CN101760769A - 非晶态铁磷合金电镀液及其配制方法 - Google Patents

非晶态铁磷合金电镀液及其配制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非晶态铁磷合金电镀液及配制方法，每升电镀液中含有：硫酸亚铁110～200g，次亚磷酸钠15～50g，柠檬酸钠15～30g或柠檬酸10.5～21g，硼酸30g，氯化钠10g，硫酸铝20g，抗坏血酸2g，余量为水。配制1升的电镀液通过如下方案实现：将15～30g柠檬酸钠或10.5～21g柠檬酸溶解于约700mL水中，配制成柠檬酸钠水溶液或柠檬酸水溶液，然后依次向此水溶液中加入抗坏血酸2g、30g硼酸、110～200g硫酸业铁、10g氯化钠、20g硫酸铝，充分搅拌溶解，最后再加入15～50g次亚磷酸钠，待搅拌至完全溶解后，加入余量的水至总体积为1升。通过本发明的电镀液进行电镀后获得的非晶态铁磷合金镀层表面缺陷较少，外观呈银白色，没有裂缝，平滑致密，镀层与基体结合力强。

Description

非晶态铁磷合金电镀液及其配制方法
技术领域
本发明涉及非晶态铁磷合金电镀液以及由镀液获得的合金，属于金属表面处理电镀领域。
背景技术
电沉积非晶态铁磷合金镀态镀层硬度约500kg/mm2，而400℃热处理后可达1000kg/mm2，因此是一种优良耐磨性金属材料；由于磷在表面浓缩富集，会生成致密不溶性磷酸盐，从而提高镀层的自钝化能力，而且非晶态结构使镀层具有优异的耐蚀性性能。总之，电镀非晶态铁磷镀层具有优良的耐蚀性、较高的硬度和耐磨性能而引起越来越多的关注。从国内外发表的论文和专利可知，铁磷合金镀层均是从氯化物镀液中沉积制备，例如，国内张远声等在镀液工艺和铁磷镀层性能方面开展了一些基础研究，发表了一些论文。由于没有在镀液中加入合适的络合剂，亚铁离子容易被空气氧化为三价铁离子，特别是沉积过程中在阴极附近由于局部镀液pH的变化形成吸附的三价铁的氧化物或氢氧化物而使镀层夹杂杂质。因此从该氯化物镀液中沉积出的铁磷镀层应力大，造成表面裂缝多，耐蚀性性能不理想。为了降低铁磷镀层的表面缺陷，中国发明专利200580006411.0‘铁磷电镀浴及方法’在氯化铁镀液加入含硫有机添加剂电沉积出Fe-P-S合金(含少量硫)，可在一定程度降低镀层表面的缺陷(如裂缝、气孔等)，但是该镀层在氯化钠等介质中的耐腐蚀性能仍不够理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种电镀后所得的非晶态铁磷镀层的表面缺陷较少的非晶态铁磷合金电镀液。
本发明的另一个目的是提供上述非晶态铁磷合金电镀液的配制方法。
本发明的技术方案是这样的：非晶态铁磷合金电镀液，每升电镀液中含有：硫酸亚铁110～200g，次亚磷酸钠15～50g，作为络合剂的柠檬酸钠15～30g或柠檬酸10.5～21g，硼酸30g，氯化钠10g，硫酸铝20g，余量为水。
每升电镀液中还含有抗坏血酸2g。
上述电镀液的沉积条件为：阴极电流密度50～80mA/cm2，电镀液pH值为1.8～2.5，操作温度45～55℃；使用纯铁或低碳钢作阳极，并且阳极面积应稍大于阴极面积。
非晶态铁磷合金电镀液的配制方法，配制1升的电镀液通过如下方案实现：将作为络合剂的15～30g柠檬酸钠或10.5～21g柠檬酸溶解于约700mL水中，配制成柠檬酸钠水溶液或柠檬酸水溶液，然后依次向此水溶液中加入30g硼酸、110～200g硫酸亚铁、10g氯化钠、20g硫酸铝，充分搅拌溶解，最后再加入15～50g次亚磷酸钠，待搅拌至完全溶解后，加入余量的水至总体积为1升。
在加入上述30g硼酸之前往上述水溶液中加入2g抗坏血酸。
采用上述方案后，本发明的非晶态铁磷合金电镀液由于使用了柠檬酸钠或柠檬酸作为络合剂，可有效与亚铁离子络合，防止亚铁离子氧化，而且在镀液中加入抗坏血酸进一步阻止亚铁离子氧化，因此电镀液稳定性能好，可进行长时间的反复施镀，并且容易维护，沉积速度接近镀镍层。此非晶态铁磷镀层在3.5wt％氯化钠溶液中耐腐蚀性能与镀镍层接近，是一种理想的代替镍镀层。通过本发明的电镀液进行电镀后获得的非晶态铁磷合金镀层表面缺陷较少，外观呈银白色，没有裂缝，平滑致密，镀层与基体结合力强；而且铁磷镀层在常见腐蚀介质中耐腐蚀性能较好，其物理化学性能与镀镍层接近，又不会使人的皮肤过敏(而镍镀层会)。而且，由于电镀液的原料为铁及其盐和次亚磷酸钠，资源丰富，成本低，其生产成本比镍镀层低。通过本发明的电镀液进行电镀后获得的非晶态铁磷合金镀层具有非晶态结构，铁的原子百分比含量为70～79％，磷的原子百分比含量为20～29％，余量为Al。
具体实施方式
实施例一：
本发明的非晶态铁磷合金电镀液，每升电镀液中含有：硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)110g，次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)15g，柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)15g或柠檬酸(C6H8O7·H2O)10.5g，硼酸(H3BO3)30g，氯化钠(NaCl)10g，硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)20g，抗坏血酸2g，余量为水。
上述电镀液的沉积条件为：阴极电流密度50mA/cm2，镀液pH 2.5，操作温度55℃，使用纯铁或低碳钢作阳极，以纯铁更好，因为碳将形成阳极泥，并且阳极面积应稍大于阴极面积。
采用上述电镀液和沉积条件所到非晶态铁磷合金镀层含Fe原子百分比为77.2％，P原子百分比含量为20.8％，余量为Al。
非晶态铁磷合金的电镀液的配制方法，配制1升的电镀液通过如下方案实现：将作为络合剂的15g柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)或10.5g柠檬酸(C6H8O7·H2O)溶解于约700mL水中，配制成柠檬酸钠或柠檬酸水溶液，然后依次向此水溶液中加入2g抗坏血酸、30g硼酸(H3BO3)、110g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、10g氯化钠(NaCl)、20g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)，充分搅拌溶解，最后加入15g次亚磷酸钠，待搅拌至完全溶解后，加入余量的水至总体积为1升。
实施例二：
本发明的非晶态铁磷合金电镀液，每升电镀液中含有：硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)140g，次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)30g，柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)20g或柠檬酸(C6H8O7·H2O)18g，硼酸(H3BO3)30g，氯化钠(NaCl)10g，硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)20g，抗坏血酸2g，余量为水。
上述电镀液的沉积条件为：阴极电流密度60mA/cm2，镀液pH 2.3，操作温度50℃，使用纯铁或低碳钢作阳极，以纯铁更好，因为碳将形成阳极泥，并且阳极面积应稍大于阴极面积。
采用上述电镀液和沉积条件所到非晶态铁磷合金镀层含Fe原子百分比为76.0％，P原子百分比含量为22.2％，余量为Al。
非晶态铁磷合金的电镀液的配制方法，配制1升的电镀液通过如下方案实现：将作为络合剂的20g柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)或18g柠檬酸(C6H8O7·H2O)溶解于约700mL水中，配制成柠檬酸钠或柠檬酸水溶液，然后依次向此水溶液中加入2g抗坏血酸、30g硼酸(H3BO3)、140g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、10g氯化钠(NaCl)、20g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)，充分搅拌溶解，最后加入30g次亚磷酸钠，待搅拌至完全溶解后，加入余量的水至总体积为1升。
实施例三：
本发明的非晶态铁磷合金电镀液，每升电镀液中含有：硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)140g，次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)40g，柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)20g或柠檬酸(C6H8O7·H2O)18g，硼酸(H3BO3)30g，氯化钠(NaCl)10g，硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)20g，抗坏血酸2g，余量为水。
上述电镀液的沉积条件为：阴极电流密度70mA/cm2，镀液pH 2.0，操作温度50℃，使用纯铁或低碳钢作阳极，以纯铁更好，因为碳将形成阳极泥，并且阳极面积应稍大于阴极面积。
采用上述电镀液和沉积条件所到非晶态铁磷合金镀层含Fe原子百分比为71.5％，P原子百分比含量为27.1％，余量为Al。
非晶态铁磷合金的电镀液的配制方法，配制1升的电镀液通过如下方案实现：将作为络合剂的20g柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)或18g柠檬酸(C6H8O7·H2O)溶解于约700mL水中，配制成柠檬酸钠或柠檬酸水溶液，然后依次向此水溶液中加入2g抗坏血酸、30g硼酸(H3BO3)、140g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、10g氯化钠(NaCl)、20g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)，充分搅拌溶解，最后加入40g次亚磷酸钠，待搅拌至完全溶解后，加入余量的水至总体积为1升。
实施例四：
本发明的非晶态铁磷合金电镀液，每升电镀液中含有：硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)200g，次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)50g，柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)30g或柠檬酸(C6H8O7·H2O)21g，硼酸(H3BO3)30g，氯化钠(NaCl)10g，硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)20g，抗坏血酸2g，余量为水。
上述电镀液的沉积条件为：阴极电流密度80mA/cm2，镀液pH 1.8，操作温度45℃，使用纯铁或低碳钢作阳极，以纯铁更好，因为碳将形成阳极泥，并且阳极面积应稍大于阴极面积。
采用上述电镀液和沉积条件所到非晶态铁磷合金镀层含Fe原子百分比为71.0％，P原子百分比含量为27.7％，余量为Al。
非晶态铁磷合金的电镀液的配制力法，配制1升的电镀液通过如下方案实现：将作为络合剂的30g柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)或21g柠檬酸(C6H8O7·H2O)溶解于约700mL水中，配制成柠檬酸钠或柠檬酸水溶液，然后依次向此水溶液中加入2g抗坏血酸、30g硼酸(H3BO3)、200g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、10g氯化钠(NaCl)、20g硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)，充分搅拌溶解，最后加入50g次亚磷酸钠，待搅拌至完全溶解后，加入余量的水至总体积为1升。
应用本发明的电镀液制备非晶态铁磷合金镀层的方法如下：以钢铁、锌合金、黄铜等为基体，先将基体打磨抛光，得到平整光亮的基体，然后碱性除油(加热70～80℃，3～5分钟)，水洗，酸洗，再水洗，以此基体为阴极，以低碳钢(或纯铁)作阳极，在45～55℃恒温的本发明的电镀液中电沉积非晶态铁磷合金镀层，最后将非晶态铁磷合金镀层从电镀液中取出，依次水洗和干燥。

Claims (6)

1.非晶态铁磷合金电镀液，其特征在于：每升电镀液中含有：硫酸亚铁110～200g，次亚磷酸钠15～50g，作为络合剂的柠檬酸钠15～30g或柠檬酸10.5～21g，硼酸30g，氯化钠10g，硫酸铝20g，余量为水。
2.根据权利要求1所述的非晶态铁磷合金电镀液，其特征在于：每升电镀液中还含有抗坏血酸2g。
3.根据权利要求1所述的非晶态铁磷合金电镀液，其特征在于：每升电镀液中含有柠檬酸钠15～30g或柠檬酸10.5～21g。
4.根据权利要求1所述的非晶态铁磷合金电镀液，其特征在于：上述电镀液的沉积条件为：阴极电流密度50～80mA/cm2，电镀液pH值为1.8～2.5，操作温度45～55℃；使用纯铁或低碳钢作阳极，并且阳极面积应稍大于阴极面积。
5.非晶态铁磷合金电镀液的配制方法，其特征在于：配制1升的电镀液通过如下方案实现：将作为络合剂的15～30g柠檬酸钠或10.5～21g柠檬酸溶解于约700mL水中，配制成柠檬酸钠水溶液或柠檬酸水溶液，然后依次向此水溶液中加入30g硼酸、110～200g硫酸亚铁、10g氯化钠、20g硫酸铝，充分搅拌溶解，最后再加入15～50g次亚磷酸钠，待搅拌至完全溶解后，加入余量的水至总体积为1升。
6.根据权利要求5所述的非晶态铁磷合金电镀液的配制方法，其特征在于：在加入上述30g硼酸之前往上述水溶液中加入2g抗坏血酸。
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