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在三價鉻電鍍中,電鍍師傅經常苦惱的問題,你能解決多少
发布日期:2020-08-24 00:00:00    来源:

核心提示︰近幾年來,三價鉻電鍍技術迅速發展,三價鉻電鍍過程中存在許多急需解決的問題。如鍍液不穩定、對雜質比較敏感、生產成本高、鍍層

近幾年來,三價鉻電鍍技術迅速發展,三價鉻電鍍過程中存在許多急需解決的問題。如鍍液不穩定、對雜質比較敏感、生產成本高、鍍層色澤偏暗等。尤其是以下幾個方面都是在研究開發和生產中必須考慮的問題。

一、 三價鉻電鍍面臨的問題

1 .鍍層難以增厚

就目前的情況來看,三價鉻電鍍層的厚度一般只能達到幾個微米,因此只能應用于裝飾性的電鍍。分析其原因,這主要是因為隨著電鍍時間的增加,電鍍的條件發生了變化︰在電鍍過程中,陰極電流密度和時間是可以人為控制和恆定的,而溶液的pH值、溫度會隨著電鍍時間的延長而發生變化。pH值和溫度這兩個因素是導致電鍍層不能進一步增厚的主要原因。1.溫度的影響溫度升高,雖減少了金屬離子的濃差極化,也降低了三價鉻析出的過電位,但氫的析出過電位降低幅度更大,析出的氫仍遠遠大于鉻。故溫度較高時,鉻沉積層難以增厚。而在電鍍的過程中會放出熱量,因此隨著電鍍時間的延長,鍍液的溫度會升高,也就使鍍層增厚難以實現。2.pH值的影響三價鉻的價電子構型為3d3,電化學惰性比較高,在三價鉻鍍液中三價鉻與配體生成的配合離子比較穩定,難以在陰極析出,致使在陰極表面上有大量氫氣析出,結果造成陰極表面附近鍍液的pH值迅速升高,電流效率下降。陰極附近(距電極表面20μm處)pH值的變化(鍍液為甲酸鹽一乙酸鹽體系),隨著電鍍時間的延長,pH值迅速上升,甚至超過8,最後基本上達到一穩定值8.4~8.6。pH值的升高,將增強離子的各種羥橋基聚合反應。這些多聚配合物很穩定,使得鉻難以從聚合形式中脫逸並在陰極還原,導致電沉積鉻難以繼續進行。同時它們夾雜在鍍層里,也使得鍍層結晶不致密、疏松,甚至脫落而無法增厚。

2. 陽極選擇困難

就目前的情況來看,國內研究的各種三價鉻電鍍工藝幾乎都采用石墨陽極。采用不溶性陽極(石墨),其析氧過電位比較高,在電鍍的過程中,陽極析氧困難,致使三價鉻容易被陽極氧化為六價鉻,而六價鉻能毒化鍍液,使電鍍無法正常進行。同時文獻指出,石墨陽極的主要缺點有︰在槽液中的工作條件下不夠穩定,電極不斷氧化生成CO2;陽極崩壞而形成的炭粉渣會污染鍍液;電極氧化後變薄,引起內阻增大和陰、陽極之間的間距增大,導致槽壓增高。這些現象也已被本研究的前期工作實驗所證實。由于三價鉻電鍍的鍍液不穩定,而且對雜質很敏感,故一般不能選可溶性材料作陽極;而在不溶性陽極體系中三價鉻又容易被氧化成六價鉻,加速了鍍液的不穩定。因此三價鉻電鍍工藝和別的鍍種存在很大差別,它的陽極選擇是一大難題。忽視三價鉻電鍍工藝中陽極的研究,可能是國內三價鉻電鍍應用研究長期停滯不前的主要原因之一。

3. 鍍液成分復雜

經過長斯的探索和研究,國內研究者們提出了多種鍍液體系,在使用的過程中,由于成份太復雜,勢必會給管理維護帶來很大的麻煩,也使它的大規模工業化生產難以實現,這些都有待于進一步的改善。以上的這些原因使得三價鉻電鍍的研究長期以來進展不快,同時它們也是要實現三價鉻電鍍規模化生產所必須解決的問題。

二、 三價鉻電鍍問題的解決方法

1.鍍層難以增厚的解決方法

要解決三價鉻鍍層增厚的問題,從根本上來說就要減緩或抑制三價鉻配合物水解、取代等反應的進行。目前所用的方法主要有以下幾類︰(1)加入合適的緩沖劑(如H3BO3、NH4+、DMF等),減緩陰極區域pH值的上升,從而阻滯三價鉻配合物水解、取代等反應的進行。(2)加入甲酸根離子作為第二配位體,使其與水分子發生配體交換反應,增大三價鉻配合物的反應活性,促進鉻的沉積。(3)使用脈沖電鍍法,在脈沖電鍍過程中,利用脈沖電壓或脈沖電流的張弛(間隙工作),增強陰極電化學極化並降低濃差極化。脈沖電流的馳豫效應為三價鉻鍍液中活性配合物的還原和再生提供了有利條件,可使陰極反應物大致維持初始狀態,從而使電流效率保持在較高水平。不僅如此,脈沖電鍍還可以提高三價鉻鍍層的硬度和耐蝕性。

2.陽極選擇困難的解決方法

硫酸鹽體系三價鉻鍍液中陽極析氧劇烈,如果使用不溶性石墨陽極,會導致陽極嚴重破損,破碎的碳顆粒會吸附于陰極上,從而導致鍍層缺陷。不僅如此,機械科學研究總院碩士學位論文在環保型三價鉻電鍍工藝研究中發現氧氣在石墨陽極上析出超電勢非常大,因此會致使三價鉻優先被氧化為六價鉻。而如果使用鉛陽極或鐵素體陽極等可溶性陽極,由于陽極的溶解,會將Pb2+和Fe2+等雜質離子帶入鍍液,從而會對鍍液造成污染。具有高催化活性的DSA陽極析氧超電勢較小,可抑制六價鉻的產生,而且鍍層經過反復燒結,與欽基體結合緊密,在電鍍過程中不會因氣體析出而造成脫落。因此它可避免上述問題的出現,是硫酸鹽體系三價鉻電鍍的首選陽極。而在氯化物體系三價鉻鍍液中,由于鍍液中存在易氧化物質,可減少氧氣和六價鉻的產生,因此可以使用石墨陽極。然而氯化物體系又存在析氯問題,氯氣的析出也會使陽極造成一定程度的損壞。除在鍍液中加入抑制析氯組分外,石墨陽極的制作工藝也是需要考慮的。目前,三價鉻電鍍中傾向于使用高密度石墨,以減小氣體析出對陽極的破壞作用。

3.鍍液成分復雜的解決方法

三價鉻鍍鉻溶液成分復雜,主要原因是在電鍍的過程中加入了大量的添加劑,陽極帶來的其它金屬離子雜質,以及三價鉻氧化變成六價鉻等。對于其中大量的添加劑,電鍍過程中要使用盡量簡單穩定的添加劑,越少越好。陽極使用惰性電極,而且物理化學穩定,導電性較好。解決三價鉻氧化最有效的方法是在鍍液中加入還原劑,一般加入亞硫酸鈉、甲醛、稀有金屬化合物等,以使六價鉻還原為三價鉻。但加入此類還原劑不僅難以保證鍍液長期穩定地進行生產,過量的還原劑還會造成鍍層缺陷。

三.結束語

以上的這些原因使得三價鉻電鍍的研究長期以來進展緩慢,這也是實現三價鉻電鍍規模化生產所必須解決的問題。相信在不遠的將來,三價鉻電鍍必將會實現工業化應用。

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