硬铬溶液电流效率相关因素的研究

蒲小琴

重庆科技学院, 重庆 401331

 

摘要：电流效率尤其是阴极电流效率是电镀液的重要性能之一。本文利用铜库仑计测定了硬铬镀液电流效率与铬酐浓度、硫酸浓度的关系和在不同电流密度下C26添加剂与电流效率的关系；为实际生产中提高电流效率、降低生产成本、选择最佳的电镀工艺、 确定阴极和阳极面积比等方面提供应用价值。

关键词：电量计；C26添加剂；电流效率

 

1、前 言  

新的电镀工艺开发后经过一定时间的实验室试验，性能优越且稳定时将应用于工业大生产。新工艺在指导生产时，除了必需给出电镀溶液各组分的含量和工艺参数外，还需要测定新工艺应用于生产时镀层性能和镀液的性能。镀液性能包括阴极电流效率、电导率、镀液的分散能力和深镀能力等。镀液性能指标中阴极电流效率是一个重要的指标。它的数值能反映劳动生产率的高低以及电能的消耗情况，体现电能的有效利用率。需注意的是，阴极电流效率和电镀生产效率是两个不同的概念，不能混为一谈。 电流效率是电镀液的性能，反应的是电镀过程中用于沉积镀层的电量与实际消耗电量的比值，它与电镀所用的整流器等设备情况无关。以下就介绍镀硬铬电镀液电流效率的测定方法、电流效率与镀液中各组分含量的关系以及不同电流密度下C26添加剂与电流效率的关系。

2、电流效率的测定

2.1 电流效率的定义

电流效率是指当一定电量通过电极时，实际获得的产物质量(以M实表示)与根据法拉弟定律计算所获得的产物质量(以M理表示)之比。G 表示电流效率，则有表达式 G= M实÷M理 ×100%。在电镀液的电流效率中，我们更关心的是阴极电流效率，它能直接反应电镀过程中消耗电能的转化率。通常以GK表示阴极电流效率，GA表示阳极电流效率。由于伴随着电沉积金属镀层的主反应，还有氢气的析出等副反应，所以实际生产中电镀液的GK均小于100%，尤其是镀硬铬，在阴极更是有大量的氢气析出和Cr2O72-离子还原为Cr3+等反应，使阴极电流效率大大降低。对于传统的镀铬液GK只有8% ~16%。

2.2测定原理和方法

2.2.1原理

根据法拉弟定律，测出通过阴极的总电量Q总和消耗于镀层金属铬沉积的电量Q铬，通过计算可得到MCu和M铬从而得到阴极电流效率。

2.2.2方法：利用铜库仑计，采用特定的酸性镀铜电解液：

   硫酸铜          125g/l

   硫酸（d=1.84）   25ml/L

   乙醇             50 ml/L

其电流效率为100%。操作条件：温度：22℃，阴极电流密度1.6A/dm2，电镀30分钟后称出阴极上沉积的铜层重量，就可用法拉弟定律计算Q总。

将待测阴极电流效率的镀槽与铜库仑计电解槽相串联。将欲测Gk的阴极试片及铜库仑计的阴极试片按设计好的前处理工艺进行前处理，将前处理好的阴极试片吹干后在分析天平上称量，按铜库仑计及镀槽阴极所测的电流密度调好电流，将称量好的两阴极试片同时带电入槽，通电30min，同时取出阴极试片，清洗、并用电吹风吹干，在分析天平上称量，分别计算出铜库仑计阴极试片和镀槽阴极试片镀层的质量MCu和M铬，则可根据下式计算出阴极电流效率Gk。Gk=（M铬×1.186）÷（MCu×k铬 ）×100% 。M铬为待测阴极试片镀层的质量；MCu为铜库仑计阴极铜镀层的质量；k铬为待测阴极上沉积金属铬的电化当量；1.186为铜的电化当量。

2.3测定结果

2.3.1用铜库仑计测定铬酐浓度与阴极电流效率的关系

工艺参数：温度控制在60℃，电流密度60A/dm2，添加剂含量为100%，铬酐与硫酸根浓度比为72。实验数据如图1。

图1 铬酐浓度与阴极电流效率的关系

2.3.2用铜库仑计测定硫酸根浓度与阴极电流效率的关系

工艺参数：温度控制在60℃，电流密度55A/dm2，添加剂含量为100%，铬酐浓度为250g/l。实验数据如图2。

图2　　硫酸根浓度与阴极电流效率的关系

2.3.3 用铜库仑计测定添加剂与阴极电流效率的关系

2.3.3.1 低电流密度下用铜库仑计测定添加剂与阴极电流效率的关系

工艺参数：温度控制在60℃，电流密度30A/dm2，铬酐浓度为250g/ l，硫酸根浓度为3.2g/l。实验数据如图3。

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3　　低电流密度下添加剂浓度与阴极电流效率的关系

2.3.3.2 高电流密度下用铜库仑计测定添加剂与阴极电流效率的关系

工艺参数：温度控制在60℃，电流密度60A/dm2，铬酐浓度为250g/l，硫酸根浓度为3.2g/l。实验数据如图4

图4　　高电流密度下添加剂浓度与阴极电流效率的关系

2.3.4用铜库仑计测定电流密度与阴极电流效率的关系

工艺参数：温度控制在60℃，铬酐浓度为250g/ l，硫酸根浓度为3.2g/l，添加剂含量为100%。实验数据如图5。

 

 

图5　　电流密度与阴极电流效率的关系

3.结论

3.1  C26添加剂能有效提高镀硬铬液的阴极电流效率，优化镀液的性能，节约生产成本。    在电能消耗一定的前提下，在相同的时间内阴极电流效率高的镀液所得镀层较厚。C26添加剂应用于生产中可节约劳动时间，提高生产效率，节省电能。

3.2  C26添加剂能有效提高产品质量

    高的阴极电流效率可降低镀液的析氢量、孔隙率和镀层出现氢脆的机率，提高产品的内在质量；还可以减少形成疏松海绵状镀层，提高产品外观质量。

参考文献:

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作者简介：

蒲小琴 （1975.11-），女，汉族，高级工程师，四川南充人，研究方向：钢件表面处理及化工分析检测；工作单位：重庆科技学院；     联系电话 ：13752989315      电子邮箱：cqpuxiaoqin@163.com   

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