CN103540975A - 一种在铜表面电镀金属锰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在铜表面电镀金属锰的方法，属于金属表面工程领域。通过研究硫酸盐体系的电沉积工艺，得出了铜基体上获得锰镀层的最佳镀液配方和工艺条件；并且操作过程简单，实验条件容易达到；电镀速度快，节省时间。铜表面的该镀层是具有高硬度和耐腐蚀性等优异性能的新型镀层，适合工业化生产和应用。

Description

一种在铜表面电镀金属锰的方法

技术领域

本发明涉及一种在铜表面电镀金属锰的方法，属于金属表面工程领域。

背景技术

电化学方法是材料表面处理工艺中最常用的处理方法，这种方法是利用电极反应，在工件表面形成具有一定功能的镀层。随着工业的发展，常规的镀层已远远不能满足工业生产的特殊需求，开发新型镀层的需求越来越迫切。为提高生产效率，大电流、快速镀的工艺方法也逐渐受到人们关注。

快速电沉积是近代开发的电镀新技术，在原理上仍然是一种电化学过程，但氧化还原过程不只在镀槽产生，部分电镀过程是在镀工件表面部份进行的。它主要通过提高电流密度或电流效率使镀层金属快速沉积，从而提高电镀效率和镀层质量。由于电流密度主要受极限电流的限制，增大金属离子浓度，提高扩散系数，降低扩散层厚度等成为快速电沉积技术中经常采用的措施。快速电沉积在一定程度上应用了镀液的运动，可以达到提高电沉积效率、细化晶粒、优化沉积组织、提高镀层质量的效果，其应用逐步受到人们的关注。

锰是一种重要的金属，有4种异构体，以α-Mn最为常见。海洋中锰含量极为丰富，有着广泛的应用前景。锰镀层相对于金属锰单质有特殊的物理化学性质，如硬度高，抗蚀性好，磁矩变大等。近年来，由于锰镀层的优异特性，其理论研究受到人们广泛关注。

锰是能从水溶液中电解还原出来的电位最负的金属，还原电位为1.42V。电沉积锰镀层较为困难，并且会在阴极析出氢气，必须严格控制实验条件。电沉积金属锰及其合金镀层的研究主要集中在获得优质、低能耗产品的冶金工艺研究中。

由于金属锰的沉积电位较负，常规方法沉积锰及其合金存在以下几个方面的问题：

1）合金中锰含量较低。早在1960年，美国人研究锌锰合金电沉积时，其报道的锌锰合金镀层含锰量为39%，阴极电流效率仅为26%。当时日本对铝锰合金电沉积的研究也发现正常电流密度下沉积的铝锰合金镀层中锰含量仅占10%-15%，其他类似的研究也无多大进展。

2）电流效率低。日本学者在详细研究锌锰合金电沉积的工艺条件及各因素对镀层中锰含量的影响时，为使电极电势较负的锰析出，阴极电流密度为30-40A·dm-2，所得镀层锰含量可70%，但阴极电流效率较低，50%锰含量时，电流效率也只有35%。其他学者研究也有类似结果，随镀层中锰含量增高，电流效率显著降低。

3）镀液中锰离子易氧化成二氧化锰。研究发现，在溶液pH值为3.0-5.4时镀液中有沉淀生成，二价锰易在阳极被氧化，进而影响电流效率也会影响金属锰的沉积。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种在铜表面电镀金属锰的方法，是一种操作简单、设备要求较宽松、低能耗、经济效益好的铜表面镀金属锰的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在铜表面电镀金属锰的方法，具有以下步骤：

A．电镀溶液的配制，电镀溶液的组成有：

MnSO₄·H₂O      0.3-0.6mol/L，

(NH₄)₂SO₄       0.3-0.6mol/L，

Na₃C₆H₅O₇       0.1-0.3mol/L，

H₃BO₃           0.2-0.5mol/L，

用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解；使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三；将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，并用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到5.5；

B．电极处理：对阴极基体，即铜板进行除油、除锈和表面抛光等预处理，具体操作是：将欲处理铜片的工作面经金相砂纸打磨，然后进行机械抛光，用无水乙醇和去离子水依次超声清洗，干燥后备用；

C．电沉积过程：阳极采用231型铂电极，阴极为待镀铜片，选择4-10 A/dm²的电流密度在烧杯镀液中进行电镀；电沉积时间为3-10分钟；电沉积过程中对镀液进行电磁搅拌；电镀结束后立即取出铜片，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

1）操作过程简单，实验条件容易达到；2）电镀速度快，节省时间；3）在铜表面制备出具有高硬度和耐腐蚀性等优异性能的新型镀层；4）通过研究硫酸盐体系的电沉积工艺，得出铜基体上获得锰镀层的最佳镀液配方和工艺条件。本发明采用硫酸盐体系镀液，采用快速电沉积方法在铜基体上形成高质量的金属锰镀层，且操作工艺简单，工作效率高。本发明紧密结合新型镀层、快速镀等热点研究领域，并在铜基体上生产出新型镀层。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制200ml镀液，镀液成分为

MnSO₄·H₂O 0.3mol??l^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.4mol??l^-1，Na₃C₆H₅O₇ 0.2mol??l^-1，H₃BO₃ 0.4mol??l^-1，用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解；使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三；将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，并用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到5.5，静止5分钟。然后把经过预处理的铜片放到电镀液中，以5A/dm²的电流密度进行直流电镀，沉积5分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。

将表面获得锰镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。

实施例2

本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制200ml镀液，镀液成分为

MnSO₄·H₂O 0.4 mol??l^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.5mol??l^-1，Na₃C₆H₅O₇ 0.2mol??l^-1，H₃BO₃ 0.4mol??l^-1，用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解；使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三；将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，并用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到5.5，静止5分钟。然后把经过预处理的铜片放到电镀液中，以6A/dm²的电流密度进行直流电镀，沉积5分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。

将表面获得锰镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。

实施例3

本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制200ml镀液，镀液成分为

MnSO₄·H₂O 0.5mol??l^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.6mol??l^-1，Na₃C₆H₅O₇ 0.2mol??l^-1，H₃BO₃ 0.5mol??l^-1，用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解；使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三；将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，并用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到5.5，静止5分钟。然后把经过预处理的铜片放到电镀液中，以8A/dm²的电流密度进行直流电镀，沉积10分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。

将表面获得锰镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。

实施例4

本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制200ml镀液，镀液成分为

MnSO₄·H₂O 0.6mol??l^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.4mol??l^-1，Na₃C₆H₅O₇ 0.3mol??l^-1，H₃BO₃ 0.4mol??l^-1，用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解；使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三；将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，并用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到5.5，静止5分钟。然后把经过预处理的铜片放到电镀液中，以8A/dm²的电流密度进行直流电镀，沉积8分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。

将表面获得锰镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试。

实施例5

本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制200ml镀液，镀液成分为

MnSO₄·H₂O 0.4mol??l^-1，(NH₄)₂SO₄ 0.5mol??l^-1，Na₃C₆H₅O₇ 0.2mol??l^-1，H₃BO₃ 0.5mol??l^-1，用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解；使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三；将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，并用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到5.5，静止5分钟。然后把经过预处理的铜片放到电镀液中，以10A/dm²的电流密度进行直流电镀，沉积5分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。

将表面获得锰镀层的铜片试样进行硬度、耐蚀性和电化学测试，如下表所示。

	镀层硬度(HV)	腐蚀电流密度(μA/cm2)	腐蚀电位(V)
				实施例1	341	23.46	-0.786
实施例2	366	21.66	-0.779
				实施例3	394	14.55	-0.771
实施例4	288	30.48	-0.799
				实施例5	305	28.44	-0.792

实例证明利用本发明技术可以制备出优质金属锰层，具有很高的耐大电流冲击性能，且附着力很强，适合于工业化生产和应用。 

Claims (1)

1.一种在铜表面电镀金属锰的方法，其特征在于，具有以下步骤：

A．电镀溶液的配制，电镀溶液的组成有：

MnSO₄·H₂O      0.3-0.6mol/L，

(NH₄)₂SO₄       0.3-0.6mol/L，

Na₃C₆H₅O₇       0.1-0.3mol/L，

H₃BO₃           0.2-0.5mol/L，

用电子秤按量称取以上物质，在烧杯中溶解；使溶液体积不大于烧杯额定体积的四分之三；将配置的镀液用磁力搅拌器搅拌，并用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到5.5；

B．电极处理：对阴极基体，即铜板进行除油、除锈和表面抛光等预处理，具体操作是：将欲处理铜片的工作面经金相砂纸打磨，然后进行机械抛光，用无水乙醇和去离子水依次超声清洗，干燥后备用；

C．电沉积过程：阳极采用231型铂电极，阴极为待镀铜片，选择4-10 A/dm²的电流密度在烧杯镀液中进行电镀；电沉积时间为3-10分钟；电沉积过程中对镀液进行电磁搅拌；电镀结束后立即取出铜片，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干。