CN105132973A - 一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液及其电镀铜锌合金工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液。其特殊之处在于包含铜盐、锌氧化物、强碱、甘露醇类络合物、稀土盐。本发明还公开了一种采用该环保型无氰电镀铜锌合金溶液生产铜锌合金的工艺。本发明的无氰电镀铜锌合金溶液不含氰化物等对环境和人体有重大危害的成分，减少了环境污染，属于环保型镀液。实际操作时，可根据具体金属材料用途调节电镀铜锌合金溶液中铜、锌物质的用量。电镀液体系稳定，生产工艺简单，加工成本低廉。使用该电镀液制造的铜锌合金镀层与金属材料基体的结合力良好，铜锌合金镀层表面平整无枝晶生长，结晶细致光亮。

Description

一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液及其电镀铜锌合金工艺

技术领域

本发明涉及一种环保型无氰电镀铜锌合金体系中电镀铜锌合金溶液及其镀铜锌合金方法，涉及金属材料表面处理技术领域。

背景技术

电镀合金法是现在工业生产中比较常见的电镀方法，操作相对于其他方法比较简单，它是利用电化学的方式使两种或者两种以上的金属通过电镀实验到金属表面从而在金属表面形成致密的金属层的过程。

电镀铜锌合金主要分为有氰电镀和无氰电镀两大类别，有氰电镀又可以根据电镀液当中的氰化物含量分为微氰、低氰、中氰和高氰几个类型。由于在含氰化物的电镀溶液中氰离子对铜离子有比较强的络合能力，所以通过电镀实验所得到的镀层具有结晶致密的特点、电镀实验中所使用的镀液呈碱性、具有去油的功效，并且效果十分明显，所以含氰化物的电镀体系可以得到符合工业生产的镀层。因此，在我国的早期装饰领域中得到比较广泛的应用，但是氰化物是剧毒物质，不利于环境的保护和人体的健康。近年来开发了很多类型的无氰电镀体系。但还是达到不了含氰化物仿金电镀工艺镀液的性能和镀层的质量，仍存在着许多亟待解决的问题，例如：电镀得到的镀层的色泽不容易控制、电镀实验中的电流密度窄、进行电镀所需要的时间短、镀层的光泽受辅助络合剂和添加剂的影响等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对传统电镀铜锌合金体系的技术不足，提供一种不含氰化物的环保型无氰电镀铜锌合金溶液。电镀液体系稳定性高，加工工艺简单且加工成本低。使用该电镀液制造的铜锌合金镀层与金属材料基体的结合力良好，铜锌合金镀层表面平整、结晶细致光亮。

本发明是通过以下技术方案实现的：

首先，本发明环保型无氰电镀铜锌合金溶液主要包括以下组分：铜盐、锌氧化物、强碱、甘露醇类络合物、稀土盐，其中铜盐为五水硫酸铜、无水硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的一种，锌氧化物为氧化锌、次氧化锌、一氧化锌中的一种，强碱为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。

上述原料的用量为，每升电镀液分别包含：0.05～0.5mol/L铜盐、0.05～0.5mol/L锌氧化物、1.0～5.0mol/L强碱、0.05～0.5mol/L甘露醇类络合物、0～100.0mmol/L稀土盐。

上述原料的最佳用量为，每升电镀液分别包含：0.08～0.3mol/L铜盐、0.08～0.3mol/L锌氧化物、2.0～4.0mol/L强碱、0.1～0.4mol/L甘露醇类络合物、0～50.0mmol/L稀土盐。

所述的甘露醇类络合物为D-甘露醇、双丙酮-D-甘露醇、1,2,5,6-氧-异丙叉基-Α-D-甘露醇、1,3:4,6-二-O-苄烯-D-甘露醇、1,2:5,6-二-O-环亚己基-D-甘露醇、2,5-脱水-1-O-三苯甲基-D-甘露醇、1-脱氧-1-硝基-D-甘露醇、1,5-脱水-D-甘露醇、3,4邻异丙二烯-D-甘露醇、1,3:2,5:4,6-三-O-亚甲基-D-甘露糖醇、(4R,5S,6S,7R)-5,6-二羟基-1,3-二氧杂环庚烷-4,7-二甲醇、双丙酮-D-甘露糖醇、2,5-脱水-D-甘露醇、1,2,5,6-氧-异亚丙基-Α-D-甘露醇中的一种

所述的稀土盐为硝酸稀土盐(硝酸钴、硝酸镍、硝酸锆、硝酸铈、硝酸镧、硝酸铈铵)、氯化稀土盐(氯化铈、氯化钕、氯化镧)、硫酸稀土盐(硫酸镧、硫酸铈铵、硫酸铈、硫酸钕)中的一种或任意比例的几种的混合物。

本发明还提供一种利用上述环保型无氰电镀铜锌合金溶液在金属材料基体表面进行电镀铜锌合金的生产工艺。该生产工艺是在现有电镀铜锌合金生产工艺基础上，结合本发明的环保型无氰电镀铜锌合金溶液，具体对生产工艺中一些参数进行了优化处理，从而得到的电镀体系稳定，同时电镀加工工艺简单且加工成本低。使用该电镀液制造的镀铜锌层与金属材料基体的结合力良好，铜锌合金镀层表面平整、结晶细致光亮。

本发明的环保型无氰电镀铜锌合金生产工艺，其流程依次是电镀液的配制、镀件预处理、镀件电镀、镀件后处理。本发明可实施的镀件是金属材料类镀件。其具体操作过程如下所示：

步骤(1)电镀液的配制

按照本发明提供的环保型无氰电镀铜锌合金溶液配方进行配制，具体配制过程如下。由于锌氧化物难溶于水，但是溶于强酸或者强碱，所以先称量强碱。先将强碱在少量去离子水溶解，再加入锌氧化物溶解完全，最后加入甘露醇类络合物溶解完全，该溶液称为溶液A；再将铜盐用少量的去离子水溶解，该溶液称为溶液B；最后将溶液B倒入溶液A中，一边慢慢倒入，一边搅拌，该溶液称为溶液C。根据电镀需要在溶液C中加入稀土盐。最后整个混合溶液定容成为所需浓度的电镀液。

步骤(2)镀件预处理

镀件平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。

步骤(3)镀件电镀

将镀件放入电镀槽中，镀件与阳极的极间距为2.0～5.0cm，恒温30～50℃，直流恒压0.8～2.0V。根据所需镀层厚度决定电镀时间为10min～3.0h。阳极采用H62型黄铜板。

步骤(4)镀件后处理

电镀结束后用温水、常温自来水清洗镀件，最后烘干，即得到表面电镀铜锌合金完毕的金属材料镀件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的无氰电镀铜锌合金溶液不含氰化物等对环境和人体有重大危害的成分，减少了环境污染，属于环保型镀液。

2.本发明的电镀铜锌合金溶液，实际操作时，可根据具体金属材料用途调节铜、锌物质的用量。

3.本发明的电镀铜锌合金体系稳定，生产工艺简单，加工成本低廉。

4.本发明制造的铜锌合金镀层与基体的结合力良好，镀层表面平整无枝晶生长，结晶细致光亮。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

下面结合本发明的具体实施方案，进一步说明本发明的技术方案，但本发明的实施方式不限于以下具体实施方案。

实施例一：

本实施例中，金属材料基体为铝片(3cm×7cm×2mm)。

本发明的环保型无氰电镀铜锌合金生产工艺，其流程依次是电镀液的配制、铝片预处理、铝片电镀、铝片后处理。其具体操作过程如下所示：

步骤(1)电镀液的配制

按照本发明提供的环保型无氰电镀铜锌合金溶液配方进行配制，具体配制过程如下。由于一氧化锌难溶于水，但是溶于氢氧化钾，所以先称量氢氧化钾。先将氢氧化钾在少量去离子水溶解，再加入一氧化锌溶解完全，最后加入D-甘露醇溶解完全，该溶液称为溶液A；再将五水硫酸铜用少量的去离子水溶解，该溶液称为溶液B；最后将溶液B倒入溶液A中，一边慢慢倒入，一边搅拌，该溶液称为溶液C。在溶液C中加入硝酸镍。最后整个混合溶液定容，电镀液组成为0.05mol/L五水硫酸铜、0.5mol/L一氧化锌、1.0mol/L氢氧化钾、0.05mol/LD-甘露醇、100.0mmol/L硝酸镍。

步骤(2)铝片预处理

铝片平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。

步骤(3)铝片电镀

将铝片放入电镀槽中，铝片与阳极的极间距为3.0cm，恒温50℃，直流恒压2.0V。根据所需镀层厚度决定电镀时间为10min。阳极采用H62型黄铜板。

步骤(4)铝片后处理

电镀结束后用温水、常温自来水清洗铝片，最后烘干，即得到表面电镀铜锌合金完毕的铝片。

采用本发明制造的铜锌合金层与铝片基体的结合力良好，镀层表面平整无枝晶生长，结晶细致光亮，铜锌合金层呈现明亮的浅黄色外观。铜锌合金层中铜含量为43％，锌含量为55％，其它含量为2％。

实施例二：

本实施例中，金属材料基体为Ni102镍基焊丝(7cm长)。

本发明的环保型无氰电镀铜锌合金生产工艺，其流程依次是电镀液的配制、Ni102镍基焊丝预处理、Ni102镍基焊丝电镀、Ni102镍基焊丝后处理。其具体操作过程如下所示：

步骤(1)电镀液的配制

按照本发明提供的环保型无氰电镀铜锌合金溶液配方进行配制，具体配制过程如下。由于氧化锌难溶于水，但是溶于氢氧化钠，所以先称量氢氧化钠。先将氢氧化钠在少量去离子水溶解，再加入氧化锌溶解完全，最后加入双丙酮-D-甘露糖醇溶解完全，该溶液称为溶液A；再将无水硫酸铜用少量的去离子水溶解，该溶液称为溶液B；最后将溶液B倒入溶液A中，一边慢慢倒入，一边搅拌，该溶液称为溶液C。根据电镀需要在溶液C中加入硫酸铈。最后整个混合溶液定容，电镀液组成为0.08mol/L无水硫酸铜、0.08mol/L氧化锌、2.0mol/L氢氧化钠、0.1mol/L双丙酮-D-甘露糖醇、10.0mmol/L硫酸铈。

步骤(2)Ni102镍基焊丝预处理

Ni102镍基焊丝平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。

步骤(3)Ni102镍基焊丝电镀

将Ni102镍基焊丝放入电镀槽中，Ni102镍基焊丝与阳极的极间距为2.0cm，恒温40℃，直流恒压1.0V。根据所需镀层厚度决定电镀时间为1.0h。阳极采用H62型黄铜板。

步骤(4)Ni102镍基焊丝后处理

电镀结束后用温水、常温自来水清洗Ni102镍基焊丝，最后烘干，即得到表面电镀铜锌合金完毕的Ni102镍基焊丝。

采用本发明制造的铜锌合金层与Ni102镍基焊丝基体的结合力良好，镀层表面平整无枝晶生长，结晶细致光亮，铜锌合金层呈现明亮的金黄色外观。铜锌合金层中铜含量为64％，锌含量为35％，其它含量为1％。

实施例三：

本实施例中，金属材料基体为带圆孔锌片(直径3cm、厚3mm；孔径1cm)。

本发明的环保型无氰电镀铜锌合金生产工艺，其流程依次是电镀液的配制、带圆孔锌片预处理、带圆孔锌片电镀、带圆孔锌片后处理。其具体操作过程如下所示：

步骤(1)电镀液的配制

按照本发明提供的环保型无氰电镀铜锌合金溶液配方进行配制，具体配制过程如下。由于次氧化锌难溶于水，但是溶于氢氧化钠，所以先称量氢氧化钠。先将氢氧化钠在少量去离子水溶解，再加入次氧化锌溶解完全，最后加入1-脱氧-1-硝基-D-甘露醇溶解完全，该溶液称为溶液A；再将氯化铜用少量的去离子水溶解，该溶液称为溶液B；最后将溶液B倒入溶液A中，一边慢慢倒入，一边搅拌，该溶液称为溶液C。最后整个混合溶液定容，电镀液组成为0.5mol/L氯化铜、0.05mol/L次氧化锌、5.0mol/L氢氧化钠、0.5mol/L1-脱氧-1-硝基-D-甘露醇。

步骤(2)带圆孔锌片预处理

带圆孔锌片平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。

步骤(3)带圆孔锌片电镀

将带圆孔锌片放入电镀槽中，带圆孔锌片与阳极的极间距为5.0cm，恒温30℃，直流恒压0.8V。根据所需镀层厚度决定电镀时间为3.0h。阳极采用H62型黄铜板。

步骤(4)带圆孔锌片后处理

电镀结束后用温水、常温自来水清洗带圆孔锌片，最后烘干，即得到表面电镀铜锌合金完毕的带圆孔锌片。

采用本发明制造的铜锌合金层与带圆孔锌片基体的结合力良好，镀层表面平整无枝晶生长，结晶细致光亮，铜锌合金层呈现紫红色外观。铜锌合金层中铜含量为86％，锌含量为12％，其它含量为2％。

实施例四：

本实施例中，金属材料基体为纯铁链(长7cm)。

本发明的环保型无氰电镀铜锌合金生产工艺，其流程依次是电镀液的配制、纯铁链预处理、纯铁链电镀、纯铁链后处理。其具体操作过程如下所示：

步骤(1)电镀液的配制

按照本发明提供的环保型无氰电镀铜锌合金溶液配方进行配制，具体配制过程如下。由于氧化锌难溶于水，但是溶于氢氧化钾，所以先称量氢氧化钾。先将氢氧化钾在少量去离子水溶解，再加入氧化锌溶解完全，最后加入2,5-脱水-D-甘露醇溶解完全，该溶液称为溶液A；再将硝酸铜用少量的去离子水溶解，该溶液称为溶液B；最后将溶液B倒入溶液A中，一边慢慢倒入，一边搅拌，该溶液称为溶液C。根据电镀需要在溶液C中加入氯化镧。根据电镀需要在溶液C中加入硫酸铈。最后整个混合溶液定容，电镀液组成为0.2mol/L硝酸铜、0.3mol/L氧化锌、4.0mol/L氢氧化钾、0.4mol/L2,5-脱水-D-甘露醇、30.0mmol/L硝酸铈铵、20.0mmol/L氯化镧。

步骤(2)纯铁链预处理

纯铁链平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用。

步骤(3)纯铁链电镀

将纯铁链放入电镀槽中，纯铁链与阳极的极间距为4.0cm，恒温35℃，直流恒压1.5V。根据所需镀层厚度决定电镀时间为2.0h。阳极采用H62型黄铜板。

步骤(4)纯铁链后处理

电镀结束后用温水、常温自来水清洗纯铁链，最后烘干，即得到表面电镀铜锌合金完毕的纯铁链。

采用本发明制造的铜锌合金层与纯铁链基体的结合力良好，镀层表面平整无枝晶生长，结晶细致光亮，铜锌合金层呈现明亮的金黄色外观。铜锌合金层中铜含量为60％，锌含量为39％，其它含量为1％。

Claims (6)

1.一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液，其特殊之处在于电镀铜锌合金溶液中包括以下组分：铜盐、锌氧化物、强碱、甘露醇类络合物、稀土盐，其中铜盐为五水硫酸铜、无水硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的一种，锌氧化物为氧化锌、次氧化锌、一氧化锌中的一种，强碱为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。

2.按照权利要求1所述一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液，其特征在于上述原料的用量为，每升电镀液分别包含：0.05～0.5mol/L铜盐、0.05～0.5mol/L锌氧化物、1.0～5.0mol/L强碱、0.05～0.5mol/L甘露醇类络合物、0～100.0mmol/L稀土盐。

3.按照权利要求2所述一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液，其特征在于上述原料的最佳用量为，每升电镀液分别包含：0.08～0.3mol/L铜盐、0.08～0.3mol/L锌氧化物、2.0～4.0mol/L强碱、0.1～0.4mol/L甘露醇类络合物、0～50.0mmol/L稀土盐。

4.按照权利要求1所述一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液，其特征在于所述的甘露醇类络合物为D-甘露醇、双丙酮-D-甘露醇、1,2,5,6-氧-异丙叉基-Α-D-甘露醇、1,3:4,6-二-O-苄烯-D-甘露醇、1,2:5,6-二-O-环亚己基-D-甘露醇、2,5-脱水-1-O-三苯甲基-D-甘露醇、1-脱氧-1-硝基-D-甘露醇、1,5-脱水-D-甘露醇、3,4邻异丙二烯-D-甘露醇、1,3:2,5:4,6-三-O-亚甲基-D-甘露糖醇、(4R,5S,6S,7R)-5,6-二羟基-1,3-二氧杂环庚烷-4,7-二甲醇、双丙酮-D-甘露糖醇、2,5-脱水-D-甘露醇、1,2,5,6-氧-异亚丙基-Α-D-甘露醇中的一种。

5.按照权利要求1所述一种环保型无氰电镀铜锌合金溶液，其特征在于所述的稀土盐为硝酸稀土盐(硝酸钴、硝酸镍、硝酸锆、硝酸铈、硝酸镧、硝酸铈铵)、氯化稀土盐(氯化铈、氯化钕、氯化镧)、硫酸稀土盐(硫酸镧、硫酸铈铵、硫酸铈、硫酸钕)中的一种或任意比例的几种的混合物。

6.一种采用权利要求1所述环保型无氰电镀铜锌合金溶液制备铜锌合金生产工艺，其特征在于，本发明的环保型无氰电镀铜锌合金生产工艺，其流程依次是电镀液的配制、镀件预处理、镀件电镀、镀件后处理。本发明可实施的镀件是金属材料类镀件。其具体操作过程如下所示：

步骤(1)电镀液的配制

按照本发明提供的环保型无氰电镀铜锌合金溶液配方进行配制，具体配制过程如下。由于锌氧化物难溶于水，但是溶于强酸或者强碱，所以先称量强碱。先在将强碱在少量去离子水溶解，再加入锌氧化物溶解完全，最后加入甘露醇类络合物溶解完全，该溶液称为溶液A；再将铜盐用少量的去离子水溶解，该溶液称为溶液B；最后将溶液B倒入溶液A中，一边慢慢倒入，一边搅拌，该溶液称为溶液C。根据电镀需要在溶液C中加入稀土盐。最后整个混合溶液定容成为所需浓度的电镀液；

步骤(2)镀件预处理

镀件平整可用400目、600目、1000目砂纸依次打磨除锈。之后用稀酸溶液中酸洗、自来水冲洗、乙醇清洗去除表面有机物、去离子水清洗待用；

步骤(3)镀件电镀

将镀件放入电镀槽中，镀件与阳极的极间距为2.0～5.0cm，恒温30～50℃，直流恒压0.8～2.0V。根据所需镀层厚度决定电镀时间为10min～3.0h。阳极采用H62型黄铜板；

步骤(4)镀件后处理

电镀结束后用温水、常温自来水清洗镀件，最后烘干，即得到表面电镀铜锌合金完毕的金属材料镀件。