硫酸鹽體系三價鉻常溫鍍鉻鍍層的性能研究

胡君梅

（湖北省化學(xué)工業(yè)研究設(shè)計院，湖北武漢430073）

硫酸鹽體系三價鉻常溫鍍鉻鍍層的性能研究

胡君梅

（湖北省化學(xué)工業(yè)研究設(shè)計院，湖北武漢430073）

摘要：對硫酸鹽體系三價鉻電鍍鍍層性能進(jìn)行了分析，測試了鍍層的硬度、結(jié)合力和耐腐蝕性能，并采用X-射線衍射儀對鍍鉻層的晶型進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，硫酸鹽體系三價鉻鍍層質(zhì)量良好，具有優(yōu)良的耐蝕性能。

關(guān)鍵詞：三價鉻；硫酸鹽體系；鍍鉻；耐蝕性

鉻是一種略帶淺藍(lán)色的銀白色金屬。鍍鉻層具有良好的硬度、耐磨性、耐蝕性，且不易變色并能長期保持光澤。這些是其他鍍層難以達(dá)到的，不僅用于裝飾性鍍層，還大量用于功能性鍍層，因此，鍍鉻在工程應(yīng)用方面具有特殊的地位[1，2]。但Cr（Ⅵ）毒性很大，是致癌物質(zhì)，對環(huán)境容易造成污染，引起人們廣泛關(guān)注，紛紛限制Cr（Ⅵ）的排放[3 ]；同時隨著人們環(huán)保意識不斷提高，Cr（Ⅵ）電鍍鉻逐漸退出電鍍市場，取而代之的是環(huán)保型Cr（Ⅲ）電鍍鉻[4-7]。近年來，Cr（Ⅲ）溶液鍍鉻新技術(shù)在鍍裝飾鉻厚度方面獲得成功應(yīng)用，但其難以持續(xù)增厚，因而在鍍厚鉻方面的應(yīng)用受到限制。作者以市售KP- 6000硫酸鹽體系Cr（Ⅳ）電鍍液為研究對象，探討了鍍液pH值、鍍層熱處理溫度對鍍層硬度的影響，并對鍍層（厚度0.4～0.5μm）性能進(jìn)行了測試。

1　實(shí)驗部分

1.1試樣制備

陽極為DSA板（100mm×33mm×1mm），以鋼板（40mm×25mm×2mm）為底材。在電沉積前，對鋼板基體進(jìn)行前處理，以0～6#的金相砂紙進(jìn)行打磨、化學(xué)除油、稀酸浸蝕及活化等處理。

1.2鍍液組成及工藝條件

KP- 6000硫酸鹽體系Cr（Ⅲ）鍍鉻鍍液組成及工藝條件，見表1。

1.3測試方法

（1）采用401MVDTM型維氏顯微硬度計測量鍍層的顯微硬度，載荷為50g，加載時間為15s，取5點(diǎn)平均值作為鍍層的顯微硬度。

（2）用BRUKER D8 ADVANCE X射線衍射儀，對鍍層進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。測試條件：Cu靶，λ=0.15418 （?），管壓管流為40kV/40mA，掃描速率8°·min-1，步寬為0.02°，掃描范圍為10°～80°。

（3）鍍層的結(jié)合力測試，采用劃線試驗和彎曲試驗。

（4）鍍層耐腐蝕性測試，采用中性鹽霧試驗，鋼板電鍍30min進(jìn)行封閉處理（水性硅封閉劑，氨水調(diào)pH值為8.5，室溫浸30s，滴干，80℃烘5～10min）后，在YWX/Q- 150型鹽霧腐蝕箱中進(jìn)行中性鹽霧試驗，并記錄表面出現(xiàn)紅點(diǎn)的時間。實(shí)驗條件：（50± 5）g·L-1NaCl溶液，pH值6.8，溫度（35±2）℃；相對濕度98%；降霧量1～2mL·（h·80cm2）-1；連續(xù)噴霧480h。

表1　鍍液組分及工藝條件Tab.1 The plating solution constituent and The process conditions

2　結(jié)果與討論

2.1鍍液pH值對鍍層硬度的影響

鍍液溫度為30℃，電鍍時間為30min，考察鍍液pH值對鍍層硬度的影響，結(jié)果見圖1。

鍍層為光亮銀白色。

圖1　鍍液pH值對鍍層硬度的影響Fig.1 Relationship between pH value and deposit hardness

由圖1可知，鍍液pH值在2～3.5范圍內(nèi)，鍍層硬度隨著pH值的增加而先增大后減小，在pH值為3.0左右時，鍍層硬度最大，約為7550MPa。

購銷合同是企業(yè)應(yīng)收賬款的一個保障，企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)銷售人員及財務(wù)人員的意見制定一份規(guī)范的購銷合同，該合同中要寫出企業(yè)之間應(yīng)該遵守的準(zhǔn)則，并且要明確違約的處罰方法，銷售人員在賒銷時要依據(jù)該合同內(nèi)容同客戶簽訂合約。如果在簽訂過程中，需要對合同內(nèi)容進(jìn)行修改的，銷售人員要向管理人員及時反映，管理人員標(biāo)準(zhǔn)才可做出修改。每一筆賒銷業(yè)務(wù)都需要簽訂規(guī)范的合同，這給企業(yè)的應(yīng)收賬款提供了一個法律憑據(jù)，當(dāng)應(yīng)收賬款無法收回時，企業(yè)可以憑借該合同通過法律途徑來維護(hù)自己的權(quán)益。

2.2熱處理溫度對鍍層硬度的影響

在鍍液pH值為3.0、鍍液溫度為30℃、電鍍時間為30min的條件下，考察鍍層熱處理溫度（50、100、150、200、250、300和350℃下熱處理1h，常溫退火）對鍍層硬度的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　熱處理溫度與硬度的關(guān)系Fig.2 Relationship between temperature of heat treatment and deposit hardness

由圖2可知，熱處理溫度在50～350℃范圍內(nèi)，隨著熱處理溫度的提高，鍍層的硬度逐漸增加，但當(dāng)熱處理溫度超過300℃，鍍層顏色已開始略發(fā)黃。

2.3鍍層結(jié)合力測試

在鍍層上用硬質(zhì)鋼刀劃兩條相距約2mm的平行線，并且使劃刀一次就劃破鍍層達(dá)到基體金屬。觀察發(fā)現(xiàn)，兩條刻線間的鍍層無剝離和脫落現(xiàn)象。同時，剪下長2cm×1cm的鍍片，然后用夾鉗夾住一段，用手將另一端反復(fù)彎曲，直到鍍片斷裂。觀察發(fā)現(xiàn)，基體和鍍層一起斷裂，然后用小刀剝離，鍍層未出現(xiàn)起皮、破裂和脫落等跡象。由此劃線試驗和彎曲試驗表明鍍層的結(jié)合力良好。

2.4鹽霧實(shí)驗

中性鹽霧試驗表明：本實(shí)驗所得Cr（Ⅲ）鍍層，經(jīng)7周期（168h）連續(xù)噴霧，出現(xiàn)紅色腐蝕產(chǎn)物，表明硫酸鹽Cr（Ⅲ）鍍層經(jīng)水性硅封閉后具有較好的耐蝕性能。

2.5鍍層x射線衍射分析

在鍍液pH值為3.0、溫度為30℃、電鍍時間為30min的條件下，Cr（Ⅲ）鍍層原鍍態(tài)及原鍍態(tài)分別經(jīng)過100、200、300和350℃下熱處理1h后，進(jìn)行XRD衍射測試結(jié)果見如圖3。

圖3　不同溫度熱處理后鍍層的X射線衍射圖Fig.3 XRD patterns of deposits after heat treatment at different temperatures

由圖3可知，原鍍態(tài)和經(jīng)過100、200℃熱處理的鉻鍍層，在2?=44°附近有一寬峰（饅頭峰），沒有金屬鉻典型的特征峰，故為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；經(jīng)300℃和350℃熱處理后的鉻鍍層在2?=44.3°時有非常強(qiáng)的衍射峰，對應(yīng)于鉻的（1l0）晶面；在2?=64.5°附近有1個相對較弱的衍射峰，分別對應(yīng)于鉻的（200）和（211）晶面。其中（110）和（211）晶面為α相，（200）晶面為Y相，因此，此時鉻鍍層主要以α相鉻形式存在，為典型的體心立方結(jié)構(gòu)。鉻鍍層的原鍍態(tài)為非晶態(tài)，熱處理過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，與文獻(xiàn)[8]結(jié)果基本相符，鍍層由非晶態(tài)轉(zhuǎn)為晶態(tài)也可能是鍍層的硬度增加的原因。

3　結(jié)論

對市售KP- 6000硫酸鹽體系Cr（Ⅲ）電鍍鉻，測試了鍍層的硬度、結(jié)合力和耐腐蝕性能，并采用X-射線衍射儀對鍍鉻層進(jìn)行了衍射分析。鍍層的硬度在pH值2～3.5范圍內(nèi),呈拋物線變化；鍍層隨熱處理溫度升高硬度也增加，而且在熱處理過程中也由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)；鍍層結(jié)合力和耐鹽霧性能均比較好，硫酸鹽體系Cr（Ⅲ）鍍層具有優(yōu)良的耐蝕性。

參考文獻(xiàn)

［1］Jamese H, Decorative L. Hard chromium plating［J］. Plating and Surface Finishing, 2004,90（8）:16.

［2］El- Sharif M, Mcdougall J, Chisholm C U. Electrodeposition of thick chromium coating from an environmentally acceptable chromium（Ⅲ）glycine complex［J］. Trans IMF, 1999,77（4）:139.

［3］雷勇，陳旭澤，伍佳偉，等. C15型木質(zhì)活性炭吸附六價鉻離子的研究［J］.化學(xué)與生物工程，2014,31（7）：66- 67.

［4］曾志翔,王立平，陳麗.三價鉻電鍍硬鉻及鍍層性能的研究［J］.電鍍與環(huán)保，2006，26（4）：11- 13.

［5］楊哲龍，屠振密，張景雙，等.三價鉻電鍍的新進(jìn)展［J］.電鍍與環(huán)保，2001，21（2）：1- 4.

［6］LINDSAY J H Jr. Decorative & hard chromium plating［J］.Plating and Surface Finishing，1999，86（11）：40- 42.

［7］吳慧敏，康健強(qiáng)，左正忠，等.三價鉻電鍍的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展［J］.材料保護(hù)，2O04,37（8）：29- 31.

［8］EL- SHARIF M, MA S, CHISHOLMC U. Environmentally acceptable process for electrodeposition of hard chromium from chromium（Ⅲ）electrolyte［J］.Transactions of the Institute of Metal Finishing,1995，73（1）：19- 25.

中圖分類號：TQ153.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tg 20150263

收稿日期：2014- 00- 00

作者簡介：胡君梅，女，湖北松滋人，工程師，主要從事化工產(chǎn)品質(zhì)量檢測。

Study on the properties of sulfate system trivalent chromium coating

HU Jun-mei

（Hubei Research and Design Institute of Chemical Industry, Wuhan 430073, China）

Abstract：A sulfate Trivalent chromium coating was studied in this paper. The properies of coating were analysed such as Hardness, adhesive force，and corrosion resistance. Surface Crystal form of the chromium coating was characterized by X-ray diffraction（XRD）.Results showed the chromium coating quality is excellent, and corrosion resistance can satisfy requirement. So the coating got from sulfate trivalent chromium plating has good corrosion resistance．

Key words：trivalent chromium；sulfate system；chromium plating；corrosion resistance