硫酸鹽體系三價鉻鍍鉻工藝及 鍍層性能的研究
劉小珍, 李 昕, 許路坤, 王 剛
( 1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院化工系,上海200235;2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海200090)
中國鑄造網(wǎng) 摘要：采用硫酸鹽體系進(jìn)行三價鉻鍍鉻,獲得了光亮銀白色鍍層。分別研究了鍍液的pH值、鍍液溫度、電流密度、熱處理溫 度等對鍍層硬度的影響;分別用X射線衍射法、掃描電鏡法等研究了鍍層的性質(zhì)。當(dāng)溶液的pH值為2.4,鍍液溫度為45℃, 電流密度為45 A/dm2時,鍍層的硬度和摩擦系數(shù)分別為7 740 MPa和0.816。鍍層分別在25℃,200℃,250℃,300℃和 350℃下進(jìn)行熱處理,鍍層的硬度分別為7 740 MPa,8 750 MPa,9 010 MPa,9 250 MPa,9 450 MPa,鍍層的硬度增加的原因可能是鍍層由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)化所致。
關(guān)鍵詞：三價鉻;鍍鉻;硫酸鹽體系;顯微硬度
前言
鍍鉻層具有良好的硬度、耐磨性、耐蝕性和裝飾 性,不僅用于裝飾性鍍層,還大量用于功能性鍍 層,目前常用的是六價鉻鍍鉻工藝。而六價鉻是 被美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)確定為17種高度危險毒 性物質(zhì)之一,EPA已明確規(guī)定將于2010年前全面 禁止六價鉻電鍍生產(chǎn)。歐美各國相繼制定了相關(guān) 法規(guī)禁止使用六價鉻鍍鉻工藝,目前各國都在研究 替代六價鉻鍍鉻的工藝。三價鉻鍍鉻工藝由于能減 少對環(huán)境的污染,故又稱為"環(huán)保鉻"。目前所研 究的三價鉻溶液多以甲酸、乙酸、蘋果酸、檸 檬酸和草酸等為配位劑,但僅用單一的配位劑 的鍍液和鍍層性能一般不夠理想,通常以兩種或多 種配位劑聯(lián)合使用,效果更好。當(dāng)前三價鉻鍍 鉻體系主要有硫酸鹽體系、氯化物體系和硫酸鹽-氯 化物混合體系。而采用氯化物體系和硫酸 鹽-氯化物混合體系鍍鉻,因陽極產(chǎn)生氯氣而影響環(huán) 境,不利于電鍍行業(yè)的清潔生產(chǎn)。
本文采用硫酸鹽體系,并將草酸和另一種配位 劑復(fù)配作為配位劑進(jìn)行三價鉻鍍鉻。研究了工藝條 件對鉻鍍層硬度的影響,分別用X射線衍射法和掃 描電鏡法等研究了鍍層的晶形、形貌和成分等。
1 實驗
1.1 試樣制備
實驗以100 mm×33 mm×1 mm的DSA板為 陽極,以40 mm×25 mm×0.5 mm的不銹鋼為底 材。在電沉積前,對不銹鋼基體進(jìn)行0#~6#的金 相砂紙打磨、化學(xué)除油、稀酸浸蝕及活化等前處理, 以增強(qiáng)鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。
1.2 鍍液組成及工藝條件
鍍液組成:CrK(SO4)2·12H2O 200~400 g/L, NaF 30~50 g/L,Al2(SO4)3·18H2O 150~300 g/L, Na2C2O430~50 g/L,配位劑30~50 g/L。工藝條 件:溫度25~45℃,電流密度28~45 A/dm2,磁轉(zhuǎn) 子攪拌速率400 r/min。
1.3 測試方法
(1)采用401 MVDTM型維氏顯微硬度計測量 鍍層的顯微硬度,載荷為50 g,加載時間為15 s,取 5點平均值作為鍍層的顯微硬度。
(2)采用TRB 01-025 39型銷-盤式摩擦磨損試 驗機(jī),考察復(fù)合鍍層的摩擦磨損性能。測試條件:室 溫,干摩擦,空氣相對濕度(50±2) %,溫度為 (23±1)℃;摩擦副為直徑6 mm的小球,材質(zhì)為 100 Cr6;載荷為5 N,摩擦速率為0.12 m/s,磨痕半 徑為5 mm,轉(zhuǎn)速為5 000 r/min。試樣前后均經(jīng)丙 酮清洗,用BS 224S型電子分析天平測定試樣的磨 損質(zhì)量損失。
(3)用日本理學(xué)D/max 2200型全自動X射線 衍射儀,對鍍層進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。測試條件:陽極為銅 靶(λ=15.405 6 nm),管電壓40 kV,管電流20 mA,2θ掃描范圍10°~80°,掃描速率5°/min。
(4)采用FEI Quanta 200FEG場發(fā)射環(huán)境掃 描電子顯微鏡,觀察鍍層的表面形貌。
2 結(jié)果與討論
2.1 鍍液的pH值對鍍層硬度的影響
鍍液溫度為35℃,電流密度為28 A/dm2,電鍍 時間為30 min,鍍層為光亮銀白色。圖1為鍍液的 pH值對鍍層硬度的影響。
由圖1可知:鍍液的pH值在1.9~2.9范圍 內(nèi),鍍層的硬度變化不大;pH值為2.4時,鍍層的 硬度為最大值7 370 MPa;pH值在2.9~3.6范圍 內(nèi),鍍層的硬度逐漸變小。
2.2 鍍液的溫度對鍍層硬度的影響
在溶液的pH值為2.4,電流密度為28 A/dm2, 電鍍時間為30 min的條件下,研究了鍍液的溫度對 鍍層硬度的影響,如圖2所示。由圖2可知:鍍層的 硬度隨溫度的上升而增加,從6 690 MPa逐漸增加 到7 650 MPa。
