硫酸鹽體系快速鍍三價鉻工藝

    郭崇武，賴奐汶

    （廣州超邦化工有限公司，廣東廣州510460）

    摘要：制定了硫酸鹽體系三價鉻電鍍裝飾鉻的新工藝。該工藝鍍速達到0.057~0.077μm/min，且不隨時間而變化。鍍液性能穩定，操作簡單，便於維護。鍍層光滑，無裂紋或孔隙，結合力強，厚度可達0.3μm以上，中性鹽霧試驗72h不變色，恆定溼熱試驗、冷熱衝擊試驗、人造汗液測試及抗化學汙染測試均合格。

    關鍵詞：三價鉻電鍍；硫酸鹽體系；鍍速；穩定性

    中圖分類號：TQ153.11 文獻標誌碼：A 文章編號：1004-227X(2011)10-0013-04

    1·前言

    進入21世紀，三價鉻電鍍的應用發展加快，主要應用於裝飾性鍍鉻，在中國華南和華東地區使用較廣。早期以引進國外知名品牌為主，氯化物體系以安美特公司的三價鉻電鍍工藝為代表，硫酸鹽體系以麥德美公司的第二代和第三代產品為代表，兩大公司的產品佔領了中國的大部分三價鉻電鍍市場。近幾年國內一些公司也陸續推出了自己的產品，廣州二輕研究所研發的硫酸鹽三價鉻電鍍工藝具有代表性。早期氯化物體系發展較快，對氯化物電鍍的特性研究及應用較多。但氯化物體系電鍍時在陽極上析出氯氣，對環境和人體有害，鍍層的色澤接近不鏽鋼，不如六價鉻鍍層亮麗，並且鍍層在潮溼季節中容易長黴點。近幾年硫酸鹽體系電鍍得到了快速的發展，有取代氯化物體系的發展趨勢。

    對於硫酸鹽體系三價鉻鍍裝飾鉻，麥德美二代產品鍍鉻速度慢，並且鍍厚時鍍層發霧，鍍層厚度達不到0.25μm，只能應用於中低端產品的裝飾性電鍍。麥德美三代產品能夠滿足高端產品裝飾性鍍鉻的要求，但在生產實踐中發現，鍍鉻速度仍然較慢，生產效率不夠高，還不能很好地滿足生產需求。2010年廣州超邦化工有限公司研製了Trich-9551三價鉻鍍鉻工藝，較大幅度地提高了硫酸鹽體系三價鉻鍍裝飾鉻的速度。經過試生產後，2011年將Trich-9551產品推向了市場。

    2·Trich-9551三價鉻鍍鉻工藝

    2.1 操作條件

    2.2 鍍液的配製

    (1)注入3/5的純水於鍍槽中，加熱至55°C。

    (2)在不斷攪拌條件下緩慢加入Trich-9551CS導電鹽使其溶解。

    (3)在攪拌中加入Trich-9551B補充劑，然後加活性炭粉2g/L，48~55°C保溫6h左右，然後過濾鍍液。

    (4)調整鍍液pH至3.4。用小電流電解2h以上，Jk=0.5~2.0A/dm2。

    (5)加Trich-9551M開缸劑和Trich-9551WA潤溼劑，試鍍。

    2.3 添加劑的功能和補加量

    2.3.1 Trich-9551M開缸劑

    只在開缸時使用，平時維護無需補加。

    2.3.2 Trich-9551A添加劑

    用於維護鍍層的顏色和電流效率，添加越多，沉積速度越快；然而，添加過量會導致鍍層發霧和覆蓋能力變差。Trich-9551A添加劑的補加量應控制在100~140mL/(kA·h)，補加120mL/(kA·h)比較適宜，要遵循少加勤加的原則。Trich-9551A添加劑的分解產物對鍍液的覆蓋能力產生不良影響。若赫爾槽試驗發現鍍層覆蓋試片的長度減少，則需要用1~2g/L活性炭處理鍍液。活性炭處理後，一般需要適量(0.5~1.0mL/L)補加Trich-9551A添加劑。鍍液中有機雜質較多時應先加0.5~1.0g/L雙氧水處理，再用活性炭吸附。

    2.3.3 Trich-9551B補充劑

    主要用於提供鍍液中的三價鉻鹽，鍍液中三價鉻離子的質量濃度為12~18g/L，一般控制在15g/L左右，可根據分析數據補充。向鍍液中加19.2mL/LTrich-9551B補充劑，可提供1g/L的金屬鉻。Trich-9551B補充劑的消耗量約為1.2~1.8L/(kA·h)。

    2.3.4 Trich-9551CA配位劑

    用於配位鍍槽中的三價鉻離子，一般不需要添加，過量添加會導致電流效率下降。

    2.3.5 Trich-9551CS導電鹽

    用於提高鍍液的導電性和穩定鍍液的pH。一般要求鍍液中硼酸的質量濃度為65~75g/L。根據硼酸的分析數據補加導電鹽，向鍍液中加5g/L導電鹽可提供硼酸1g/L。

    2.3.6 Trich-9551WA潤溼劑

    主要起潤溼和抑制鉻霧作用，其消耗量為50~100mL/(kA·h)。

    2.3.7 Trich-9551PF淨化劑

    專用於硫酸鹽三價鉻電鍍工藝，沉澱鍍液中的金屬雜質，添加量為1~2mL/L，處理後需加活性炭吸附和過濾鍍液。

    2.3.8 30%碳酸鈉溶液

    鍍液pH在電鍍過程中會降低，需用碳酸鈉溶液提高pH。

    2.4 工藝特點

    鍍層藍白色，接近六價鉻鍍層的色澤，硬度高，耐磨性、耐蝕性好，厚度能夠達到0.3μm以上。鍍液覆蓋能力高，操作簡單，便於維護，不含六價鉻，廢水處理簡單。

    2.4.1 鍍速

    在赫爾槽中放250mLTrich-9551鍍液，溫度控制在53~55°C，5A電流施鍍30min，用武漢材料保護研究所生產的ZD-B智能電解測厚儀測定鍍鉻層厚度，然後計算鍍鉻速率，所得結果列於表1。表1中還列出了在相同條件下，用市場上流行的某知名品牌硫酸鹽三價鉻鍍液測定的鍍鉻速率。實驗表明，Trich-9551鍍液的鍍鉻速率是某品牌鍍液的1.46~1.90倍，其數值已經接近氯化物體系三價鉻的鍍鉻速率。

    用Trich-9551鍍液鍍赫爾槽試片90min，所得鍍鉻速度與表1中的Trich-9551數據相同。使用Trich-9551鍍液，鍍層可連續增厚，其性能與早期的三價鉻鍍液相比得到了根本性的改變。

    2.4.2 鍍液穩定性

    用250mL赫爾槽檢驗鍍液的穩定性，按Trich-9551工藝條件嚴格操作。每張試片用5A電流施鍍5min，連續鍍500張試片，鍍層的厚度和外觀基本保持不變，鍍層對試片的覆蓋長度在75~85mm的範圍內，一般在80mm左右。實驗表明，Trich-9551三價鉻鍍液相當穩定。