一种六价铬电镀用组合钛阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种六价铬电镀用组合钛阳极，包括设置在导电排上的钛基贵金属氧化物阳极和钛基贱金属氧化物阳极，钛基贵金属氧化物阳极涂层由内至外为Ta2O5、IrO2‑Ta2O5、IrO2‑Ta2O5‑SnO2和IrO2‑SnO2；钛基贱金属氧化物阳极镀层是PANI掺杂的PbO2。一种六价铬电镀用组合钛阳极的制备方法，钛基贵金属氧化物阳极和钛基贱金属氧化物阳极先制备涂层，然后进行组合，得到组合钛阳极。本发明专利技术的组合钛阳极电催化活性高、抗腐蚀能力强，在六价铬电镀生产中可在大电流密度下工作，且不产生阳极泥，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学工业中的阳极材料
，具体涉及一种六价铬电镀用组合钛阳极，本专利技术还涉及该组合钛阳极的制备方法。
技术介绍
电化学行业中阳极材料是最关键的部件，这是因为：阳极材料是阳极反应的场所，从节约能源和降低成本来看要求对所催化的阳极反应具有高的电化学活性和稳定性。电镀铬是在基体表面上沉积铬的一种电化学方法，其工艺比较特别，所用阳极为不溶性阳极，必须具有较高的耐腐蚀性和稳定性。六价铬电镀溶液主要含铬酸酐和硫酸(还可以是F-，SiF6-离子等或者其他可催化镀铬反应的阴离子)两种成分，镀液中还必须含有一定量的Cr3+铬沉积才能正常进行。Cr3+的存在是阴极上形成胶体膜的必须条件，Cr3+的最佳含量取决于镀液的组成及工艺条件，一般为2g/L～5g/L，不能超过10g/L。此外，电镀铬通常采用的电流密度比较高，比一般镀种的电流密度高几十倍，因此需要阳极材料必须满足长时间高电流密度下的工作要求。现有六价铬电镀生产中采用的是铅或铅合金阳极，虽然这种阳极的成本比较低，但铅阳极容易与铬酸反应生产铬酸铅，随着阳极反应的进行，铬酸铅会从阳极表面脱落形成大量阳极泥，污染镀液，带来各种电镀缺陷；其次，由于大量导电性差的铬酸铅覆盖在阳极表面严重影响阳极导电性，因此需要定期对阳极表面进行打磨处理，这不仅会造成阳极大量损耗，而且产生的铅粉尘严重影响环境；此外，铅阳极在电镀铬生产中的使用寿命比较短，一般只能工作6个月，而且每2个月需要清理一次阳极泥。为了解决上述问题，钛基尺寸稳定性阳极被引入到电镀铬工艺中，主要包括Ti/IrO2-Ta2O5阳极和Ti/PbO2阳极。Ti/IrO2-Ta2O5阳极在酸性环境中具有良好的电催化活性和稳定性，而且在电解过程中涂层的溶解相当小可以忽略，不会对镀液产生污染，寿命长，能够在高电流密度下长时间工作，钛基体还可以重复利用。但是相对于铅阳极，传统的Ti/IrO2-Ta2O5阳极的析氧电位太低，由于Cr3+的氧化电位比氧的析出电位高，所以析氧电位太低时阳极反应不利于Cr3+向Cr6+的转换，导致镀液中Cr3+浓度越来越高，影响镀层质量。Ti/PbO2阳极在酸性环境中电催化活性高，析氧过电位高，对镀液中Cr3+向Cr6+的转换反应具有促进作用。但是传统的Ti/PbO2阳极稳定性较差，其失效机理就是二氧化铅的溶解，尤其是在高电流密度下连续工作会加速其溶解，对镀液产生污染。因此，如何开发兼具稳定Cr3+离子浓度和避免污染镀液功能的阳极材料，就是目前六价铬电镀行业亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种六价铬电镀用组合钛阳极，能够控制镀液中Cr3+的浓度。本专利技术的另一个目的是提供一种六价铬电镀用组合钛阳极的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种六价铬电镀用组合钛阳极，包括间隔设置在导电排上的钛基贵金属氧化物阳极和钛基贱金属氧化物阳极，钛基贵金属氧化物阳极涂层由内至外为Ta2O5、IrO2-Ta2O5、IrO2-Ta2O5-SnO2和IrO2-SnO2；钛基贱金属氧化物阳极镀层是PANI掺杂的PbO2。本专利技术的特点还在于：钛基贵金属氧化物阳极和钛基贱金属氧化物阳极的数量比为3:1～1:3。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种六价铬电镀用组合钛阳极的制备方法，包括以下步骤；步骤1、钛基材经前处理后，依次烧镀Ta2O5、IrO2-Ta2O5、IrO2-Ta2O5-SnO2和IrO2-SnO2制成含有涂层的钛基贵金属氧化物阳极，另一个钛基材经前处理后，先烧镀SnO2-Sb2O5，再电镀PANI掺杂的PbO2层制成含有涂层的钛基贱金属氧化物阳极；步骤2、将步骤1制成含有涂层的钛基贵金属氧化物阳极和钛基贱金属氧化物阳极在导电排上以数量比为3:1～1:3进行间隔排列组合，得到组合钛阳极。本专利技术的特点还在于，步骤1中制成含有涂层的钛基贵金属氧化物阳极具体为；步骤1.1、钛基材经喷砂后，放入10wt％的NaOH溶液中煮沸碱洗除油，再经沸腾的草酸溶液中酸洗至少1h除去氧化皮，最后依次用自来水、去离子水和酒精洗净后，烘干待用；步骤1.2、将正丁醇和异丙醇以体积比1:1混合制成正丁醇-异丙醇混合溶剂，将用于溶解贵金属前驱体配置成涂液；步骤1.3、将20g/LTaCl5的正丁醇-异丙醇涂液涂覆于烘干的钛基体上，于120℃干燥10min，再于500℃焙烧15min，重复上述涂覆—干燥—焙烧1～3次，得到含有Ta2O5涂层的钛基材；步骤1.4、将含39.5g/LH2IrCl6和10g/LTaCl5的正丁醇-异丙醇混合液涂覆于步骤3得到的钛基材上，于120℃干燥10min，再于500℃焙烧15min，重复上述涂覆—干燥—焙烧3～5次，得到从内到外依次含有Ta2O5、IrO2-Ta2O5涂层的钛基材；步骤1.5、将含39.5g/LH2IrCl6、5g/LTaCl5和3.6g/LSnCl4的正丁醇-异丙醇混合液涂覆于步骤4得到的钛基材上，于120℃干燥10min，再于500℃焙烧15min；重复上述涂覆—干燥—焙烧2～4次，得到从内到外依次含有Ta2O5、IrO2-Ta2O5、IrO2-Ta2O5-SnO2涂层的钛基材；步骤1.6、将含39.5g/LH2IrCl6和7.2g/LSnCl4的正丁醇-异丙醇混合液涂覆于步骤5得到的钛基材上，于120℃干燥10min，再于500℃焙烧15min，重复上述涂覆—干燥—焙烧1～3次，得到由内至外为Ta2O5、IrO2-Ta2O5、IrO2-Ta2O5-SnO2和IrO2-SnO2涂层的钛基贵金属氧化物阳极。步骤1中制成含有涂层的钛基贱金属氧化物阳极具体为；第一步、钛基材经喷砂后，放入10wt％的NaOH溶液中煮沸碱洗除油，再经沸腾的草酸溶液中酸洗至少1h除去氧化皮，最后依次用自来水、去离子水和酒精洗净后，烘干待用；第二步、将正丁醇和异丙醇以体积比1:5混合制成正丁醇-异丙醇混合溶剂，用于溶解贱金属前驱体配置成涂液；第三步、将含60g/LSnCl4、3g/LSbCl3和0.05g/LHCl的正丁醇-异丙醇混合液涂覆于烘干的钛基体上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧10min，重复上述涂覆—干燥—焙烧5次，得到含有SnO2-Sb2O5涂层的钛基材；第四步、将含150g/LPb(NO3)2、6g/LHNO3、0.3g/LNaF和0.2～2g/LAn的混合水溶液加入到电沉积反应器中，控制水浴温度60～70℃，搅拌速度为500～1000r/min；然后以步骤3得到的钛基材为阳极，将同样面积的两块钛基体分别放置与阳极两侧作为阴极，控制电流密度为100～400A/m2，进行电沉积反应，沉积时间控制在2～8h，得到含有PANI掺杂PbO2涂层的钛基贱金属氧化物阳极。本专利技术的有益效果是，(1)提出了一种类三明治状结构钛基贵金属氧化物阳极。这种结构的钛阳极特点是，在阳极基材上依次沉积保护层Ta2O5、活性层IrO2-Ta2O5、活性层IrO2-Ta2O5-SnO2和活性层IrO2-SnO2。Ta2O5的耐腐蚀性很强，在钛基材上引入Ta2O5层可以有效提高阳极的使用寿命；SnO2的引入可以提高电极的析氧电位，对Cr3+向Cr6+的转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六价铬电镀用组合钛阳极，其特征在于，包括间隔设置在导电排(1)上的钛基贵金属氧化物阳极(2)和钛基贱金属氧化物阳极(3)，钛基贵金属氧化物阳极(2)涂层由内至外为Ta2O5、IrO2‑Ta2O5、IrO2‑Ta2O5‑SnO2和IrO2‑SnO2；所述钛基贱金属氧化物阳极(3)镀层是PANI掺杂的PbO2。

【技术特征摘要】
1.一种六价铬电镀用组合钛阳极，其特征在于，包括间隔设置在导电排(1)上的钛基贵金属氧化物阳极(2)和钛基贱金属氧化物阳极(3)，钛基贵金属氧化物阳极(2)涂层由内至外为Ta2O5、IrO2-Ta2O5、IrO2-Ta2O5-SnO2和IrO2-SnO2；所述钛基贱金属氧化物阳极(3)镀层是PANI掺杂的PbO2。2.根据权利要求1所述的一种六价铬电镀用组合钛阳极，其特征在于，所述钛基贵金属氧化物阳极(2)和钛基贱金属氧化物阳极(3)的数量比为3:1～1:3。3.一种如权利要求1所述的六价铬电镀用组合钛阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1、钛基材经前处理后，依次烧镀Ta2O5、IrO2-Ta2O5、IrO2-Ta2O5-SnO2和IrO2-SnO2制成含有涂层的钛基贵金属氧化物阳极(2)，另一个钛基材经前处理后，先烧镀SnO2-Sb2O5，再电镀PANI掺杂的PbO2层制成含有涂层的钛基贱金属氧化物阳极(3)；步骤2、将步骤1制成含有涂层的钛基贵金属氧化物阳极(2)和钛基贱金属氧化物阳极(3)在导电排(1)上以数量比为3:1～1:3进行间隔排列组合，得到组合钛阳极。4.根据权利要求3所述的一种六价铬电镀用组合钛阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中制成含有涂层的钛基贵金属氧化物阳极(2)具体为；步骤1.1、钛基材经喷砂后，放入10wt％的NaOH溶液中煮沸碱洗除油，再经沸腾的草酸溶液中酸洗至少1h除去氧化皮，最后依次用自来水、去离子水和酒精洗净后，烘干待用；步骤1.2、将正丁醇和异丙醇以体积比1:1混合制成正丁醇-异丙醇混合溶剂，将用于溶解贵金属前驱体配置成涂液；步骤1.3、将20g/LTaCl5的正丁醇-异丙醇涂液涂覆于烘干的钛基体上，于120℃干燥10min，再于500℃焙烧15min，重复上述涂覆—干燥—焙烧1～3次，得到含有Ta2O5涂层的钛基材；步骤1.4、将含39.5g/LH2IrCl6和10g/LTaCl5的正丁醇-异丙醇混合液涂覆于步骤3得到的钛基材上，于120℃干燥10min，再于500℃焙烧15min，重复上述涂覆—干燥—焙烧3～5次，得到从内...

【专利技术属性】
技术研发人员：周偎偎，
申请(专利权)人：西安博岳环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61