專利名稱：一種在環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法
一種在環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法技術領域
本發明屬于鎳基復合電鍍技術領域，特別涉及一種環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻 合金復合鍍層的方法。
背景技術：
電沉積鎳鉻合金具有耐磨、抗腐蝕、高電阻等許多優異性能。鍍層中鉻含量不同， 其性能也有很大差別。如果鎳鉻合金鍍層中鉻含量達到一定程度時，則表面形成一層鉻的 非晶態結構，鍍層具有較高的耐腐蝕性能，可相當甚至優于含鉻量相近的不銹鋼。沉積的鎳 鉻合金其性能可以與鍛造的鎳鉻合金媲美，可作為代鉻鍍層用于軸、軸瓦、齒輪等需耐高溫 磨損的部件，也可用于裝飾等，日益受到人們的重視。
金屬鉻的標準電極電位(-0. 74V)比鎳的標準電極電位(-0. 25V)要負得多，故鎳 首先在金屬表面沉積。若要使鎳鉻在金屬表面共沉積，需加入合適的添加劑或改變實驗條 件使兩者的實際沉積電位相近。目前對鎳鉻合金的研究主要集中在實驗條件(溫度、PH值、 直流或脈沖電鍍)對鎳鉻合金鉻含量的影響、添加劑用量對鎳鉻合金鉻含量及電流效率的 影響等方面，而對電鍍過程中鍍液的穩定性、污染的防治、鍍層成分的均勻性、鍍厚層及厚 鍍層的結合力等問題則研究較少。
專利公開號CN101255592A (一種鉻/金剛石復合鍍層及其制備方法)，在工件表面 先用電鍍的方法沉積一層鉻，然后沉積一層鉻/金剛石復合鍍層，最后沉積鉻加固層即可 得復合鍍層，此方法得到的復合鍍層體積濃度高，分散均勻，表面無裂痕，大幅度提高了復 合鍍層的結合力。專利公開號CN101469436A(在環保型三價鉻鍍液中制備鉻基復合鍍層的 方法)，提供了一種可在各種摩擦工況條件下代替傳統的六價鉻電鍍工藝的復合電鍍方法， 厚度在50 100微米。上述兩個專利均沒有提到所獲鍍層的美觀修飾性和耐腐蝕性，且獲 得的鍍層厚度低，而且專利中對如何維護電鍍液則沒有涉及。發明內容
本發明解決的技術問題是在銅基和鐵基金屬表面獲得了極高厚度且結合力強、 表面光亮的鎳鉻復合鍍層，且合金中鉻含量可控。該工藝合成的鍍層耐腐蝕性極強，電鍍液 穩定可以多次使用。
本發明的目的是提供一種在環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法。
本發明通過以下技術方案來實現
一種環保型三價鉻鍍液的復合配位劑，按質量比由下列成分組成檸檬酸鈉甲 酸鈉尿素=O 2. 15) (1 1.05) (1 1.05)。我們在實驗中發現，檸檬酸鈉、甲 酸鈉、尿素作為復合配位劑，具有協同作用。當三者按上述比例同時加入鍍液中，其協同起 作用時，得到的鍍層無論色澤、硬度、耐腐蝕性等都有顯著改善。
本發明的主要特征是加入合適的復合配位劑，使鎳鉻實際析出電位相近。以檸檬 酸鈉為主配位劑，以甲酸鈉和尿素為輔助配位劑。
本發明提供一種用于鎳鉻合金電鍍的復合配位劑，包括檸檬酸鈉、甲酸鈉、尿素， 其特征在于每升電鍍液中含有復合配位劑249 ^5g。一種在環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，采用電鍍法制備，其 特征在于，每升電鍍液中含有六水合氯化鉻60 80g，六水合硫酸鎳45 55g，六水合氯化 鎳40 50g，氯化銨45 55g，溴化鉀12 13g，硼酸45 55g，復合配位劑249 265g， 表面活性劑0. 15 0. 25g，電鍍時以高純石墨為陽極，將經過預處理的鐵片和銅片作為陰 極；機械攪拌，轉速控制在100 300r/min ；電鍍液pH控制在2. 5 3. 0，施鍍溫度控制為 20 30°C ；陰極電流密度控制為20 30A/dm2 ；電沉積時間為30 240分鐘，即可沉積出 厚度為30 210微米的鎳鉻合金復合鍍層。所述用于制備鎳鉻合金的每升電鍍液中含有六水合氯化鉻75g，六水合硫酸鎳 50g，六水合氯化鎳45g，氯化銨50g，溴化鉀12. 5g，硼酸50g，復合配位劑255g，表面活性劑 0. 2go所述的表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、乙二胺和三乙醇 胺。本發明還提供一種三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，包括以下步驟(1)配制電鍍液(2)電鍍之前的陰陽極處理(3)將加工后的鍍件放入20 30°C的恒溫水浴槽中，調節鍍液pH = 2. 50 3. 0， 機械攪拌轉速為100 300r/min，直流電鍍電流密度為20 30A/dm2，經過一定的電鍍時 間后，取出樣品，洗凈干燥后即得到所述的鎳鉻合金鍍層。(4)鍍液維護鍍液連續使用10 15天后，易出現老化現象，即產生不溶物；在鍍 液槽中加入過濾裝置，過濾除去不溶物，向過濾后的鍍液中添加六水合氯化鉻、六水合硫酸 鎳、六水合氯化鎳、氯化銨、溴化鉀、硼酸或復合配位劑中的一種或幾種，每升鍍液中的加入 量范圍12 130g，可以實現連續均勻電鍍。電鍍液可實現重復使用，操作簡便。步驟(4)所述鍍液維護的例子為鍍液恒溫25°C，調節pH = 2.50，機械攪拌轉 速為lOOr/min，陰極電流密度為25A/dm2，將銅片放入實施例1的鍍液中，直流電鍍2個小 時，得到的鍍層厚度為97微米。在相同條件下，鍍液老化后，所得鍍層的厚度下降為χ微 米。根據。
權利要求
1.一種用于環保型三價鉻電鍍液的復合配位劑，按質量比由下列成分組成，檸檬酸 鈉甲酸鈉尿素=O 2. 15) (1 1.05) (1 1.05)。
2.—種在環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，采用電鍍法制備，其特 征在于，每升電鍍液中含有六水合氯化鉻60 80g，六水合硫酸鎳45 55g，六水合氯化鎳 40 50g，氯化銨45 55g，溴化鉀12 13g，硼酸45 55g，復合配位劑249 ^5g，表面 活性劑0. 15 0. 25g，電鍍時以高純石墨為陽極，將經過預處理的鐵片和銅片作為陰極；機 械攪拌，轉速控制在100 300r/min ；電鍍液pH控制在2. 5 3. 0，施鍍溫度控制為20 300C ；陰極電流密度控制為20 30A/dm2 ；電沉積時間為30 240分鐘，即可沉積出厚度 為30 210微米的鎳鉻合金復合鍍層。
3.如權利要求2所述的環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，其特征在 于，每升電鍍液中含有六水合氯化鉻75g，六水合硫酸鎳50g，六水合氯化鎳45g，氯化銨 50g，溴化鉀12. 5g，硼酸50g，復合配位劑255g，表面活性劑0. 2g。
4.如權利要求2所述的環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，其特征在 于，表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、乙二胺和三乙醇胺。
5.如權利要求2所述的環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，包括以下 步驟(1)配制電鍍液；(2)電鍍之前的陰陽極處理；(3)將加工后的鍍件放入20 30°C的恒溫水浴槽中，調節鍍液pH= 2. 5 3. 0，機械 攪拌轉速為100 300r/min，直流電鍍電流密度為20 30A/dm2，經過一定的電鍍時間后， 取出樣品，洗凈干燥后即得到所述的鎳鉻合金鍍層；(4)鍍液維護鍍液連續使用10 15天后，易出現老化現象，即產生不溶物；在鍍液槽 中加入過濾裝置，過濾除去不溶物，向過濾后的鍍液中添加六水合氯化鉻、六水合硫酸鎳、 六水合氯化鎳、氯化銨、溴化鉀、硼酸或復合配位劑中的一種或幾種，每升鍍液中的加入量 范圍12 130g，可以實現連續均勻電鍍。
6.如權利要求5所述的環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，其特征在 于，步驟O)電鍍之前的陰陽極處理為陽極采用碳棒，陰極采用銅片或鐵片，陰陽極面積 之比約為1. 4 ；陰極處理過程是銅片或鐵片依次經200目水砂紙打磨、600目水砂紙打磨 至光滑明亮、堿洗除油、水洗、烘干、稱重、活化。
7.如權利要求5所述的環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，其特征在于，步驟的鍍液維護為鍍液恒溫25°C，pH = 2. 50，機械攪拌為lOOr/min，陰極電流密度為25A/dm2，將鍍件放入鍍液中電鍍2個小時，得到鍍層的厚度為a微米；若經過一段時間的使用，鍍液老化，在相同的條件下得到的鍍層厚度下降為χ微米；設ζ為初始時電a-x y鍍液配方中各個組分的質量，根據經驗式~^~ = 7，可依次求出所需補充的CrCl3 · 6H20,NiSO4 · 6H20, NiCl2 · 6H20, NH4Cl, KBr, H3BO3,復合配位劑等各組分的質量y (表面活性劑不 需添加)；補充后的鍍液可以繼續使用，而鍍層厚度仍然可以達到原來的效果，即a微米。
8.如權利要求6所述的環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，其特征在 于所述的堿洗除油，是將陰極放入配方為NaOH 40 60g/L，Na3PO4 :50 70g/L，Na2CO3 20 30g/L，Na2SiO3 5 10g/L的溶液中，于60 80°C保溫浸洗1-2小時。
9.如權利要求2所述的環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法，其特征 在于，所得鎳鉻合金鍍層的性能指標為厚度30 210微米，鉻含量18 23%，顯微硬度 1000 1450HV，腐蝕速率 0 0. 00027g/(m2 · h)。
全文摘要
本發明公開了一種在環保型三價鉻鍍液中制備鎳鉻合金復合鍍層的方法。本發明在含有氯化鉻、硫酸鎳和氯化鎳的基礎電鍍液中，添加特定含量的復合配位劑使鎳鉻在金屬表面共沉積，制備出表面平整、與底材結合牢固的鎳鉻合金鍍層。其優點在于制備出的鎳鉻合金鍍層厚度在30～210微米。鎳鉻合金鍍層比鉻鍍層有更高的硬度、很強的耐腐蝕性和極好的裝飾性能，且電鍍液可連續使用，有利于保護環境。
文檔編號C25D5/34GK102041529SQ201110004910
公開日2011年5月4日 申請日期2011年1月12日 優先權日2011年1月12日
發明者周磊, 張志鵬, 李文鵬, 杜登學 申請人:山東輕工業學院