CN104947162A - 一种钛合金表面电镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金表面电镀方法，包括以下步骤：对钛合金工件进行清洁处理，抛光得到抛光件；抛光件清洗后置于活化液中进行活化处理；活化件置于浸蚀液中处理，然后置于非水预电镀液中预镀，得到含有底镍层的预镀件；清洗预镀件，然后在预镀件上镀镍。本发明的浸蚀液和非水预电镀液采用低冰点、高沸点、挥发性低的醇类代替水作溶剂，减小电解液的极性，防止钛金属夺取溶液中的氧元素形成氧化钛。同时，在钛合金表面活化处理到预镀镍结束这一过程中，钛合金表面始终覆盖非水的液体膜隔离空气，抑制钛表面瞬间氧化的作用。

Description

一种钛合金表面电镀方法

技术领域

本发明涉及金属表面电镀的方法技术领域，具体涉及到一种钛合金表面电镀方法。

背景技术

钛合金具有高强度、低密度和良好的耐蚀性，还可以与玻璃封接满足高气密使用条件要求，因此在航空、航天、造船、核电等领域应用越来越广泛，在载人航天和空间站上也不乏这类连接器的使用。

钛合金存在耐磨性差、容易划伤和咬死、可焊性不良、导电能力较低等缺陷，需要表面处理进行改善，其中镀镍磷合金后镀金可解决钛合金在耐磨性、导电性、可焊性等方面的不足。

钛在热力学上是一种不稳定的金属，当其表面置于空气或水溶液等含氧介质时，就很快生成新的氧化膜。若按常规进行前处理，这层氧化膜使得钛上进行电镀或化学镀时，因为氧化膜的存在使沉积金属原子与钛基体原子间不能形成金属键，镀层结合力很差。因此，要想在钛及钛合金上得到合格的电镀层，镀覆预处理是非常重要的步骤。

钛合金表面镀覆前预处理有“活性膜”法预处理和金属底层法预处理。活性膜的作用是在除去钛合金表面氧化膜的同时，代之以一层与基体结合良好的且具有一定活性的膜，包括氢化膜和氟化膜。活性膜与基体和镀层都有很好的结合强度，在活性膜上直接施镀镍、铜、铬等金属，能得到结合力优良的镀覆层。以TiH₂“活性膜”为例，首先是防护作用：Ti和H之间形成的化学键有离子键成分，电子云明显偏向H，使之带负电，于是就降低了Ti的外层电子云密度，降低了钛的反应活性，使之不被迅速氧化而形成致密的钝化膜；其次TiH₂膜外层电子具有离域性，活性膜具有金属键作用，可以将镀层和基体结合在一起从而获得结合力良好的镀覆层。钛的氢化膜可以是钛在盐酸加硫酸或者二甲替酰胺加氢氟酸，或者硫酸和草酸煮沸几十分钟得到。钛的氟化膜具有类似的作用，经过专门活化液处理的表面呈灰色，氟化膜的厚度在10纳米以上，镀覆1微米镍和几十纳米的金，适当热处理后加镀金至所需厚度。以上方法，作业效率低，适用钛合金的范围不广，经过试验证明可靠性不强。

钛的金属底层法预处理，是在除去表面氧化膜后，尽快先镀上一层金属底层，如浸锌、浸镍、闪镀镍等，然后在此底镀层上电镀所需要的镀层。为了提高结合力，通常镀后还要进行热处理。

也有对钛合金在HF-ZnF2-乙二醇溶液中阴极活化镀上薄锌层作底层解决镀层结合力问题，但薄锌层上电镀广泛使用的底镍层，镀层本身结合力就差，薄锌层上也不能直接镀金。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛合金镀层与基体结合力强的方法。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种钛合金表面电镀方法，包括以下步骤：

(1)、对钛合金工件进行清洁处理，然后置于化学抛光液中进行抛光处理；得到抛光件；

(2)、抛光件清洗后置于活化液中进行活化处理，清洗后得到活化件；

(3)、活化件置于浸蚀液中处理，然后置于非水预电镀液中预镀，得到含有底镍层的预镀件；

(4)、清洗预镀件，然后在预镀件上镀镍；其中

活化液的组成为氟化氢铵10g/L～30g/L、草酸20g/L～40g/L、95％～98％的硫酸20ml/L～30ml/L的水溶液；浸蚀液是以无水乙醇和乙二醇的混合溶液作为溶剂，含有氟化氢铵20g/L～30g/L；非水预电镀液以乙二醇为溶剂，含有氯化镍30g/L～35g/L，硼酸40g/L～45g/L、氟化氢铵40g/L～45g/L、柠檬酸25g/L～30g/L、磷酸10ml/L～15ml/L。

化学抛光液的组成为：化学纯硝酸400ml/L～600ml/L、化学纯氢氟酸200ml/L～300ml/L和化学纯硫酸400ml/L～600ml/L；其中化学纯硝酸的质量分数为67％～69％；化学纯氢氟酸质量分数为38％～42％，化学纯硫酸的质量分数为95％～98％。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明的浸蚀液和非水预电镀液采用低冰点、高沸点、挥发性低的醇类代替水作溶剂，减小电解液的极性，防止钛金属夺取溶液中的氧元素形成氧化钛。

同时，在钛合金表面活化处理到预镀镍结束这一过程中，钛合金表面始终覆盖非水的液体膜隔离空气，抑制钛表面瞬间氧化的作用。

再者，钛合金经非水的浸蚀液弱腐蚀后，免清洗直接进入镍盐的乙二醇溶液镀底镍，比已有的浸镍工艺具备更好的结合力和生产效率，而且镀液没有任何难闻的气味。

具体实施方式

实施例1

钛合金表面电镀方法，包括以下步骤：

(1)、对钛合金工件进行化学脱脂和有机脱脂，去除表面脂类物质和污渍，实现清洁处理。清洁处理完毕后置于化学抛光液中进行抛光处理，得到抛光件。

化学抛光液的组成为：化学纯硝酸500ml/L、化学纯氢氟酸250ml/L和化学纯硫酸500ml/L；其中化学纯硝酸的质量分数为67％～69％；化学纯氢氟酸质量分数为38％～42％，化学纯硫酸的质量分数为95％～98％。

(2)、抛光件用水或者乙醇清洗后置于活化液中进行常温活化处理70秒，活化液的组成为：氟化氢铵10g/L、草酸40g/L、分析纯硫酸30ml/L的水溶液，分析纯硫酸的质量分数为95％～98％。清洗后得到活化件。

(3)、活化件使用无水乙醇清洗后置于浸蚀液中处理10秒，以保持钛金属活性。浸蚀液的组成为：无水乙醇900ml、乙醇100ml和氟化氢铵20g。

活化完毕后将其置于非水预电镀液中预镀，得到含有底镍层的预镀件。其中非水预电镀液的组分为：

预镀的温度为65℃，阴极电沉积控制电压：Dc8V，电镀时间为4分钟；然后调节电压Dc4V，再电镀5分钟；阳极用电解镍板。

(4)、清洗预镀件，然后在预镀件上镀上镀层。预镀件上镀上镀层可以为现有常规方法镀上镍层或者镀上金层，例如可以依次为弱酸性环境下进行化学镀镍、电镀镀低应力镍和电镀镀镍或镀金。

实施例2

钛合金表面电镀方法，包括以下步骤：

(1)、对钛合金工件进行化学脱脂和有机脱脂，去除表面脂类物质和污渍，实现清洁处理。清洁处理完毕后置于化学抛光液中进行抛光处理，得到抛光件。

化学抛光液的组成为：化学纯硝酸500ml/L、化学纯氢氟酸250ml/L和化学纯硫酸500ml/L；其中化学纯硝酸的质量分数为67％～69％；化学纯氢氟酸质量分数为38％～42％，化学纯硫酸的质量分数为95％～98％。

(2)、抛光件用水或者乙醇清洗后置于活化液中进行常温活化处理70秒，活化液的组成为：氟化氢铵10g/L、草酸40g/L、硝酸铈铵1g/L～5g/L、分析纯硫酸30ml/L的水溶液，分析纯硫酸的质量分数为95％～98％。清洗后得到活化件。

(3)、活化件使用无水乙醇清洗后置于浸蚀液中处理10秒，以保持钛金属活性。浸蚀液的组成为：无水乙醇900ml、乙醇100ml和氟化氢铵20g。

活化完毕后将其置于非水预电镀液中预镀，得到含有底镍层的预镀件。其中非水预电镀液的组分为：

预镀的温度为65℃，阴极电沉积控制电压：Dc8V，电镀时间为4分钟；然后调节电压Dc4V，再电镀5分钟；阳极用电解镍板。

(4)、清洗预镀件，然后在预镀件上镀上镀层。预镀件上镀上镀层可以为现有常规方法镀上镍层或者镀上金层，例如可以依次为弱酸性环境下进行化学镀镍、电镀镀低应力镍和电镀镀镍或镀金。

实施例3

钛合金表面电镀方法，包括以下步骤：

(1)、对钛合金工件进行化学脱脂和有机脱脂，去除表面脂类物质和污渍，实现清洁处理。清洁处理完毕后置于化学抛光液中进行抛光处理，得到抛光件。

化学抛光液的组成为：化学纯硝酸400ml/L、化学纯氢氟酸250ml/L和化学纯硫酸450ml/L。

(2)、抛光件用水或者乙醇清洗后置于活化液中进行常温活化处理120秒，活化液的组成为：氟化氢铵30g/L、草酸20g/L、分析纯硫酸20ml/L的水溶液。清洗后得到活化件。

(3)、活化件使用无水乙醇清洗后置于浸蚀液中处理20秒，以保持钛金属活性。浸蚀液的组成为：无水乙醇950ml、乙二醇50ml和氟化氢铵30g。

活化完毕后将其置于非水预电镀液中预镀，得到含有底镍层的预镀件。其中非水预电镀液的组分为：

预镀的温度为55℃，阴极电沉积控制电压：Dc6V，电镀时间为3分钟；然后调节电压Dc5V，再电镀5分钟；阳极用电解镍板。

(4)、清洗预镀件，然后在预镀件上镀上镀层。预镀件上镀上镀层可以为现有常规方法镀上镍层或者镀上金层，例如可以依次为弱酸性环境下进行化学镀镍5～10分钟、电镀镀低应力镍，最后进行电镀镀镍或镀金。

实施例4

钛合金表面电镀方法，包括以下步骤：

(1)、对钛合金工件进行化学脱脂和有机脱脂，去除表面脂类物质和污渍，实现清洁处理。清洁处理完毕后置于化学抛光液中进行抛光处理，得到抛光件。

化学抛光液的组成为：化学纯硝酸400ml/L、化学纯氢氟酸250ml/L和化学纯硫酸450ml/L。

(2)、抛光件用水或者乙醇清洗后置于活化液中进行常温活化处理120秒，活化液的组成为：氟化氢铵30g/L、草酸20g/L、分析纯硫酸20ml/L的水溶液。清洗后得到活化件。

(3)、活化件使用无水乙醇清洗后置于浸蚀液中处理20秒，以保持钛金属活性。浸蚀液的组成为：无水乙醇950ml、乙二醇50ml和氟化氢铵30g。

活化完毕后将其置于非水预电镀液中预镀，得到含有底镍层的预镀件。其中非水预电镀液的组分为：

预镀的温度为55℃，阴极电沉积控制电压：Dc6V，电镀时间为3分钟；然后调节电压Dc5V，再电镀5分钟；阳极用电解镍板。

(4)、清洗预镀件，然后在预镀件上镀上镀层。预镀件上镀上镀层可以为现有常规方法镀上镍层或者镀上金层，例如可以依次为弱酸性环境下进行化学镀镍5～10分钟、电镀镀低应力镍，最后进行电镀镀镍或镀金。

实验方法：

1、将实施例中完成的钛合金镀件在250℃的高温下烘烤。

2、将实施例中完成的钛合金镀件使用350℃的烙铁反复钎焊。

3、将实施例中完成的钛合金镀件按照国军标GJB1217A-2009方法1003试验条件F-2，进行-65℃～200℃五次温度冲击循环考核。

4、将实施例中完成的钛合金镀件在200℃下投入10℃左右的水中急冷考核镀层结合力。

实验结果：

1、实施例1～3的镀件以250℃高温烘烤无起泡剥落；

2、实施例1～实施例3的镀件用350℃的烙铁反复钎焊，也无起泡现象发生；

3、实施例1～实施例3的镀件按照国军标GJB1217A-2009方法1003试验条件F-2，进行-65℃～200℃五次温度冲击循环考核，经考核镀层无起泡、剥落等不良；

4、实施例1～实施例3的镀件在200℃下投入10℃左右的水中急冷考核镀层结合力，也无起泡掉皮。

综上所述，经过以上试验表明，实施例1～实施例3中的实验效果均非常良好，其中以实施例2的效果最佳，活化效果好，使得钛合金表面镀层结合力优良。实施例4中未加入氟化氢铵，其预镀效果差，进而影响了最终的表面电镀的效果，特别是镀层结合力与实施例3有显著下降，因此氟化氢铵是预镀液中重要的组成部分。

Claims (9)

1.一种钛合金表面电镀方法，包括以下步骤：

（1）、对钛合金工件进行清洁处理，然后置于化学抛光液中进行抛光处理；得到抛光件；

（2）、抛光件清洗后置于活化液中进行活化处理，清洗后得到活化件；

（3）、活化件置于浸蚀液中处理，然后置于非水预电镀液中预镀，得到含有底镍层的预镀件；

（4）、清洗预镀件，然后在预镀件上镀上镀层；其中

所述活化液的组成为氟化氢铵10g/L~30g/L、草酸20g/L~40g/L、95%~98%硫酸20ml/L~ 30ml/L的水溶液；

所述浸蚀液是以无水乙醇和乙二醇的混合溶液作为溶剂，含有氟化氢铵20g/L~ 30g/L；

所述非水预电镀液以乙二醇为溶剂，含有氯化镍30g/L~35g/L，硼酸40g/L~45g/L、氟化氢铵40g/L~45g/L、柠檬酸25g/L~30g/L、磷酸10ml/L~15ml/L。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述清洁处理包含化学脱脂。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活化处理后使用无水乙醇进行清洗。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述化学抛光液的组成为硝酸、氢氟酸和硫酸。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述非水预电镀液中加入硅胶吸潮颗粒5g~10g。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述浸蚀液的溶剂中含有无水乙醇900ml~1000ml，乙二醇0~100ml。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活化处理时间为60秒~120秒。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活化件在浸蚀液中处理10秒~20秒。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预镀件上镀上镀层的过程依次为弱酸性环境下进行化学镀镍、电镀镀低应力镍和电镀镀镍或镀金。