CN101250727A - 多功能复合电化学沉积液及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
多功能复合电化学沉积液，组成如下：以1升沉积液计，含硫酸镍100～380g、氨基磺酸镍30～50g、氯化镍30～50g、硫酸钴5～25g、氯化镧0.1～0.6g、氟化氢铵15～25g、氟化钠2～4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1～1.0g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺1～3g，其余为水。本发明与背景技术相比有如下优点：本发明改善了基体与镍层之间的内应力状况，加强了初镀层的附着力；在镀镍过程中，避免了镍阳极的钝化，大大提高了镀层质量；改善了电镀镍层的耐蚀性，并使镀层均匀致密，无气孔、麻点等疵病，并具有半光亮镍的光泽，同时能提高镀件的硬度和耐磨损性能，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于化学类，提供一种多功能复合电化学沉积液及其使用方法。
背景技术
电化学沉积自发明至今已有半个多世纪的历史，电化学沉积金刚石的方法从20世纪80年代已被人们应用，电化学沉积金刚石磨具特别是异形件在机械加工、钻探、玻璃加工、橡胶加工、医疗器械、工艺美术品装饰等行业广为应用。目前，电镀金刚石磨具的制备方法仍然是采用常规的处理方法，传统的生产工艺，在生产技术和产品质量上，都远远满足不了用户要求，现行的电化学沉积液是采用镍铁合金或镍磷合金，目前，日本采用瓦特型镀液是一种纯镍，美国选用铜或镍磷合金，国内选用镍铁合金。现有的电化学沉积液的主要缺陷在于：功能单一，综合效能差。因此，其在工业上的应用受到了一定的限制。在电化学沉积液中加入多种功能复合组分，改善电化学沉积液的稳定性，通过特定组分的特性吸附改变电极界面双电层的结构，从而影响电化学沉积元素的电沉积和界面扩散过程，改变镀层的显微结构，提高电化学沉积层的质量是本领域技术人员的重要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，提供一种多功能复合电化学沉积液，以及这种多功能复合电化学沉积液的使用方法，本发明能够使用较高的电流密度而不会烧焦镀层；加强了初镀层的附着力；在镀镍过程中避免镍阳极的钝化；并增强镀层的坚韧性和耐磨性，提高镀层质量，改善电镀镍层的耐蚀性，并使镀层晶粒细小，均匀致密；所得镍层无气孔、麻点等疵病，使镀层均匀细致并具有半光亮镍的光泽，同时能提高镀件的硬度和耐磨损性能，延长使用寿命。
完成上述发明任务的技术方案是，一种多功能复合电化学沉积液，组成如下：以1升沉积液计，含硫酸镍100～380g、氨基磺酸镍30～50g、氯化镍30～50g、硫酸钴5～25g、氯化镧0.1～0.6g、氟化氢铵15～25g、氟化钠2～4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1～1.0g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺1～3g，其余为水。
以上所述各组分的优化比例是：以1升沉积液计，含硫酸镍250～300g、氨基磺酸镍35～45g、氯化镍35～45g、硫酸钴1 5～20g、氯化镧0.3～0.5g、氟化氢铵15～20g、氟化钠3～4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.6～0.8g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺2～3g，其余为水。
以上所述的多功能复合电化学沉积液的使用方法，步骤为：
(1)、在备用槽中，用热去离子水溶解计量的硫酸镍、氨基磺酸镍、氯化镍、硫酸钴和氟化氢铵，各组分比例如下：
多功能复合电化学沉积液以1升溶液计，含硫酸镍100～380g、氨基磺酸镍30～50g、氯化镍30～50g、硫酸钴5～25g、氟化氢铵15～25g；其中的氟化氢铵在本步骤中只加入计量的1/2；
(2)、加热至55～60℃，加活性炭3g/L，搅拌2h，静置2h，过滤，将无炭粒的溶液转入已清洗干净的工作槽中；
(3)、搅拌下，加入其余量氟化氢铵，调pH到3.0；
(4)、在55～60℃下，用瓦楞形阴极，在0.3～0.5A/dm2下电解，直至阴极板上镀层颜色均匀一致为止。一般通电量需达4Ah/L；
(5)、加入氯化镧0.1～0.6g、氟化钠2-4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1～1.0g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺1～3g，搅拌；
(6)、用5％～10％的稀硫酸调节电化学沉积液的pH值至2.0～5.5，最佳的pH值为3.5～4.5；
(7)、把电镀液加热至35～75℃，最佳恒定温度为35～45℃，放入工件，其中阴极为工件，阳极为镍金属，阴极电流密度为1～5A/dm2。
(8)、开始镀正式工件。
以上方法有以下优化方案：
1、在第(2)步骤之前增加以下步骤：
(1)-1如果所用硫酸镍、氨基磺酸镍、氯化镍等材料纯度低，则需在加活性炭之前，先加H2O21～3mL/L，搅拌半小时，加热至65℃，保持半小时，再加活性炭并继续按步骤进行。
2、所述各组分的比例是：以1升沉积液计，含硫酸镍250～300g、氨基磺酸镍35～45g、氯化镍35～45g、硫酸钴15～20g、氯化镧0.3～0.5g、氟化氢铵15～20g、氟化钠3-4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.6～0.8g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺2～3g，其余为水。
本发明与背景技术相比有如下优点：本发明采用的硫酸镍是镀镍的主盐，溶解度较大，能够使用较高的电流密度而不会烧焦镀层；氨基磺酸镍，改善了基体与镍层之间的内应力状况，加强了初镀层的附着力；氯化镍中的氯离子使镍阳极得以活化，在镀镍过程中，避免了镍阳极的钝化，阳极镍不断溶解，保持镀镍溶液中镍的含量；硫酸钴增强了镀层的坚韧性和耐磨性，大大提高了镀层质量；氯化镧使溶液高效、稳定，能明显改善电镀镍层的耐蚀性，并使镀层晶粒细小，均匀致密；氟化氢铵作为缓冲剂，起着稳定pH值的作用，它与少量氟化钠共用，进一步提高了镀液的缓冲作用；烷基醇聚氧乙烯醚或烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚作为润湿剂，能降低液-固两相界面上的表面张力，使产生的氢气泡难以在阴极表面上停留，故所得镍层无气孔、麻点等疵病。萘磺酸或对甲苯磺酰胺是光亮镀镍的主要组分，这些添加剂的加入，改善了镀液的阴极极化和分散能力，使镀层均匀细致并具有半光亮镍的光泽，同时能提高镀件的硬度和耐磨损性能，延长使用寿命。
具体实施方式
多功能复合电化学沉积液的调制方法，包括以下步骤：把硫酸镍、氨基磺酸镍、氯化镍、硫酸钴、氯化镧、氟化氢铵、氟化钠、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、萘磺酸或对甲苯磺酰胺在加热的条件下加水溶解并混合均匀；加蒸馏水或去离子水至规定体积，并搅拌均匀即可。
实施例1，
在备用槽中，用热去离子水溶解计量的硫酸镍、氨基磺酸镍、氯化镍、硫酸钴和氟化氢铵，多功能复合电化学沉积液以1升溶液计，各组分比例如下：
硫酸镍 100g/L
氨基磺酸镍 50g/L
氯化镍 50g/L
硫酸钴 25g/L
氯化镧 0.1g/L
氟氢化铵 15g/L
氟化钠 4g/L
十二烷基醇聚氧乙烯醚 0.1g/L
萘磺酸 1g/L
水 余量。
其中的氟化氢铵在本步骤中只加入计量的1/2；
加热至55～60℃，加活性炭3g/L，搅拌2h，静置2h，过滤，将无炭粒的溶液转入已清洗干净的工作槽中；
搅拌下，加入其余量氟化氢铵，调pH到3.0；
在55～60℃下，用瓦楞形阴极，在0.3～0.5A/dm2下电解，直至阴极板上镀层颜色均匀一致为止；通电量需达4Ah/L；
加入氯化镧0.1～0.6g、氟化钠2～4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1～1.0g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺1～3g，搅拌；
施镀时用5％的稀硫酸调节pH值为2.5，加温至50℃。阴极电流密度5A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV475，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例2
硫酸镍 125g/L
氨基磺酸镍 50g/L
氯化镍 45g/L
硫酸钴 20g/L
氯化镧 0.4g/L
氟氢化铵 15g/L
氟化钠 4g/L
十二烷基醇聚氧乙烯醚 0.3g/L
萘磺酸 1.5g/L
水 余量
施镀时用5％的稀硫酸调节pH值为4.5，加温至40℃。阴极电流密度2A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV650，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例3
硫酸镍 150g/L
氨基磺酸镍 45g/L
氯化镍 40g/L
硫酸钴 25g/L
氯化镧 0.6g/L
氟氢化铵 20g/L
氟化钠 4g/L
十二烷基醇聚氧乙烯醚 0.5g/L
萘磺酸 1.8g/L
水 余量
施镀时用5％的稀硫酸调节pH值为4，加温至40℃。阴极电流密度1A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV725，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例4
硫酸镍 175g/L
氨基磺酸镍 45g/L
氯化镍 45g/L
硫酸钴 15g/L
氯化镧 0.2g/L
氟氢化铵 25g/L
氟化钠 4g/L
十二烷基醇聚氧乙烯醚 0.6g/L
对甲苯磺酰胺 1g/L
水 余量
施镀时用5％的稀硫酸调节pH值为5，加温至65℃。阴极电流密度3.5A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV550，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例5
硫酸镍 200g/L
氨基磺酸镍 45g/L
氯化镍 40g/L
硫酸钴 20g/L
氯化镧 0.5g/L
氟氢化铵 20g/L
氟化钠 3g/L
十二烷基醇聚氧乙烯醚 0.8g/L
对甲苯磺酰胺 1.5g/L
水 余量
施镀时用7.5％的稀硫酸调节pH值为3.5，加温至35℃。阴极电流密度1.5A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV675，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例6
硫酸镍 225g/L
氨基磺酸镍 40g/L
氯化镍 50g/L
硫酸钴 15g/L
氯化镧 0.3g/L
氟氢化铵 15g/L
氟化钠 3g/L
十二烷基醇聚氧乙烯醚 1g/L
对甲苯磺酰胺 1.8g/L
水 余量
施镀时用7.5％的稀硫酸调节pH值为3，加温至70℃。阴极电流密度3A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV575，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例7
硫酸镍 250g/L
氨基磺酸镍 40g/L
氯化镍 45g/L
硫酸钴 20g/L
氯化镧 0.1g/L
氟氢化铵 20g/L
氟化钠 3g/L
十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚 1g/L
萘磺酸 2g/L
水 余量
施镀时用7.5％的稀硫酸调节pH值为5.5，加温至60℃。阴极电流密度4.5A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV500，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例8
硫酸镍 275g/L
氨基磺酸镍 30g/L
氯化镍 40g/L
硫酸钴 10g/L
氯化镧 0.4g/L
氟氢化铵 25g/L
氟化钠 3g/L
十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚 0.8g/L
萘磺酸 2.5g/L
水 余量
施镀时用7.5％的稀硫酸调节pH值为3.5，加温至45℃。阴极电流密度1.5A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV700，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例9
硫酸镍 300g/L
氨基磺酸镍 40g/L
氯化镍 30g/L
硫酸钴 10g/L
氯化镧 0.3g/L
氟氢化铵 25g/L
氟化钠 2g/L
十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚 0.6g/L
萘磺酸 3g/L
水 余量
施镀时用10％的稀硫酸调节pH值为3，加温至55℃。阴极电流密度2.5A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV600，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例10
硫酸镍 320g/L
氨基磺酸镍 30g/L
氯化镍 30g/L
硫酸钴 15g/L
氯化镧 0.5g/L
氟氢化铵 25g/L
氟化钠 2g/L
十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚 0.5g/L
对甲苯磺酰胺 2g/L
水 余量
施镀时用10％的稀硫酸调节pH值为4.5，加温至45℃。阴极电流密度2A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV625，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例11
硫酸镍 350g/L
氨基磺酸镍 30g/L
氯化镍 30g/L
硫酸钴 5g/L
氯化镧 0.1g/L
氟氢化铵 20g/L
氟化钠 2g/L
十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚 0.3g/L
对甲苯磺酰胺 2.5g/L
水 余量
施镀时用10％的稀硫酸调节pH值为5，加温至75℃。阴极电流密度4A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV525，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例12
硫酸镍 380g/L
氨基磺酸镍 30g/L
氯化镍 30g/L
硫酸钴 5g/L
氯化镧 0.6g/L
氟氢化铵 15g/L
氟化钠 2g/L
十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚 0.1g/L
对甲苯磺酰胺 3g/L
水 余量
施镀时用10％的稀硫酸调节pH值为4，加温至35℃。阴极电流密度1A/dm2，阴极为镍金属。镀液稳定，所得镀层致密、均匀，镀层的显微硬度为HV750，对常温下的非氧化性酸、高温下的有机酸以及冷、热的碱或碱性介质都有优异的耐蚀性。
实施例13，与实施例1基本相同，但有以下改变：其中的氨基磺酸镍为35g/L；氯化镍为35g/L；施镀时调节pH值为2.0；电镀液加热至75℃。
实施例14，与实施例1基本相同，但有以下改变：如果所用硫酸镍、氨基磺酸镍、氯化镍等材料纯度低，则需在加活性炭之前，先加H2O2 2mL/L，搅拌半小时，加热至65℃，保持半小时，再加活性炭并继续按步骤进行。
实施例15，与实施例1 4基本相同，但加入的H2O2为1mL/L。
实施例16，与实施例14基本相同，但加入的H2O2为3mL/L。
Claims (6)
1、一种多功能复合电化学沉积液，组成如下：以1升沉积液计，含硫酸镍100～380g、氨基磺酸镍30～50g、氯化镍30～50g、硫酸钴5～25g、氯化镧0.1～0.6g、氟化氢铵15～25g、氟化钠2～4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1～1.0g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺1～3g，其余为水。
2、根据权利要求1所述的多功能复合电化学沉积液，其特征在于，所述各组分的比例是：以1升沉积液计，含硫酸镍250～300g、氨基磺酸镍35～45g、氯化镍35～45g、硫酸钴15～20g、氯化镧0.3～0.5g、氟化氢铵15～20g、氟化钠3～4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.6～0.8g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺2～3g，其余为水。
3、一种权利要求1所述的多功能复合电化学沉积液的使用方法，步骤为：
(1)、在备用槽中，用热去离子水溶解计量的硫酸镍、氨基磺酸镍、氯化镍、硫酸钴和氟化氢铵，各组分比例如下：
多功能复合电化学沉积液以1升溶液计，含硫酸镍100～380g、氨基磺酸镍30～50g、氯化镍30～50g、硫酸钴5～25g、氟化氢铵15～25g；其中的氟化氢铵在本步骤中只加入计量的1/2；
(2)、加热至55～60℃，加活性炭3g/L，搅拌2h，静置2h，过滤，将无炭粒的溶液转入已清洗干净的工作槽中；
(3)、搅拌下，加入其余量氟化氢铵，调pH到3.0；
(4)、在55～60℃下，用瓦楞形阴极，在0.3～0.5A/dm2下电解；直至阴极板上镀层颜色均匀一致为止；通电量需达4Ah/L；
(5)、加入氯化镧0.1～0.6g、氟化钠2～4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1～1.0g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺1～3g，搅拌；
(6)、用5％～10％的稀硫酸调节电化学沉积液的pH值至2.0～5.5；
(7)、把电镀液加热至35～75℃，最佳恒定温度为35～45℃，放入工件，其中阴极为工件，阳极为镍金属，阴极电流密度为1～5A/dm2。
(8)、开始镀正式工件。
4、根据权利要求3所述的多功能复合电化学沉积液的使用方法，其特征在于，在第(6)步骤中，所述的电化学沉积液的pH值为3.5～4.5。
5、根据权利要求3或4所述的多功能复合电化学沉积液的使用方法，其特征在于，在第(2)步骤之前增加以下步骤：
(1)-1如果所用硫酸镍、氨基磺酸镍、氯化镍等材料纯度低，则需在加活性炭之前，先加H2O21～3mL/L，搅拌半小时，加热至65℃，保持半小时，再加活性炭并继续按步骤进行。
6、根据权利要求3或4所述的多功能复合电化学沉积液的使用方法，其特征在于，所述各组分的比例是：以1升沉积液计，含硫酸镍250～300g、氨基磺酸镍35～45g、氯化镍35～45g、硫酸钴15～20g、氯化镧0.3～0.5g、氟化氢铵15～20g、氟化钠3-4g、十二烷基醇聚氧乙烯醚或十二烷基醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.6～0.8g、萘磺酸或对甲苯磺酰胺2～3g，其余为水。
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