一種鍍鉻添加劑及其應用工藝的製作方法

2023-05-30 21:08:01 1

專利名稱:一種鍍鉻添加劑及其應用工藝的製作方法
本發明屬於電鍍技術中的鍍鉻工藝。
從已有技術中知道鍍鉻電解液的類型有幾種，它們都是以鉻酐為主要成分，然後根據添加不同的局外離子而分類。例如添加SO2-4和SiF2-6的稱複合鍍鉻電解液;添加SrSO4及K2SiF6的稱自動調節鍍鉻電解液;添加KBF4等的稱低鉻酐鍍鉻電解液;而目前國內外在工業上應用最廣泛的是添加SO2-4的標準鍍鉻電解液。這些類型的鍍鉻電解液大多數都是在高濃度鉻酐(280～300g/l)，高溫(48±2℃)下進行鍍鉻，對溫度要求很嚴，一般波動範圍只允許上下2～3℃。由於溫度高，鉻酐濃度大，析氫嚴重，極易產生鉻酸霧和含六價鉻濃度高的廢水，旣有害工人健康又汙染環境。而且鉻酐利用率低，原材料消耗大，為了排除鉻酸霧和控制溫度，需要設置排風、加熱、降溫裝置，所以能量消耗大，操作麻煩。對有些難鍍件來說，它們的深鍍、均鍍能力都不夠理想。例如縫紉機離合螺釘上的小孔及反面都很難鍍上鉻層。添加KBF4等的低鉻酐鍍鉻電解液，在試生產中也存在槽電壓高，需用電壓高的電源(18～20V)，深鍍能力差等缺點。1983年「電鍍與精飾」第三期報導過「用稀土元素做添加劑的低濃度鍍鉻工藝」，雖然該「工藝」在報導中表明有不少優點，但它的鍍鉻溫度仍為45～50℃，也屬高溫範疇，而且該「工藝」對溫度的適應範圍還是很窄，所以它也未能克服高溫鍍鉻所產生的各種缺陷。
本發明的目的是提供一種鍍鉻添加劑及應用工藝，達到降低鍍鉻電解液中鉻酐濃度，降低鍍鉻溫度並擴大鍍鉻工藝對溫度的適應範圍，簡化操作，改善工作條件，減輕對環境的汙染，有益於工作人員的健康，降低原材料和能量消耗，提高經濟效益。
本發明提出的鍍鉻添加劑是以鐠釹為主的輕稀土混合物中加入K2SiF6和Al2(SO4)3·10H2O組成。加入量以重量百分比計算為輕稀土混合物K2SiF6∶Al2(SO4)3·10H2O＝1∶0.25～0.3∶0.1～0.2。其中鐠釹為主的輕稀土混合物是以稀土氫氧化物的形式混合的。按稀土氧化物計算，總量為65±3%，各種成分比例是(Pr6O11+Nd2O3)/RxOy＝80～95%，La2O3/RxOy＝4～10%，餘量為其它稀土氧化物。而Pr6O11∶Nd2O3＝1∶7～9。其中Rx代表稀土元素，Oy代表氧元素。
現以鐠釹為主的輕稀土氫氧化物的混合物為例來製備本發明的鍍鉻添加劑。其方法是先取符合上述成分比例的以鐠釹為主的固態輕稀土氧化物，(製備符合該成分的以鐠釹為主的輕稀土混合物屬一般稀土分離技術，生產廠可根據要求製取)，用工業HCl或工業H2SO4溶解，使其轉化為溶液狀態。如果所取原料是溶液狀態(如氯化稀土溶液)，則不必酸溶。然後用工業NH4OH沉澱稀土離子，將稀土離子轉化為氫氧化物沉澱，經過濾，再用水洗除沉澱中的Cl-、SO2-4離子，然後將洗淨的沉澱物放在烘箱內烘乾，烘乾溫度控制100℃，以除去游離水，烘乾以後的稀土氫氧化物中的稀土氧化物總量應為65±3%，最後研磨成粉末狀備用。
再在這種粉末狀的以鐠釹為主的輕稀土混合物中按上述比例加入工業純的K2SiF6和Al2(SO4)3·10H2O，經充分混合均勻後即成本發明的鍍鉻添加劑。
本添加劑的主要成分是以鐠釹為主的輕稀土混合物，該混合物可以是稀土的氧化物、硫酸鹽或鉻酸鹽，最好是稀土的氫氧化物。如果用稀土的氧化物、硫酸鹽或鉻酸鹽的混合物作本添加劑的主要成分，其製備和溶於鍍鉻液的量以稀土氧化物計算，一定要符合上述成分及下述添加量的要求。鍍鉻液中H2SO4和CrO3含量也要符合下面本添加劑應用工藝的鍍鉻液的成分要求。
本添加劑的應用工藝，鍍鉻電解液的成分及其鍍鉻的主要操作條件為CrO3120～180g/l最佳為150～160g/lCrO3∶H2SO4＝100∶0.3～0.6本添加劑5～8g/l最佳為6～7g/l鍍鉻電解液中雜質允許含量Fe3+＜7g/l，Cu2+＜7.5g/l，Zn2+＜2.5g/l，Cl1-＜0.2g/l。
鍍鉻操作溫度17～55℃最佳為25～35℃陰極電流密度Dk5～15A/dm2最佳為8～12A/dm2陽極組成Pb88～92% Sn8～12%陰陽極面積比 S陰∶S陽＝1∶2～2.5。
下面以含CrO3150g/l，H2SO40.75g/l(CrO3∶H2SO4＝100∶0.5)，本添加劑6g/l在鍍槽中配製1000升鍍鉻電解液為例，說明應用本添加劑時，鍍鉻電解液的配製方法和具體應用首先稱取含量為95%的工業CrO3157.9kg，用500升自來水溶解，待自然沉清後虹吸出上層清液，除去沉渣。取樣分析CrO3和SO2-4的含量，根據分析結果，再補加H2SO4使之達到750g，然後用自來水衝稀至1000升，在充分攪拌的情況下緩慢加入本添加劑6kg，待溶解均勻後即成可鍍鉻電解液。進行鍍鉻時只要根據鍍件的形狀及其總面積，掛入預先成型的Pb-Sn合金條狀陽極，使陰陽極面積比＝1∶2～2.5，然後調整極距為300～400mm，再根據鍍件數量及其總面積，試調槽電壓和總電流，使其陰極電流密度控制在5～15A/dm2範圍內，再根據鍍層厚度要求決定通電時間，致此，就可在不需預先加熱的情況下直接進行鍍鉻，並取得滿意的效果。
應用本添加劑的鍍鉻工藝(下稱本工藝)與標準鍍鉻工藝(下稱標準工藝)的對比情況列於下表
標準工藝與本工藝主要性能與操作條件對照表
從表中可以看出本工藝具有明顯的優越性和顯著的經濟效益。最突出的特點是鉻酐含量低，鍍鉻溫度低和適應溫度範圍寬。與標準工藝相比，鍍液中鉻酐含量可降低50%左右，鉻酐的消耗量可減少80%。相應廢水中的鉻酐含量也大幅度下降，可節約處理汙水用的NaCl20%，還可省去化學試劑FeSO4·7H2O。
在電流效率方面，因本工藝的陰極電流密度比標準工藝降低了60%，所以槽電壓也隨著降低，對鍍同樣的產品，就可節約電能50～80%，同時電流效率可提高38.3～98.4%。加上本工藝的鍍鉻溫度低，變化小，生產穩定。所以在電解過程中析出的氫很少，很少聞到鉻酸霧的味道，不但對健康和減輕汙染有利，還可省去抽風裝置，節約能源。如某廠1987年一季度採用本工藝電鍍生產四種產品，直流電總消耗2938.24度，標準工藝鍍同樣的產品卻要9289.17度，可見本工藝可減少直流電能74.83%。
在深鍍、均鍍能力方面，用直角陰極法對比測定發現本工藝未上鉻的面積為標準工藝的30%。對有些難鍍件的小孔標準工藝是很難鍍上鉻的，本工藝卻鍍得很好，例如手動編織機的針床板是由雙層薄鋼板衝壓成型合攏後點焊而成。其表面積有38dm2，長有1100mm，板上有各種形狀的大小孔680個。標準工藝對有些孔眼，特別是針床板的背面都鍍不上鉻。而採用本工藝鍍鉻的針床板，除有時有點掛具印子外，全部都能鍍上鉻。
本工藝鍍鉻的結合力和韌性，用光亮酸性鍍銅、光亮鎳、全光亮鎳鐵合金作底層，在本工藝的鍍液中鍍鉻，都未發現脫鉻現象。用鋼板經前處理後直接鍍鉻1.5小時，然後將此鋼板反覆曲折或用大錘猛力捶擊鋼板的對摺彎曲處，直至鋼板延展變形，也未見脫鉻或裂紋。可見本工藝在銅、鐵、鎳和鎳鐵合金上鍍鉻都有很好的結合力和韌性。
鍍鉻層的硬度，用兩個鍍件作試樣，先後在本工藝同一鍍槽中鍍鉻，鍍鉻溫度分別為32℃和52℃，鍍鉻時間分別為3小時和5小時，測得鉻層硬度分別為HV1038和HV784。從這兩個試樣測定的硬度表明，本工藝不僅適用於電鍍防護-裝飾性鍍鉻，也能適用於電鍍硬鉻。
本工藝的另一明顯特點是電鍍過程中的各種因素變動範圍寬，穩定、容易控制、操作簡便。例如在1.4m3鍍鉻液中連續生產三個月，分析Cr3+含量一直穩定在2～4.5g/l範圍之內，所以不必調整。
在標準工藝中SO2-4的含量必須維持這樣一個比値CrO3∶H2SO4＝100∶1，才能獲得理想的鍍鉻層，稍有不愼就會影響產品質量。本工藝鍍鉻液中SO2-4的含量不受這個比値的限制，分析得知H2SO4含量為0.22g/l或1.75g/l時都能得到良好的鍍層。
還有標準工藝中要求電流密度與鍍鉻溫度有嚴密的配合。因溫度高，變化快，所以要求電流密度就要隨之改變。因此操作人員必須經常測量溫度，調整輸出電流，稍有不愼，產品就發灰或鍍不上鉻。本工藝的鍍鉻溫度穩定性好，陰極電流密度又低，變化範圍寬，在1.4m3鍍槽中鍍鉻其總電流可在100～200A的範圍內波動，在槽電壓基本不變時，陰極電流密度可隨溫度變化自動改變，不影響產品質量。
由於本工藝鍍鉻的產品表面很少出現掛具印子，據某廠鍍縫紉機離合螺釘的檢驗數據表明一次合格率為≥98.1%。
本發明的鍍鉻添加劑及其應用工藝可對鑄鐵或鋼基體、鐵-鎳合金基體、鎳基體、黃銅基體、酸性光銅基體、銅-鋅合金基體以及退鉻返工或拋光後的基體直接鍍鉻。
實施例1在鍍槽中將曾使用4年以上的標準鍍鉻液，經處理除掉過多的SO2-4，再調整使其成分為CrO3153g/l，H2SO40.63g/l，本添加劑6g/l。根據待鍍編織機針床板的面積，掛好Pb-Sn陽極，調整極距300mm，每次鍍針床板4塊，控制槽電壓為10V，陰極電流密度Dk約為8A/dm2，操作溫度為24℃，鍍鉻時間5分鐘，所鍍的4塊針床板全部合格。
實施例2新配的鍍鉻液，其成分為CrO3151g/l，H2SO40.77g/l，本添加劑6g/l。根據縫紉機離合螺釘一次鍍鉻的總面積，掛好Pb-Sn陽極，調整極距為300mm，每次鍍256個離合螺釘，控制槽電壓為6.5V，陰極電流密度Dk約為9A/dm2，操作溫度為50℃，鍍鉻時間為5分鐘，只有3個離合螺釘上的小孔沒有全上鉻，合格率為99%。
實施例3將使用過幾年的標準鍍鉻液，調整後使其成分為CrO3147g/l，H2SO40.65g/l，本添加劑6g/l。鍍件是縫紉機的上輪，根據鍍件的數量及其總面積，先掛好Pb-Sn陽極，調整極距為300mm，控制槽電壓為9V，陰極電流密度Dk為7.5A/dm2，操作溫度35℃，鍍鉻時間為5分鐘，每槽鍍上輪32個，全部合格。
實施例4除鍍鉻溫度為18℃外，其他條件同實施例2，鍍手動編織機小配件，合格率為99%。
權利要求
1.一種適用於鍍鉻的稀土添加劑，其特徵在於它是由鐠釹為主的輕稀土混合物和K2SiF6及Al2(SO4)·10H2O組成。
2.根據權利要求
1所述的添加劑，其特徵在於這種鐠釹為主的輕稀土混合物是粉末狀稀土的氧化物或稀土硫酸鹽與鉻酸鹽，最好是粉末狀的稀土氫氧化物。該混合物中稀土總量以稀土氧化物計算為65±3%。
3.根據權利要求
2所述的添加劑，其特徵在於這種鐠釹為主的輕稀土混合物中，以稀土氧化物計算，其成分為(Pr6O11+Nd2O3)/RxOy＝80～95%，La2O3/RxOy＝4～10%，餘量為其它稀土氧化物。
4.根據權利要求
3所述的添加劑，其特徵在於Pr6O11∶Nd2O3＝1∶7～9。
5.根據權利要求
1所述的添加劑，其特徵在於該添加劑成分的重量百分比為輕稀土的氫氧化物的混合物K2SiF6∶Al2(SO4)3·10H2O＝1∶0.25～0.3∶0.1～0.2。
6.一種根據權利要求
1所述的鍍鉻的稀土添加劑的鍍鉻工藝，其特徵在於工藝條件為CrO3120～180g/l;CrO3∶H2SO4＝100∶0.3～0.6;本添加劑5～8g/l;鍍鉻溫度17～55℃;陰極電流密度Dk5～15A/dm2;陽極組成Pb88～92%，Sn8～12%;陰陽極的面積比S陰∶S陽＝1∶2～2.5。
7.根據權利要求
6所述的鍍鉻工藝，其特徵在於CrO3最佳含量為150～160g/l;本添加劑最佳用量為6～7g/l。
8.根據權利要求
6所述的鍍鉻工藝，其特徵在於鍍鉻溫度最佳為25～35℃;陰極電流密度Dk最佳值為8～12A/dm2。
專利摘要
一種鍍鉻添加劑及其應用工藝，它是以鐠釹為主 的輕稀土混合物和K
文檔編號C25D3/02GK87102034SQ87102034
公開日1988年12月21日 申請日期1987年6月9日
發明者羅振華, 粟健康, 楊華祿 申請人:湖南稀土金屬材料研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan