硫酸盐体系三价铬常温镀铬镀层的性能研究

胡君梅

（湖北省化学工业研究设计院，湖北武汉430073）

硫酸盐体系三价铬常温镀铬镀层的性能研究

胡君梅

（湖北省化学工业研究设计院，湖北武汉430073）

摘要：对硫酸盐体系三价铬电镀镀层性能进行了分析，测试了镀层的硬度、结合力和耐腐蚀性能，并采用X-射线衍射仪对镀铬层的晶型进行了表征。结果表明，硫酸盐体系三价铬镀层质量良好，具有优良的耐蚀性能。

关键词：三价铬；硫酸盐体系；镀铬；耐蚀性

铬是一种略带浅蓝色的银白色金属。镀铬层具有良好的硬度、耐磨性、耐蚀性，且不易变色并能长期保持光泽。这些是其他镀层难以达到的，不仅用于装饰性镀层，还大量用于功能性镀层，因此，镀铬在工程应用方面具有特殊的地位[1，2]。但Cr（Ⅵ）毒性很大，是致癌物质，对环境容易造成污染，引起人们广泛关注，纷纷限制Cr（Ⅵ）的排放[3 ]；同时随着人们环保意识不断提高，Cr（Ⅵ）电镀铬逐渐退出电镀市场，取而代之的是环保型Cr（Ⅲ）电镀铬[4-7]。近年来，Cr（Ⅲ）溶液镀铬新技术在镀装饰铬厚度方面获得成功应用，但其难以持续增厚，因而在镀厚铬方面的应用受到限制。作者以市售KP- 6000硫酸盐体系Cr（Ⅳ）电镀液为研究对象，探讨了镀液pH值、镀层热处理温度对镀层硬度的影响，并对镀层（厚度0.4～0.5μm）性能进行了测试。

1　实验部分

1.1试样制备

阳极为DSA板（100mm×33mm×1mm），以钢板（40mm×25mm×2mm）为底材。在电沉积前，对钢板基体进行前处理，以0～6#的金相砂纸进行打磨、化学除油、稀酸浸蚀及活化等处理。

1.2镀液组成及工艺条件

KP- 6000硫酸盐体系Cr（Ⅲ）镀铬镀液组成及工艺条件，见表1。

1.3测试方法

（1）采用401MVDTM型维氏显微硬度计测量镀层的显微硬度，载荷为50g，加载时间为15s，取5点平均值作为镀层的显微硬度。

（2）用BRUKER D8 ADVANCE X射线衍射仪，对镀层进行结构分析。测试条件：Cu靶，λ=0.15418 （Å），管压管流为40kV/40mA，扫描速率8°·min-1，步宽为0.02°，扫描范围为10°～80°。

（3）镀层的结合力测试，采用划线试验和弯曲试验。

（4）镀层耐腐蚀性测试，采用中性盐雾试验，钢板电镀30min进行封闭处理（水性硅封闭剂，氨水调pH值为8.5，室温浸30s，滴干，80℃烘5～10min）后，在YWX/Q- 150型盐雾腐蚀箱中进行中性盐雾试验，并记录表面出现红点的时间。实验条件：（50± 5）g·L-1NaCl溶液，pH值6.8，温度（35±2）℃；相对湿度98%；降雾量1～2mL·（h·80cm2）-1；连续喷雾480h。

表1　镀液组分及工艺条件Tab.1 The plating solution constituent and The process conditions

2　结果与讨论

2.1镀液pH值对镀层硬度的影响

镀液温度为30℃，电镀时间为30min，考察镀液pH值对镀层硬度的影响，结果见图1。

镀层为光亮银白色。

图1　镀液pH值对镀层硬度的影响Fig.1 Relationship between pH value and deposit hardness

由图1可知，镀液pH值在2～3.5范围内，镀层硬度随着pH值的增加而先增大后减小，在pH值为3.0左右时，镀层硬度最大，约为7550MPa。

购销合同是企业应收账款的一个保障，企业应当根据销售人员及财务人员的意见制定一份规范的购销合同，该合同中要写出企业之间应该遵守的准则，并且要明确违约的处罚方法，销售人员在赊销时要依据该合同内容同客户签订合约。如果在签订过程中，需要对合同内容进行修改的，销售人员要向管理人员及时反映，管理人员标准才可做出修改。每一笔赊销业务都需要签订规范的合同，这给企业的应收账款提供了一个法律凭据，当应收账款无法收回时，企业可以凭借该合同通过法律途径来维护自己的权益。

2.2热处理温度对镀层硬度的影响

在镀液pH值为3.0、镀液温度为30℃、电镀时间为30min的条件下，考察镀层热处理温度（50、100、150、200、250、300和350℃下热处理1h，常温退火）对镀层硬度的影响，结果见图2。

图2　热处理温度与硬度的关系Fig.2 Relationship between temperature of heat treatment and deposit hardness

由图2可知，热处理温度在50～350℃范围内，随着热处理温度的提高，镀层的硬度逐渐增加，但当热处理温度超过300℃，镀层颜色已开始略发黄。

2.3镀层结合力测试

在镀层上用硬质钢刀划两条相距约2mm的平行线，并且使划刀一次就划破镀层达到基体金属。观察发现，两条刻线间的镀层无剥离和脱落现象。同时，剪下长2cm×1cm的镀片，然后用夹钳夹住一段，用手将另一端反复弯曲，直到镀片断裂。观察发现，基体和镀层一起断裂，然后用小刀剥离，镀层未出现起皮、破裂和脱落等迹象。由此划线试验和弯曲试验表明镀层的结合力良好。

2.4盐雾实验

中性盐雾试验表明：本实验所得Cr（Ⅲ）镀层，经7周期（168h）连续喷雾，出现红色腐蚀产物，表明硫酸盐Cr（Ⅲ）镀层经水性硅封闭后具有较好的耐蚀性能。

2.5镀层x射线衍射分析

在镀液pH值为3.0、温度为30℃、电镀时间为30min的条件下，Cr（Ⅲ）镀层原镀态及原镀态分别经过100、200、300和350℃下热处理1h后，进行XRD衍射测试结果见如图3。

图3　不同温度热处理后镀层的X射线衍射图Fig.3 XRD patterns of deposits after heat treatment at different temperatures

由图3可知，原镀态和经过100、200℃热处理的铬镀层，在2ø=44°附近有一宽峰（馒头峰），没有金属铬典型的特征峰，故为非晶态结构；经300℃和350℃热处理后的铬镀层在2ø=44.3°时有非常强的衍射峰，对应于铬的（1l0）晶面；在2ø=64.5°附近有1个相对较弱的衍射峰，分别对应于铬的（200）和（211）晶面。其中（110）和（211）晶面为α相，（200）晶面为Y相，因此，此时铬镀层主要以α相铬形式存在，为典型的体心立方结构。铬镀层的原镀态为非晶态，热处理过程中转变为晶态，与文献[8]结果基本相符，镀层由非晶态转为晶态也可能是镀层的硬度增加的原因。

3　结论

对市售KP- 6000硫酸盐体系Cr（Ⅲ）电镀铬，测试了镀层的硬度、结合力和耐腐蚀性能，并采用X-射线衍射仪对镀铬层进行了衍射分析。镀层的硬度在pH值2～3.5范围内,呈抛物线变化；镀层随热处理温度升高硬度也增加，而且在热处理过程中也由非晶态转变为晶态；镀层结合力和耐盐雾性能均比较好，硫酸盐体系Cr（Ⅲ）镀层具有优良的耐蚀性。

参考文献

［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，陈旭泽，伍佳伟，等. C15型木质活性炭吸附六价铬离子的研究［J］.化学与生物工程，2014,31（7）：66- 67.

［4］曾志翔,王立平，陈丽.三价铬电镀硬铬及镀层性能的研究［J］.电镀与环保，2006，26（4）：11- 13.

［5］杨哲龙，屠振密，张景双，等.三价铬电镀的新进展［J］.电镀与环保，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］吴慧敏，康健强，左正忠，等.三价铬电镀的现状及研究进展［J］.材料保护，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.

中图分类号：TQ153.1

文献标识码：A

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

收稿日期：2014- 00- 00

作者简介：胡君梅，女，湖北松滋人，工程师，主要从事化工产品质量检测。

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