硫酸鉻-草酸鈉體系中三價鉻陰極電沉積過程的研究.pdf

1、鍍鉻層具有優(yōu)良的性能，已在日常生活和工業(yè)領(lǐng)域中得到極其廣泛的應(yīng)用，被業(yè)內(nèi)稱為三大鍍種之一。傳統(tǒng)的六價鉻鍍液和鍍層性能具有眾多優(yōu)點，被廣泛使用，但由于六價鉻的劇毒性，已被越來越多的國家限制使用。采用新型低毒、可常溫操作的三價鉻鍍鉻工藝替代傳統(tǒng)的、高毒性的六價鉻鍍鉻是大勢所趨，已成為鍍鉻行業(yè)迫切需要攻克的、帶有行業(yè)共性和關(guān)鍵性的技術(shù)難題，可引領(lǐng)鍍鉻工藝朝環(huán)保、綠色、低能耗發(fā)展，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
　　國內(nèi)外對三價鉻鍍鉻的研究，已

2、有多年歷史，但由于三價鉻鍍鉻自身的困難以及配位劑、鍍液酸度與三價鉻離子之間復(fù)雜的配位關(guān)系，再加上人們對三價鉻陰極還原機理的認(rèn)識不夠清楚，導(dǎo)致三價鉻鍍鉻工藝發(fā)展緩慢，其鍍液穩(wěn)定性和鍍層性能仍不及六價鉻鍍鉻，目前只部分應(yīng)用于裝飾性鍍鉻，幾乎尚未應(yīng)用于功能性鍍鉻上。深入開展三價鉻離子配位機理和陰極還原機理的研究是加速推進三價鉻鍍鉻工藝產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　由于硫酸鹽鍍鉻體系中，陽極不產(chǎn)生有害的氯氣，更符合環(huán)保要求

3、，加上其鍍鉻層色澤更接近六價鉻鍍層的色澤，已成為當(dāng)前三價鉻鍍鉻研究的熱點。本論文主要研究硫酸鉻/草酸鈉體系中三價鉻陰極電沉積過程以及添加劑聚乙二醇（PEG）、聚二硫二丙烷磺酸鈉（SPS）等對該過程的影響，得到了一些有意義的實驗結(jié)果，可望對三價鉻鍍鉻性能優(yōu)異的添加劑及其工藝的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)作用。
　　本論文主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果：
　　1.應(yīng)用電化學(xué)石英晶體微天平（EQCM）、電化學(xué)循環(huán)伏安、線性掃描、計時電流等方法，研究

4、了硫酸鉻/草酸鈉體系中三價鉻的陰極電沉積過程以及溫度、掃描速率、電極電位等對該過程的影響，比較深入地闡明了三價鉻電還原的機理。根據(jù)Cr3+配位特征以及EQCM實驗結(jié)果，從電極表面質(zhì)量變化的角度，提出三價鉻陰極電沉積過程的歷程為：(此處公式省略)
　　2.應(yīng)用EQCM、電化學(xué)循環(huán)伏安、線性掃描、計時電流等方法，研究了聚乙二醇（PEG）對硫酸鉻/草酸鈉體系中三價鉻陰極電沉積過程的影響；用掃描電鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）和X射

5、線衍射儀（XRD）等手段表征了鉻鍍層的形貌和結(jié)構(gòu)，并分析了PEG對三價鉻陰極電沉積機理的影響。結(jié)果表明：PEG可吸附在電極表面，占據(jù)部分電極表面，降低了析氫反應(yīng)的速率；同時，PEG降低了三價鉻陰極電沉積過程的臨界電位，減少了電極表面pHsf與本體溶液pH0的差值，影響了鉻電沉積過程中生成的配合物中間體的組成與結(jié)構(gòu)，從而改變了鉻鍍層的性能以及電沉積速率，有利于鉻鍍層的形成；PEG還改變了三價鉻陰極電沉積的成核機理，從連續(xù)成核變?yōu)樗矔r成核，

6、有利于結(jié)晶細(xì)致、顆粒均勻的鉻鍍層的形成。
　　3.采用類似的方法，研究了聚二硫二丙烷磺酸鈉（SPS）和PEG+SPS對硫酸鉻/草酸鈉體系中三價鉻陰極電沉積過程的影響。實驗結(jié)果表明：鍍液升溫，可提高三價鉻電沉積的速度；SPS對三價鉻陰極電沉積過程的影響及作用機理與PEG相似，都提高了陰極極化的程度，改變了鉻電結(jié)晶成核機理，同時抑制了析氫反應(yīng)，有利于鉻的電沉積；鉻電沉積層的結(jié)構(gòu)不僅與鍍液溫度有關(guān)，而且與添加劑有關(guān)；SPS和PEG均可細(xì)