CN104928731B - 超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液，其组分包括：焦磷酸铜1.5～2.5g/L、焦磷酸钾200～250g/L、三乙醇胺5～10g/L。其制备方法，包括如下步骤：1)将焦磷酸钾加入水中，搅拌溶解；2)在步骤1)中的溶液中加入焦磷酸铜、三乙醇胺，搅拌，定容。采用超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液对待镀钢铁件进行预镀铜打底处理，防止正式电镀时钢铁件进入焦磷酸盐体系电镀液中产生铜置换，提高镀层与钢铁基体的结合力，使得锡青铜镀层与钢铁基体粘结强度好，解决现有技术中镀层与基体结合不牢的问题。

Description

超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电镀液，具体涉及一种对钢铁件进行无氰电镀锡青铜时做打底用的超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液及其制备方法。
背景技术
铜锡合金俗称锡青铜，电镀锡青铜镀层广泛用于轻工、仪表、机械、通讯、家用电器、手工业等工业部门，是我国应用最广、生产规模最大的一个合金镀种。
长期以来，电镀锡青铜镀液一般采用氰化物和氢氧化物作络合剂，铜以一价形式与氰化物络合成铜氰络合物，锡以四价形式与氢氧化钠络合，故镀液稳定，分散性能好，维护操作方便，锡青铜镀层均匀细致，成份和色泽容易控制。但镀液中含有较高含量的剧毒氰化物，同时电镀中产生剧毒气体，对人体伤害严重，也严重污染环境，而且废水处理要求严格，受环保部门严格监督，故其应用受到一定限制。
目前，在钢铁零件表面电镀锡青铜，签于环保限制要求采用无氰电镀。但无氰电镀锡青铜最大问题是镀层与基体之间结合不牢，因为铁(Fe)的标准电极电位φ°(Fe3+/Fe)为-0.44V，而铜(Cu)的标准电极电位φ°(Cu3+/Cu)为+0.34V，两者相差很大，因此当钢铁件进入焦磷酸盐体系或硫酸盐体系镀液中时，铜在钢铁件表面发生置换反应，而置换的铜粉是疏松的，在疏松的置换铜上进行电沉积所得的镀层与基体结合力不牢。目前有先在钢铁件上镀镍打底然后镀锡青铜的技术，但是用镍打底存在打底成功率低、返修不易的问题，一旦需要返修，基体上的镍不易褪去而造成无法返修。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够使电镀时锡青铜镀层与钢铁基体粘结牢固的打底用超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液，组分包括：焦磷酸铜1.5～2.5g/L、焦磷酸钾200～250g/L、三乙醇胺5～10g/L；
所述的超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液用去离子水配制。
作为优选地，所述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液的组分包括：焦磷酸铜1.8～2.2g/L、焦磷酸钾210～240g/L、三乙醇胺6～9g/L。
所述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液的电镀工作条件为：在温度为15～45℃、阴极电流密度为1～4A/dm2、电镀时间为1～3分钟。
一种超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液的制备方法，包括如下步骤：
1)将焦磷酸钾加入水中，搅拌溶解；
2)在步骤1)中的溶液中加入焦磷酸铜、三乙醇胺，搅拌，定容。
本发明的有益效果是：本发明的超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液用于对待镀钢铁件进行预镀铜打底处理，防止正式电镀时钢铁件进入焦磷酸盐体系电镀液中产生铜置换，提高镀层与钢铁基体的结合力，使得锡青铜镀层与钢铁基体粘结强度好，解决了现有技术中镀层与基体结合不牢的问题；也解决了现有技术中用镍打底存在的打底成功率低、返修不易的问题。在正式电镀前用该超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液预先对钢铁件进行打底处理，使得正式电镀时能够达到较高电流，钢铁件的内表面、棱角、凹面孔等部位都能均匀镀上锡青铜，电镀效果优良，镀层厚度可以达到10-15um，镀层均匀、致密、外观良好。
具体实施方式
实施例1配制超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液
配制钢铁件预镀铜处理用的电镀液--超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液，其配方为：焦磷酸铜(Cu2P2O7，工业纯)：(1.5～2.5)g/L；焦磷酸钾(K4P2O7，工业纯)：(200～250)g/L；三乙醇胺(工业纯)：(5～10)g/L。
配制方法如下：
1)将焦磷酸钾加入少量去离子水中，边加边搅拌以充分溶解；
2)在步骤1)的溶液中加入焦磷酸铜、三乙醇胺，搅拌均匀后加入去离子水至规定浓度。
实施例2配制无氰电镀锡青铜电镀液
配制预处理之后无氰电镀锡青铜用的电镀液，电镀液配方为：
Cu2+(来源于焦磷酸铜Cu2P2O7，工业纯)：(12～17)g/L；
焦磷酸钾(K4P2O7，工业纯)：(240～280)g/L；
Sn2+(来源于焦磷酸亚锡Sn2P2O7，工业纯)：(1.5～2.5)g/L；
磷酸氢二钠(Na2HPO4，工业纯)或者磷酸氢二钾(K2HPO4，工业纯)：(30～50)g/L；
柠檬酸纳(Na3C6H5O7，工业纯)：(5～10)g/L；
氨三乙酸(工业纯)：(30～40)g/L；
配制按照如下步骤操作：
1)将计算量的焦磷酸钾和一半量的磷酸氢二钠或者磷酸氢二钾溶于30～35℃的热水中；
2)在搅拌下将焦磷酸铜溶于步骤1)的溶液中；
3)将氨三乙酸加入适量水中，一边搅拌一边慢慢加入氢氧化钠直至氨三乙酸全部溶解(其间可测pH值来缓慢加入氢氧化钠，pH值约为7.0时氨三乙酸全部溶解)，将溶液加入步骤2)的混合液中，然后在混合液中加入另一半量的磷酸氢二钠或者磷酸氢二钾；
4)用焦磷酸钾或氢氧化钠或者氢氧化钾或者氨三乙酸调整溶液的pH值至8.3～8.8，并过滤镀液；
5)将步骤4)所得镀液在小电流0.1～0.2A，25～35℃条件下，以纯铜板为阳极，以废钢板为阴极，形成电解池电解处理3-4小时，可以有效地去除镀液中的杂质；电解3-4小时后在一边保持电解一边搅拌镀液的情况下加入焦磷酸亚锡使其溶解，继续电解3-4小时，可以有效避免四价锡的生成，保证电镀液的效果；
6)分析调整试镀。
实施例3钢铁件无氰电镀锡青铜
选取试样：取10#钢薄片作试片1，规格为120mm(长)×60mm(宽)×3～5mm(厚)，两平面磨削加工，粗糙度Ra≤0.8um。
一、对试片1进行无氰电镀锡青铜，按照如下步骤操作：
1、对试片1进行除油、清洗干净，按照如下步骤操作：
a、采用汽油等有机溶剂擦洗试片1全表面油污后晾干。
b、试片1采用专用金属除油粉水溶液浸泡3分钟后擦拭除油，流动自来水清洗。
c、将试片1浸入8％的盐酸水溶液中，酸洗5分钟，流动自来水清洗。
d、将试片1浸入5％的硫酸水溶液中，活化处理5分钟，流动自来水清洗。
2、预镀铜处理：将清洗干净的试片1插入超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液，其组分为：
焦磷酸铜(Cu2P2O7)：1.5g/L；
焦磷酸钾(K4P2O7)：200g/L；
三乙醇胺：5g/L。
以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液对试片1预镀铜处理，电镀工作条件为：
Ⅰ、镀液工作温度：18℃；
Ⅱ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅲ、阴极电流密度：4A/dm2；
Ⅳ、试片1阴极电流：6A；
Ⅴ、预镀铜打底时间：3分钟；
Ⅵ、电镀电源：50A/12V可控硅整流器。
3、将试片1从预镀铜槽中取出流动自来水清洗1～2次。
4、将清洗后的试片1插入无氰电镀锡青铜电镀液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液，其组分为：
铜离子(Cu2+)：13g/L；焦磷酸钾(K4P2O7)：245g/L；
锡离子(Sn2+)：1.7g/L；磷酸氢二钠(Na2HPO4)：35g/L；
柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)：6g/L；氨三乙酸：32g/L；
其中铜离子(Cu2+)由焦磷酸铜(Cu2P2O7)水解提供，锡离子(Sn2+)由焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)水解提供。以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液对试片1进行电镀，操作条件为：
Ⅰ、镀液pH值：8.4；
Ⅱ、镀液工作温度：25℃；
Ⅲ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅳ、阴极电流密度：0.8A/dm2；
Ⅴ、试片1阴极电流：1.2A；
Ⅵ、试片1电镀锡青铜时间：90分钟；
Ⅶ、电镀电源：50A/12V三段计时可控硅整流器。
电镀完后将试片1从电镀锡青铜槽中取出，流动自来水清洗干净后晾干。二、电镀效果验证
试片1采用本发明方法电镀锡青铜电镀后镀层的效果验证：
①、试片1两平面锡青铜镀层均匀、致密，颜色为金黄色。
②、试片1一平面锡青铜镀层厚度为0.0105mm，另一平面锡青铜镀层厚度为0.011mm。
③、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准划格粘拉检测，未见锡青铜镀层脱落，表明镀层与基体间结合力良好。
④、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准弯断检测，未见试片1外弯平面锡青铜镀层开裂或脱落，表明镀层与基体间结合力优异。
实施例4钢铁件无氰电镀锡青铜
一、仍以实施例3中的试片1为试样，按照如下步骤操作对试片1进行无氰电镀锡青铜：
1、对试片1进行除油、清洗干净，清洗方法与实施例3中清洗方法相同。
2、预镀铜处理：将清洗干净的试片1插入超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液，其组分为：
焦磷酸铜(Cu2P2O7)：2g/L；
焦磷酸钾(K4P2O7)：215g/L；
三乙醇胺：7.5g/L。
以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液对试片1预镀铜处理，电镀工作条件为：
Ⅰ、镀液工作温度：18℃；
Ⅱ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅲ、阴极电流密度：3A/dm2；
Ⅳ、试片1阴极电流：4.5A；
Ⅴ、预镀铜打底时间：2分钟；
Ⅵ、电镀电源：50A/12V可控硅整流器。
3、将试片1从预镀铜槽中取出流动自来水清洗1～2次。
4、将清洗后的试片1插入无氰电镀锡青铜电镀液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液，其组分为：
铜离子(Cu2+)：13.5g/L；焦磷酸钾(K4P2O7)：255g/L；
锡离子(Sn2+)：1.75g/L；磷酸氢二钠(Na2HPO4)：38g/L；
柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)：7g/L；氨三乙酸：32.5g/L；
其中铜离子(Cu2+)由焦磷酸铜(Cu2P2O7)水解提供，锡离子(Sn2+)由焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)水解提供。以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液对试片1进行电镀，操作条件为：
Ⅰ、镀液pH值：8.6；
Ⅱ、镀液工作温度：28℃；
Ⅲ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅳ、阴极电流密度：1A/dm2；
Ⅴ、试片1阴极电流：1.5A；
Ⅵ、试片1电镀锡青铜时间：90分钟；
Ⅶ、电镀电源：50A/12V三段计时可控硅整流器。
电镀完后将试片1从电镀锡青铜槽中取出，流动自来水清洗干净后晾干。二、电镀效果验证
试片1采用本发明方法电镀锡青铜电镀后镀层的效果验证：
①、试片1两平面锡青铜镀层均匀、致密，颜色为金黄色。
②、试片1一平面锡青铜镀层厚度为0.0115mm，另一平面锡青铜镀层厚度为0.012mm。
③、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准划格粘拉检测，未见锡青铜镀层脱落，表明镀层与基体间结合力良好。
④、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准弯断检测，未见试片1外弯平面锡青铜镀层开裂或脱落，表明镀层与基体间结合力优异。
实施例5钢铁件无氰电镀锡青铜
一、仍以实施例3中的试片1为试样，按照如下步骤操作对试片1进行无氰电镀锡青铜：
1、对试片1进行除油、清洗干净，清洗方法与实施例3中清洗方法相同。
2、预镀铜处理：将清洗干净的试片1插入超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液，其组分为：
焦磷酸铜(Cu2P2O7)：2.2g/L；
焦磷酸钾(K4P2O7)：235g/L；
三乙醇胺：8g/L。
以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液对试片1预镀铜处理，电镀工作条件为：
Ⅰ、镀液工作温度：32℃；
Ⅱ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅲ、阴极电流密度：2A/dm2；
Ⅳ、试片1阴极电流：3A；
Ⅴ、预镀铜打底时间：2分钟；
Ⅵ、电镀电源：50A/12V可控硅整流器。
3、将试片1从预镀铜槽中取出流动自来水清洗1～2次。
4、将清洗后的试片1插入无氰电镀锡青铜电镀液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液，其组分为：
铜离子(Cu2+)：15.5g/L；焦磷酸钾(K4P2O7)：270g/L；
锡离子(Sn2+)：2.25g/L；磷酸氢二钾(K2HPO4)：43g/L；
柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)：8.5g/L；氨三乙酸：35g/L；
其中铜离子(Cu2+)由焦磷酸铜(Cu2P2O7)水解提供，锡离子(Sn2+)由焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)水解提供。以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液对试片1进行电镀，操作条件为：
Ⅰ、镀液pH值：8.6；
Ⅱ、镀液工作温度：30℃；
Ⅲ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅳ、阴极电流密度：1.5A/dm2；
Ⅴ、试片1阴极电流：2.3A；
Ⅵ、试片1电镀锡青铜时间：85分钟；
Ⅶ、电镀电源：50A/12V三段计时可控硅整流器。
电镀完后将试片1从电镀锡青铜槽中取出，流动自来水清洗干净后晾干。二、电镀效果验证
试片1采用本发明方法电镀锡青铜电镀后镀层的效果验证：
①、试片1两平面锡青铜镀层均匀、致密，颜色为金黄色。
②、试片1一平面锡青铜镀层厚度为0.0125mm，另一平面锡青铜镀层厚度为0.013mm。
③、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准划格粘拉检测，未见锡青铜镀层脱落，表明镀层与基体间结合力良好。
④、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准弯断检测，未见试片1外弯平面锡青铜镀层开裂或脱落，表明镀层与基体间结合力优异。
实施例6钢铁件无氰电镀锡青铜
一、仍以实施例3中的试片1为试样，按照如下步骤操作对试片1进行无氰电镀锡青铜：
1、对试片1进行除油、清洗干净，清洗方法与实施例3中清洗方法相同。
2、预镀铜处理：将清洗干净的试片1插入超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液，其组分为：
焦磷酸铜(Cu2P2O7)：2.5g/L；
焦磷酸钾(K4P2O7)：250g/L；
三乙醇胺：10g/L。
以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液对试片1预镀铜处理，电镀工作条件为：
Ⅰ、镀液工作温度：45℃；
Ⅱ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅲ、阴极电流密度：1A/dm2；
Ⅳ、试片1阴极电流：1.5A；
Ⅴ、预镀铜打底时间：3分钟；
Ⅵ、电镀电源：50A/12V可控硅整流器。
3、将试片1从预镀铜槽中取出流动自来水清洗1～2次。
4、将清洗后的试片1插入无氰电镀锡青铜电镀液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，对阴极进行电镀：
①、配制焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液，其组分为：
铜离子(Cu2+)：17g/L；焦磷酸钾(K4P2O7)：280g/L；
锡离子(Sn2+)：2.5g/L；磷酸氢二钾(K2HPO4)：50g/L；
柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)：10g/L； 氨三乙酸：40g/L；
其中铜离子(Cu2+)由焦磷酸铜(Cu2P2O7)水解提供，锡离子(Sn2+)由焦磷酸亚锡(Sn2P2O7)水解提供。以上药品均为市售工业级药品。
②、用上述焦磷酸盐无氰电镀锡青铜电镀液对试片1进行电镀，操作条件为：
Ⅰ、镀液pH值：8.8；
Ⅱ、镀液工作温度：35℃；
Ⅲ、阳极面积：阴极面积≈2：1；
Ⅳ、阴极电流密度：2A/dm2；
Ⅴ、试片1阴极电流：3.0A；
Ⅵ、试片1电镀锡青铜时间：80分钟；
Ⅶ、电镀电源：50A/12V三段计时可控硅整流器。
电镀完后将试片1从电镀锡青铜槽中取出，流动自来水清洗干净后晾干。
二、电镀效果验证
试片1采用本发明方法电镀锡青铜电镀后镀层的效果验证：
①、试片1两平面锡青铜镀层均匀、致密，颜色为金黄色。
②、试片1一平面锡青铜镀层厚度为0.0115mm，另一平面锡青铜镀层厚度为0.0125mm。
③、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准划格粘拉检测，未见锡青铜镀层脱落，表明镀层与基体间结合力良好。
④、对试片1两平面锡青铜镀层采用GB5270-2005标准弯断检测，未见试片1外弯平面锡青铜镀层开裂或脱落，表明镀层与基体间结合力优异。

Claims (3)

1.一种利用超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液进行钢铁件预镀铜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)先将钢铁件除油、清洗干净；
2)预镀铜处理：将清洗干净的钢铁件插入超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液中作为阴极，以纯铜板作为阳极，在温度为15～45℃、阴极电流密度为1～4A/dm2的条件下对阴极进行电镀1～3分钟；所述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液配方为：焦磷酸铜1.5～2.5g/L、焦磷酸钾200～250g/L、三乙醇胺5～10g/L。
2.根据权利要求1所述的利用超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液进行钢铁件预镀铜的方法，其特征在于，所述的超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液用去离子水配制。
3.根据权利要求1所述的利用超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液进行钢铁件预镀铜的方法，其特征在于，所述超低浓度焦磷酸铜预镀铜槽液的组分包括：焦磷酸铜1.8～2.2g/L、焦磷酸钾210～240g/L、三乙醇胺6～9g/L。
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