州，莱威（Rahway，New        Jersey））的注册商标。HEEF-25镀液包含有铬酸，硫酸盐和烷基磺酸，对功能性铬淀积来说，它最好为未取代的烷基磺酸，或其盐类，这里硫与碳的比率≥1/3。典型的烷基磺酸为甲磺酸、乙磺酸、丙基磺酸，甲二磺酸和1，2-乙烷二磺酸。

另外一些六价镀铬液在如下列诸美国专利中有所描述：1973年7月10日公布、Chessin等人申请的3，745，097;1972年4月4日公布、Aoun申请的3，654，101;1984年5月22日公布、Chessin等人申请的4，450，050以及1984年9月18日公布、Chssin申请的4，472，249。所有前述的专利都已转让给本发明的受让人。

本发明为一改良的镀铬系统，它在实际上可减少用于该系统中的铅或铅合金转变成可溶性物质的作用，该系统包括有把保护电势作用于所述阳极上的阳极保护电路，该保护电势要比在所述阳极上正常电淀积铬所需的电势小。本发明的电镀液可以为常用的混合催化剂或含有烷基磺酸（HEEF-25）的镀铬液类型。在一具体实施方案中，阳极附近还设有辅助阴极，并在阳极上施加所需的电压。

附图为根据本发明的铬电镀系统的示意图。

在电淀积铬时，所用的铅或铅合金阳极表面被氧化成一层二氧化铅薄膜于阳极上，它在电淀积过程中使阳极稳定化。然而，当断开电流时，即当在非电镀期间，此保护性二氧化铅薄膜可被铅阳极还原为铅（二价）氧化物物质，或者被溶液中的三价铬生成铬酸盐离子。其后，铅（二价）氧化物与铬酸盐离子反应形成不溶性铬酸铅。假如该氧化铅和铬酸铅物质象二氧化铅薄膜一样粘附于铅阳极上，则阳极将会发生很小的腐蚀。然而，假如这些物质剥落阳极，且掉落到镀液中，则暴露出新的铅阳极表面，且能发生进一步的腐蚀。

若有烷基磺酸，例如甲磺酸，存在于镀液中，则能发生附加的增溶反应，在该增溶反应中氧化铅（二价）直接形成可溶性物质。在非电镀期间这些反应能迅速发生;当接通电镀电流时，阳极上的氧化铅（二价）能再次氧化为二氧化铅（四价），并且几乎没有腐蚀发生。在该工艺技术中，人们知道不与阳极作电接触的铅（二价）类物质不能够予以再次氧化，因此只能从阳极中损失掉。

在本发明中，在非电镀期间，通过阳极保护，可减慢铅类（二价）物质的形成，因此可减缓阳极的溶解腐蚀和阳极重量损失。在本发明的铬电镀系统中，阳极保护是通过设置一个位于阳极附近的辅助阴极或假阴极，并在该阴极与阳极间以低电流方式施加一预定的低电压而实现的。此电压小于阳极和基材阴极间的电极电势，此基材阴极将以另一方式导致铬的电淀积。在此方式中，阳极上有益的二氧化铅（四价）薄膜的周围保持着阳极电势或氧化电势，以阻止二氧化铅还原为铅（二价）类物质。

在研究本发明的参数过程中，警奇地发现：只要把一个比电镀电压小的电压施加于阳极上就可获得阳极保护。例如，可发现：约1.8-2.2伏特的电势，电流约为正常镀铬电流的0.01-0.3%，对减少铅和铅合金阳极的溶解腐蚀是有用的。还有，如在整夜间，不论镀浴是在操作中还是在切断电镀电流期间，两种情况下都能应用保护电流。