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论文·六价镀铬丨再谈稀土六价铬镀铬【杨胜奇 杨佳臣/宜兴市新新稀土应用技术研究所】

   2021-04-01 220
核心提示:再谈稀土六价铬镀铬杨胜奇 杨佳臣(宜兴市新新稀土应用技术研究所)摘要:本文阐述了六价镀铬仍然是电镀主要的镀种之一,目前仍
  再谈稀土六价铬镀铬
杨胜奇 杨佳臣宜兴市新新稀土应用技术研究所
摘要:本文阐述了六价镀铬仍然是电镀主要的镀种之一,目前仍无有效的镀层可以取代六价铬镀层。稀土在六价铬镀铬中可以有效提高镀层的深镀能力,耐磨性和硬度,能使镀件终端镀层提高防腐蚀测试档次,同时由于低浓度、低温、低电流,不但可以减少镀铬对环境的污染,而且可以减少铬酸的无效损失,减少电流的消耗,降低综合镀铬成本。稀土对镀铬液中的杂质有自处理能力,减少镀铬故障的产生。本文通过列表的形式列举了稀土镀铬和传统标准镀铬对比的优点和赫尔槽试片的展示,进一步阐述了稀土镀铬工艺不但是可行的,而且有较多的优越性,值得广泛推广应用。本文还介绍了稀土在镀铬和其它金属表面处理工艺中应用的方法和注意事项。对稀土在金属表面处理工艺中应用研究的爱好者有一定参考价值。

0  前言

六价铬镀铬,由于其镀层有较好的耐蚀性和耐磨性,以及较好的外观,一直用于传统的标准镀装饰铬和硬铬,近年来由于环保的要求,对六价镀铬工艺的环保整治越来越严格,因此三价铬镀铬工艺也随之问世,但是由于三价铬镀铬工艺操作的复杂性,以及对镀铬液的要求十分苛刻,设备投入较高,特别是其镀层的耐蚀性较差,很易“发霉”,硬度低,外观较差,和六价铬镀层相比,其镀层的性能和外观远不如六价铬镀层,因此不易被用户接受和广泛使用。据了解目前还尚未有更好的电镀工艺和镀层能取代六价铬镀层的优良性能,特别是对于电镀量很大的汽车、摩托车配件、厨卫用品以及五角星和圆盘形座椅支架等,以及对镀层耐蚀性、耐磨性要求特别高的产品,特别是模具类、轴类产品和造纸厂烘箱等硬铬镀层产品,更是少不了六价铬镀硬铬工艺及镀层,规模较大的铜、镍、铬电镀线更是广泛的应用在电镀企业的自动生产线上。据业内人士分析,目前我国在相当长的时期内不可能淘汰六价铬镀铬工艺和镀层,而且由于社会的不断发展,外形多样的电镀产品对镀铬层的质量要求越来越高,越来越严,因此在处理好六价铬电镀污染的前提下,六价铬镀铬工艺的使用前景也将更加广阔和长远。

为了进一步改善和优化镀铬工艺及其镀铬层的质量要求,镀铬工艺在原标准铬电镀的基础上,针对镀铬中的主要不足之处,通过添加辅助添加剂的办法,来改善镀铬工艺,所以相应的用添加稀土、甲基磺酸盐和其他化学品的办法,五花八门,各显神通,近年来发表的论文很多(由于论文太多,笔者不做一一介绍),但是大都是一些实验性的论文,真正介绍商品化应用的文章很少,即使有也是从各种论文中东摘西凑而来的,实际意义不大。

今笔者就稀土在镀铬工艺中实现商品化的应用做些介绍。

1   稀土在六价镀铬工艺中实现商品化应用的溯源

早在1981年,笔者是宜兴市稀土金属材料厂的技术员和企业负责人,在湖南稀土金属研究所技术人员的指导下,生产出了重稀土元素,这一消息在当时的《无锡日报》上刊登后,被当时曾毕业于天津大学应化系,后在沈阳防腐研究所工作,后又转到无锡第二电镀厂当技术副厂长的刘文先生获悉后,当时他很惊讶,然后主动到宜兴市稀土金属材料厂,声称他当时在天津大学应化系做稀土镀铬工艺实验时所用稀土元素是从国外购买的,而如今在离无锡很近的宜兴竟已生产出了这种元素,很惊喜,他是慕名而来,并提出利用企业生产的稀土,合作生产稀土镀铬添加剂的应用商品,笔者欣然同意,在其指导下,经多次试验,拟定配方,不久就生产出了国内第一批二十公斤,取名为“CF-201镀铬稀土添加剂”的商品,迄今已四十年了。在此后的岁月里,紧接着搞产品使用鉴定,跑用户、搞展销、登广告宣传等一系列工作,当初这一工艺还不被业内人士认可,后经许多企业在镀铬手工生产线上的试用,越来越体现出稀土镀铬工艺的优良性能,并被许多用户认可,这一段不为人知的经历,就是稀土镀铬被商品化应用的真正历史起源。在后来的岁月里,市场上也出现了一些以稀土命名的几种型号的镀铬稀土添加剂。

由于笔者长期对钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥十七种稀土元素中多数常用稀土元素的原子结构、理化性能,生产过程,产品应用方面的了解、熟识、研究,十分清楚众多稀土元素的共性,和各自不同的优异特性,这为稀土元素的应用研究积累了丰富的知识,并且将稀土这一特殊的科技含量较高的元素,和金属表面处理领域科学结合在一起,特别是将各种不同的稀土元素,很好的在镀铬、镀镍、镀铜、镀锌(包括热镀锌)及锌层钝化等多种金属表面处理方面,进行了广泛的应用研究,并且生产出多种适合各种电镀用的系列稀土商品化添加剂,多年来经数百家电镀企业的应用,特别对镀层的耐腐蚀性和耐磨性都有不同程度的改善和提高,并且得到了广大用户的认可,其中六价铬电镀的优越性更是突出。

2   稀土镀铬和标准镀铬工艺配方和工艺条件的对比
2.1  稀土镀铬和标准镀铬对照表

2.2  稀土镀铬赫尔槽试片照片展示(图一)

2.3  标准镀铬赫尔槽试片照片展示(图二)

 

2.4  稀土电镀铬的优点

2.4.1  镀装饰铬和硬铬的深镀能力特好

稀土元素在电镀铬的溶液中,能使金属铬的电位正移0.1V,使析出铬的电位向正方向移动了0.1V,这一点很重要,很关键。这能使电镀铬的覆盖能力由标准铬的65%提高到86%~90%。能使表面形状十分复杂的工件,低电流区部位基本上都能镀上铬,这时镀铬产品低电流区老是“露黄”和镀层薄的现象得到了有效的改善,使产品终端镀层的成品率大幅提高。这一特点数十年来得到了数百家镀铬企业的认可和好评,“稀土镀铬真是好的”;“稀土镀铬解决了好多年来低电流区镀不好的难题”;“稀土镀铬由于低电流区镀层厚,产品终端镀层耐腐蚀测试提高了档次”;“稀土镀铬综合成本降低明显”。

2.4.2  兼有镀铬液杂质离子自处理能力,稳定镀铬工艺

根据稀土元素特殊的原子结构,选择活性特强的稀土品种,对电镀铬溶液的异金属离子的吸附和屏蔽作用,从而有效减少镀铬液中异金属杂质离子对铬离子的正移动和沉积的干扰危害,减少了镀铬工艺故障的产生,这对稳定镀铬工艺十分有利。

2.4.3  提高了镀铬层特别是硬铬层的硬度和耐磨性

由于镀铬液中活性材料稀土元素的加入,使单位时间里在工件上沉积的铬离子增加,因此铬镀层结晶致密,细致光亮,见2.2稀土镀铬试片照片,因此镀铬层的硬度和耐磨性经测试提高了6%以上。

2.4.4  镀铬液中酸浓度低,150~180g/L,这不但有利于铬离子的移动和沉积,而且使镀铬液的粘度降低,流淌性好,因此被工件带到清洗液中的铬离子大大减少,从而减少了铬酸的无效损失和清洗水中铬离子的环境污染。

温度低,33℃左右的温度,不但减少了镀液加热的电力消耗,而且减少了铬离子蒸发时造成的空气污染和铬的损耗。

电流密度低,同比标准镀铬,电流降低近10%以上,这对大型的镀铬槽而言,节约电的效果是十分明显的。

对于以上三项的降低,明显有助于总体镀铬成本的降低,基本上可以弥补应用稀土材料的成本。

另据业内专业权威人士检测分析,在标准镀铬工艺中,铬酸的有效利用率仅为60%,有40%的铬离子是在清洗水中带出损失和铬雾的蒸发中损失的,相比稀土镀铬,这种无效损失将大大减少。

3  稀土在电镀工艺中应用的方法和注意事项

3.1  首先必须掌握各种稀土元素的理化性能,特别是电极电位,同时还需掌握欲镀金属的电极电位,确保在电镀某种金属的电镀液中加入的稀土元素必须能使其电极电位正移,然后确定要加入稀土的名称,是轻稀土还是重稀土,所谓“多稀土”是不确切的,因为有的稀土元素加入后能使电极电位正移,有的反而会负移,对电镀金属的沉积起反作用,导致金属电镀时无效果,甚至反而有不好的效果。

3.2  被确定稀土的存在形态,即是化合物、金属,因为稀土的形态和电镀金属的电镀液如不适应,稀土就不能溶入电镀液成离子状态,就不能在电镀液中发挥作用。

3.3  稀土的最佳使用量,即在某电镀液中的最佳稀土加入量,在电镀液中的稀土不是越多加越好,加多了不但增加了电镀成本,反而适得其反,有副作用,当然加少了就不能达到最好的电镀效果。

3.4  必须用和稀土元素最佳匹配的辅助材料作激活材料

在电镀液中单独使用稀土的效果不是很好,甚至无效果,必须选择与之相匹配的辅助材料作为激活材料,这一点很重要。目前市场上有几种镀铬添加剂也用稀土,但是有些用户在使用别的稀土添加剂后征询笔者,诉之效果不佳,并出现故障,估计该稀土添加剂选择的激活材料不相适应所致。

3.5  稀土材料和辅助材料混合成添加剂的形态,即固态、液态,以及在水或电镀液中的溶解性,这些都直接影响着稀土在电镀液中应用的效果和可操作性。

以上五点在所有酸性介质的金属表面处理工艺中使用稀土都是适用的。

3.6  稀土使用的几点误区:

3.6.1  稀土有放射性,这是无稽之谈。如果稀土中含有放射性,材料其身价就更高了。放射性元素,无论是等其价格都是稀土元素的几十、上百倍,特别是纯度较高的稀土元素更是和放射性毫不沾边的。

3.6.2  稀土没有腐蚀性,也不自燃,稀土不是危险品,任何“危险品名单”中都没有稀土的名字,任何稀土对人体都无害且有益。稀土的着火点都在1000℃以上。

3  结束语

稀土镀铬由于其深镀能力极好,复杂工件低电流区都可镀上;对镀铬液中的杂质有自处理能力,能稳定镀铬工艺;同时能提高镀铬层的硬度和耐磨性;提高产品终端铬镀层的耐腐蚀档次;电镀液低浓度、低温、低电流、低污染,工艺可操作性强;四十多年来深得广大用户的认可和亲睐。稀土在各种酸性介质中的金属表面处理工艺大都适用,并能得到理想的效果。在稀土的应用中必须掌握稀土的原子结构、理化性能,特别是电极电位、形态、使用量以及与之相匹配的激活材料的选择和使用方法等事项都是十分重要的。

笔者写此文也算是稀土在镀铬中的商品化应用四十周年的回忆和纪念吧。

 
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