铬镀层因具有较高的硬度、良好的耐磨性和耐蚀性,以及白色泛蓝装饰性外观而被广泛地应用于汽车、电子、日常五金和航空航天等领域。传统的六价铬电镀因其剧毒性,对环境和人类健康均产生威胁,已日益不能满足绿色发展的需求。三价铬电镀工艺具有相较于六价铬的低毒性,不受电流中断影响,废水处理简单且不腐蚀设备等优势,是最佳的代六价铬电镀工艺之一。目前,三价铬常用于装饰性镀铬,而功能性厚铬镀层的电沉积工艺仍不成熟,有待进一步研究。本文在课题组已研发的硫酸盐三价铬装饰性镀铬的工艺基础上,通过大量实验成功开发出硫酸盐三价铬电沉积厚铬工艺。采用X射线荧光测厚仪(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和Tafel曲线等实验技术对厚铬镀层性能进行表征,并探究热处理和镀液中Fe2+浓度对镀层性能的影响。采用线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)等研究方法对Cr3+的电沉积机理进行研究,并初步探究Cr3+镀液体系中Fe2+和添加剂的作用机理。本论文的主要研究内容和结果如下:1、硫酸盐三价铬电沉积厚铬工艺与镀层性能通过大量试验,成功开发出具有实际应用价值的硫酸盐三价铬电沉积厚铬工艺,最佳镀液组成和工艺条件为:Cr2(SO4)3·6H20 25 g·L-1,H2C2O4·2H2O 10 g·L-1,H3BO3 70 g·L-1,Na2S04 100 g·L-1,含硫有机化合物 200 mg·L-1,pH 为3.0～4.0,温度为35～55 ℃,阳极为Ti-IrO2阳极(DSA),电流密度为3～6 A·dm-2,磁力搅拌。镀液分散能力为95%;覆盖能力为100%;电流密度为3～6 A.dm-2时,三价铬电沉积电流效率均大于20%;在3 A·dm-2电流密度下和60 min内,铬沉积速率保持为0.12 μm·min-1。在3 A·dm-2电流密度下电沉积120 min,得到铬镀层厚度为10.6 μm,表面呈瘤状形貌,为纳米晶结构,与光亮镍层间的结合力良好,显微硬度为789.2 Hv,在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位(Ecorr)为-0.29 v,腐蚀电流密度(jcorr)为 9.26×10-5 A·dm-2。2、热处理和Fe2+对厚铬镀层性能的影响三价铬镀层经过热处理后,镀层形貌和结构发生变化。100℃热处理后,镀层形貌从未经热处理的瘤状结构转变为平整致密、但产生微裂纹结构;随着热处理温度进一步升高,镀层表面更加平整致密,裂纹结构逐渐加深,出现微孔;热处理温度升高至600。C,镀层表面仍较为平整致密,但开始逐渐有其他晶体析出;热处理温度为70℃时,镀层表面已经布满杂晶,且镀层表面被氧化。热处理温度为100～300 ℃时,镀层中的铬纳米晶粒开始团聚;热处理温度为400～500 ℃时,镀层转变为晶态结构,且铬晶粒开始粗化;热处理温度升高至600～700 ℃时,铬晶粒进一步粗化,且伴随Cr3C2、Fe3C和Cr203新相的生成或析出。热处理后,铬镀层的性能更为优良。镀层显微硬度在400 ℃热处理后达到最大值1158.4 Hv;500 ℃热处理后,镀层的腐蚀电位为-0.16 V,腐蚀电流密度为1.78×10-5A·dm-2,耐蚀性最好;镀层综合性能最佳的热处理温度为400。℃。Fe2+可以与Cr3+形成共沉积,影响镀层的结构与性能。镀液中的Fe2+含量为100mg.L-1时,镀层中的Fe元素重量百分含量为3.62wt.%,镀层呈微裂纹形貌,表现为纳米晶结构特征;随着镀液中Fe2+含量增加,镀层中的Fe含量随之增大;当镀液中的Fe2+含量为300mg·L-1时,镀层中的Fe含量达到21.86wt.%,镀层由微裂纹形貌转变为瘤状形貌,表现为非晶态结构特征;镀液中Fe2+含量进一步增加,镀层中Fe含量也进一步增大,镀层表面形貌和晶态结构不再变化。镀层铁含量增加,其显微硬度增大;铁含量为23.78 wt%时,显微硬度达到928.9 Hv。镀层中铁含量为21.86wt%时,镀层的耐蚀性达到最佳,在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位为Ecorr=-0.25 v,腐蚀电流密度为jcorr=7.45×10-5 A·dm-2。3、硫酸盐三价铬电沉积机理研究三价铬的还原过程分两步进行:Cr3+ + e → Cr2+和Cr2++ 2e → Cr,第一步得到1个电子,受电化学过程和扩散过程共同控制,第二步得到2个电子,为扩散控制下的不可逆过程。温度和三价铬浓度的升高均降低了Cr3+的还原极化,使还原电位正移,同一还原电位下的阴极电流密度增大。Fe2+对Cr3+的电沉积过程有促进作用,主要表现在可以促进Cr2+还原为Cr单质,而与Cr3+还原为Cr2+的过程无关。添加剂对Cr3+的阴极还原起去极化作用,提高Cr3+的沉积速率,促进Cr3+的沉积。