CN103243360A - Zn-Ni合金刷镀溶液及刷镀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Zn-Ni合金刷镀溶液及刷镀方法，包括：导电盐，浓度为50-60克/升；络合剂，浓度为50-100克/升；镍离子，浓度为20-50克/升；锌离子，浓度为15-45克/升。本发明的有益效果主要体现在：溶液稳定，质保期长；原料中无任何污染源，对环境及人体健康危害小；刷镀溶液用料少，不含各种光亮剂，可方便地对零部件局部镀覆，刷镀速度快，生产效率高；镀层出光速度快，色泽镜面光亮，防护能力好；镀层无须镀后钝化处理，可保持外观不变色；使用绒布包套，对镀层有抛光作用，镀层出光速度快，3分钟即可出光，镀层外观如镜面样光亮、稳定，即使在空气中长期存放仍保持特有的光泽。

Description

Zn-Ni合金刷镀溶液及刷镀方法
技术领域
本发明涉及电镀领域，尤其涉及一种Zn-Ni合金刷镀溶液，以及一种使用该刷镀溶液进行的刷镀方法。
背景技术
电刷镀是一种从电镀（槽镀）发展起来利用电化学原理在导电工件进行金属离子沉积形成镀层的新技术。电刷镀使用专用电源、镀笔和刷镀液，无需常规电镀槽。在电刷镀过程中，镀笔外裹布包套，以一定的压力与工件保持接触并作相对运动，在电流的作用下，使得金属离子沉积在工件表面，从而完成刷镀工作。电刷镀技术由于具有设备简单、工艺灵活、沉积速度快、镀层和基体材料的结合强度高等优点，因而被广泛使用于机械零部件的修复，对于大型机械的不解体现场修复或野外抢修具有尤其突出的实用价值。
锌镍合金镀层是一种新型的优良防护性镀层，适用于在恶劣的工业大气和严酷的海洋环境中使用。镍含量7～9%的锌镍合金耐蚀性是锌镀层的3倍以上;含镍量13%左右的锌镍合金镀层耐蚀性是锌镀层的5倍以上，它具有最好的耐蚀性。电沉积Zn-Ni 合金的镀液主要分为两大类，即碱性和弱酸性氯化物镀液。两类镀液各有其优缺点: 弱酸性氯化物镀液的优点是电流效率高( 95% 以上) , 沉积速度快, 镀层的耐蚀性、光亮度一般较碱性镀液好。碱性镀液的最大优点是分散能力和深镀能力较高, 适合于复杂零件的电镀, 镀液成分简单, 对设备腐蚀性小。它的缺点是电流效率较低, 沉积速度慢。
中国专利CN101550577B公开了一种钢铁零部件表面Zn-Ni合金电镀方法，酸性镀液中含有氯化铵,镀液腐蚀性大，铵对鱼类有毒；电镀时须采用特制的脉冲电源，镀覆Zn-Ni合金多层膜，设备及工艺控制复杂；电流密度低，电镀速度慢（0.0004 mm/min），出光所需时间长（20-30分钟），镀层光亮度不高。中国专利CN94100815公开了一种碱性电镀光亮锌镍合金的方法，镀层虽有时达到镜面光亮，但电流效率低（低至13.3%），且电流越大,电流效率越低,有效电流密度不超过2A/dm2，这样电镀速度慢, 能耗大，出光速度慢（需10-50分钟）。
此外，上述发明中，为了使镀层光亮都在溶液中加入了光亮剂，光亮剂在电镀过程中分解消耗减少，一般只能凭经验添加，影响镀层的光亮一致性。另外，光亮剂的分解产物会夹杂在镀层中，降低了镀层的防腐能力。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种绿色节能环保、镀层沉积速度快、刷镀成品镜面光亮的Zn-Ni合金刷镀溶液以及使用该溶液的刷镀方法。
本发明的目的通过提供如下的一种刷镀溶液来实现，包括：导电盐，浓度为50-60克/升；络合剂，浓度为50-100克/升；镍离子，浓度为20-50克/升；锌离子，浓度为15-45克/升。
优选的，所述导电盐为氯化钠和氯化钾的其中之一。
优选的，所述络合剂为柠檬酸和酒石酸的其中之一。
优选的，所述导电盐为氯化钠，所述络合剂为酒石酸，镍离子与氯离子结合形成氯化镍，锌离子与氯离子结合形成氯化锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：氯化镍：100-150克/升；氯化锌：150-200克/升；氯化钠：50-60克/升；酒石酸：50-100克/升。
或者，所述导电盐为氯化钠，所述络合剂为柠檬酸，镍离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸镍，锌离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：硫酸镍：120-150克/升；硫酸锌：150-200克/升；氯化钠：50-60克/升；柠檬酸：50-100克/升。
或者，所述导电盐为氯化钾，所述络合剂为酒石酸，镍离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸镍，锌离子与溶液中的氯离子结合形成氯化锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：硫酸镍：200-250克/升；氯化锌：150-200克/升；氯化钾：50-60克/升；酒石酸：50-100克/升。
或者，所述导电盐为氯化钾，所述络合剂为柠檬酸，镍离子与溶液中的氯离子结合形成氯化镍，锌离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：氯化镍：200-250克/升；硫酸锌：150-200克/升；氯化钾：50-60克/升；柠檬酸：50-100克/升。
优选的，所述的刷镀溶液不包括光亮剂。光亮剂在电镀过程中分解消耗减少，一般只能凭经验添加，影响镀层的光亮一致性。另外，光亮剂的分解产物会夹杂在镀层中，降低了镀层的防腐能力。
本发明的目的还通过提供一种刷镀方法实现，该方法包括将导电材料与电刷镀机的负极接通，将镀笔与电刷镀机的正极接通，移动镀笔将刷镀溶液刷镀到导电材料的欲镀表面上，所述刷镀溶液为如前任意段所述的镀刷溶液，所述电刷镀机的工作电压为5～10V。
优选的，所述镀笔相对于导电材料的移动速度为10-15米/分。
优选的，在将导电材料与电刷镀机的负极接通之前，清洗导电材料的表面，具体包括以下步骤，第一步：电净；用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压10V至15V处理约30秒，待工件上水膜均匀推开后完成。然后用水冲洗。第二步：一次活化；用活化液THY-2溶液，在反极性，电压10V至15V处理约20秒，待表面呈均匀的灰黑色后完成。然后用水冲洗。第三步：二次活化；用活化液THY-3溶液，在反极性，电压18V至20V处理约40秒，待表面呈均匀的银灰色后完成。然后用水冲洗。
本发明的有益效果主要体现在：溶液稳定，质保期长；原料中无任何污染源，对环境及人体健康危害小; 刷镀溶液用料少，不含各种光亮剂，可方便地对零部件局部镀覆，刷镀速度快，生产效率高；镀层出光速度快，色泽镜面光亮，防护能力好；镀层无须镀后钝化处理，可保持外观不变色；使用绒布包套，对镀层有抛光作用，镀层出光速度快，3分钟即可出光，镀层外观如镜面样光亮、稳定，即使在空气中长期存放仍保持特有的光泽。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以具体实施方式的详细说明中，将可清楚的呈现。本发明所用的镍盐、锌盐、导电盐（氯化钠或氯化钾）及络合剂（柠檬酸或酒石酸）等均为常规化学试剂，试剂等级均为化学级。本发明所用的电净液TGY-1、活化液THY-2、活化液THY-3等均属刷镀常用溶液，生产厂家为南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司。
本发明的刷镀溶液以镍盐、锌盐为主成份，添加适量的导电盐及络合剂，镍盐、锌盐、导电盐（氯化钠或氯化钾）及络合剂（柠檬酸或酒石酸）分别溶解于纯水中，最后混合配制成水溶液。本发明的优选实施例的刷镀溶液组成如下：导电盐，浓度为50-60克/升；络合剂，浓度为50-100克/升；镍离子，浓度为20-50克/升；锌离子，浓度为15-45克/升。
刷镀溶液中，所述导电盐为氯化钠或氯化钾；所述络合剂为柠檬酸或酒石酸。下面列举几种优选的配比方式。
刷镀溶液配方一：所述导电盐为氯化钠，所述络合剂为酒石酸，镍离子与氯离子结合形成氯化镍，锌离子与氯离子结合形成氯化锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：氯化镍：100-150克/升；氯化锌：150-200克/升；氯化钠：50-60克/升；酒石酸：50-100克/升。
刷镀溶液配方二：所述导电盐为氯化钠，所述络合剂为柠檬酸，镍离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸镍，锌离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：硫酸镍：120-150克/升；硫酸锌：150-200克/升；氯化钠：50-60克/升；柠檬酸：50-100克/升。
刷镀溶液配方三：所述导电盐为氯化钾，所述络合剂为酒石酸，镍离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸镍，锌离子与溶液中的氯离子结合形成氯化锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：硫酸镍：200-250克/升；氯化锌：150-200克/升；氯化钾：50-60克/升；酒石酸：50-100克/升。
刷镀溶液配方四：所述导电盐为氯化钾，所述络合剂为柠檬酸，镍离子与溶液中的氯离子结合形成氯化镍，锌离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：氯化镍：200-250克/升；硫酸锌：150-200克/升；氯化钾：50-60克/升；柠檬酸：50-100克/升。
本发明的各实施例中，刷镀溶液均不包括光亮剂。
刷镀溶液的使用方法，即刷镀方法包括：首先，清洗导电材料的表面；然后，在导电材料表面镀过渡层、镀工作层；最后，将导电材料与电刷镀机的负极接通，将镀笔与电刷镀机的正极接通，移动镀笔将刷镀溶液刷镀到导电材料的欲镀表面上，刷镀溶液的优选工作参数范围为：PH值4-5，电压5-15伏，作为刷笔的阴极移动速度为10-15米/分。
具体的，前述清洗导电材料表面的步骤主要包括：
第一步：电净；用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压10-15V，处理约30秒，待工件上水膜均匀推开后完成。然后用水冲洗。
第二步：一次活化；用活化液THY-2溶液，在反极性，电压10-15V，处理约20秒，待表面呈均匀的灰黑色后完成。然后用水冲洗。
第三步：二次活化；用活化液THY-3溶液，在反极性，电压18—20 V处理约40秒，待表面呈均匀的银灰色后完成。然后用水冲洗。
最后使用刷镀溶液镀锌镍合金镀层，即使用前述配方的刷镀溶液，在正极性，电压优选 5～10V刷镀导电材料表面，作为阴极的镀笔移动速度为10-15米/分。电流密度约为20～40 A/dm2。刷镀速度（镀层沉积速度）大于0.005 mm/min。
在本发明中，导电材料表面粗糙度越低，越有利于获得更光亮的整平效果；优选，导电材料表面粗糙度Ra小于等于3.2μm，能获得镜面效果。另外 ，刷镀镀层时，包裹阳极的材料最好使用绒布包套，且包裹阳极时有绒毛的一面向外，这样，绒布包套对镀层有抛光作用,镀层出光速度快，3分钟即达镜面光亮。镀层无须镀后钝化处理，可保持外观不变色；镀层外观如镜面样光亮、稳定，即使在空气中长期存放仍保持特有的光泽。
本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Zn-Ni合金刷镀溶液，其特征在于，包括：
导电盐，浓度为50-60克/升，所述导电盐为氯化钠或氯化钾；
络合剂，浓度为50-100克/升，所述络合剂为柠檬酸或酒石酸；
镍离子，浓度为20-50克/升；
锌离子，浓度为15-45克/升。
2.根据权利要求1所述的Zn-Ni合金刷镀溶液，其特征在于，所述导电盐为氯化钠，所述络合剂为酒石酸，镍离子与氯离子结合形成氯化镍，锌离子与氯离子结合形成氯化锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：
氯化镍：100-150克/升；
氯化锌：150-200克/升；
氯化钠：50-60克/升；
酒石酸：50-100克/升。
3.根据权利要求1所述的Zn-Ni合金刷镀溶液，其特征在于，所述导电盐为氯化钠，所述络合剂为柠檬酸，镍离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸镍，锌离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：
硫酸镍：120-150克/升；
硫酸锌：150-200克/升；
氯化钠：50-60克/升；
柠檬酸：50-100克/升。
4.根据权利要求1所述的Zn-Ni合金刷镀溶液，其特征在于，所述导电盐为氯化钾，所述络合剂为酒石酸，镍离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸镍，锌离子与溶液中的氯离子结合形成氯化锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：
硫酸镍：200-250克/升；
氯化锌：150-200克/升；
氯化钾：50-60克/升；
酒石酸：50-100克/升。
5.根据权利要求1所述的Zn-Ni合金刷镀溶液，其特征在于，所述导电盐为氯化钾，所述络合剂为柠檬酸，镍离子与溶液中的氯离子结合形成氯化镍，锌离子与溶液中的硫酸根离子结合形成硫酸锌，所述刷镀溶液的PH值为4-5，各组成成分的浓度为：
氯化镍：200-250克/升；
硫酸锌：150-200克/升；
氯化钾：50-60克/升；
柠檬酸：50-100克/升。
6.根据权利要求1-5所述的任意一种Zn-Ni合金刷镀溶液，其特征在于，所述的刷镀溶液不包括光亮剂。
7.一种刷镀方法，该方法包括将导电材料与电刷镀机的负极接通，将镀笔与电刷镀机的正极接通，移动镀笔将刷镀溶液刷镀到导电材料的欲镀表面上，其特征在于，所述刷镀溶液为权利要求6中的任意一项所述的镀刷溶液，所述电刷镀机的工作电压为5～10伏。
8.根据权利要求7所述的刷镀方法，其特征在于，所述镀笔相对于导电材料的移动速度为10-15米/分。
9.根据权利要求7所述的刷镀方法，其特征在于，在将导电材料与电刷镀机的负极接通之前，清洗导电材料的表面，具体包括以下步骤：
第一步：电净；用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压10V至15V处理约30秒，待工件上水膜均匀推开后完成，然后用水冲洗；
第二步：一次活化；用活化液THY-2溶液，在反极性，电压10V至15V处理约20秒，待表面呈均匀的灰黑色后完成，然后用水冲洗；
第三步：二次活化；用活化液THY-3溶液，在反极性，电压18V至20V处理约40秒，待表面呈均匀的银灰色后完成，然后用水冲洗。
10.根据权利要求7所述的刷镀方法，其特征在于，所述镀笔使用绒布包裹，且绒布的有绒毛的一面朝外。
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