三價鉻鍍鉻自1854年Bunsen發表第一篇論文以來，迄今已有100餘年歷史，由於有些技術問題難以突破，因此進展比較緩慢。
基本介紹
- 中文名：三價鉻鍍鉻
- 創始人：Bunsen
- 創始日期：1854年
- 相似產品：六價鉻
- 限制：可鍍性
- 面臨問題：鍍層難以增厚
研究歷史,主要特點,研究問題,鍍層增厚,陽極選擇,溶液成分,
研究歷史
長期以來,電鍍鉻通常採用六價鉻電鍍液。近年來,由於六價鉻對環境等方面帶來污染影響,於是加緊了對三價鉻電鍍的研究。實際上提出用三價鉻代替六價鉻的研究已經有很長時間。用三價鉻鍍裝飾鉻與六價鉻電鍍相比,具有很多優異特性,但在實際套用中也存在一些問題,其可鍍性受到一定限制。因此,用三價鉻電鍍功能性鉻還沒有被實際廣泛套用。還介紹了三價鉻電鍍的機理及展望,並提出了有待深入研究的問題。
六價鉻的毒性大，對環境污染嚴重。鍍鉻溶液大量使用鉻酐，是電鍍行業含鉻廢水的主要污染源。這一問題已經引起人們普遍的關注，各國政府也加強了立法管理，如美國對六價鉻的排放標準已從0．05mg/L降到0．01mg/L，並從1997年起開始執行。六價鉻鍍鉻液的電流效率低和覆蓋能力差也是一個問題。為了從根本上減輕污染和提高電流效率及覆蓋能力，三價鉻鍍鉻工藝越來越受到人們的青睞。
三價鉻鍍鉻自1854年Bunsen發表第一篇論文以來，迄今已有100餘年歷史，由於有些技術問題難以突破，因此進展比較緩慢。至20世紀70年代，隨著科學技術的發展和化學原料的增多，以及人們對環保意識的進一步增強，三價鉻鍍鉻研究又提到電鍍工作者議事日程上來了。1974年英國發表了 Alecra-3的三價鉻鍍鉻工藝，並於1975年申請了一份用三氯化鉻作主鹽的三價鉻鍍鉻專利，即Alecra-3000。1981年，英國開發了硫酸鹽的環保鉻(Envir0-chome)的三價鉻鍍鉻工藝。該工藝採用選擇性離子隔膜將陰極區域和陽極區域分開，這樣可避免陽極板上氧化成的六價鉻對三價鉻鍍液帶來的危害：幾乎同時，美國Harsha0公司也開發了Tri-chrome三價鉻鍍鉻工藝。
到了90年代，三價鉻電鍍有了較快的發展。1998年 Ibrahim等人發表了幾篇以尿素為配位體的三價鉻電鍍厚鉻工藝。我國中南工業大學、北京科技大學、華南師範學院等也相機開展了三價鉻電鍍的研究，取得了一些成果，但仍不能實現工業套用。90年代後期的研究主要集中在提高鍍液的穩定性、改進陽極、改善鍍層的外觀和提高鍍層的厚度等方面。
21世紀初，國內的研究開始取得實質性的進展。廣州二輕工業研究所經過幾年的努力，在硫酸鹽三價鉻電鍍工藝和鈦基塗層陽極方面取得了突破，目前已實現工業化，多家工廠已在套用，並有商品出售。目前國內外研製或代理的三價鉻鍍鉻產品和工藝已有10多家，他們是：廣州二輕工業研究所、美國電化學公司、美國樂思公司、美國安美特公司、國際化工公司、美堅公司、安恩特公司、柏安美公司、金迪公司、意笙公司、瑞期公司等，但大多數工藝操作較複雜，生產條件要求苛刻，不易維護和管理，而且所得鉻層多以不鏽鋼色或亮灰白色為主，與人們早已習慣的傳統六價鉻的藍白色調相差較遠，同時鍍層厚度也較薄，硬度較低，耐蝕性也較差，這些問題還需一步改進、提高和完善，以適應工業化生產和產品性能的要求。
主要特點
(1)毒性低，廢水處理容易。據報導三價鉻的毒性只有六價鉻的1/100，而且在電鍍過程中不產生六價鉻酸霧。鍍液濃度低，只有六價鉻鍍液的1/7左右，因而帶出鍍液量少，廢水處理也容易。
(2)鍍液的電流密度範圍寬，可在0．5～100A/dm寬廣的陰極電流範圍內獲得合格的鍍層。
(3)鍍液分散能力和覆蓋能力優於六價鉻鍍液。
(4)鍍液的電流效率高，可達25%左右。
(5)鍍液可不必加溫，在常溫條件下工作，從而節約了能源。
(6)鍍層耐蝕性佳，可直接鍍取微觀不連續的鉻鍍層。
(7)電鍍時，即使電流中斷也不影響結合力。
但早期的三價鉻鍍層的缺點是比較突出的，主要有如下幾點。
(1)色澤不像六價鉻鍍液中取出的呈青白色，而是帶有不鏽鋼的黃白色，因而難以使用戶接受。
(2)鍍層的厚度只能達到3μm，不能再增厚，因此不適合鍍硬鉻。
(3)鍍液穩定性差。
(4)鍍層的硬度低。
通過電鍍工作者不懈的努力，上述存在的四個問題目前已基本被突破。
(1)現在已能鍍取較青白色接近六價鉻鍍液中鍍取的色澤。
(2)鍍層厚度也可達到數十微米甚至可達數百微米。
(3)鍍液的穩定性也大有提高。
(4)鍍層的鍍態硬度雖較低(HV600～900)，但若經一定的溫度熱處理後，硬度可達到HVl200～1800，耐磨性也大大增強。我們知道，這一硬度值已經大大超過了六價鉻鍍鉻層。
配方主鹽用硫酸鉻鉀，作為配位體的有甲酸、草酸和醋酸銨，作為緩衝劑和導電添加劑的有硼酸、硫酸鋁、硫酸鈉和硫酸銨。，三價鉻鍍液中三價鉻離子在陰極上放電是分步進行的。含有相對穩定的二價鉻絡離子的化合物，其放電速率明顯加快。研究還表明，某些有機硫化合物對二價鉻離子放電有催化作用，如添加0．05g/L的硫代甲醯胺到草酸鍍液中，電流效率可增加8%～12%。
三價鉻鍍液也是用的硫酸鹽，以草酸作為三價鉻的配位絡合劑，以硼酸作為緩衝劑。含有10個結晶水硫酸鉻的濃度為100g/L，以鉑或鈦一鉑作陽極。在草酸溶液的三價鉻鍍液中未發現六價鉻離子，而且獲取的是具有塑性和沒有裂紋的鉻鍍層。鍍液的覆蓋能力極佳，電流效率可達30%～35%。如果加入氟離子，則電流效率還會進一步提高，可達43%；沉積速率達1．5～2μm/min。作為硬鉻鍍層，厚度可達到50μm。從該三價鉻鍍液中獲取的鉻鍍層光亮，外觀較青白，已接近六價鉻鍍液中鍍取的色澤。
由於三價鉻鍍鉻一些難以解決的問題已基本得到了解決，因此近幾年國外投入工業化生產也日漸多起來，尤其在北美洲，三價鉻電鍍工藝套用最多，已發展到100多家電鍍公司在採用該工藝，鍍液的體積已達到近3×105L。
在英國的一家私營企業裡面採用了3價鉻鍍鉻工藝，取得了不錯的經濟效益。目前國內在這方面的進展不容樂觀，主要是我們的相關大學沒有正確的心態來研究，往往急功近利，更沒有西方環保主義者的責任感。
這是一項很有環保價值的工藝，希望大家多研究關注。
研究問題
三價鉻電鍍還存在很多弱點，如鍍液不穩定、對雜質敏感；生產成本高、鍍層色澤偏暗等，尤其以下幾方面在研究、開發和生產中必須考慮。
鍍層增厚
三價鉻電鍍層的厚度一般只能達到幾個微米，只能套用於裝飾性鍍層。這主要是因為隨著電鍍時間的增加，電鍍條件發生了變化：在電鍍過程中，陰極電流密度和時間可以控制，而溶液的pH值、溫度都會變化。因此，pH值和溫度是導致鍍層不能進一步增厚的主要原因。
陽極選擇
由於三價鉻電鍍的鍍液尚不穩定，而且對雜質很敏感，因此一般不能選可溶性材料作陽極；而不溶性陽極中三價鉻容易被氧化成六價鉻，加速了鍍液的不穩定性。目前，國內研究的各種三價鉻鍍鉻工藝幾乎都是採用石墨陽極。石墨陽極的主要缺點 ：
(1)在槽液中的工作條件下不夠穩定，電極不斷氧化生成CO2；
(2)陽極崩壞形成的炭粉渣會污染鍍液；
(3)電極氧化後變薄，引起內電阻增大和陰、陽極之間的間距增大，導致槽壓增高。
溶液成分
最近國內學者提出了一種鍍液體系——草酸鹽-乙二胺四乙酸體系，該體系的配方很複雜，而且溫度和電流密度範圍均太窄；陽極使用石墨，還存在前述缺點。使用過程中，由於成分複雜，管理維護難度很大。
