电镀实用技术培训(4)

  2.4 镀铬
装饰性镀铬是镀铬的主体，其次是硬铬、微孔铬和黑铬。为了减少六价铬对环境的污染，除部分工厂使用进口镀铬添加剂以外，多数工厂均使用国产稀土镀铬添加剂，有效地提高了镀铬层的光亮度和覆盖能力，并可在较低的阴极电流密度（5~15A/dm2）和温度（25~35℃）下生产。既减少了环境污染又降低了生产成本。为了提高镀铬的电流效率，Atotech在国内推广应用HEEF25工艺在重庆及周边地区市场较大。值得提出的山西天星科技有限公司***新推出CH镀铬添加剂硬铬工艺，上海永生助剂厂亦推出了3HC-25有效镀铬添加剂。这些均应是类似HEEF25的第三代镀铬添加剂。它们的共同特点是：阴极电流效率高达22~27%，不含F，不腐蚀基体；覆盖能力强，HV亦高达1000以上，既可用于镀硬铬亦可用于镀微裂纹铬，配合双层或叁层镍工艺，用于汽车或摩托车减震器的电镀，已开始在机械行业获得应用。广东达志化工一直在推广AB铬（即一种自调整傻瓜型的镀铬），用户反应尚好。
为了防止铬雾对人体的毒害和对环境的严重污染很多镀铬工厂采用F53、FC-80合F铬雾抑制剂。武汉德孚化工是一个专门生产含F或半F化合物的F产品公司，也有很多适用于电镀的含F表面活性剂。为了消除Cr6+的毒害，电镀工作者从工艺改革着手（推广代铬镀层三价铬镀铬），近年来广东许多工厂悄悄兴起三价铬镀铬。这里不妨用大一点的篇幅介绍给同仁们。
三价铬镀铬工艺
铬具有优良的装饰性和功能性。然而，六价铬危害巨大。世界卫生组织、欧洲和美国等越来越密切关注六价铬的危害，不断降低六价铬废水的排放标准。从1997年起，欧洲和北美规定六价铬在空气中的***大含量为0.001mg/m3,电镀废水中六价铬每月日平均含量小于1.71mg/L。各国研究者也纷纷指出，研究和发展代六价铬电镀的工艺或镀层热在必行。
三价铬电镀作为***重要、***直接有效的代六价铬电镀工艺，无论从工艺性能或环境保护上都比六价铬电镀具有无可比拟的优越性，研究其从装饰性和功能性上取肛六价铬电镀已是刻不容缓。尽管对三价铬研究从没停止过，但直到七十年代才取得突破性进展，成功推出三价铬电镀的产品和工艺。
真正意义上获得生产应用的是1974年Albright&Wilson公司推出的Alecra-3工艺和稍后改进型的Alecra-3000工艺。该工艺以甲酸盐作络合剂，配合其它成份，如主铬盐、导电盐、润湿剂等，在适当的工艺条件下可以获得3μm以下的三价铬镀层，镀层耐蚀性、硬度不差于六铬镀层。七十年代OMI公司对甲酸盐体系三价铬镀铬时如何增加走位能力、消除金属杂质离子的干扰，如何抑制镀液中的六价铬的生成申请了一系列的zl****。与此同时，该公司还提出使用铁氧体阳极与石墨阳极配合可抑制Cr3+在阳极氧化成Cr6+。而此前的研究者均采用石墨作阳极，Cr3+在阳极氧化成Cr6+难以避免，从而限制三价铬镀液长期稳定的使用。
IBM公司则选择了不同的体系进行三价铬电镀的研究。该公司以高氯酸盐作主盐，硫氰酸盐作络合剂开始研究，之后又对以硫酸铬或氯化铬作主盐，硫氰酸盐为主络合剂，氨基酸为辅络合剂，主盐浓度甚至可低达0.03mol/L的三价铬电镀体系进行了研究。同时，该公司还推出了全硫酸盐体系的双槽电镀工艺，利用离子渗透性薄膜分开电解液为阴极室和阳极室，阳极液为三价铬镀液，阳极液为硫酸或硫酸盐。双槽电镀方法既可以避免有害气体（如卤气）的析出，又可以杜绝Cr3+在阳极氧化成为Cr6+，同时还为阳极材料的选择提供了方便。若添加含S化合物于上述电解液中，则可增加沉积速度，控制镀取不同厚度的镀层。
进入八十年代以后，Atotech对甲酸体系三价铬镀铬进行了详细的研究，就电镀时如何利用阳离子交换树脂去除金属杂质、再生三价铬镀液申请了zl****。Canning公司结合自己的研究成果申请了涂层阳极在三价铬电镀中的应用专用。******铅锌研究机构主要致力于以次磷酸盐作络合剂时，添加F-改善低温镀性，提高电流效率，添加硫化物提高镀速，三价铬镀后处理以及三价铬镀黑铬等方面的研究。
三价铬镀铬不易镀取厚铬，其主要原因有以下几点：（1）镀液PH值，特别是阴极表面附近层的PH值的升高导致形成Cr(OH)3胶体，阻碍三价铬镀层的继续增厚；（2）Cr3+的水解产物发生羟桥、聚合反应，形成高分子链状凝聚物吸附在阴极，阻碍Cr3+的还原；（3）Cr3+还原的中间产物Cr2+的富集，对Cr3+羟桥反应引发和促进作用；（4）持续电解过程中Cr3+的活性络合物的逐步减少和消失。Sharif等在氨基乙酸体系中采用提高镀液循环速度、降低PH值、提高活性络合物浓度等方法可实现以100～300μm/hr的速度镀取三价铬的厚镀层；Ibrahim等则在以尿素作络合剂的三价铬镀铬的体系中，通过添加甲醇和甲酸，可以以50～100μm/hr的速度镀取三价铬；Hong等则采用双槽电镀工艺，通过添加三种羧酸作络合剂，镀取了50～450μm厚性能良好的三价铬镀层；美国商业局和Atotech公司也分别镀取了厚度100～450μm的三价铬镀层。
三价铬厚铬镀层一般均有裂纹，但未贯穿基底，镀层中往往夹杂有C等杂质元素，呈现非晶或微晶结构。镀层一般耐蚀性较好，硬度在600～900Hv之间，若经适当温度的热处理，硬度可增加到1200～1800Hv，耐磨性也大大增强，能较好地满足镀硬铬的要求。
三价铬电镀工艺发展至今，其装饰性电镀工艺研究已经进入逐渐完善成熟的时期，生产应用不断扩大。国外******的电镀吴加剂研究和销售公司，如Atotech、MacDermid等都相继在中国推出了三价铬电镀工艺。广东地区许多的电镀厂由于环保监管力度的不断加大而对三价铬电镀越来越感兴趣，但由于进口产品的价格较高、工艺不够稳定等原因，大规模的推广应用仍有困难。而在三价铬镀硬铬方面，据报道北美已有超过30%的工厂开始使用三价铬代替六价铬来电镀，国内则尚未见报道。由此可见，三价铬电镀在国外的研究和发展都遥遥******于国内。而随着国外三价铬电镀工艺成功进入中国市场和国内对环境保护的日益重视，六价铬电镀越来越受限制。三价铬电镀在这种外逼内需的强力拉动下，必定又会掀起一股新的研究和应用热潮。
 

 3 合金电镀3.1 高耐蚀锌合金电镀工艺锌合金是指以锌为主要成分并含有少量其它金属的合金。目前已用于生产的二元锌合金有：Zn-Ni，Zn-Co，Zn-Fe，Sn-Zn。Zn-Ti，Zn-Cr，Zn-P，Zn-Mn等还在开发研制试应用中，锌合金具有良好的防护性能，故常称之为高耐蚀合金镀层，其中研究的比较多，且应用比较广泛的主要是锌和铁族金属形成的合金，即锌-镍、锌-钴和锌-铁。铁族金属的原子结构和性质相近，它们与锌形成合金的共沉积特性也很相似。从电极电位来看，铁族金属的电位比锌正的多，但在共沉积时，锌比铁族金属容易沉积而优先沉积，这种沉积称为异常共沉积。其原因是当锌与铁族金属在阴极表面共沉积时，随着阴极表面H2的析出，使表面pH升高，在阴极表面生成了氢氧化锌胶体薄膜，致使铁族金属离子在阴极表面受到抑制而难以沉积，于是锌在阴极表面优先析出。3.1.1 电镀锌-铁合金工艺及钝化处理已获得工业应用的锌-铁合金有两种：一种是含铁量高的（10%~25%或更高）合金，该镀层不易钝化，易磷化处理，对油漆有良好的结合力，多用于钢板和钢带的表面处理，作为电泳漆的底层；另一种是含微量铁的锌-铁合金，镀层易钝化，耐蚀性能优良，特别经过黑色钝化，其耐蚀性有很大提高。锌-铁合金工艺也可分为酸性和碱性两种类型，合金镀层含铁量一般在0.2%~0.7%之间，镀液中三价铁离子不能含量过高，否则会降低阴极电流效率，结晶粗大。以下仅介绍低铁含量电镀工艺。