三價鉻電鍍鉻鍍層性能的研究＊

王秋紅，潘湛昌，胡光輝，肖楚民，古曉雁

（1．廣東工業(yè)大學輕工化工學院，廣東 廣州 510006；2．佛山市昭信金屬制品有限公司，廣東 佛山 528131）

三價鉻電鍍鉻鍍層性能的研究＊

王秋紅1，潘湛昌1，胡光輝1，肖楚民1，古曉雁2

（1．廣東工業(yè)大學輕工化工學院，廣東 廣州 510006；2．佛山市昭信金屬制品有限公司，廣東 佛山 528131）

對一種硫酸型三價鉻鍍層性能進行了分析，從鍍層的結(jié)合力、耐腐蝕性、鍍層晶態(tài)結(jié)構(gòu)，微觀形貌可知，三價鉻鍍層與基體有良好的結(jié)合能力，Tafel曲線測試結(jié)果表明，三價鉻鍍層的腐蝕電位高于六價鉻鍍層，XRD分析三價鉻沉積鉻為鉻－鐵鍍層，這也是它耐腐蝕性的原因之一，SEM觀察鍍層表面形態(tài)為微型針孔，造成腐蝕電流略大于六價鉻鍍層．綜合分析，三價鉻鍍層與六價鉻鍍層性能基本相當．

三價鉻電鍍；鍍層；耐蝕性；Tafel曲線

鉻是一種具有美麗的略帶淺藍色的銀白色金屬．鍍鉻層具有良好的特性如：硬度高、耐磨、耐腐蝕、耐硫化物、耐有機酸、順磁、不易變色并能長期保持光澤[1]．這些是其他鍍層難以達到的，因此鍍鉻在工程應(yīng)用方面具有特殊的地位．六價鉻鍍鉻使用的鉻酸毒性很大且是致癌物質(zhì)，對環(huán)境造成極大污染．各國立法不斷加強，引起人們廣泛關(guān)注[2]，紛紛限制六價鉻的排放．同時隨著人們環(huán)保意識不斷提高，六價鉻電鍍鉻逐漸退出電鍍市場，取而代之的是環(huán)保型三價鉻電鍍鉻[3]．本文研究的是一種硫酸型三價鉻鍍鉻體系Tir EAC TCR－3000三價鉻電鍍液，與氯化物體系相比較，主要優(yōu)點是不會對鍍槽設(shè)備和電鍍后的零件造成腐蝕[4]．研究發(fā)現(xiàn)，這種三價鉻鍍層性能與六價鉻鍍層相當．作為裝飾性鍍鉻，該鍍液現(xiàn)已在佛山市昭信金屬制品有限公司投入生產(chǎn)，該工藝可廣泛應(yīng)用于燈飾、家具、衛(wèi)浴、電器及電子技術(shù)、通訊技術(shù)等行業(yè)的產(chǎn)品上．

1 實驗部分

1．1 三價鉻鍍鉻工藝

本試驗采用Tir EAC TCR－3000三價鉻電鍍液，具體工藝參數(shù)列于表1．

表1 TirEAC TCR－3000三價鉻電鍍液工藝參數(shù)

絡(luò)合劑為小分子量的有機羧酸類物質(zhì)，導(dǎo)電鹽為K2SO4等硫酸鹽，光亮劑為有機醛類物質(zhì)，濕潤劑為陰離子表面活性劑類物質(zhì)．

處理流程如下：黃銅片除蠟70～80℃→熱水洗→水洗→活化→水洗→電鍍鉻→水洗→堿洗→超聲波水洗→干燥．黃銅片為含銅65%以上的銅鋅合金；除蠟用由十二烷基磺酸鈉、硅酸鈉及磷酸鈉，其中十二烷基磺酸鈉為2 g/L、硅酸鈉為8 g/L及磷酸鈉為60 g/L；活化劑用5%稀鹽酸；堿洗用檸檬酸鈉和碳酸鈉，其中檸檬酸鈉為6 g/L，碳酸鈉為10 g/L．

1．2 實驗方法及儀器

采用上海辰華CHI650C電化學工作站的塔菲爾圖技術(shù)測量鍍層的耐腐蝕性，腐蝕液為濃度為3．5%的NaCl溶液，腐蝕面積5 mm×5 mm，溫度25℃，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為大鉑片電極，工作電極為電鍍鉻試片．以開路電位為基準電位，掃描速度5 m V/s．日本理學D－MAYⅱA型X射線衍射儀（XRD）分析鍍層晶態(tài)結(jié)構(gòu)，日立S－3400N掃描電鏡觀察鍍層形貌．

2 結(jié)果及討論

2．1 鍍層的結(jié)合力測試

在鍍層上用鋼刀劃兩條相距1 mm的平行線，并且一次性使得刻線透過鍍層直達基體．通過觀察，發(fā)現(xiàn)兩條刻線間的鍍層無剝離和脫落現(xiàn)象．同時，剪下長2 cm×0．8 cm的鍍片，然后用夾鉗夾住一段，用手將另一端向一邊彎曲，然后再向另一邊彎曲，如此反復(fù)直到把鍍片折斷．基體和鍍層一起斷裂，然后用小刀剝離，鍍層未出現(xiàn)起皮、脫落．以上劃線試驗和彎曲試驗表明鍍層的結(jié)合力良好．

2．2 鍍層耐腐蝕性測試

Tafel曲線測試結(jié)果如圖1所示，根據(jù)Tafel曲線計算得到兩種鍍層的腐蝕電流與腐蝕電位見表2．可以看出，三價鉻鍍層的腐蝕電位比六價鉻鍍層的要高0．018V，但三價鉻鍍層腐蝕電流稍小一些．因此，三價鉻鍍層的耐腐蝕性與六價鉻鍍層基本相當．

2．3 鍍層的結(jié)構(gòu)分析

圖2是Tir EAC TCR－3000系列三價鉻鍍層在X－射線衍射下的譜圖．由PDF卡片可知單質(zhì)鉻的特征衍射峰在44．4°，從圖2可見，其中多個比較強的衍射峰主要是基體黃銅片的特征峰；在44．4°的位置上，三價鉻和六價鉻鍍層有明顯特征峰，唯一不同的是三價鉻鍍層在65°的位置上，多出一個小峰，從PDF卡片上查得，這是鐵的特征峰之一．因此三價鉻鍍層中是含有一定量鐵的鉻鍍層．這種特殊的鍍層組成很可能是造成三價鉻鍍層腐蝕電位提高的重要原因之一．

表2 兩種鍍層腐蝕電流與腐蝕電位

圖1 兩種鍍層的Tafel曲線

圖2 兩種鍍層的X－射線衍射譜圖

2．4 鍍層的微觀形貌

圖3和圖4分別是兩種鍍層在5000倍下的SEM掃描圖片．三價鉻鍍層表面有一些細小的針孔，使得三價鉻鍍層不容易被腐蝕；而六價鉻鍍層表面則呈現(xiàn)微裂紋結(jié)構(gòu)，當鍍層一經(jīng)腐蝕，這種微裂紋結(jié)構(gòu)在一定程度上起到擴散電流的作用[5]，從而使得六價鉻鍍層的腐蝕電流稍小于三價鉻鍍層．

圖3 三價鉻鍍層形貌（SEM），5000×

3 結(jié) 論

對Tir EAC TCR－3000三價鉻鍍層性能做了詳細的研究，并與六價鉻鍍層作了相應(yīng)的對比．實驗結(jié)果顯示，這種硫酸型三價鉻鍍層是一種含鐵的鉻鍍層，具有良好結(jié)合力．從SEM圖片可知，三價鉻鍍層微觀形貌是微小的針孔結(jié)構(gòu)，與六價鉻鍍層不同．通過Tafel曲線測試發(fā)現(xiàn)，三價鉻鍍層耐腐蝕性和六價鉻基本相當．可見，Tir EAC TCR－3000三價鉻電鍍液是取代六價鉻電鍍液的一種成功實例．

圖4 三價鉻鍍層形貌（SEM），5000×

[1]胡如南，陳松祺．實用鍍鉻技術(shù)[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2005．

[2]LANSDELL P，F(xiàn)ARR J P G．The corrosion resistance of chromium electroplated from trivalent and hexavalent chromium plating solutions [J]．Trans IMF，1997，75（6）：219－223．

[3]SHARIF E I M，CHISHOLM C V．Characteristics of Electrodeposited Chromium[J]．Trans IMF，1997，75（6）：208．

[4]張立茗，方景禮，袁國偉，等．實用電鍍添加劑[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2007．[5]曾志翔，王立平，陳力，等．三價鉻電鍍硬鉻及鍍層性能的研究[J]．電鍍與環(huán)保，2006，26（4）：13．

Study on the properties of trivalent chromium coating

WANG Qiu－h(huán)ong1，PAN Zhan－chang1，HU Guang－h(huán)ui1，XIAO Chu－min1，GU Xiao－yan2
（1．Faculty of Light and Chemical Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China；2．FoShan Real Faith Metal Ware Co．，LTD，F(xiàn)oshan 528131，China）

In this paper，a sulfate trivalent chromium coating was studied．The properies of coating were analysed such as adhesive force，corrosion resistance，crystalline structure，microstructure．Results showed that the adhesive force of trivalent chromium coating was very good；The corrosion potential of trivalent chromium coating was much higher than hexavalent chromium coating by Tafel curve test；the trivalent chromium coating was a chromium－iron coating with XRD，it was also one of the reasons it had good corrosion resistance；the corrosion current was a little bigger as it had many tiny pinholes on surface topography by SEM．In a word，the properies of trivalent chromium coating and hexavalent chromium coating were basically same．

trivalent chromium plating；coating；corrosion resistance；Tafel curve

TQ153．1

A

1673－9981（2010）04－0467－03

2010－10－19

廣東省科技計劃項目（2008B010600048）；佛山市三水區(qū)科技計劃資助項目（0903A）

王秋紅（1984—），女，河北保定人，碩士．