CN101532151A - 电沉积镍陶镀液及其配制方法 - Google Patents

Abstract

一种电沉积镍陶镀液及其配制方法，其特征是以电沉积镍或镍基合金镀液作为基础镀液，在基础镀液中加入的是经过非离子型聚氧乙烯醚类表面活性剂预处理的不溶性无机非金属微米级颗粒，从而可以在金属基体上沉积出镍陶镀层。本发明采用非离子型活性剂可有效提高颗粒的分散性、稳定性、均匀性和悬浮度，促进微粒共沉积，降低镀液中的微粒含量，改善镀液的导电性，使镍基复合镀层的组织性能得到较大幅度的提高；本发明工艺简单、易于实施。

Description

电沉积镍陶镀液及其配制方法

技术领域

本发明涉及一种电镀液及配制方法，特别涉及镍基或镍基合金与不溶性微米级无机非金属颗粒复合陶瓷镀液及其配制方法，属于冶金化学领域的电镀类。

背景技术

复合镀自60年代开始应用于工业领域，复合镀层根据其功能可分为耐磨复合镀层、自润滑复合镀层以及其它功能涂层。复合镀以其成本低、工艺简单、镀层厚度均匀以及可大面积镀覆等优点已经得到了非常广泛的应用。

复合镀是通过向镀液中加入具有特殊性能的惰性固体颗粒，使之与基质金属共沉积，可以制备出具有特殊性能的复合镀层。最早的复合镀工艺是由德国Metzger研究成功的Ni-P-Al₂O₃复合镀层。随后微米颗粒的复合镀逐渐兴起，人们通过加入不同的微米颗粒获得了不同性能的镀层。

近年来，随着人们对材料性能的要求越来越高，复合镀技术的发展也越来越快。人们开始寻求用纳米颗粒来代替微米颗粒，也已经在理论和实验室里取得了一定的成功，但真正应用到实际还存在距离，因此微米复合镀的实际应用基础更加优越。

近年来国内外汽车、摩托车、电动车行业日益发展，随着内燃机的轻量化，铝合金气缸大量应用，已有的铝合金气缸内表面的处理工艺有内镶合金铸铁缸套和松孔镀铬两种方式，前者加工工艺要求高、传热效果不好；后者由于镀液中含有Cr6+，六价铬进入土壤和水体易造成环境污染，因此，铝合金气缸内表面的处理方法急待解决。

电沉积镍基合金镀层具有许多优良的物理、化学和机械性能，可作为代铬镀层；研究表明：镍陶镀层能显著提高气缸抗老化、抗磨损能力，因而在汽车、摩托车行业中越来越受到人们的重视。

在复合镀的研究和实施中，颗粒的分散是关键问题之一，专利号91107925.4、公开号为CN1072466的发明专利“气缸内壁电镀镍-碳化硅工艺”中，所涉及镀液中的碳化硅含量为50～300克/升，模拟实验时发现，真正起作用的是能够悬浮在镀液中的碳化硅，为此，需要对镀液进行充分的搅拌，并加大镀液中的微粒含量，但微粒含量的增加将意味着要牺牲镀液的导电性，效果很不理想；而充分搅拌对于一些操作空间狭小的零件，比如气缸等根本无法实施，这使得镀层中的微粒含量与分布很难控制。

为了提高镀液中微粒的分散性，申请号为99113717.5、公开号为CN1240259的发明专利“铝合金气缸内壁镍陶复合镀层工艺”中提出的是利用带正电荷或负电荷的陶瓷粉粒，这样可以对阻碍微粒间的团聚、增强微粒与基体金属的吸附起到一定的作用，但是，在电镀过程中，以工件作为阴极，理论上只有带正电的微粒沉积在镀层中的机会增大，一般是采用阳离子表面活性剂包覆微粒使之带上正电，而在基础镀液中一般都含有起润湿作用的阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠等，因此，对于该技术在生产实际中的应用，其在阳离子表面活性剂与基础镀液的相容性以及阴阳离子如何复配等方面的问题仍然未能得到解决。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种电沉积镍陶镀液及其配制方法，是一种以镍基或镍基合金与不溶性无机微米级颗粒的复合陶瓷镀液，通过对分散剂的合理选择，使分散剂既不与基础镀液相抵触，也不降低镍镀层的性能，还具有提高分散后颗粒的稳定性、均匀性、促进微粒共沉积的作用。

本发明解决技术问题所采用的技术方案：

本发明电沉积镍陶镀液的特点是以电沉积镍或镍基合金镀液作为基础镀液，在所述基础镀液中加入的是经过非离子型聚氧乙烯醚类表面活性剂预处理的不溶性无机非金属微米级颗粒。

本发明电沉积镍陶镀液的特点也在于其组成为：

基础镀液为：

NiSO₄·6H₂O：280-320g/l、

NiCl₂·6H₂O：50～70g/l、

H₃BO₃：50～80g/l、

糖精：0.5～1g/l；

基础镀液或为：

NiSO₄·6H₂O：180-220g/l、

CoSO4·7H₂O：20～60g/l、

NiCl₂·6H₂O：50～70g/l、

H₃BO₃：50～80g/l、

糖精：0.5～1g/l；

非离子型聚氧乙烯醚类表面活性剂：0.4～0.7ml/l；

微米级无机非金属颗粒：粒径为0.8-6μm，用量为20～45g/l。

本发明电沉积镍陶镀液中的非离子型聚氧乙烯醚类为TX-10或OP-10；

本发明电沉积镍陶镀液中的非金属颗粒为碳化硅、氮化硅或氧化锆。

本发明电沉积镍陶镀液配制方法的特点是按如下步骤进行：

a、配制电沉积基础镀液：分别称量NiSO₄·6H₂O和NiCl₂·6H₂O，或是分别称量NiSO₄·6H₂O、CoSO4·7H₂O和NiCl₂·6H₂O，将其在占镀液总量三分之一的40～50℃的水中溶解得主盐溶液待用；称量H₃BO₃并用80～90℃的热水使其溶解得到硼酸溶液；用水溶解糖精得糖精溶液，将硼酸溶液和糖精溶液倒入主盐溶液中混合并搅拌得基础镀液；

b、用移液管移取表面活性剂，用10倍体积的蒸馏水稀释后倒入已称量好的非金属微粒中搅拌均匀，使微粒表面经预处理后被表面活性剂充分包覆；

c、向所述经预处理的微粒容器中加入用量为微粒体积的2～3倍的基础镀液，搅拌均匀，超声分散半小时；再均匀撒入基础镀液槽中，搅拌至镀液充分熟化。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明中采用的非离子型活性剂与基础镀液不仅相容性好，具有润湿作用，可以替代传统的十二烷基硫酸钠；而且具有提高颗粒的分散性、稳定性、均匀性和悬浮度的作用，因而可以大大降低镀液中的微粒含量，对于粒径为0.8-6μm的微粒，用量为20～45g/l就可达到理想的效果。同时微粒添加量的降低可以改善镀液的导电性，促进金属或合金与微粒的共沉积，从而使镍基复合陶瓷镀层的组织性能得到较大幅度的提高。

2、本发明镀层中的粒子用量根据需要可调、分布均匀、组织致密，镀层硬度可达HV500-600，硬度高、耐腐蚀性能优秀。尤其对于Ni-Co复合陶瓷镀层，添加Co元素可以改善镀层的耐热性，提高镀层的疲劳强度。

3、本发明基础镀液也可以是其他镍基合金镀液，如镍-钴、镍-钴-磷合金镀液，添加的微粒可以为碳化硅、氮化硅、氧化锆，从而获得不同性能的镍陶镀层。如镍-碳化硅镀层用于铝合金气缸作为代铬镀层，镍-钴-磷-氮化硅镀层应用于活塞环，具有优良的耐磨损、耐划伤、耐腐蚀性能等。因此，该工艺有广泛的调整空间，可满足不同的使用要求。

4、本发明可以通过对镀层进行后续热处理进一步调整镀层的硬度，并提高镀层与基体的结合强度。

5、本发明工序的实施基本遵守一般电镀的工艺过程，方便易行，操作人员不需特别培训，无需额外的设备投入，容易实现技术转化，容易被企业接受并推广应用；还有利于提高我国电镀产业的技术水平和生产规模，有良好的推广应用前景。

具体实施方式

本发明具体实施中电沉积镍陶镀液的组成为：

基础镀液为：

NiSO₄·6H₂O：280-320g/l、NiCl₂·6H₂O：50～70g/l、H₃BO₃：50～80g/l、糖精：0.5～1g/l；

基础镀液或为：

NiSO₄·6H₂O：180-220g/l、CoSO4·7H₂O：20～60g/l、NiCl₂·6H₂O：50～70g/l、H₃BO₃：50～80g/l、糖精：0.5～1g/l；

非离子型聚氧乙烯醚类表面活性剂：0.4～0.7ml/l；

微米级无机非金属颗粒：粒径为0.8-6μm，用量为20～45g/l。

上述组分中的各配比量是指各组分在最终镀液中的含量，微粒粒径指中位径。

实施例1：

本实施例中设置镀液组成为：NiSO₄·6H₂O：280g/l，NiCl₂·6H₂O：50g/l，

H₃BO₃：50g/l，糖精：1g/l，氧化锆粒径为1μm、25g/l，OP-10：0.4ml/l。

制备：按上述电沉积镍陶镀液的配制方法配制镀液。

电沉积工艺：

紫铜片经除油、活化后装挂入槽，进行复合电沉积

电流密度5A/dm²，镀液PH值6～7，温度55℃，时间40min，阳极为纯镍，机械搅拌。

Ni-ZrO₂镀层沉积态的外观色泽均匀，表面光滑，无剥落，结合好；镀层最终硬度HV520～530。

实施例2：

本实施例中的镀液组成为：NiSO₄·6H₂O：300g/l，NiCl₂·6H₂O：70g/l，

H₃BO₃：60g/l，糖精0.5g/l，碳化硅粒径为2μm、40g/l，TX-10：0.4ml/l。

制备：按上述电沉积镍陶镀液的配制方法配制镀液。

电沉积工艺：铝合金气缸经除油、碱蚀、出光、浸锌、闪镍后装挂入槽，进行复合电沉积、电流密度5～6A/dm²，镀液PH值为6～7，温度为55℃，时间为60min，阳极为纯镍，空气搅拌和机械搅拌。

电沉积后热处理工艺条件为温度：200℃，保温时间：1.5小时。

Ni-SiC镀层沉积态的外观色泽均匀，磨后表面光亮，无剥落，结合好；镀层中粒子分布均匀，含量适中；镀层最终硬度HV580～595。

实施例3：

本实施例中的镀液组成为：NiSO₄·6H₂O：320g/l，NiCl₂·6H₂O：70g/l；H₃BO₃：60g/l，糖精：1g/l，碳化硅粒径为6μm，45g/l，TX-10：0.6ml/l。

制备：按上述电沉积镍陶镀液的配制方法配制镀液。

电沉积工艺：低碳钢片经除油、酸洗后装挂入槽，进行复合电沉积；电流密度为5～6A/dm²，镀液PH值为6～7，温度为55℃，时间为40min，阳极为纯镍，机械搅拌。

Ni-SiC镀层沉积态的外观色泽均匀，无剥落，结合好；镀层中粒子分布均匀，含量适中；镀层最终硬度HV 520～545。

实施例4：

本实施例中镀液组成为：NiSO₄·6H₂O：180g/l，CoSO4.7H₂O：30g/l，

NiCl₂·6H₂O：50g/l，H₃BO₃：50g/l，氮化硅：粒径为～0.8μm，20g/l，TX-10：0.4ml/l。

制备：按上述电沉积镍陶镀液的配制方法配制镀液。

电沉积工艺：防锈铝片经除油、碱蚀、出光、闪镍后装挂入槽，进行复合电沉积；电流密度为8A/dm²，镀液PH值为3.5～4.5，温度55℃，时间40min，阳极为纯镍板，空气搅拌和机械搅拌。

Ni-Co-Si₃N₄镀层沉积态的外观色泽均匀，无剥落，结合好；镀层中粒子分布均匀，含量适中；镀层最终硬度HV 550～570。

实施例5：

本实施例中的镀液组成为：NiSO₄·6H₂O：200g/l，CoSO4.7H₂O：40g/l，

NiCl₂·6H₂O：50g/l，H₃BO₃：50g/l，氧化锆粒径为～1.2μm，30g/l，TX-10：0.4ml/l。

制备：按上述电沉积镍陶镀液的配制方法配制镀液。

电沉积工艺：低碳钢片经除油、酸洗后装挂入槽，进行复合电沉积；电流密度5A/dm²，镀液PH值为3.5，温度60℃，时间40min，阳极为纯镍板，机械搅拌。

Ni-Co-ZrO₂镀层沉积态的外观色泽均匀，无剥落，结合好；镀层中粒子分布均匀，含量适中；镀层最终硬度HV 520～540。

实施例6：

本实施例中的镀液组成为：NiSO₄·6H₂O：220g/l，CoSO4.7H₂O：60g/l，NiCl₂·6H₂O：50g/l，H₃BO₃：50g/l，碳化硅粒径为2～3μm，40g/l，TX-10：0.5ml/l。

制备：按上述电沉积镍陶镀液的配制方法配制镀液。

电沉积工艺：铜片片经除油、活化后装挂入槽，进行复合电沉积；电流密度5A/dm²，镀液PH值3.5，温度60℃，时间40min，阳极为纯镍板，机械搅拌。

Ni-Co-SiC镀层沉积态的外观色泽均匀，无剥落，结合好；镀层中粒子分布均匀，含量适中；镀层最终硬度HV 520～530。

Claims (5)

1、一种电沉积镍陶镀液，其特征是以电沉积镍或镍基合金镀液作为基础镀液，在所述基础镀液中加入的是经过非离子型聚氧乙烯醚类表面活性剂预处理的不溶性无机非金属微米级颗粒。

2、根据权利要求1所述的电沉积镍陶镀液，其特征是其组成为：

基础镀液为：

NiSO₄·6H₂O：280-320g/l、

NiCl₂·6H₂O：50～70g/l、

H₃BO₃：50～80g/l、

糖精：0.5～1g/l；

基础镀液或为：

NiSO₄·6H₂O：180-220g/l、

CoSO4·7H₂O：20～60g/l、

NiCl₂·6H₂O：50～70g/l、

H₃BO₃：50～80g/l、

糖精：0.5～1g/l；

非离子型聚氧乙烯醚类表面活性剂：0.4～0.7ml/l；

微米级无机非金属颗粒：粒径为0.8-6μm，用量为20～45g/l。

3、根据权利要求1所述的电沉积镍陶镀液，其特征是所述非离子型聚氧乙烯醚类为TX-10或OP-10。

4、根据权利要求1所述的电沉积镍陶镀液，其特征是所述非金属颗粒为碳化硅、氮化硅或氧化锆。

5、一种电沉积镍陶镀液的配制方法，其特征是按如下步骤进行：

a、配制电沉积基础镀液：分别称量NiSO₄·6H₂O和NiCl₂·6H₂O，或是分别称量NiSO₄·6H₂O、CoSO4·7H₂O和NiCl₂·6H₂O，将其在占镀液总量三分之一的40～50℃的水中溶解得主盐溶液待用；称量H₃BO₃并用80～90℃的热水使其溶解得到硼酸溶液；用水溶解糖精得糖精溶液，将硼酸溶液和糖精溶液倒入主盐溶液中混合并搅拌得基础镀液；

b、用移液管移取表面活性剂，用10倍体积的蒸馏水稀释后倒入已称量好的非金属微粒中搅拌均匀，使微粒表面经预处理后被表面活性剂充分包覆；

c、向所述经预处理的微粒容器中加入用量为微粒体积的2～3倍的基础镀液，搅拌均匀，超声分散半小时；再均匀撒入基础镀液槽中，搅拌至镀液充分熟化。