一種三價鉻電鍍液及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種三價鉻電鍍液，本發明還涉及三價鉻電鍍液的制備方法，屬于電 化學技術領域。
【背景技術】
[0002] 鍍鉻層具有良好的硬度、耐磨性、耐蝕性和裝飾性，是電鍍行業應用最廣的鍍種之 一。目前電鍍鉻主要有兩類方法，一類是傳統的六價鉻鍍鉻技術，另一類是三價鉻鍍鉻技 術，其中第一類鍍鉻技術為當前大量使用，但是該鍍鉻技術毒性大、污染重、廢水處理難，嚴 重污染著我國的水、土壤和大氣環境，已引起世界各國的高度重視，例如歐洲議會和理事會 2003年1月23日頒布RoHS指令規定歐洲將于2006年7月1日全面禁止含有六價鉻的電 子電氣設備在歐洲市場流通，美國環保局規定將于2010年前全部禁止六價鉻電鍍工藝。
[0003] 三價鉻電鍍是替代六價鉻電鍍的最有前景的技術之一，具有毒性小，僅為六價鉻 的百分之一，能耗低、分散能力和覆蓋性能好等特點。而三價鉻電鍍液主要有氯酸鹽體系和 硫酸鹽體系兩種，氯酸鹽體系電鍍過程陽極以析氯反應為主，析出的氯氣不僅腐蝕設備，而 且嚴重污染環境；硫酸鹽體系電鍍過程陽極以析氧反應為主，清潔無污染。
[0004] 目前三價鉻電鍍存在的主要問題有：鍍液不穩定，對雜質容忍度低，易失效；電鍍 操作要求嚴格，工藝參數范圍窄；鍍層不能持續增厚。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的第一個技術問題是針對技術現狀提供一種穩定的三價鉻電鍍 液。
[0006] 本發明所以解決的第二個技術問題是提供一種穩定的三價鉻電鍍液的制備方法。
[0007] 本發明解決第一個技術問題所采用的技術方案為：一種三價鉻電鍍液，包括如下 濃度的組分：硫酸鉻〇· 1~〇· 15mol/L、葡萄糖酸鈉0· 25~0· 35mol/L、檸檬酸0· 8~Imol/ U硫酸鋁0· 1~0· 15mol/L、十二烷基葡萄糖酸鈉0· 002~0· 004mol/L、絡合劑0· 4~ 0· 8mol/L和穩定劑15~20ml/L，其余為溶劑水；
[0008] 所述穩定劑為以下物質組成的水溶液：甲醇2~3mol/L、亞硫酸鈉2~3mol/L、硫 酸亞鐵1~2mol/L。
[0009] 本發明配方中硫酸鉻為鍍液提供鉻離子，葡萄糖酸鈉為導電鹽，用來增加鍍液電 導，提高鍍液分散能力并減少電耗；檸檬酸為鍍液緩沖劑，用來維持鍍液的PH值在工藝范 圍內；硫酸錯一方面作為導電鹽增加鍍液電導，另一方面它在pH值4~5之間具有很好的 緩沖能力，可有效防止三價鉻氫氧化物的生成和沉積；十二烷基葡萄糖酸鈉作為潤滑劑，用 來降低鍍液的表面張力，減少鍍層針孔；絡合劑與三價鉻離子絡合，將惰性的三價鉻水合物 轉化為電活性高的易沉積鉻離子，以提高鍍液的沉積速度和電流效率，改善鍍層質量；穩定 劑用來防止三價鉻離子被氧化為六價鉻離子，同時將鍍液中已存在的六價鉻離子還原為三 價鉻離子以提高鍍液的穩定性和使用壽命。
[0010] 優選的，三價鉻電鍍液包括如下濃度的組分：硫酸鉻0. 12mol/L、葡萄糖酸鈉 0· 3mol/L、檸檬酸0· 9mol/L、硫酸鋁0· 12mol/L、十二烷基葡萄糖酸鈉0· 003mol/L、絡合劑 0. 6mol/L和穩定劑17ml/L，其余為溶劑水；
[0011] 所述穩定劑為以下物質組成的水溶液：甲醇2. 5mol/L、亞硫酸鈉2mol/L、硫酸亞 鐵I. 5mol/L。該配比的三價鉻電鍍液穩定性更佳。
[0012] 優選的，電鍍液的工藝參數為：工作溫度35~40°C，電流密度2~20A/dm2,鍍液 pH值2. 0~3. 5,電鍍時間2~20min，陽極為鈦基二氧化銥電極。該工藝參數配上上述配 比的電鍍液，可有效增強電鍍液的穩定性。
[0013] 優選的，所述絡合劑為A酸與B酸組成的混合物，所述A酸為甲酸、乙酸、草酸、羥 基乙酸或乳酸中的一種，所述B酸為蘋果酸、酒石酸、丙二酸、氨基乙酸、氨三乙酸中的一 種。這兩種絡合劑的配合使用不僅可以保持鉻的持續沉積，還可提高三價鉻的沉積速度和 電流效率。
[0014] 優選的，所述A酸與B酸的體積比為1:0. 5~1:2. 5。
[0015] 本發明解決第二個技術問題所采用的技術方案為：一種三價鉻電鍍液的制備方 法，包括如下步驟：
[0016] a.將硫酸鉻溶于蒸餾水或純凈水，攪拌至溶解得到硫酸鉻溶液，將檸檬酸溶于 55~75°C的蒸餾水中，攪拌至溶解得到檸檬酸溶液；
[0017] b.將硫酸鉻溶液與檸檬酸溶液混合，加入絡合劑，在40~80°C下攪拌0. 5~3小 時，依次加入葡萄糖酸鈉、硫酸鋁、穩定劑和十二烷基葡萄糖酸鈉，邊加邊攪拌，直至溶解， 并在40~80°C下攪拌2~4小時；
[0018] c.添加水至鍍液體積的90% ;
[0019] d.調整溶液的pH值在2. 0~3. 5之間，定容，靜止8~12小時后使用。
[0020] 與現有技術相比，本發明的優點在于：首先，本發明研制的三價鉻電鍍液電鍍過程 中陽極僅析出氧氣，清潔無污染；其次，該電鍍液的光亮區電流密度范圍寬，pH值能長期保 持穩定，工藝操作簡單，鍍液穩定性好，壽命長；最后，本電鍍液引入穩定劑后，有效提高了 電鍍液的穩定性，有助于其工業化推廣。
[0021] 另外，本電鍍液的制備方法簡單、易操作。
【具體實施方式】
[0022] 以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0023] 實施例1~4三價鉻電鍍液的配比
[0024]
[0025] 四個實施例的三價鉻電鍍液的組成及其配比如上表所示。
[0026] 上述四個實施例的電鍍液的配制步驟如下：
[0027] a.按上述表格中的配比，將硫酸鉻溶于蒸餾水或純凈水中，攪拌至溶解得到硫酸 鉻溶液；將檸檬酸溶于55°C或60°C或70°C或75°C的蒸餾水中，攪拌至溶解得到檸檬酸溶 液；
[0028] b.將硫酸鉻溶液與檸檬酸溶液混合，加入絡合劑；由于三價鉻水溶液一般以六水 配合物的形式穩定存在，它與絡合劑的絡合取代反應進行的較慢，所以，絡合劑加入后應該 進行充分的攪拌，以使其能更多的取代三價鉻六水配合物內界的水分子，生成更多的穩定 性適中的電活性鉻離子。如果電鍍液中的三價鉻與絡合劑絡合的不好，或者絡合劑濃度太 低，鍍液允許的最大電流密度就會降低，或僅得到黑色的附著物甚至無鍍層。所以添加絡合 劑時，在40~80°C (本實施例優選為60°C )下攪拌0· 5~3小時（本實施例優選為2小 時），使其絡合完全。
[0029] 絡合后，依次加入葡萄糖酸鈉、硫酸鋁、穩定劑和十二烷基葡萄糖酸鈉，邊加邊攪 拌，直至溶解，并在40~80°C (本實施例優選為60°C )下攪拌2~4小時（本實施例優選 為3小時）；
[0030] c.添加水至鍍液體積的90% ;
[0031] d.當所有組分都加入后，調整溶液的pH值在2. 0~3. 5之間，定容，靜止8~12 小時（本實施例優選為12小時）后使用，以使三價鉻離子絡合完全，提高鍍液的穩定性。
[0032] 電鍍前現將工件依次經過除油、水洗、酸蝕、水洗。電鍍的工藝參數為工作溫度 35~40°C，電流密度2~20A/dm2,鍍液pH值2. 0~3. 5,電鍍時間2~20min，陽極為鈦基 二氧化銥電極，優選為鈦銥陽極，陰陽極面積比為2:1，陰極析氫攪拌。上述四個實施例在制 備電鍍液時，只需滿足上述的工藝參數即可。
[0033] 上述四個實施例制備的三價鉻電鍍液性能穩定、使用壽命長且鍍層質量好，具有 很好的應用前景和使用價值。
[0034] 以上內容僅為本發明的較佳實施例，對于本領域的普通技術人員，依據本發明的 思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明 的限制。
【主權項】
1. 一種三價鉻電鍍液，其特征在于，包括如下濃度的組分： 硫酸絡〇? 1~〇? 15mol/L、葡萄糖酸鈉0? 25~0? 35mol/L、梓檬酸0? 8~lmol/L、硫酸 鋁0? 1~0? 15mol/L、十二烷基葡萄糖酸鈉0? 002~0? 004mol/L、絡合劑0? 4~0? 8mol/L 和穩定劑15~20ml/L，其余為溶劑水； 所述穩定劑為以下物質組成的水溶液：甲醇2~3mol/L、亞硫酸鈉2~3mol/L、硫酸亞 鐵 1 ~2mol/L。2. 根據權利要求1所述的三價鉻電鍍液，其特征在于，包括如下濃度的組分：硫酸鉻 0? 12mol/L、葡萄糖酸鈉0? 3mol/L、檸檬酸0? 9mol/L、硫酸鋁0? 12mol/L、十二烷基葡萄糖酸 鈉0. 003mol/L、絡合劑0. 6mol/L和穩定劑17ml/L，其余為溶劑水； 所述穩定劑為以下物質組成的水溶液：甲醇2. 5mol/L、亞硫酸鈉2mol/L、硫酸亞鐵 L 5mol/L〇3. 根據權利要求1或2所述的三價鉻電鍍液，其特征在于，電鍍液的工藝參數為：工作 溫度35~40 °C，電流密度2~20A/dm2,鍍液pH值2. 0~3. 5,電鍍時間2~20min，陽極 為鈦基二氧化銥電極。4. 根據權利要求1或2所述的三價鉻電鍍液，其特征在于：所述絡合劑為A酸與B酸 組成的混合物，所述A酸為甲酸、乙酸、草酸、羥基乙酸或乳酸中的一種，所述B酸為蘋果酸、 酒石酸、丙二酸、氨基乙酸、氨三乙酸中的一種。5. 根據權利要求4所述的三價鉻電鍍液，其特征在于：所述A酸與B酸的體積比為 1:0? 5 ~1:2. 5〇6. -種權利要求1至5任一項所述的三價鉻電鍍液的制備方法，其特征在于，包括如下 步驟： a. 將硫酸鉻溶于蒸餾水或純凈水，攪拌至溶解得到硫酸鉻溶液，將檸檬酸溶于55~ 75°C的蒸餾水中，攪拌至溶解得到檸檬酸溶液； b. 將硫酸鉻溶液與檸檬酸溶液混合，加入絡合劑，在40~80°C下攪拌0. 5~3小時， 依次加入葡萄糖酸鈉、硫酸鋁、穩定劑和十二烷基葡萄糖酸鈉，邊加邊攪拌，直至溶解，并在 40~80°C下攪拌2~4小時； c. 添加水至鍍液體積的90% ; d. 調整溶液的pH值在2. 0~3. 5之間，定容，靜止8~12小時后使用。
【專利摘要】本發明公開了一種三價鉻電鍍液及其制備方法，其中三價鉻電鍍液包括如下濃度的組分：硫酸鉻0.1～0.15mol/L、葡萄糖酸鈉0.25～0.35mol/L、檸檬酸0.8～1mol/L、硫酸鋁0.1～0.15mol/L、十二烷基葡萄糖酸鈉0.002～0.004mol/L、絡合劑0.4～0.8mol/L和穩定劑15～20ml/L，其余為溶劑水；所述穩定劑為以下物質組成的水溶液：甲醇2～3mol/L、亞硫酸鈉2～3mol/L、硫酸亞鐵1～2mol/L。與現有技術相比，本電鍍液性能穩定、使用壽命長且鍍層質量好，而且制備方法簡單，易于操作，具有很好的應用前景和使用價值。
【IPC分類】C25D3/06
【公開號】CN105018974
【申請號】CN201510518047
【發明人】沈秋
【申請人】無錫橋陽機械制造有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年8月21日