CN102776535B

CN102776535B - 镁锂合金表面电镀铜溶液及镁锂合金表面电镀铜处理方法

Info

Publication number: CN102776535B
Application number: CN201210178038.9A
Authority: CN
Inventors: 尹婷婷; 巫瑞智; 张景怀; 张密林; 冷哲; 杜冠军
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: CN102776535A

Abstract

本发明提供的是一种镁锂合金表面电镀铜溶液及镁锂合金表面电镀铜处理方法。（1）对镁锂合金表面进行前处理；（2）在室温和超声条件下进行活化；（3）在40~60℃温度下进行浸锌；（4）在镀铜溶液中进行电镀铜；所述电镀铜溶液的组成为：焦磷酸铜50~70g/L、焦磷酸钾300g/L、磷酸氢二钾40g/L、酒石酸钾钠40g/L、柠檬酸0.1g/L、植酸0.1g/L、香兰素0.02g/L和余量的水；电镀铜的条件为：pH为8~9、温度为30~50℃、电压为2~4V、电流为0.02~0.04A、时间为20~40min。本发明的镀层具有以往镁锂合金表面处理方法所未能达到的性能，同时镀层形成迅速，提高了镀层形成的速度，提高了表面处理的效率，操作简便，生产效率高，有利于大规模推广应用。

Description

镁锂合金表面电镀铜溶液及镁锂合金表面电镀铜处理方法

技术领域

本发明涉及的是一种电镀铜溶液，具体地说是一种用于镁锂合金表面处理的电镀铜溶液。本发明也涉及一种镁锂合金表面电镀铜处理方法。

背景技术

镁锂合金是目前为止最轻的合金，是发展高强超轻合金最具有潜力的合金体系之一，镁锂合金具有高的比强度、良好的切削加工性、优良的电磁屏蔽性和防震等性能。因此镁锂合金将成为21世纪重要的高强度、轻质且环保的材料之一。

对于镁锂合金而言，锂的加入可以降低密度、提高合金的塑性，但是同时，也使合金的抗腐蚀性能显著降低，从而严重限制了该合金的实际应用，这正是镁锂合金虽受到各领域的广泛关注，却没有得到大规模应用的最主要原因。为了扩大镁锂合金的应用范围，对镁锂合金的腐蚀行为和防护方法有必要进行深入研究。目前国内外对镁锂合金的研究大多侧重于对合金的设计和改善铸造条件，而对镁锂合金进行表面改性来提高和改善其耐蚀性能的研究大多是在合金的表面生成具有保护性能的膜或涂层。

对在镁锂合金表面生成的膜或涂层主要有化学转化膜、氧化膜和化学镀层等。韩玉昌等(韩玉昌，周铁涛，刘培英，Mg-13Li-5Zn合金化学镀镍研究[J]．材料保护，2006，38(3)：38-40.)研究了一种在Mg-13Li-5Zn合金上化学镀镍的方法，获得的镀镍层较为均匀、致密并且没有很明显的缺陷，这种方法可以为镁-锂合金提供一定的保护。但是，化学镀的原理是通过自发的化学反应实现的，其反应速率较慢，效率较低。鉴于此，发明一种新的针对镁锂合金的表面处理的方法迫在眉睫，使得此镀层能具有高的耐蚀性和抗磨性，具有很好的可焊性和导电导热性能，并且与基体结合牢固，还可以达到装饰的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既可以达到良好的电镀效果，又能减少对人类健康和环境的危害的镁锂合金表面电镀铜溶液。本发明的目的还在于提供一种能有效地提高镀层制备的效率，改善镁锂合金的耐蚀性能的镁锂合金表面电镀铜处理方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的镁锂合金表面电镀铜溶液的组成为：焦磷酸铜50~70g/L、焦磷酸钾300g/L、磷酸氢二钾40g/L、酒石酸钾钠40g/L、柠檬酸0.1g/L、植酸0.1g/L、香兰素0.02g/L和余量的水。

本发明的镁锂合金表面电镀铜处理方法包括如下步骤：

（1）对镁锂合金表面进行前处理；

（2）在室温和超声条件下进行活化，活化后放入蒸馏水中超声清洗；活化液的组成为：10ml磷酸、4.5gNH₄HF₂和50ml蒸馏水；

（3）在40~60℃温度下进行浸锌，浸锌时间为10~20min；浸锌是采用如下方法制备的：将7.5g的K₄P₂O₇加入到50ml温度为50℃的蒸馏水中，搅拌待其完全溶解，再加入0.25g的Na₂CO₃、0.2g的NaF和2.0g的ZnSO₄，搅拌；

（4）在镀铜溶液中进行电镀铜；所述电镀铜溶液的组成为：焦磷酸铜50~70g/L、焦磷酸钾300g/L、磷酸氢二钾40g/L、酒石酸钾钠40g/L、柠檬酸0.1g/L、植酸0.1g/L、香兰素0.02g/L和余量的水；电镀铜的条件为：pH为8~9、温度为30~50℃、电压为2~4V、电流为0.02~0.04A、时间为20~40min。

本发明在化学镀层的基础上引进了电镀铜镀层，采用常规的镁锂合金表面前处理工艺，在化学镀锌的基础上，利用特定工艺进行电镀铜，该发明改善了传统镁锂合金表面处理的不足之处，不仅提高了镀层制备的速度，而且使镁锂合金的抗腐蚀性得到改善，其强度、硬度、导电导热性能等也都得以提高，同时光亮的铜镀层还能使镁锂合金表面美化，起到了装饰的作用。此发明有效地提高镀层制备的效率，并且提高了镁锂合金的耐蚀性能，为解决镁锂合金不能大规模应用的问题提供了一种新鲜思路，从而可以推进镁锂合金行业的进一步发展。

本发明所具有的实质性特点和有益效果表现在：

（1）本发明采用常规的镁锂合金表面前处理方法，在镁锂合金表面浸锌后，进行电镀铜，得到的铜镀层具有很好的耐蚀性能，使得镁锂合金的耐蚀性能大大提高，打破了传统的利用化学转化和化学镀来对镁锂合金做表面处理的局限，可以作为镁锂合金在表面电镀领域里的先进向导，为镁锂合金表面处理提供了一种创新思路。

（2）在传统的镁锂合金表面处理的方法中，常常采用化学镀铬或者是化学转化得到含有Cr⁺⁶转化膜的方法，然而这些方法对环境带来很大的污染，对人类身体健康造成危害；同时，在以往电镀领域中，氰化物镀铜倍受人们的青睐，但是氰化物具有剧毒，同样对人类和环境造成威胁。本发明采用硫酸锌作为浸锌的主盐，焦磷酸铜作为电镀铜的主盐，应用此种配方既可以达到良好的电镀效果，又可以对人类健康和环境减少危害。

（3）本发明在镁锂合金表面电镀铜得到了一层致密的红棕色铜镀层，此镀层经划痕法和热震法处理后，镀层并没有脱落或出现鼓泡等现象，表明此铜镀层与基体的结合牢固，此结合力远高于以往的镁锂合金表明转化膜或化学镀层与基体的结合力，因此，可以有效地发挥对镁锂合金的防护作用。

（4）本发明得到的镁锂合金表面镀铜层平整、光滑、致密，没有凹凸不平的区域，可以有效地保护镁锂合金基体；同时铜镀层的导电导热性能优良，具有金属光泽，表面光亮，还可以对镁锂合金起到装饰作用。此种在镁锂合金表面电镀铜的方法，操作简便，生产成本低，生产效率高，有利于大规模广泛应用。

附图说明

图1(a)-图1（b）为实施例1中镁锂合金表面铜镀层的组织照片，其中：图1(a)为宏观照片；图1（b）为扫描照片。

图2实施例1中镁锂合金表面镀铜后的截面金相照片。

具体实施方式

本发明的镁锂合金表面电镀铜镀液配方：焦磷酸铜50~70g/L；焦磷酸钾300g/L；磷酸氢二钾40g/L；酒石酸钾钠40g/L；柠檬酸0.1g/L；植酸0.1g/L；香兰素0.02g/L；电镀温度为30~50℃；电流密度为1~2A/dm2；pH值为8~10；电镀时间为20~40min。

此镁锂合金表面电镀铜的工艺流程包括：所用的试样材料为Mg-5Li-3Al镁锂合金，随后将试样按照以下流程进行：打磨→水洗→丙酮超声清洗→碱洗→热水洗→冷水洗→酸洗→水洗→活化→水洗→浸锌→水洗→镀铜→水洗→吹干。

其具体操作步骤如下：

打磨：将试样进行打磨，经320#和1500#砂纸打磨，打磨过程中用蒸馏水频繁清洗，打磨后放入丙酮中进行超声清洗，随后用冷风吹干。

碱洗：将称量的1g的NaOH、1.5g的Na₃PO₄和0.5g的Na₂SiO₃加入到50ml的蒸馏水中，搅拌后放入60℃的水浴锅中，再将打磨好的试样放入其中，计时10min，取出后放入热蒸馏水中清洗，再放入冷蒸馏水中进行超声清洗。

酸洗：将9g的CrO₃、2g的Fe(NO₃)₃和0.2g的NaF加入到50ml蒸馏水中，搅拌后，将上步结束后的试样放入其中，在室温下并且在超声条件下进行酸洗，酸洗时间为1~2min，酸洗后立即用蒸馏水进行超声清洗。

活化：将10ml磷酸和4.5g的NH₄HF₂加入到50ml的蒸馏水中，将酸洗后的试样放入活化液中，在室温和超声条件下进行活化，活化后放入蒸馏水中超声清洗。

浸锌：将7.5g的K₄P₂O₇加入到50ml温度为50℃的蒸馏水中，搅拌待其完全溶解后，再将0.25g的Na₂CO₃、0.2g的NaF和2.0g的ZnSO₄加入其中搅拌，将试样放入其中，在40~60℃的水浴锅中进行浸锌，浸锌时间为10~20min。

镀铜：将15g的K₄P₂O₇和2g的K₂HPO₄加入到50ml温度为50℃的蒸馏水中，搅拌，待其完全溶解后，将2.5~3.5g的Cu₂P₂O₇加入其中并进行搅拌，再将2g的酒石酸钾钠、0.01g的植酸、0.005g的香兰素和0.1g的柠檬酸加入溶液中，搅拌均匀后，调节pH为8~9，将其放入30~50℃水浴锅中，调节电源的电压和电流，使电压为2~4V，电流为0.02~0.04A，将试样连接阴极，铜片连接阳极，打开输出开关，计时20~40min后取出试样，用蒸馏水清洗后吹干。

下面举例对本发明做更详细的描述：

实施例1：

镀铜液配方为：焦磷酸铜60g/L；焦磷酸钾300g/L；磷酸二氢钾40g/L；酒石酸钾钠40g/L；柠檬酸0.1g/L；植酸0.1g/L；香兰素0.02g/L。电镀条件：电镀温度为30℃；电流密度1A/dm²；pH为9；电镀时间30min。

电镀铜工艺具体步骤：

碱洗：将1g的NaOH、1.5g的Na₃PO₄和0.5g的Na₂SiO₃加入到50ml的蒸馏水中，搅拌后放入60℃的水浴锅中，再将打磨好的试样放入其中，计时10min，取出后放入热水中清洗，再放入冷蒸馏水中进行超声清洗。

酸洗：将9g的CrO₃、2g的Fe(NO₃)₃和0.2g的NaF加入到50ml蒸馏水中，搅拌后，将上步结束后的试样放入其中，在室温和超声条件下进行酸洗，酸洗时间为1~2分钟，酸洗后立即用蒸馏水进行超声清洗。

活化：将10ml的磷酸和4.5g的NH₄HF₂加入到50ml的蒸馏水中，将酸洗后的试样放入活化液中，在室温超声条件下进行活化。活化后放入蒸馏水中超声清洗。

浸锌：将7.5g的K₄P₂O₇加入到50ml温度为50℃的蒸馏水中，搅拌待其完全溶解后，再将0.25g的Na₂CO₃、0.2g的NaF和2.0g的ZnSO₄加入其中搅拌，将试样放入其中在60℃的水浴锅中进行浸锌，浸锌时间为10min。

镀铜：将15g的K₄P₂O₇和2g的K₂HPO₄加入到50ml温度为50度的蒸馏水中，搅拌待其完全溶解后，将3g的Cu₂P₂O₇加入其中并进行搅拌，再将2g的酒石酸钾钠、0.01g的植酸、0.005g的香兰素和0.1g的柠檬酸加入到溶液中，搅拌均匀后，放入30℃水浴锅中，调节电源的电压和电流，使电压为2~4V，电流为0.02A，将试样连接阴极，铜片连接阳极，打开输出开关，计时30min后取出试样，用蒸馏水清洗后吹干。得到完整的表面铜镀层。

本实施例所得的镁锂合金表面的铜镀层具有如下特征：

（1）该条件下所得到的铜镀层宏观上为光亮的红棕色铜镀层，表面光滑平整，没有缺镀和漏镀现象。参见附图1(a)。

（2）该条件下所制得的铜镀层从微观上观察铜镀层表面均匀致密，没有裂纹和缺陷的现象。参见附图1(b)。

（3）该条件下所制得的铜镀层从截面上观察镀层较厚，其厚度约为20μm，有的地方厚度甚至超过20μm。参见附图2。

实施例2：

镀铜液配方为：焦磷酸铜60g/L；焦磷酸钾300g/L；磷酸二氢钾40g/L；酒石酸钾钠40g/L；柠檬酸0.1g/L；植酸0.1g/L；香兰素0.02g/L。电镀条件：电镀温度为40℃；电流密度1A/dm²；pH为9；电镀时间40min。

电镀铜工艺具体步骤同实施例1，需要修改的是电镀铜的温度在40℃条件下进行，并且施镀时间为40min。

本实施例所得的镁锂合金表面的铜镀层从微观上观察铜镀层表面均匀致密。

实施例3：

镀铜液配方为：焦磷酸铜50g/L；焦磷酸钾300g/L；磷酸氢二钾40g/L；酒石酸钾钠40g/L；柠檬酸0.1g/L；植酸0.1g/L；香兰素0.02g/L。电镀条件：电镀温度为30℃；电流密度2A/dm²；pH为9；电镀时间40min。

电镀铜工艺具体步骤同实施例1，此实施例中电镀铜的时间为40min，电镀温度为30℃，电流调节到0.04A。

本实施例所得的镁锂合金表面的铜镀层从微观上观察铜镀层表面均匀致密，并且没有明显缺陷。

实施例4：

镀铜液配方为：焦磷酸铜70g/L；焦磷酸钾300g/L；磷酸氢二钾40g/L；酒石酸钾钠40g/L；柠檬酸0.1g/L；植酸0.1g/L；香兰素0.02g/L。电镀条件：电镀温度为40℃；电流密度2A/dm²；pH为9；电镀时间为30min。

电镀铜工艺具体步骤同实施例1，但在此实施例中电镀条件为：在40℃下进行电镀，电流调节到0.04A，电镀时间为30min。

本实施例所得的镁锂合金表面的铜镀层从微观上观察铜镀层表面均匀致密，并且没有明显缺陷和疏松等现象。

Claims

1.一种镁锂合金表面电镀铜处理方法，其特征是包括如下步骤：

(1)对镁锂合金表面进行前处理；

打磨：将镁锂合金经320#和1500#砂纸打磨，打磨过程中用蒸馏水频繁清洗，打磨后放入丙酮中进行超声清洗，随后用冷风吹干；

碱洗：将1g的NaOH、1.5g的Na₃PO₄和0.5g的Na₂SiO₃加入到50ml的蒸馏水中，搅拌后放入60℃的水浴锅中，再将打磨好的镁锂合金放入其中，计时10min，取出后放入热水中清洗，再放入冷蒸馏水中进行超声清洗；

酸洗：将9g的CrO₃、2g的Fe(NO₃)₃和0.2g的NaF加入到50ml蒸馏水中，搅拌后，将碱洗后的镁锂合金放入其中，在室温和超声条件下进行酸洗，酸洗时间为1～2分钟，酸洗后立即用蒸馏水进行超声清洗；

(2)在室温和超声条件下进行活化，活化后放入蒸馏水中超声清洗；活化液的组成为：10ml磷酸、4.5gNH₄HF₂和50ml蒸馏水；

(3)在40～60℃温度下进行浸锌，浸锌时间为10～20min；浸锌是采用如下方法制备的：将7.5g的K₄P₂O₇加入到50ml温度为50℃的蒸馏水中，搅拌待其完全溶解，再加入0.25g的Na₂CO₃、0.2g的NaF和2.0g的ZnSO₄，搅拌；

(4)在镀铜溶液中进行电镀铜；所述电镀铜溶液的组成为：焦磷酸铜50～70g/L、焦磷酸钾300g/L、磷酸氢二钾40g/L、酒石酸钾钠40g/L、柠檬酸0.1g/L、植酸0.1g/L、香兰素0.02g/L和余量的水；电镀铜的条件为：pH为8～9、温度为30～50℃、电压为2～4V、电流为0.02～0.04A、时间为20～40min，镁锂合金连接阴极，铜片连接阳极。