51電鍍實用技術培訓(4)——裝飾性鍍鉻
電鍍實用技術培訓(4)
2.4 鍍鉻
裝飾性鍍鉻是鍍鉻的主體，其次是硬鉻、微孔鉻和黑鉻。為了減少六價鉻對環境的污染，除部分工廠使用進口鍍鉻添加劑以外，多數工廠均使用國產稀土鍍鉻添加劑，有效地提高了鍍鉻層的光亮度和覆蓋能力，并可在較低的陰極電流密度（5~15A/dm2）和溫度（25~35℃）下生產。既減少了環境污染又降低了生產成本。為了提高鍍鉻的電流效率，Atotech在國內推廣應用HEEF25工藝在重慶及周邊地區市場較大。值得提出的山西天星科技有限公司***新推出CH鍍鉻添加劑硬鉻工藝，上海永生助劑廠亦推出了3HC-25有效鍍鉻添加劑。這些均應是類似HEEF25的第三代鍍鉻添加劑。它們的共同特點是：陰極電流效率高達22~27%，不含F，不腐蝕基體；覆蓋能力強，HV亦高達1000以上，既可用于鍍硬鉻亦可用于鍍微裂紋鉻，配合雙層或叁層鎳工藝，用于汽車或摩托車減震器的電鍍，已開始在機械行業獲得應用。廣東達志化工一直在推廣AB鉻（即一種自調整傻瓜型的鍍鉻），用戶反應尚好。
為了防止鉻霧對人體的毒害和對環境的嚴重污染很多鍍鉻工廠采用F53、FC-80合F鉻霧抑制劑。武漢德孚化工是一個專門生產含F或半F化合物的F產品公司，也有很多適用于電鍍的含F表面活性劑。為了消除Cr6+的毒害，電鍍工作者從工藝改革著手（推廣代鉻鍍層三價鉻鍍鉻），近年來廣東許多工廠悄悄興起三價鉻鍍鉻。這里不妨用大一點的篇幅介紹給同仁們。
三價鉻鍍鉻工藝
鉻具有優良的裝飾性和功能性。然而，六價鉻危害巨大。世界衛生組織、歐洲和美國等越來越密切關注六價鉻的危害，不斷降低六價鉻廢水的排放標準。從1997年起，歐洲和北美規定六價鉻在空氣中的***大含量為0.001mg/m3,電鍍廢水中六價鉻每月日平均含量小于1.71mg/L。各國研究者也紛紛指出，研究和發展代六價鉻電鍍的工藝或鍍層熱在必行。
三價鉻電鍍作為***重要、***直接有效的代六價鉻電鍍工藝，無論從工藝性能或環境保護上都比六價鉻電鍍具有無可比擬的******性，研究其從裝飾性和功能性上取肛六價鉻電鍍已是刻不容緩。盡管對三價鉻研究從沒停止過，但直到七十年代才取得突破性進展，成功推出三價鉻電鍍的產品和工藝。
真正意義上獲得生產應用的是1974年Albright&Wilson公司推出的Alecra-3工藝和稍后改進型的Alecra-3000工藝。該工藝以甲酸鹽作絡合劑，配合其它成份，如主鉻鹽、導電鹽、潤濕劑等，在適當的工藝條件下可以獲得3μm以下的三價鉻鍍層，鍍層耐蝕性、硬度不差于六鉻鍍層。七十年代OMI公司對甲酸鹽體系三價鉻鍍鉻時如何增加走位能力、消除金屬雜質離子的干擾，如何抑制鍍液中的六價鉻的生成申請了一系列的zl****。與此同時，該公司還提出使用鐵氧體陽極與石墨陽極配合可抑制Cr3+在陽極氧化成Cr6+。而此前的研究者均采用石墨作陽極，Cr3+在陽極氧化成Cr6+難以避免，從而限制三價鉻鍍液長期穩定的使用。
IBM公司則選擇了不同的體系進行三價鉻電鍍的研究。該公司以高氯酸鹽作主鹽，硫氰酸鹽作絡合劑開始研究，之后又對以硫酸鉻或氯化鉻作主鹽，硫氰酸鹽為主絡合劑，氨基酸為輔絡合劑，主鹽濃度甚至可低達0.03mol/L的三價鉻電鍍體系進行了研究。同時，該公司還推出了全硫酸鹽體系的雙槽電鍍工藝，利用離子滲透性薄膜分開電解液為陰極室和陽極室，陽極液為三價鉻鍍液，陽極液為硫酸或硫酸鹽。雙槽電鍍方法既可以避免有害氣體（如鹵氣）的析出，又可以杜絕Cr3+在陽極氧化成為Cr6+，同時還為陽極材料的選擇提供了方便。若添加含S化合物于上述電解液中，則可增加沉積速度，控制鍍取不同厚度的鍍層。
進入八十年代以后，Atotech對甲酸體系三價鉻鍍鉻進行了詳細的研究，就電鍍時如何利用陽離子交換樹脂去除金屬雜質、再生三價鉻鍍液申請了zl****。Canning公司結合自己的研究成果申請了涂層陽極在三價鉻電鍍中的應用專用。******鉛鋅研究機構主要致力于以次磷酸鹽作絡合劑時，添加F-改善低溫鍍性，提高電流效率，添加硫化物提高鍍速，三價鉻鍍后處理以及三價鉻鍍黑鉻等方面的研究。
三價鉻鍍鉻不易鍍取厚鉻，其主要原因有以下幾點：（1）鍍液PH值，特別是陰極表面附近層的PH值的升高導致形成Cr(OH)3膠體，阻礙三價鉻鍍層的繼續增厚；（2）Cr3+的水解產物發生羥橋、聚合反應，形成高分子鏈狀凝聚物吸附在陰極，阻礙Cr3+的還原；（3）Cr3+還原的中間產物Cr2+的富集，對Cr3+羥橋反應引發和促進作用；（4）持續電解過程中Cr3+的活性絡合物的逐步減少和消失。Sharif等在氨基乙酸體系中采用提高鍍液循環速度、降低PH值、提高活性絡合物濃度等方法可實現以100～300μm/hr的速度鍍取三價鉻的厚鍍層；Ibrahim等則在以尿素作絡合劑的三價鉻鍍鉻的體系中，通過添加甲醇和甲酸，可以以50～100μm/hr的速度鍍取三價鉻；Hong等則采用雙槽電鍍工藝，通過添加三種羧酸作絡合劑，鍍取了50～450μm厚性能******的三價鉻鍍層；美國商業局和Atotech公司也分別鍍取了厚度100～450μm的三價鉻鍍層。
三價鉻厚鉻鍍層一般均有裂紋，但未貫穿基底，鍍層中往往夾雜有C等雜質元素，呈現非晶或微晶結構。鍍層一般耐蝕性較好，硬度在600～900Hv之間，若經適當溫度的熱處理，硬度可增加到1200～1800Hv，耐磨性也大大增強，能較好地滿足鍍硬鉻的要求。
三價鉻電鍍工藝發展至今，其裝飾性電鍍工藝研究已經進入逐漸完善成熟的時期，生產應用不斷擴大。國外******的電鍍吳加劑研究和銷售公司，如Atotech、MacDermid等都相繼在zg****推出了三價鉻電鍍工藝。廣東地區許多的電鍍廠由于環保監管力度的不斷加大而對三價鉻電鍍越來越感興趣，但由于進口產品的價格較高、工藝不夠穩定等原因，大規模的推廣應用仍有困難。而在三價鉻鍍硬鉻方面，據報道北美已有超過30%的工廠開始使用三價鉻代替六價鉻來電鍍，國內則尚未見報道。由此可見，三價鉻電鍍在國外的研究和發展都遙遙******于國內。而隨著國外三價鉻電鍍工藝成功進入zg****市場和國內對環境保護的日益重視，六價鉻電鍍越來越受限制。三價鉻電鍍在這種外逼內需的強力拉動下，必定又會掀起一股新的研究和應用熱潮。
3 合金電鍍3.1 高耐蝕鋅合金電鍍工藝鋅合金是指以鋅為主要成分并含有少量其它金屬的合金。目前已用于生產的二元鋅合金有：Zn-Ni，Zn-Co，Zn-Fe，Sn-Zn。Zn-Ti，Zn-Cr，Zn-P，Zn-Mn等還在開發研制試應用中，鋅合金具有******的防護性能，故常稱之為高耐蝕合金鍍層，其中研究的比較多，且應用比較廣泛的主要是鋅和鐵族金屬形成的合金，即鋅-鎳、鋅-鈷和鋅-鐵。鐵族金屬的原子結構和性質相近，它們與鋅形成合金的共沉積特性也很相似。從電極電位來看，鐵族金屬的電位比鋅正的多，但在共沉積時，鋅比鐵族金屬容易沉積而優先沉積，這種沉積稱為異常共沉積。其原因是當鋅與鐵族金屬在陰極表面共沉積時，隨著陰極表面H2的析出，使表面pH升高，在陰極表面生成了氫氧化鋅膠體薄膜，致使鐵族金屬離子在陰極表面受到抑制而難以沉積，于是鋅在陰極表面優先析出。3.1.1 電鍍鋅-鐵合金工藝及鈍化處理已獲得工業應用的鋅-鐵合金有兩種：一種是含鐵量高的（10%~25%或更高）合金，該鍍層不易鈍化，易磷化處理，對油漆有******的結合力，多用于鋼板和鋼帶的表面處理，作為電泳漆的底層；另一種是含微量鐵的鋅-鐵合金，鍍層易鈍化，耐蝕性能優良，特別經過黑色鈍化，其耐蝕性有很大提高。鋅-鐵合金工藝也可分為酸性和堿性兩種類型，合金鍍層含鐵量一般在0.2%~0.7%之間，鍍液中三價鐵離子不能含量過高，否則會降低陰極電流效率，結晶粗大。以下僅介紹低鐵含量電鍍工藝。