CN104499015A - 一种电镀液及其制备方法和在电镀金属合金中应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电镀液及其制备方法和在电镀金属合金中应用，该电镀液，每升的液体由以下量的组分组成：钛盐20-100g/L、钒盐5-30g/L、镍盐20-50g/L、锆盐15-45g/L、草酸铵70-140g/L、氯化铵120-220g/L、乙二胺四乙酸二钠50-100g/L、光亮剂1-5ml/L、润湿剂0.5-3ml/L以及水余量。本发明电镀液应用在电镀金属合金中能制备强度高、耐热性好、耐腐蚀性好的代铬的钛合金镀层，性能优异，以期广泛应用于宇航、船舶、汽车等工业领域，具备广阔的应用前景。本发明电镀液的制备方法，制备简单，易于操作和实施，易于工业化生产。

Description

一种电镀液及其制备方法和在电镀金属合金中应用

技术领域

本发明涉及电镀技术领域，具体涉及一种电镀液及其制备方法和在电镀金属合金中应用。

背景技术

镀铬层硬度高、镀层经久不变色，因而广泛地用作装饰性镀层的最终镀层；其缺点是电流效率低、分散能力差，尤其是该工艺中六价铬对环境污染严重。

在已报道的替代铬技术中，从制备方法上看，可分为电镀、化学镀、离子气相沉积、热喷涂等。合金代铬镀层的研究可分为代装饰铬及代硬铬。合金镀层代装饰铬主要有：锡钴、锡镍、钴钨合金、锡钴锌三元合金等；合金镀层代硬铬主要有：有镍钨、镍钼、镍钴等二元合金及镍钨磷、镍钨硼、镍钴硼及镍铁钴等三元合金。对于钛合金种类的代铬合金镀层研究较少。

钛是一种银白色的过渡金属，熔点为1668℃，密度为4.51g/cm³，钛存在两种同素异构转变，α-Ti在882℃以下稳定，具有密排六方结构，β-Ti在882℃以上稳定，具有体心立方结构；在金属中具有最强的强度-重量比；钛能与氧、氮等形成化学稳定性极高的氧化物、氮化物保护膜，因此，钛在低温和高温气体中有极高的耐蚀性，钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢和镍基合金均好。此外，钛还具有优异的超低温性能。

钒是一种银灰色过渡金属，熔点高达1912℃，是四种难溶金属之一，密度为6.11g/cm³，有良好的耐蚀性、延展性和可锻性，有金属“维生素”之称。常被用于合金中，如不锈钢及钛-钒合金。

镍是一种银白色过渡金属，熔点为1453℃，密度为8.90g/cm³，具有优异的耐腐蚀性和抗氧化能力。

锆也是一种银白色过渡金属，熔点为1855℃，密度为6.29g/cm³，主要应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料等。

钛合金化的主要目的是利用合金元素对α相或β相的稳定作用，来控制钛合金的组成和性能。其中镍是α相稳定元素，钒是β相稳定元素，锆是中性元素(能同时稳定α相和β相)。当同时加入α相稳定元素、β相稳定元素和一定量中性元素时，可制备α+β钛合金。α+β钛合金具有强度高、耐热性好、耐腐蚀性好等优点，是目前用途最广的钛合金，在宇航工业、船舶工业、汽车工业、化学工业等领域应用最广。

开发一种新型电镀方法制备的钛合金层对于国防及民生领域有重要意义。

申请公布号为CN 104195598A(申请号为201410406559.4)的中国发明专利申请公开了一种用于摩托车配件电镀光亮镍钛合金的电镀液及其电镀方法，其组分及重量比为：1)硫酸镍200～250g/L；2)氯化镍50～100g/L；3)硫酸氧钛3.5～10.5g/L；4)硼酸40～45g/L；5)光亮剂8～10mL/L；6)柔软剂5～10mL/L；7)湿润剂0.5～1mL/L。该电镀液及电镀方法能够达到无氰、无铬以及无污染，其镀液的性能和镀层的性能均能达到“镀镍+镀铬”以及“镀亮铜+镀亮镍+镀铬(用六价铬盐)”的镀层效果，但是得到的镀层其耐热性较差。

发明内容

本发明的目的是提供了一种电镀液及其制备方法和在电镀金属合金中应用，该电镀液能制备强度高、耐热性好、耐腐蚀性好的代铬的钛合金镀层，以期广泛应用于宇航、船舶、汽车等工业领域。

一种电镀液，每升的液体由以下量的组分组成：

作为优选，所述的电镀液，每升的液体由以下量的组分组成：

本发明中，采用特定含量的组分组合在一起，能够相互影响和相互作用，其效果上相互补充和相互增强，能够产生协同作用，使得本发明电镀液能制备强度高、耐热性好、耐腐蚀性好的代铬的钛合金镀层。

所述的钛盐为草酸氧钛钾、草酸氧钛铵、二氯氧钛的一种或两种以上(包括两种)。

所述的钒盐为草酸氧钒。

所述的镍盐为草酸镍、氯化镍的一种或两种。

所述的锆盐为草酸氧锆、二氯氧锆的一种或两种。

所述光亮剂为硫脲。

所述润湿剂为十二烷基硫酸钠。

所述的水为去离子水。

该电镀液使用时，可加入适量的pH调节剂调节pH，优选的pH为3.5-6.5。

一种电镀液的制备方法，包括以下步骤：

以电镀液1L计，在容器中依次加入400～700mL 55-65℃的水、90-120g的草酸铵、160-200g的氯化铵、60-80g的乙二胺四乙酸二钠、40-80g的钛盐、10-20g的钒盐、30-40g的镍盐、25-35g的锆盐，每加入一组分，搅拌溶解完全之后再加后一组分，依次加完上述组分得到初步混合液，向初步混合液中加入3-5g的粉状活性炭，恒温55-65℃，搅拌0.5～2小时，之后过滤除去活性炭，再加入2-3ml光亮剂和1-2ml润湿剂，补加水至1L，得到电镀液。

该电镀液使用时，可加入适量的pH调节剂调节pH，如可采用质量百分数30％的氨水或者质量百分数30％的盐酸溶液调整溶液的pH，优选的pH为3.5-6.5。

该电镀液在电镀金属合金中应用。其电镀参数为：

1)、电镀液的pH值：3.5-6.5；

2)、电镀液的温度：30-70℃；

3)、阴极电流密度：2-5A/dm²；

4)、阳极材料：金属合金；

5)、电镀时间：0.2-1h

6)、电源为直流电源或脉冲电镀。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明电镀液中，采用特定含量的组分组合在一起，能够相互影响和相互作用，其效果上相互补充和相互增强，能够产生协同作用，使得本发明电镀液能制备强度高、耐热性好、耐腐蚀性好的代铬的钛合金镀层，以期广泛应用于宇航、船舶、汽车等工业领域。

本发明电镀液的制备方法，制备简单，易于操作和实施，易于工业化生产。

本发明电镀液应用在电镀金属合金中，制备的金属合金经证实具有高硬度，其形成钛合金镀层，韧性远远高于镀铬层，耐热性可达400-500℃，镀层均匀无微裂纹，耐蚀性较镀铬层提高2倍以上，性能优异，具备广阔的应用前景。

具体实施方式

以下结合实例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一、电镀液的配方如表1所示：

表1

二、电镀液的制备：以电镀液1L计，在容积为1L的容器中依次加入600mL 60℃的水、90g的草酸铵、160g的氯化铵、60g的乙二胺四乙酸二钠、80g的草酸氧钛钾、10g的草酸氧钒、30g的草酸镍、25g的草酸氧锆，每加入一组分，搅拌溶解完全之后再加后一组分，依次加完上述组分得到初步混合液，向初步混合液中加入3g的粉状活性炭，恒温60℃，搅拌1小时，之后过滤除去活性炭，再加入2ml光亮剂和1ml润湿剂，补加水至1L，得到电镀液。

采用质量百分数30％的氨水调整电镀液的pH至6。

三、电镀工艺参数如表2所示：

表2

镀液pH值	6
		镀液温度	60℃
阴极电流密度	5A/dm2
		阳极	钛钒锆合金阳极
电镀时间	30min

采用直流电源，得到电镀钛合金镀层的钛钒锆合金。

实施例2

一、电镀液的配方如表3所示：

表3

二、电镀液的制备：以电镀液1L计，在容积为1L的容器中依次加入600mL 55℃的水、110g的草酸铵、180g的氯化铵、70g的乙二胺四乙酸二钠、60g的草酸氧钛钾、15g的草酸氧钒、35g的草酸镍、30g的草酸氧锆，每加入一组分，搅拌溶解完全之后再加后一组分，依次加完上述组分得到初步混合液，向初步混合液中加入4g的粉状活性炭，恒温55℃，搅拌2小时，之后过滤除去活性炭，再加入3ml光亮剂和2ml润湿剂，补加水至1L，得到电镀液。

采用质量百分数30％的盐酸水溶液调整电镀液的pH至5。

三、电镀工艺参数如表4所示：

表4

镀液pH值	5
		镀液温度	50℃
阴极电流密度	3A/dm2
		阳极	不锈钢阳极
电镀时间	30min

采用脉冲电镀，得到电镀钛合金镀层的不锈钢。

实施例3

一、电镀液的配方如表5所示：

表5

二、电镀液的制备：以电镀液1L计，在容积为1L的容器中依次加入600mL 65℃的水、120g的草酸铵、200g的氯化铵、80g的乙二胺四乙酸二钠、40g的草酸氧钛钾、20g的草酸氧钒、40g的草酸镍、35g的草酸氧锆，每加入一组分，搅拌溶解完全之后再加后一组分，依次加完上述组分得到初步混合液，向初步混合液中加入5g的粉状活性炭，恒温65℃，搅拌0.5小时，之后过滤除去活性炭，再加入2ml光亮剂和1ml润湿剂，补加水至1L，得到电镀液。

采用质量百分数30％的氨水调整电镀液的pH至4。

三、电镀工艺参数如表6所示：

表6

镀液pH值	4
		镀液温度	40℃
阴极电流密度	2A/dm2
		阳极	镍阳极
电镀时间	60min

采用直流电源，得到电镀钛合金镀层的镍。

实施例4

一、电镀液的配方如表7所示：

表7

二、电镀液的制备：以电镀液1L计，在容积为1L的容器中依次加入600mL 60℃的水、100g的草酸铵、200g的氯化铵、60g的乙二胺四乙酸二钠、60g的草酸氧钛钾、20g的草酸氧钒、30g的草酸镍、35g的草酸氧锆，每加入一组分，搅拌溶解完全之后再加后一组分，依次加完上述组分得到初步混合液，向初步混合液中加入4g的粉状活性炭，恒温60℃，搅拌1小时，之后过滤除去活性炭，再加入3ml光亮剂和1ml润湿剂，补加水至1L，得到电镀液。

采用质量百分数30％的氨水调整电镀液的pH至6。

三、电镀工艺参数如表8所示：

表8

镀液pH值	6
		镀液温度	40℃
阴极电流密度	3A/dm2
		阳极	不锈钢阳极
电镀时间	30min

采用脉冲电镀，得到电镀钛合金镀层的不锈钢。

将实施例1～4制备得到的钛合金镀层进行性能测试，其实验结果如表9所示。

表9

	镀层表观
		实施例1	表面均匀光亮柔和

实施例2	表面均匀光亮柔和
		实施例3	表面均匀光亮柔和
实施例4	表面均匀光亮柔和

上述实例镀层采用500℃高温回火处理1h后风冷后观察表面形貌，无微裂纹产生。

上述实例镀层采用5％NaCl中性盐雾实验，与铬镀层相对比，耐腐蚀性能提高2倍以上。

可见，制备的金属合金经证实具有高硬度，其形成钛合金镀层，韧性远远高于镀铬层，耐热性可达400-500℃，镀层均匀无微裂纹，耐蚀性较镀铬层提高2倍以上，相对于现有技术铬镀层来说，本发明钛合金镀层性能优异，强度高、耐热性好、耐腐蚀性好，是替代铬镀层的一种好选择。

Claims (10)

1.一种电镀液，其特征在于，每升的液体由以下量的组分组成：

2.根据权利要求1所述的电镀液，其特征在于，每升的液体由以下量的组分组成：

3.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述的钛盐为草酸氧钛钾、草酸氧钛铵、二氯氧钛的一种或两种以上。

4.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述的钒盐为草酸氧钒。

5.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述的镍盐为草酸镍、氯化镍的一种或两种。

6.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述的锆盐为草酸氧锆、二氯氧锆的一种或两种。

7.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述光亮剂为硫脲；

所述润湿剂为十二烷基硫酸钠。

8.一种电镀液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

以电镀液1L计，在容器中依次加入400～700mL 55-65℃的水、90-120g的草酸铵、160-200g的氯化铵、60-80g的乙二胺四乙酸二钠、40-80g的钛盐、10-20g的钒盐、30-40g的镍盐、25-35g的锆盐，每加入一组分，搅拌溶解完全之后再加后一组分，依次加完上述组分得到初步混合液，向初步混合液中加入3-5g的粉状活性炭，恒温55-65℃，搅拌0.5～2小时，之后过滤除去活性炭，再加入2-3ml光亮剂和1-2ml润湿剂，补加水至1L，得到电镀液。

9.根据权利要求1～7任一项所述的电镀液在电镀金属合金中应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，电镀参数为：

1)、电镀液的pH值：3.5-6.5；

2)、电镀液的温度：30-70℃；

3)、阴极电流密度：2-5A/dm²；

4)、阳极材料：金属合金；

5)、电镀时间：0.2-1h

6)、电源为直流电源或脉冲电镀。