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三价装饰镀铬发展史及未来发展趋势

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-05  浏览次数:729

最早关于镀铬的报导就是以三价铬形式出现的。1854年Mr.Bunsen采用以氯化铬形式进行的镀铬。两年以后,Mr.Geuther采用重铬酸钾进行了六价铬镀铬。在二十世纪二十年代,Mr.Sargent和Dr.Fink开发了以铬酸盐为主体的镀铬技术,经过众多开发研究人员的努力,形成了今天以标准液加氟化物添加剂的镀铬体系。也就是现行的以铬酸为主,加上硫酸、硅氟化物等催化剂的镀铬液。但是,六价铬镀铬因为在阴极有大量的氢和阳极有大量的氧析出而使铬雾飞溅而造成生产环境污染。而其大量排放的废水中的六价铬则对生态环境造成污染。

 

三价铬镀铬的研究始于二十世纪三十年代。到六十年代出现过在硫酸液中加尿素的方法。八十年代则开发出了甲酸做络合剂的三价铬镀铬技术。现在较通行的是在Canning公司开发的技术基础上改良的三价铬镀铬技术。我国在八十年代曾报导过Albright & Wilson公司推出的Alecra-3的三价镀铬技术。国内也开展过相关的研究,但尚没有工业化的产品推出。

 

三价铬镀铬有单槽方式和双槽方式,单槽方式中的阳极材料是石墨棒,其它与普通电镀一样。双槽方式是使用了阳极内槽,可以使用铅锡合金阳极置,另外作为阳极基础液使用了稀硫酸。

 

三价铬镀铬相对六价铬镀铬,容易操作,使用安全,无环境问题。但是存在一次设备投入较大和成本较高的不足。还有就是由于用户习惯了六价铬的色泽,在色度上有一个适应过程。但是,三价铬镀铬除了无环境污染问题,还有分散能力好和低电流区的耐腐蚀性较高等显著优点。三价铬镀铬与六价铬镀铬的比性能比较见表1,三价铬镀铬的典型工艺见表2。

 

表1三价铬镀铬和六价铬镀铬的比较

 

三价铬镀铬六价铬镀铬

单槽双槽

铬盐浓度g/L 20-24 5-10 75-150

PH值2.3-3.9 3.3-3.9 1以下

阴极电流A/dm2 5-20 4-15 10-30

温度’C 21-49 21-54 35-50

阳极石墨铅锡合金铅锡合金

搅拌空气搅拌空气搅拌无

镀速μm/min 0.2 0.1 0.1

最大厚度μm 25以上0.25 100以上

均镀能力好好差

分散能力好好差

镀层构造微孔隙微孔隙非微孔隙

色调深金属色深金属色蓝白金属色

后处理需要需要不需要

废水处理容易容易较难

安全性与镀镍相同与镀镍相同危险

铬雾几乎没有几乎没有大量

污染几乎没有几乎没有强烈

杂质去除容易容易困难

 

表2三价铬镀铬的组成和工艺条件

 

镀液组成

 

成分标准范围

 

络合剂400g/L 380-460g/L

稳定剂65ml/L 55-75 ml/L

添加剂2 ml/L 1-4ml/L

添加剂1 ml/L 0.5-3ml/L

硼酸63g/L 60-65g/L

三价铬22g/L 20-23 g/L

操作条件

PH 2.5-2.7 2.0-3.9

温度29-32 20-50

比重1.22 1.20-1.24

阴极电流密度9-12A/dm2 5-20A/dm2

析出速度(10A/dm2) 0.2μm/min 0.15-0.25μm/min

阳极与阴极比1.5-2.0:1

电源最好是脉冲率在10%以下

电压6-12V

过滤采用离子交换树脂

搅拌空气搅拌

 

3三价铬镀铬的优点和应用情况

 

综合起来,三价铬镀铬有如下优点:

(1)生产效率提高挂具装载量增加,镀速提高,均镀能力好;

(2)电镀故障减少烧焦、乳白色镀层、分散性能不好等故障很少,不会出现彩色铬膜;

(3)电流利用率提高电流电阻小,电流效率高使电流利用率有较大提高;

(4)退镀、再镀成本下降;

(5)废水处理费用下降无需还原六价铬的费用,由于铬的浓度低而使处理费用减少;

(6)改善了劳动环境不使用铬酸,不发生铬雾,避免了操作者中毒的问题。

 

虽然三价铬镀铬的化学原料成本有所上升,设备一次投入增加,但从以上优点来看,有利因素完全可以冲抵增加的费用。

 

三价铬镀铬与六价铬镀铬不同的是容易受少量的铜、锌、镍等金属杂质的影响,因此进行适当的镀液管理是必要的。三价铬电镀系统配置了小型离子交换器系统,可以对金属杂质选择性地有效地去除,以期可以稳定的作业。

 

现在已经工业化的三价铬镀铬还只能用于取代装饰性六价铬镀铬,因为其硬度还不能与六价铬工程镀铬相比。美国的加利佛利亚州等地区因为较先执行EPA(Environmental Protection Agency)而管制很严,大多数以三价铬镀铬取代了六价铬镀铬。从上世纪九十年代开始,美国实际上已经有120多家公司在采用三价铬镀铬技术,其它如挪威、英国、法国、西班牙、意大利等国都有若干公司在采用。由于挪威的环境保护法规极严,对三价铬镀铬也有很高的期待。日本则在1996年就对单槽三价铬镀铬安排电镀企业进行了实施。

 

可以采用三价装饰镀铬的产品有汽车的拉手、锁具、内外装饰品;摩托车、自行车另件;罩壳、盖板,取暖设备配件;照明、水暖器件;园艺、农家用品;五金工具;家具、商店货架等。

 

4今后的动向

 

对于三价铬镀铬来说,由于仍然是采用了金属铬,还是存在一定问题。因此,只能是一个过渡性的技术。从长远来看,在合金代铬方面应该是大有可为的,比如锡钴、锡镍、镍钨、钴钨合金以及三元合金等。这在我国已经有不少成熟的工艺在工业用应用。在镀硬铬的取代技术领域,这方面的工作还相对是滞后的。可行的方案之一将是各种复合镀层,也可能开发出物理性能良好的铁合金镀层,用于取代镀硬铬。

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