高效复合镀铬添加剂的研究

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1、l绪论1绪论1．1引言电镀已被广泛地用于防锈、防蚀、耐磨、表面装饰等工件上，而且已发展到普通电镀、合金电镀、复合电镀、塑料电镀、贵金属电镀、电刷镀等多个种类Ⅲ。但是目前电镀尚存在许多问题，主要是：①镀层结合强度差，有些镀层会大面积脱落：②镀层薄厚不均，主要表现在镀件低凹部分不容易镀上，或镀层较薄；③镀层的光亮性差，表现在镀层发暗发狄、光洁度差；④镀层耐蚀性差，表现在电镀表面使用很短时间就发旧，起锈斑：⑤电流效率低，沉积速度慢，电镀成了耗电大户；⑥镀液污染严重。虽然有些电镀厂在以上存在的六大问题中，某一项已经克服，例如镀层的光亮性问题解决了，但耐蚀性要求未达到；有些使用无

2、氰电镀减少了对环境的污染，但结合强度或光亮度没有彻底解决。目前比较好的电镀厂主要使用国外进口的电镀添加剂以改善电镀质量，但国外进口的价格较高，一般每公斤二百元左右。针对我国电镀行业存在的问题，陕西省科委特列专题进行研究。由于铬是电镀工艺中应用最广的镀种之一，铬层性能优良，具有强烈的钝化能力、良好的化学稳定性、高硬度和反射能力以及低的摩擦系数，被广泛应用于防护装饰性和耐磨镀层中，而且铬比较容易自水溶液中沉积出来，工艺比较简单，易于控制，因此本文以镀铬添加剂研究作为重点。其目的是找出一种国际上较先进的镀铬液配方，既可以解决镀层结合强度差的难题，又能解决镀层不均匀、电流效率低

3、、光亮性、耐蚀性差的问题，另外注意对环境的污染，并在此基础上对添加剂作用机理进行探讨，以实现高质量的电镀添加剂的国产化。西安理工大学硕士学位论文—————————_——————●—————————————————————————————————————————————————～1．2电镀简介1．2．1电镀原理电镀是一种电沉积过程，即电解液中的金属离子(或络合离子)在直流电的作用下，在阴极表面上还原成金属(或台金)的过程【2I。进行电镀必须具备两个条件：一是电镀液必须含有被镀金属的离子；二是要有直流电通过。所以电镀装莆主要有：直流电源；能传导电流并且具有一定l。f上◇”·

4、r掣【f，由，亡2，[]B图l—l电镀装置示意图E～直流电源：A一直流电流表；v一宜流电压表R一可变电阻：B一电镀槽；1一阳极；2一阴极组成的电镀溶液：与电镀液相接触的两个电极，镀件要挂在阴极，阳极～般是要镀覆的金属。电镀装置如图l—l所示【3】=电镀过程中，阳极发生氧化反应Me—Me”++ne，阴极发生还原反应Me”+ne—Me，完成电沉积过程必须经过以下三个步骤【4_

5、：液相传质：镀液中的水化金属离予或络离子从溶液内部向阴极界面迁移，到达阴极的双电层溶液一侧；电化学反应：水化金属离子或络离子通过双电层，并去掉它周围的水化分子或配位体层，从阴极上得到电子生成金属原子(

6、吸附原子1：电结晶：金属原子沿金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在晶格内，形成镀层。如图1-2所示是电沉积过程示意图。图1．2电沉积过程电镀时，以上三个步骤是同时进行的，但进行的速度不同，速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制性环节。不同步骤作为控制性l绪论环节，最后的电沉积结果是不一样的。1．2．2金属离子阴极还原的可能性原则上讲，只要电极电位足够负，任何金属离子都有可能在电极上还原或电沉积。但是并非所有金属离子都能从水溶液中进行沉积，因为金属离子在其水溶液中具有一定的平衡电位，当阴极达到平衡电位并获得一定过电位，即达到析出电位时，金属离子才能沉积。水溶液中

7、具有多种离子，其中对金属离子还原影响最大的是氢离子。所以金属离子是否能够还原，不仅决定于本身的电化学性质，也决定于与氢离子还原电位的相对关系。如果金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属很难沉积。可以利用元素周期表来说明实现金属离子还原过程的可能性【5J。在周期表的70多种金属元素中，约有30多种可以在水溶液中沉积。一般说来，若金属元素在周期表中的位置越靠近左边，则其在电极上还原及沉积的可能性也越小；反之，金属在周期表中的位置越靠近右边，则这些金属的还原过程越易实现。在水溶液中大致以铬分族为分界线，铬分族左方的金属如Li、Na、K、Be、Mg、Ca等

8、标准电极电位比氢负得多，很难沉积，即使在阴极上还原，也会立即与水反应而氧化，但能以汞齐的形式沉积。铬分族中诸元素可以自水溶液中沉积，越靠右边的金属越易还原，而且交换电流密度较小，Fe、Co、Ni等元素的更小，在单盐水溶液中就可以得到较好的镀层。在铬分族右端的金属如cu、zn、cd、A2等，其电极电位更向正移动，但交换电流密度较大，可以在水溶液中沉积而且析出速度较大，为了得到致密的镀层，常采用络合物镀液。本次研究之所以以Cr电沉积为研究重点，一方面由于cr是电镀工艺中应用最广的镀种之～，另一方面也是由于Cr比较容易自水溶液中沉积出来，工艺比