CN102653872A - 一种碱性锌镍合金电镀液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碱性锌镍合金电镀液，其中添加了专有的络合剂和添加剂，用于钢铁材料和其它金属的表面镀覆工艺技术领域。络合剂为葡萄糖酸钠、磷酸和不饱和甲基丙烯酸胺的缩合物，添加剂为含氮杂环有机物和环氧氯丙烷的缩合产物与溴代羧酸的季胺化产物，以及少量的烟酸钠和硫脲。使用该添加剂和电镀液，镀层平整，具有镀层和合金成分分布均匀、晶粒细小、镀层结合力好、镍含量适中的优点，同时可获得光亮表面，污水处理简便，符合环保要求。
Description
技术领域：
本发明涉及一种碱性锌镍合金电镀液，特别是其中添加的络合剂和添加剂，属于钢铁材料和其他金属的表面镀覆工艺技术领域。
技术背景：
Zn—Ni合金镀层是近10多年兴起的一种优良的新型防护性镀层，在保护钢铁件方面优点突出。Zn—Ni合金一般是指以锌为基含有少量镍(20％以下)的合金，耐蚀性比锌镀层高5～1 0倍，在恶劣的工业大气及严酷的海洋环境中更是表现优异，且氢脆敏感性很小，彩钝后的Zn—Ni合金外观可保持10年，国外已得到广泛应用。Zn—Ni合金镀层Zn—Ni合金电镀最先在日本和德国获得成功，并在汽车工业上获得广泛应用，如日本丰田、本田、马自达等汽车公司，同时也应用在航空、航天、轻工、家电等领域。国内这方面的研究近几年发展很快，但实际应用还很少，主要是对该体系电镀液及其相应工艺的研究尚不太成熟。
目前锌镍合金的镀液主要采用酸性体系和碱性体系。酸性体系成分较简单，阴极效率高，镀液稳定，易于操作，但镀层不均匀，并且电流密度变化对镀层组成影响太大，最终影响耐蚀性。碱性体系采用碱性镀液，其分散性好，合金镀层组成随电流的变化波动小，镀层厚度均匀，成本也不高。但相对于酸性体系来说，研究较少，工艺远未成熟，作为该技术主要内容之一的镀液及添加剂的配方组成更是亟待改善。
发明内容：
本发明目的在于提供一种碱性锌镍合金电镀液，采用该电镀液可以获得优良耐蚀性和电流效率的Zn—Ni合金镀层，镀层厚度和成分均匀，晶粒细小，力学性能好。
本发明的技术方案是：碱性锌镍合金电镀液是含有氧化锌、氢氧化钠、硫酸镍、络合剂、添加剂和光亮剂的水溶液，镀液具体成分及含量为：ZnO 8～1O g／L，NaOH 100～150 g／L，NiSO4 8～15 g／L，络合剂 30～50 g／L，添加剂2～4g／L。镀液中络合剂
和添加剂的摩尔比7.5～3.5：2.5～1.5。
常用的络合剂有脂肪族胺类、胺醇类、多胺类、羧酸类、多元醇化合物等，各有优缺点。经过多种络合剂联合的试验优化，本发明选用的络合剂为：葡萄糖酸钠、磷酸和不饱和甲基丙烯酸胺按照摩尔比4～3：1～0.5：5～3的缩合物。
常用的添加剂是脂肪族胺类，胺醇类，多胺类，氨基羧酸类，羟基羧酸类，多元醇化合物等，各有优缺点。经过多种添加剂组合的试验优化，本发明选用的添加剂为：是将含氮杂环有机物和环氧氯丙烷的缩合产物,用溴代羧酸进行季胺化反应，然后加入烟酸钠和硫脲，其中溴代羧酸：烟酸钠：硫脲的摩尔比为15～9：1.5～0.5：1.5～0.3。
本发明具有如下优点和积极效果：采用本发明络合物和添加剂的碱性锌镍合金电镀液获得的镀层平整（如图1），晶粒细小（如图2），镍含量适中（如图3的能谱分析，测得镀层元素成分Zn86.11w%、Ni12.56w%、氧1.33w%），镀层盐雾试验表明未经钝化的锌镍合金镀层抗红锈时间也可达1600小时，镀层结合力良好；并且该络合物和添加剂能够使强碱镀液稳定，阴极电流效率高达85%，电流密度范围宽，晶粒细至200～300nm。
附图说明：
图1为本发明实施例1镀液获得镀层的低放大率2000倍扫描电镜表面形貌。
图2为本发明实施例1镀液获得镀层的高放大率10000倍扫描电镜表面形貌。
图3为本发明实施例1镀液获得镀层成分的能谱分析图。
具体实施方式：
以下结合附图和实施例对本发明进行描述，但本发明不限于以下所述范围。
实施例1：
本实施例的碱性锌镍合金电镀液:
冷轧钢板基体上电镀镍锌合金镀层。碱性锌镍合金电镀液是含有氧化锌、氢氧化钠、硫酸镍、络合剂、添加剂和光亮剂的水溶液，镀液具体成分及含量为：ZnO 8 g／L，NaOH 100 g／L，NiSO4 8 g／L，络合剂 30 g／L，添加剂2 g／L。电镀液中络合剂和添加剂的摩尔比7.5：2.5。
络合剂为：葡萄糖酸钠、磷酸和不饱和甲基丙烯酸胺按照摩尔比4： 0.5：5的缩合物；添加剂为：是将咪唑和环氧氯丙烷的缩合产物,用溴代乙酸进行季胺化反应，然后加入烟酸钠和硫脲，三种物质摩尔比为15：1：1.5，其中烟酸钠和硫脲均为普通市售。
实验结果如附图1、2、3所示，镀层平整、晶粒细小、镀层元素成分Zn83.14～89.32wt%、Ni11.68～13.27wt%、氧1.03～1.72wt%。
实施例2：
本实施例的碱性锌镍合金电镀液:
黄铜基体上电镀镍锌合金。碱性锌镍合金电镀液是含有氧化锌、氢氧化钠、硫酸镍、络合剂、添加剂和光亮剂的水溶液，镀液具体成分及含量为：ZnO 9 g／L，NaOH 120 g／L，NiSO4 13 g／L，络合剂 40 g／L，添加剂3 g／L。电镀液中络合剂和添加剂的摩尔比3.5： 1.5。
络合剂为：葡萄糖酸钠、磷酸和不饱和甲基丙烯酸胺按照摩尔比3.5：0.8： 3的缩合物；添加剂为：是将吡啶和环氧氯丙烷的缩合产物,用溴代丙酸进行季胺化反应，然后加入烟酸钠和硫脲，三种物质摩尔比为14： 0.5：0.3，其中烟酸钠和硫脲均为普通市售。
实施例3：
本实施例的碱性锌镍合金电镀液:
航空用高强钢螺栓（商品号300M，钢材质牌号为40CrNi2Si2MoVA，美国国际镍公司研制）基体上电镀镍锌合金。碱性锌镍合金电镀液是含有氧化锌、氢氧化钠、硫酸镍、络合剂、添加剂和光亮剂的水溶液，镀液具体成分及含量为：ZnO 1O g／L，NaOH 150 g／L，NiSO4 15 g／L，络合剂 50 g／L，添加剂4 g／L。电镀液中络合剂和添加剂的摩尔比6：2。
络合剂为：葡萄糖酸钠、磷酸和不饱和甲基丙烯酸胺按照摩尔比3：1：4的缩合物；添加剂为：是将吡唑和环氧氯丙烷的缩合产物,用溴代乙酸进行季胺化反应，然后加入烟酸钠和硫脲，三种物质摩尔比为9：1.5：1.4，其中烟酸钠和硫脲均为普通市售。
在以上三种材料的碱性镍锌合金电镀实践中，镀层均表现出表面平整光亮、晶粒细小、低氢脆的优点，电镀制品经过盐雾试验，在未钝化的情况下，所能抵抗红锈的时间均达到1500小时以上。
Claims (3)
1.一种碱性锌镍合金电镀液，包括络合剂和添加剂，其特征在于：电镀液中络合剂
和添加剂的摩尔比7.5～3.5：2.5～1.5。
2.根据权利要求书1所述的碱性锌镍合金电镀液，其特征在于：所述络合剂为葡萄糖酸钠、磷酸和不饱和甲基丙烯酸胺按照摩尔比4～3：1～0.5：5～3的缩合物。
3.根据权利要求书1所述的碱性锌镍合金电镀液，其特征在于：所述添加剂是将含氮杂环有机物和环氧氯丙烷的缩合产物,用溴代羧酸进行季胺化反应，然后加入烟酸钠和硫脲，其中溴代羧酸：烟酸钠：硫脲的摩尔比为15～9：1.5～0.5：1.5～0.3。
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