CN101302614A - 一种制备高硬度化学镀Ni-P-SiC镀层的环保镀液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能制备高硬度化学镀Ni－P－SiC镀层的环保镀液，其特征在于由化学镀Ni－P镀液和纳米碳化硅分散液组成，并且其组成每升中含有镍盐24～30g，还原剂24～33g，缓冲剂10～18g，络合剂20～30g，稳定剂0.5～1.5mL，纳米碳化硅分散液20～50ml/L和调节镀液pH为8～10的调节剂，所述的分散液每升含分散剂0.05～0.20g，纳米碳化硅0.10～0.40g。本发明的化学镀镀液不但对环境友好，而且制成的镀层的硬度在镀态达到900～1000HV，热处理后镀层的硬度达1300～1400HV，适用于制造高硬度，高耐磨性的模具、刀具、量具，以及冶金、纺织、化工、机械、航空、航天、能源等行业中使用的动轴承。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学镀镀液，具体来说是一种能制备高硬度化学镀Ni-P-SiC镀层的环保镀液。
背景技术
电镀硬铬是一种抗硬度性较好的材料，其镀层的显微硬度可达800～1100HV，洛氏硬度可达HRC70，但是镀层的制备过程所使用的高浓度铬酸会带来含铬废水，以及过程所产生的废气，都对环境带来了严重的污染，而且也不符合欧盟的WEEE和RoHS指令。化学镀低磷Ni-P合金镀层生产过程中使用的镀液中的稳定剂无铅无镉，所产生的废水不会污染环境，其镀液和镀层均符合欧盟的WEEE和RoHS指令，但是得到的镀层硬度较低，镀态一般在800～900HV，热处理后硬度在1200～1300HV。
发明内容
本发明的目的在于开发出一种能产生高硬度化学镀层而且环保的镀液。
我们通过在Ni-P基本化学镀液中加入纳米级碳化硅，得到的镀液对环境无污染，而且能使镀层的硬度在镀态达到900～1000HV(550HT115)，热处理后镀层的硬度接近1300～1400HV(1200HT115)，从而实现了本发明的目的。
本发明的化学镀镀液，包括化学镀Ni-P镀液，其特征还含有纳米碳化硅分散液，并且其组成每升中含有镍盐24～30g，还原剂24～33g，缓冲剂10～18g，络合剂20～30g，稳定剂0.5～1.5mL，纳米碳化硅分散液20～50mL和调节镀液pH为8～10的调节剂，其余为水，所述的分散液每升含分散剂0.05～0.20g，纳米碳化硅0.10～0.40g和其余为水。
所述的化学镀Ni-P镀液可以是现有技术中使用的次磷酸或其盐为还原剂的化学镀镍液，含有该类镀液通常使用的镍盐、还原剂、缓冲剂、络合剂和pH调节剂。
所述的镍盐可以是硫酸镍、氯化镍或醋酸镍等，所述的还原剂可以是次磷酸或其盐如一水合次磷酸钠等，所述的缓冲剂可以是醋酸钠、醋酸铵或硫酸铵等，所述的络合剂可以是丁二酸、柠檬酸、乳酸、丙酸、苹果酸，甘氨酸等中的两种或两种以上的混合物，所述的稳定剂可以是每升中含硫脲、咪唑、噻唑、钨酸钠、亚硒酸钠、钼酸钠、碘酸钾、乙二胺四乙酸或其盐等中的两种或两种以上的混合物18～40g，其余为水，最好每升稳定剂中含有钨酸钠4～9g，咪唑2～9g和乙二胺四乙酸或其盐5～20g，其余为水，所述的镀液pH调节剂是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾等；所述的纳米碳化硅的粒径最好是20～40nm，所述的分散剂可以是阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵等。
本发明的化学镀镀液的制备方法，是将分散剂与纳米碳化硅混合制成分散液，再与镍盐，还原剂，缓冲剂，络合剂和稳定剂混合得到，其中纳米SiC分散液的稳定分散流程为磁力搅拌润湿5～30min，超声波分散1～2小时，磁力搅拌均匀5～30min，分散液与基础化学镀液的原料的混合条件可以是磁力高速搅拌混合10～40min。
本发明的电镀液的施镀温度为75～85℃。
本发明所有原料均不含重金属，所采用的纳米碳化硅粉体纯度高、粒径小、分布均匀，硬度达到4500HV，仅次于金刚石，同时具备耐磨性高、自润滑性能良好、热传导率高、热膨胀系数低及高温强度大等特点，而且还具有良好的吸波性能。因此得到的化学镀镀液不但对环境友好，而且制成的镀层的硬度在镀态达到900～1000HV(550HT115)，热处理后镀层的硬度接近1300～1400HV(1200HT115)，具备了硬度超越电镀硬铬和化学镀Ni-P合金的优越性能，并继承了化学镀的均镀性能，镀层不受基体材料的复杂外形的影响，镀后都保持材料的形状和比例，省去了电镀制备的后续打磨程序。同时镀液所有成分均可采用国产原料，使得镀液成本大幅度降低。
本发明适用于制造高硬度，高耐磨性的模具、刀具、量具，和冶金、纺织、化工、机械、航空、航天及能源等行业中使用的动轴承，并可满足出口欧盟、美国及日本的化学镀工件加工需要。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1：
将十六烷基三甲基溴化铵0.1g，粒径40nm SiC 0.1g，装入盛有1L去离子水的烧杯中，用磁力搅拌器强力搅拌润湿20min，再超声波分散1h，再磁力搅拌均匀10min，得到SiC分散液1L。
将钨酸钠5g，咪唑2g和EDTA·2Na 15g装入盛有去离子水的烧杯中，高速磁力搅拌至全部溶解，用去离子水体积定容至1L，得到稳定剂溶液1L。
将六水合硫酸镍28g，一水合次磷酸钠24g，三水合乙酸钠10g，甘氨酸12g，乳酸10mL(12g)，丙酸5mL(6g)和稳定剂溶液1.0mL装入盛有去离子水的烧杯中，高速磁力搅拌至全部溶解，再加入SiC分散液40mL，高速磁力搅拌10min，用浓氨水调节pH值至8.0，用去离子水体积定容至1L，得到本发明制备高硬度化学镀Ni-P-SiC镀层的镀液1L。
将装有上述镀液的烧杯在80℃水浴锅中预热15min，将普通铁片在20％的稀盐酸活化15min后放入镀液中，施镀1.5小时。用岛津动态超显微硬度测试仪测试镀层硬度范围和平均硬度(参考ISO 14577-1 AnnexA标准)，采用的压头为倒三角形115度金刚石锥，待测镀层厚度约30μm，每个样片均随机取十个点进行硬度测试，测得镀层硬度范围245～530HT115，平均硬度411HT115。
将铁片放入马弗炉中升温至450℃后，恒温2小时后关掉马弗炉，缓慢冷却，再用上述的方法测试镀层硬度，得到镀层的硬度范围为446～1119HT115，平均硬度792HT115。
另外以镀液中无加入SiC分散液而其它组成同上述的低磷化学镀Ni-P镀液，用同上述的方法对普通铁片施镀和测试其硬度，得到的硬度范围是274～336HT115，平均硬度304HT115。
实施例2：
将十六烷基三甲基溴化铵0.05g，粒径20nm的SiC 0.4g，装入盛有1L去离子水的烧杯中，用磁力搅拌器强力搅拌润湿5min，再超声波分散2h，再磁力搅拌均匀5min，得到SiC分散液1L。
将硫脲10g和噻唑8平共处g装入盛有去离子水的烧杯中，高速磁力搅拌至全部溶解，用去离子水体积定容至1L，得到稳定剂溶液1L。
将氯化镍24g，一水合次磷酸钠33g，醋酸铵18g，一水合柠檬酸18g，乳酸10mL(12g)和稳定剂溶液0.5mL装入盛有去离子水的烧杯中，高速磁力搅拌至全部溶解，再加入SiC分散液20mL，高速磁力搅拌30min，用氢氧化钠调节pH值至9.0，用去离子水体积定容至1L，得到了本发明制备Ni-P-SiC镀层的镀液1L。
将装有上述镀液的烧杯在80℃水浴锅中预热15min，将梭子在10％的稀盐酸活化5min后放入镀液中，施镀1.5小时，将镀后的梭子放入马弗炉中升温至400℃后，恒温1小时后关掉马弗炉，缓慢冷却，得到了带Ni-P-SiC镀层的梭子。再用实施例1的方法测试镀层硬度，得到镀层的硬度范围为426～1104HT115。
实施例3：
将十六烷基三甲基溴化铵0.2g，粒径30nm的SiC 0.3g，装入盛有1L去离子水的烧杯中，用磁力搅拌器强力搅拌润湿30min，再超声波分散1.5h，再磁力搅拌均匀30min，得到SiC分散液1L。
将钼酸钠5g，亚硒酸钠10g和乙二胺四乙酸15g装入盛有去离子水的烧杯中，高速磁力搅拌至全部溶解，用去离子水体积定容至1L，得到稳定剂溶液1L。
将醋酸镍30g，次磷酸30g，硫酸铵15g，苹果酸8g，丁二酸5g，柠檬酸8g和稳定剂溶液1.5mL装入盛有去离子水的烧杯中，高速磁力搅拌至全部溶解，再加入SiC分散液50mL，高速磁力搅拌40min，用氢氧化钾调节pH值至10.0，用去离子水体积定容至1L，得到了本发明制备Ni-P-SiC镀层的镀液1L。
将装有上述镀液的烧杯在80℃水浴锅中预热15min，将梭子在10％的稀盐酸活化5min后放入镀液中，施镀1.5小时，将镀后的梭子放入马弗炉中升温至400℃后，恒温1小时后关掉马弗炉，缓慢冷却，得到了带Ni-P-SiC镀层的梭子。再用实施例1的方法测试镀层硬度，得到镀层的硬度范围为466～1144HT115。
Claims (3)
1.一种化学镀镀液，包括化学镀Ni-P镀液，其特征在于还含有纳米碳化硅分散液，并且其组成每升中含有镍盐24～30g，还原剂24～33g，缓冲剂10～18g，络合剂20～30g，稳定剂0.5～1.5mL，纳米碳化硅分散液20～50mL和调节镀液pH为8～10的调节剂，其余为水，所述的分散液每升含分散剂0.05～0.20g，纳米碳化硅0.10～0.40g和其余为水。
2.根据权利要求1所述的一种化学镀镀液，其特征在于所述的镍盐是硫酸镍、氯化镍或醋酸镍，所述的还原剂是次磷酸或其盐，所述的缓冲剂是醋酸钠、醋酸铵或硫酸铵，所述的络合剂是丁二酸、柠檬酸、乳酸、丙酸、苹果酸、甘氨酸中的两种或两种以上的混合物，所述的稳定剂每升中含硫脲、咪唑、噻唑、钨酸钠、亚硒酸钠、钼酸钠、碘酸钾、乙二胺四乙酸或其盐中的两种或两种以上的混合物18～40g，其余为水，所述的镀液pH调节剂是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾；所述的纳米碳化硅的粒径是20～40nm，所述的分散剂是阳离子表面活性剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种化学镀镀液，其特征在于所述的还原剂是一水合次磷酸钠，所述的稳定剂每升含有钨酸钠4～9g，咪唑2～9g和乙二胺四乙酸或其盐，5～20g，其余为水，所述的分散剂是十六烷基三甲基溴化铵。
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