D第g卷8第1期ssl001053x.1996.9牝.0京科技大学学报 Vol.18 No.I 1996年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Fe.199% 三价铬盐镀液电镀硬铬镀层的性能 张新李惠东 段淑贞孙根生王荣珠 北京科技大学物理化学系，北京100083 摘要用三价铬盐溶液电镀出了>704的硬铬镀层，研究了镀层的性能.镀层是非晶态，含碳量 4%左右，经过热处理后其硬度达到1600Hv以上. 关健词三价铬，电沉积，硬铬 中图分类号TQ153:11 六价铬离子电镀由于对环境造成严重的污染，在工业应用上日益受到限制，而三价铬电 镀目前获得了迅速的发展.但由于三价铬不能使镀层任意增厚，目前只适宜镀3~7的装饰 铬，不能镀硬铬，为此研究了用三价铬盐直接镀硬铬，，本文研究了所获得的>70μm硬铬 镀层的某些性能，该镀层是非晶态，经热处理后其硬度达到1600HV.将此工艺应用到铜、普 通钢、工具钢为基体的表面，都获得了满意的效果· 1实验 1.1药品与设备 药品：甲酸铵、草酸铵、尿素、硼酸、溴化钠、氯化钾、氯化铬、氯化钠、硫酸铬等均 为化学纯. 设备：250mol霍尔槽、日本理学DMAX-RB12kwX射线衍射仪、中国XH-1型显微硬 度计、美国S-360扫描电镜、英国MICROLABMKⅡX射线光电子能谱分析仪. 1.2实验内容 通过各种工艺条件的实验，例如电流密度、酸度、不同有机添加剂浓度、主盐浓度等对 电沉积三价络的影响，选择了如下的三价铬镀液组成：Cr3+0.8~1.4mol/; NH,C1+NaC11.0~1.5mol/l;NaBr0.05~0.2mol/1;HBO30.1~0.5mol/1;有机添加 剂1.5~2.8mol/1pH0.1~2.0;Dk20~100A/dm2;温度20~30℃. 其中有机添加剂为：HCOONH,CH,COONH4,NH),CO,NH)C,O,等中的某些试剂 组成，阴极为铜片、普通钢片或工具钢片·阳极为高纯石墨或Pt片， 用上述镀液和工艺条件获得硬铬镀层后，进行扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能 谱分析，然后将硬铬镀层在不同温度下进行热处理，最后用扫描电镜和X射线仪观察 分析. 1995一08-15收稿 第一作者男57岁副教授 ◆国家白然科学基金资助项目
第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 粥场年 月 铭 心 七 望炎 三价铬盐镀液 电镀硬铬镀层 的性能 ’ 张新 李惠东 段淑 贞 孙根生 王 荣珠 北 京 科技 大学 物 理 化学 系 ， 北京 】 心昭 摘要 用 三价铬盐溶液 电镀 出 了 拜 的硬铬镀层 ， 研究 了镀 层 的 性 能 镀 层 是 非 晶 态 ， 含 碳 量 左右 ， 经过热处理后其硬度达到 日 以 上 关键词 三价铬 ， 电沉积 ， 硬铬 中图分类号 六 价铬离 子 电镀 由于 对环境造成严重 的污染 ， 在工 业应用 上 日益 受 到 限制 ， 而 三 价铬 电 镀 目前 获得 了迅速 的发展 但 由于三价铬不能使镀层任意增厚 ， 目前只适宜镀 一 翻 的装饰 铬 ， 不 能镀 硬铬 ， 为此研究 了用三 价铬盐直接 镀 硬 铬 【’ 本 文 研 究 了所 获 得 的 硬 铬 镀 层 的某些性 能 该镀层是 非 晶态 ， 经 热处理 后其硬 度 达到 日洲〕 将此工艺应用到铜 、 普 通 钢 、 工具钢 为基 体 的表 面 ， 都获得 了 满意 的效果 实验 】 药品 与设备 药 品 甲酸钱 、 草 酸按 、 尿 素 、 硼 酸 、 澳 化钠 、 氯 化钾 、 氯 化铬 、 氯 化 钠 、 硫 酸铬等 均 为化学 纯 设备 霍 尔槽 、 日本理学 阿 一 射线衍射仪 、 中国 一 型显微硬 度计 、 美 国 一 扫描 电镜 、 英 国 射 线光 电子能谱分析仪 实验 内容 通 过各 种工 艺条件 的实验 ， 例 如 电流 密度 、 酸度 、 不 同有机添加 剂 浓度 、 主盐浓度等 对 电 沉 积 三 价 络 的 影 响 ， 选 择 了 如 下 的 三 价 铬 镀 液 组 成 一 一 一 尹 ， 一 有 机 添加 剂 一 一 一 ， 温度 一 其 中有 机 添 加 剂 为 〕 ， ， 困 ， 卵 厂户 等 中 的某些试剂 组成 ， 阴极 为铜 片 、 普 通 钢 片或工具 钢 片 阳极 为高纯 石墨 或 片 用 上述 镀 液 和 工 艺条件 获得 硬铬镀 层后 ， 进行 扫描 电镜 、 射 线衍 射 、 射 线光 电子 能 谱 分 析 ， 然 后 将 硬 铬 镀 层 在 不 同 温 度 下 进 行 热 处 理 ， 最 后 用 扫 描 电 镜 和 射 线 仪 观 察 分 析 卯 一 一 收 稿 第一 作 者 男 岁 副教 授 国 家 自然 科学 基 金 资 助 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．01．014
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第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 粥场年 月 铭 心 七 望炎 三价铬盐镀液 电镀硬铬镀层 的性能 ’ 张新 李惠东 段淑 贞 孙根生 王 荣珠 北 京 科技 大学 物 理 化学 系 ， 北京 】 心昭 摘要 用 三价铬盐溶液 电镀 出 了 拜 的硬铬镀层 ， 研究 了镀 层 的 性 能 镀 层 是 非 晶 态 ， 含 碳 量 左右 ， 经过热处理后其硬度达到 日 以 上 关键词 三价铬 ， 电沉积 ， 硬铬 中图分类号 六 价铬离 子 电镀 由于 对环境造成严重 的污染 ， 在工 业应用 上 日益 受 到 限制 ， 而 三 价铬 电 镀 目前 获得 了迅速 的发展 但 由于三价铬不能使镀层任意增厚 ， 目前只适宜镀 一 翻 的装饰 铬 ， 不 能镀 硬铬 ， 为此研究 了用三 价铬盐直接 镀 硬 铬 【’ 本 文 研 究 了所 获 得 的 硬 铬 镀 层 的某些性 能 该镀层是 非 晶态 ， 经 热处理 后其硬 度 达到 日洲〕 将此工艺应用到铜 、 普 通 钢 、 工具钢 为基 体 的表 面 ， 都获得 了 满意 的效果 实验 】 药品 与设备 药 品 甲酸钱 、 草 酸按 、 尿 素 、 硼 酸 、 澳 化钠 、 氯 化钾 、 氯 化铬 、 氯 化 钠 、 硫 酸铬等 均 为化学 纯 设备 霍 尔槽 、 日本理学 阿 一 射线衍射仪 、 中国 一 型显微硬 度计 、 美 国 一 扫描 电镜 、 英 国 射 线光 电子能谱分析仪 实验 内容 通 过各 种工 艺条件 的实验 ， 例 如 电流 密度 、 酸度 、 不 同有机添加 剂 浓度 、 主盐浓度等 对 电 沉 积 三 价 络 的 影 响 ， 选 择 了 如 下 的 三 价 铬 镀 液 组 成 一 一 一 尹 ， 一 有 机 添加 剂 一 一 一 ， 温度 一 其 中有 机 添 加 剂 为 〕 ， ， 困 ， 卵 厂户 等 中 的某些试剂 组成 ， 阴极 为铜 片 、 普 通 钢 片或工具 钢 片 阳极 为高纯 石墨 或 片 用 上述 镀 液 和 工 艺条件 获得 硬铬镀 层后 ， 进行 扫描 电镜 、 射 线衍 射 、 射 线光 电子 能 谱 分 析 ， 然 后 将 硬 铬 镀 层 在 不 同 温 度 下 进 行 热 处 理 ， 最 后 用 扫 描 电 镜 和 射 线 仪 观 察 分 析 卯 一 一 收 稿 第一 作 者 男 岁 副教 授 国 家 自然 科学 基 金 资 助 项 目
第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 粥场年 月 铭 心 七 望炎 三价铬盐镀液 电镀硬铬镀层 的性能 ’ 张新 李惠东 段淑 贞 孙根生 王 荣珠 北 京 科技 大学 物 理 化学 系 ， 北京 】 心昭 摘要 用 三价铬盐溶液 电镀 出 了 拜 的硬铬镀层 ， 研究 了镀 层 的 性 能 镀 层 是 非 晶 态 ， 含 碳 量 左右 ， 经过热处理后其硬度达到 日 以 上 关键词 三价铬 ， 电沉积 ， 硬铬 中图分类号 六 价铬离 子 电镀 由于 对环境造成严重 的污染 ， 在工 业应用 上 日益 受 到 限制 ， 而 三 价铬 电 镀 目前 获得 了迅速 的发展 但 由于三价铬不能使镀层任意增厚 ， 目前只适宜镀 一 翻 的装饰 铬 ， 不 能镀 硬铬 ， 为此研究 了用三 价铬盐直接 镀 硬 铬 【’ 本 文 研 究 了所 获 得 的 硬 铬 镀 层 的某些性 能 该镀层是 非 晶态 ， 经 热处理 后其硬 度 达到 日洲〕 将此工艺应用到铜 、 普 通 钢 、 工具钢 为基 体 的表 面 ， 都获得 了 满意 的效果 实验 】 药品 与设备 药 品 甲酸钱 、 草 酸按 、 尿 素 、 硼 酸 、 澳 化钠 、 氯 化钾 、 氯 化铬 、 氯 化 钠 、 硫 酸铬等 均 为化学 纯 设备 霍 尔槽 、 日本理学 阿 一 射线衍射仪 、 中国 一 型显微硬 度计 、 美 国 一 扫描 电镜 、 英 国 射 线光 电子能谱分析仪 实验 内容 通 过各 种工 艺条件 的实验 ， 例 如 电流 密度 、 酸度 、 不 同有机添加 剂 浓度 、 主盐浓度等 对 电 沉 积 三 价 络 的 影 响 ， 选 择 了 如 下 的 三 价 铬 镀 液 组 成 一 一 一 尹 ， 一 有 机 添加 剂 一 一 一 ， 温度 一 其 中有 机 添 加 剂 为 〕 ， ， 困 ， 卵 厂户 等 中 的某些试剂 组成 ， 阴极 为铜 片 、 普 通 钢 片或工具 钢 片 阳极 为高纯 石墨 或 片 用 上述 镀 液 和 工 艺条件 获得 硬铬镀 层后 ， 进行 扫描 电镜 、 射 线衍 射 、 射 线光 电子 能 谱 分 析 ， 然 后 将 硬 铬 镀 层 在 不 同 温 度 下 进 行 热 处 理 ， 最 后 用 扫 描 电 镜 和 射 线 仪 观 察 分 析 卯 一 一 收 稿 第一 作 者 男 岁 副教 授 国 家 自然 科学 基 金 资 助 项 目
·62· 北京科技大学学报 1996年No.1 2.4硬铬镀层的热处理 三价铬电沉积过程中得到的非晶态镀层，当经过不同温度热处理时，经X射线衍射分 析得到如下结果：当温度为300℃时镀层开始由非晶态转变为晶态；当加热到600℃时， 镀层已产生C,C的晶体物.此时的镀层经过扫描电镜分析，其截面形貌如图4所示，得到 的是条柱状的晶体镀层， 镀层在热处理过程中，随着由非晶态变成晶态，产生很大的内应力，从而导致镀层发生硬 化.当温度高于700℃时，随着结晶碳化铬的析出及结晶铬的粗化，内应力降低，硬度下降. 维氏硬度随着热处理温度不同其影响结果如图5所示， 3结论 (I)用本文提出的三价铬盐镀液和工艺条件，所获得的镀层是超过70μ的硬铬镀层，其 镀层基本上为圆柱状结构· (2)所获得的镀层为C-C非晶态镀层，镀层中的碳是有机添加剂还原反应所产生， 其含碳量约4%左右， (3)该镀层在热处理温度为300℃时开始由非晶态变为结晶态，当达到600℃时，已析出 Cr,C,的晶体.此时镀层的维氏硬度达到最高，由原来的890Hv提高到1600Hv左右. 参考文献 1李惠东，段淑贞，张新.三价铬镀液电镀硬铬研究.电镀与涂蚀，1993,12(4)：5~8 2森河务，横井昌幸.硫酸夕口么（Ⅲ）之工ヴ酸7之毛二ヴ么浴力)非晶质C-C合金的？老， 表面技术，1991,42(1)：100~104 3吴维昌，标准电极电位数据手册，北京：北京出版社，191.49 4电镀手册编写组.电镀手册（上册）.北京：国防工业出版社，988.118 Properties of Hard Chromium Plating in Trihydric Chromate Bath Zhang Xin Li Huidong Duan Shuzhen Sun Gensheng Wang Rongzhu Department of Physical Chemistry.USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRACT The properties of hard chromium plating in trihydric chromate bath has been studied.The content of carbon in the plating is about 4%,and the plating is noncrystalline.After the plating is heat treated,its Vickers hardness more then I 600. KEY WORDS trivalent chromium,eletroplating,hard chromium plating
北 京 科 技 大 学 学 报 匹刃 年 硬铬镀层 的热处理 三 价铬 电沉积过程 中得 到 的非 晶态镀层 ， 当经 过 不 同温 度 热处理 时 ， 经 射 线 衍 射 分 析得到 如下 结果 当温度 为 ℃ 时镀 层 开 始 由非 晶 态 转 变 为 晶 态 当加 热 到 以〕 ℃ 时 ， 镀层 已 产 生 巧 的晶体物 此 时 的镀层经过扫描 电镜分析 ， 其截 面形貌如 图 所示 ， 得到 的是 条柱 状 的 晶体镀层 镀层 在 热处理过程 中 ， 随着 由非 晶态变成 晶态 ， 产 生很大 的 内应 力 ， 从而导致镀 层 发生硬 化 当温度 高 于 ℃ 时 ， 随着结 晶碳 化铬 的析 出及 结 晶 铬 的粗 化 ， 内应 力 降 低 ， 硬 度下降 维 氏硬度 随着 热处理 温度 不 同其影 响结果如 图 所示 结论 用本文提 出的三价铬盐镀液和工艺条件 ， 所获得 的镀层是超过 群 的硬铬镀层 ， 其 镀 层基本上 为 圆柱状结构 所 获得 的镀层 为 一 非 晶态镀层 ， 镀层 中的碳 是有 机 添 加 剂 还 原 反 应 所 产 生 ， 其含碳量 约 左右 该镀层在 热处理温度为 ℃ 时开始 由非晶态变为结晶态 ， 当达到 ℃ 时 ， 已 析 出 巧 的晶体 此时镀层的维氏硬度达到最高 ， 由原来的 提高侄归 创〕 左右 参 考 文 献 李 惠东 ， 段 淑贞 ， 张新 三价铬镀液 电镀硬铬研究 电镀 与 涂蚀 ， 卯 ， 一 森河务 ， 横井 昌幸 硫酸 夕 口 人 ， 二 巾 酸 夕 毛 二 巾 人 浴 力 ， 弓 。 非 晶 质 一 合 金 的 。 色 表 面技术 ， 卯 ， 一 汉 吴 维 昌 标准 电极 电位数据手册 北京 北京 出版 社 ， 男 电镀手册编 写组 电镀手册 上册 北 京 国 防工 业 出版社 ， 而 拟 烧阵 心 ， ， ， 而 ， ， 粥 以 而 ， ， 而
