高效復合鍍鉻添加劑的研究

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1、l緒論1緒論1．1引言電鍍已被廣泛地用于防銹、防蝕、耐磨、表面裝飾等工件上，而且已發(fā)展到普通電鍍、合金電鍍、復合電鍍、塑料電鍍、貴金屬電鍍、電刷鍍等多個種類Ⅲ。但是目前電鍍尚存在許多問題，主要是：①鍍層結(jié)合強度差，有些鍍層會大面積脫落：②鍍層薄厚不均，主要表現(xiàn)在鍍件低凹部分不容易鍍上，或鍍層較??；③鍍層的光亮性差，表現(xiàn)在鍍層發(fā)暗發(fā)狄、光潔度差；④鍍層耐蝕性差，表現(xiàn)在電鍍表面使用很短時間就發(fā)舊，起銹斑：⑤電流效率低，沉積速度慢，電鍍成了耗電大戶；⑥鍍液污染嚴重。雖然有些電鍍廠在以上存在的六大問題中，某一項已經(jīng)克服，例如鍍層的光亮性問題解決了，但耐蝕性要求未達到；有些使用無

2、氰電鍍減少了對環(huán)境的污染，但結(jié)合強度或光亮度沒有徹底解決。目前比較好的電鍍廠主要使用國外進口的電鍍添加劑以改善電鍍質(zhì)量，但國外進口的價格較高，一般每公斤二百元左右。針對我國電鍍行業(yè)存在的問題，陜西省科委特列專題進行研究。由于鉻是電鍍工藝中應用最廣的鍍種之一，鉻層性能優(yōu)良，具有強烈的鈍化能力、良好的化學穩(wěn)定性、高硬度和反射能力以及低的摩擦系數(shù)，被廣泛應用于防護裝飾性和耐磨鍍層中，而且鉻比較容易自水溶液中沉積出來，工藝比較簡單，易于控制，因此本文以鍍鉻添加劑研究作為重點。其目的是找出一種國際上較先進的鍍鉻液配方，既可以解決鍍層結(jié)合強度差的難題，又能解決鍍層不均勻、電流效率低

3、、光亮性、耐蝕性差的問題，另外注意對環(huán)境的污染，并在此基礎(chǔ)上對添加劑作用機理進行探討，以實現(xiàn)高質(zhì)量的電鍍添加劑的國產(chǎn)化。西安理工大學碩士學位論文—————————_——————●—————————————————————————————————————————————————～1．2電鍍簡介1．2．1電鍍原理電鍍是一種電沉積過程，即電解液中的金屬離子(或絡(luò)合離子)在直流電的作用下，在陰極表面上還原成金屬(或臺金)的過程【2I。進行電鍍必須具備兩個條件：一是電鍍液必須含有被鍍金屬的離子；二是要有直流電通過。所以電鍍裝莆主要有：直流電源；能傳導電流并且具有一定l。f上◇”·

4、r掣【f，由，亡2，[]B圖l—l電鍍裝置示意圖E～直流電源：A一直流電流表；v一宜流電壓表R一可變電阻：B一電鍍槽；1一陽極；2一陰極組成的電鍍?nèi)芤海号c電鍍液相接觸的兩個電極，鍍件要掛在陰極，陽極～般是要鍍覆的金屬。電鍍裝置如圖l—l所示【3】=電鍍過程中，陽極發(fā)生氧化反應Me—Me”++ne，陰極發(fā)生還原反應Me”+ne—Me，完成電沉積過程必須經(jīng)過以下三個步驟【4_

5、：液相傳質(zhì)：鍍液中的水化金屬離予或絡(luò)離子從溶液內(nèi)部向陰極界面遷移，到達陰極的雙電層溶液一側(cè)；電化學反應：水化金屬離子或絡(luò)離子通過雙電層，并去掉它周圍的水化分子或配位體層，從陰極上得到電子生成金屬原子(

6、吸附原子1：電結(jié)晶：金屬原子沿金屬表面擴散到達結(jié)晶生長點，以金屬原子態(tài)排列在晶格內(nèi)，形成鍍層。如圖1-2所示是電沉積過程示意圖。圖1．2電沉積過程電鍍時，以上三個步驟是同時進行的，但進行的速度不同，速度最慢的一個被稱為整個沉積過程的控制性環(huán)節(jié)。不同步驟作為控制性l緒論環(huán)節(jié)，最后的電沉積結(jié)果是不一樣的。1．2．2金屬離子陰極還原的可能性原則上講，只要電極電位足夠負，任何金屬離子都有可能在電極上還原或電沉積。但是并非所有金屬離子都能從水溶液中進行沉積，因為金屬離子在其水溶液中具有一定的平衡電位，當陰極達到平衡電位并獲得一定過電位，即達到析出電位時，金屬離子才能沉積。水溶液中

7、具有多種離子，其中對金屬離子還原影響最大的是氫離子。所以金屬離子是否能夠還原，不僅決定于本身的電化學性質(zhì)，也決定于與氫離子還原電位的相對關(guān)系。如果金屬離子還原電位比氫離子還原電位更負，則電極上大量析氫，金屬很難沉積?？梢岳迷刂芷诒韥碚f明實現(xiàn)金屬離子還原過程的可能性【5J。在周期表的70多種金屬元素中，約有30多種可以在水溶液中沉積。一般說來，若金屬元素在周期表中的位置越靠近左邊，則其在電極上還原及沉積的可能性也越?。环粗?，金屬在周期表中的位置越靠近右邊，則這些金屬的還原過程越易實現(xiàn)。在水溶液中大致以鉻分族為分界線，鉻分族左方的金屬如Li、Na、K、Be、Mg、Ca等

8、標準電極電位比氫負得多，很難沉積，即使在陰極上還原，也會立即與水反應而氧化，但能以汞齊的形式沉積。鉻分族中諸元素可以自水溶液中沉積，越靠右邊的金屬越易還原，而且交換電流密度較小，F(xiàn)e、Co、Ni等元素的更小，在單鹽水溶液中就可以得到較好的鍍層。在鉻分族右端的金屬如cu、zn、cd、A2等，其電極電位更向正移動，但交換電流密度較大，可以在水溶液中沉積而且析出速度較大，為了得到致密的鍍層，常采用絡(luò)合物鍍液。本次研究之所以以Cr電沉積為研究重點，一方面由于cr是電鍍工藝中應用最廣的鍍種之～，另一方面也是由于Cr比較容易自水溶液中沉積出來，工藝比