专利名称：一种用于三价铬电镀的镀液和使用该镀液的电镀方法
技术领域：
本发明是关于一种用于电镀的镀液和使用该镀液的电镀方法，更具体地，本发明是关于一种用于三价铬电镀的镀液和使用该镀液的电镀方法。
背景技术：
三价铬的毒性仅是六价铬的1％，污水处理容易，三价铬镀铬层的附着性与耐蚀性非常好，因此近年来三价铬电镀工艺得到了快速发展。
现有的用于三价铬电镀的镀液一般包括开缸剂、稳定剂、湿润剂和络合剂，pH值为2.5-3.0，市售的用于三价铬电镀的镀液主要有上马科技有限公司的TVC三价铬、国际化工有限公司的TC三价铬和美国罗门哈斯公司的3C三价铬。现有的常规三价铬电镀方法用上述镀液镀三价铬，镀层接近不锈钢的色泽，颜色较为单调，而且镀液的覆盖能力低，工件的电流密度光亮区小。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的用于三价铬电镀的镀液的覆盖能力低、得到的镀层颜色单调的缺点，提供一种覆盖能力强并且得到的镀层颜色丰富的用于三价铬电镀的镀液。
本发明的另外一个目的是提供一种使用本发明的镀液的三价铬电镀方法。
本发明提供的用于三价铬电镀的镀液含有开缸剂、稳定剂、湿润剂和络合剂，其中，该镀液还含有氯化铁。
本发明提供的三价铬电镀方法包括将工件放入镀液中作为阴极，石墨板放入镀液中作为阳极，然后接通直流电源，所述镀液含有开缸剂、稳定剂、湿润剂和络合剂，其中，该镀液还含有氯化铁。
在本发明提供的用于三价铬电镀的镀液中，氯化铁与镀液中的其它组分配合作用，可以提高镀液的覆盖能力，并且可以调节镀层黑色的深浅，使产品的颜色更加丰富。例如，实施例1和2的镀液含有氯化铁，实施例3-5的镀液含有氯化铁和氯化锰，对比例1的镀液不含氯化铁和氯化锰，实施例1-5的阴极的光亮区走位达到9.2厘米或以上，最高达到9.8厘米，远大于对比例1的8.2厘米，这说明了本发明通过在镀液中添加氯化铁并选择性添加氯化锰而显著地提高镀液的覆盖能力；使用实施例1-5的镀液得到的镀层从浅黑色到深黑色，而使用对比例1的镀液得到的镀层颜色为不锈钢色，因此使用本发明提供的镀液得到的镀层的颜色更加丰富了。
具体实施例方式
本发明提供的用于三价铬电镀的镀液含有开缸剂、稳定剂、湿润剂和络合剂，其中，该镀液还含有氯化铁。
所述开缸剂的种类和含量已为本领域技术人员所公知。在本发明提供的镀液中，开缸剂的含量为200-800克/升，优选为300-600克/升，更优选为400-500克/升；开缸剂包括水溶性三价铬盐和一种化合物，该化合物选自氯化钾、氯化钠、氯化铵和硼酸中的一种或几种。所述水溶性三价铬盐优选为氯化铬。其中，水溶性三价铬盐的含量为40-180克/升，优选为90-140克/升。所述开缸剂可以商购得到，例如上马公司的TVC-BC开缸剂、国际化工公司的Trich-6561开缸剂和罗门哈斯公司的3C开缸剂。
所述稳定剂的种类和含量已为本领域技术人员所公知。在本发明提供的镀液中，稳定剂的含量为20-120毫升/升，优选为40-100毫升/升，更优选为55-75毫升/升；稳定剂可以选自溴化铵、氨基乙酸和丙三醇中的一种或几种。所述稳定剂可以商购得到，例如上马公司的TVC-CAT稳定剂、国际化工公司的Trich-6561主光剂和罗门哈斯公司的3C稳定剂。
所述润湿剂的种类和含量已为本领域技术人员所公知。在本发明提供的镀液中，润湿剂的含量为0.5-10毫升/升，优选为1-8毫升/升，更优选为2-5毫升/升；润湿剂可以选自磺基丁二酸盐，碳原子数为2-20、优选为2-16的烃基苯磺酸盐，碳原子数为2-20、优选为2-16的烷基硫酸盐和碳原子数为2-20、优选为2-16的烷基醚硫酸盐中的一种或几种。所述润湿剂可以商购得到，例如上马公司的TVC-MS湿润剂、国际化工公司的Trich-6561湿润剂和罗门哈斯公司的3C湿润剂所述络合剂的种类和含量已为本领域技术人员所公知。在本发明提供的镀液中，络合剂的含量为0.1-5毫升/升，优选为0.5-3毫升/升，更优选为1-2毫升/升；络合剂可以为有机酸盐，如选自甲酸盐、乙酸盐、草酸盐、丁二酸盐、酒石酸盐、柠檬酸盐和乙醇酸盐中的一种或几种。所述盐为上述有机酸的钾盐、钠盐和铵盐中的一种或几种。所述络合剂可以商购得到，例如上马公司的TVC-EXT络合剂、国际化工公司的Trich-6561辅助剂和罗门哈斯公司的3C络合剂。
在本发明提供的镀液中，氯化铁的含量为0.5-7.5克/升，优选为1-7克/升，更优选为1-6克/升。
本发明提供的镀液还可以选择性地含有氯化锰，氯化锰在镀液中的含量为0-1克/升，优选为0.05-0.8克/升，更优选为0.1-0.6克/升。氯化锰在镀液中起到配合氯化铁的作用，可以在进一步提高镀液覆盖能力的同时，使镀层的颜色更深。
本发明提供的镀液的pH值优选为3.2-5，更优选为3.5-4.5。可以通过添加碱性物质来调节镀液的pH值，例如加入氨水调节镀液的pH值。
本发明提供的镀液的制备方法与常规的用于三价铬电镀的镀液的制备方法相同，按照上述含量将各组分加入到水中搅拌均匀，然后调节pH值即可。本发明的镀液还可以通过将氯化铁以及选择性含有的氯化锰加入到现有的市售镀液中，然后使用碱性物质调节pH而制得。
本发明提供的三价铬电镀方法包括将工件放入镀液中作为阴极，石墨板放入镀液中作为阳极，然后接通直流电源，所述镀液含有开缸剂、稳定剂、湿润剂和络合剂，其中，该镀液还含有氯化铁。
按照本发明提供的三价铬电镀方法，除了使用本发明的镀液之外，电镀的步骤和条件与常规的三价铬电镀方法相同。
例如，电镀的条件包括电镀的温度为20-50℃，优选为25-40℃；阴极电流密度为5-30安培/平方分米，优选为10-20安培/平方分米电镀时间为10秒-3分钟，优选为30秒-2分钟。
三价铬电镀后还可以对镀层进行钝化，以提高镀层的耐蚀性能。钝化的方法为将电镀后的工件在10-40℃下浸渍在铬酸酐或重铬酸盐水溶液中。其中，铬酸酐或重铬酸盐水溶液中的铬酸酐或重铬酸盐的浓度为5-60克/升，优选为10-50克/升。浸渍的时间5-50秒钟，优选为10-30秒。
下面通过实施例来更详细地描述本发明。
实施例1-5这些实施例用于说明本发明提供的用于三价铬电镀的镀液。
将氯化铁以及选择性含有的氯化锰按照如表1所示的含量加入到购自上马有限公司的TVC三价铬镀液中(其中，该TVC三价铬镀液含有425克/升的TVC-BC开缸剂、65毫升/升的TVC-CAT稳定剂、3毫升/升的TVC-MS湿润剂和1毫升/升的TVC-EXT络合剂)，搅拌均匀后，加入氨水将镀液的pH值分别调至如表1所示的各镀液pH值范围，得到镀液D1-D5。
对比例1该对比例直接使用购自上马公司的与实施例1-5相同的TVC三价铬镀液，记做CD1。
镀液的性能测试在直流电流密度为7安培、温度为30℃的条件下，将实施例1-5的镀液D1-D5以及对比例1的镀液CD1在体积为267立方厘米的霍尔槽中进行1.5分钟的霍尔槽试片试验，以评价镀液的覆盖能力以及形成的镀层的颜色。阳极采用高纯石墨阳极(纯度为99.99％)，阴极采用镀镍后的标准黄铜片(100×70毫米)。由于霍尔槽中阴极板与阳极板不平行，阴极试片上各部位与阳极的距离是不等的，离阳极较近的一端(称为近端)电流密度较大，然后随着阴极与阳极的距离增大，电流密度逐渐减小。直至离阳极最远的一端(称为远端)，电流密度最小。因此，通过观察阴极上的光亮区走位可获取镀液工作的电流密度范围，进而评价镀液的覆盖能力性能。为正确评定试验结果，阴极试片上测试数据均取自离试片底线25毫米-35毫米(宽10毫米)之间的一段表面，测试的结果如表1所示。
表1
从表1所示的测定结果可以看出，实施例1和2的镀液含有氯化铁，实施例3-5的镀液含有氯化铁和氯化锰，对比例1的镀液不含氯化铁和氯化锰，实施例1-5的阴极的光亮区走位达到9.2厘米或以上，最高达到9.8厘米，远大于对比例1的8.2厘米，这说明了本发明通过在镀液中添加氯化铁并选择性添加氯化锰而显著地提高镀液的覆盖能力；使用实施例1-5的镀液得到的镀层从浅黑色到深黑色，而使用对比例1的镀液得到的镀层颜色为不锈钢色，因此使用本发明提供的镀液得到的镀层的颜色更加丰富了。实施例1和2的测试结果与实施例3-5的测试结果进行比较可以看出，当镀液同时含有氯化铁和氯化锰时比单独含有氯化铁时更容易提高镀液的覆盖能力和加深镀层的颜色。
实施例6该实施例用于说明本发明提供的三价铬电镀方法。
将表面已镀有光亮镍的工件放入实施例5制备的镀液中作为阴极，将高纯石墨板作为阳极，接通直流电源，在温度为32℃、阴极电流密度为20安培/平方分米的条件下电镀1分钟。
将电镀后的工件在30℃下在30克/升的铬酸酐水溶液中浸渍20秒。然后用水将工件表面清洗干净并在80℃下烘干。
所得镀层颜色均一，用如下所述的百格刀测试测得镀层的附着力良好(脱落率小于10％)，进行如下所述的中性盐雾测试后镀层的外观无异常。
百格刀测试将样品放置在测试台上，使用切刀在样品表面的同一方向上划长度为20毫米、间距为1毫米的11条线，然后在90度方向相交叉划长度为20毫米、间距为1毫米的11条线；将75毫米长的胶带(Permacell-99)中心部位小心放在划好的格子上与格线水平方向，使胶带完全覆盖格子，然后用橡皮擦擦拭，使胶带与格子完全良好接触；30-90秒钟后，从胶带单边以180°水平方向迅速拖起胶带，根据样品表面的脱落面积计算脱落率。
中性盐雾(NSS)测试将样品以25度的倾角放置在温度为35℃、湿度≥85％RH的试验箱(HOLINK H-SST-90盐水喷雾试验机)内，用pH＝6.8的溶液(溶液成份50克/升NaCl)，连续喷雾48个小时后取出；用常温清水冲洗5分钟并用吹风机吹干，在室温下放置1小时，观察样品外观是否有异常，如无异常则说明样品合格。
权利要求
1.一种用于三价铬电镀的镀液，该镀液含有开缸剂、稳定剂、湿润剂和络合剂，其特征在于，该镀液还含有氯化铁。
2.根据权利要求1所述的镀液，其中，氯化铁的含量为0.5-7.5克/升。
3.根据权利要求2所述的镀液，其中，氯化铁的含量为1-6克/升。
4.根据权利要求1所述的镀液，其中，该镀液还含有含量为0-1克/升的氯化锰。
5.根据权利要求4所述的镀液，其中，氯化锰的含量为0.1-0.6克/升。
6.根据权利要求1所述的镀液，其中，该镀液的pH值为3.2-5。
7.根据权利要求1所述的镀液，其中，开缸剂的含量为200-800克/升，开缸剂包括水溶性三价铬盐和一种化合物，该化合物选自氯化钾、氯化钠、氯化铵和硼酸中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的镀液，其中，所述稳定剂的含量为20-120毫升/升，稳定剂选自溴化铵、氨基乙酸和丙三醇中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的镀液，其中，所述润湿剂的含量为0.5-10毫升/升，润湿剂选自磺基丁二酸盐、碳原子数为2-20的烃基苯磺酸盐、碳原子数为2-20的烷基硫酸盐和碳原子数为2-20的烷基醚硫酸盐中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的镀液，其中，所述络合剂的含量为0.1-5毫升/升，络合剂选自甲酸盐、乙酸盐、草酸盐、丁二酸盐、酒石酸盐、柠檬酸盐和乙醇酸盐中的一种或几种。
11.一种三价铬电镀方法，该方法包括将工件放入镀液中作为阴极，石墨板放入镀液中作为阳极，然后接通直流电源，其特征在于，所述镀液为权利要求1-10中任意一项所述的镀液。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，电镀的条件包括电镀的温度为20-50℃，阴极电流密度为5-30安培/平方分米，电镀时间为10秒-3分钟。
全文摘要
一种用于三价铬电镀的镀液含有开缸剂、稳定剂、湿润剂和络合剂，其中，该镀液还含有氯化铁。本发明还提供了使用上述镀液的三价铬电镀方法。在本发明提供的用于三价铬电镀的镀液中，氯化铁与镀液中的其它组分配合作用，可以提高镀液的覆盖能力，并且可以调节镀层黑色的深浅，使产品的颜色更加丰富。
文档编号C25D3/02GK101092721SQ20061008643
公开日2007年12月26日 申请日期2006年6月19日 优先权日2006年6月19日
发明者彭波, 李爱华 申请人:比亚迪股份有限公司