CN105420704A

CN105420704A - 镁或镁合金表面浸镀铜的方法

Info

Publication number: CN105420704A
Application number: CN201410450958.0A
Authority: CN
Inventors: 梁军; 康瑞雪
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-03-23

Abstract

本发明公开了一种镁或镁合金表面浸镀铜的方法，该方法包括以下步骤：1）镀液配制：将氯化胆碱与乙二醇混合，加热搅拌直至氯化胆碱完全溶解即得氯化胆碱-乙二醇离子液体，然后将铜盐加入到配制好的离子液体中搅拌溶解，配制成溶液；2）样品前处理：将镁或镁合金打磨、清洗、干燥后，将其置于65~75?C的脱脂溶液中5~10min，水洗，然后将其置于室温下的酸溶液中0.5~2min，最后用乙醇洗涤；3）浸镀铜：先将铝片浸入镀液中放置6~15h，然后将处理好的镁或镁合金浸入经铝片处理过的镀液中，于20~30?C下沉积1~7h，然后依次用离子液体、水、乙醇洗涤后干燥。本发明简单易操作，对环境友好，成本低廉。

Description

镁或镁合金表面浸镀铜的方法

技术领域

本发明涉及一种镁或镁合金表面浸镀铜的方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，具有比强度高、抗震性好、抗电磁干扰能力强和易于回收等优点。这些优异性能使其在交通、航空航天、光学仪器、机械设备和电子产品等领域有着非常广阔的应用前景。但是镁的电极电位较负（-2.36 V/ SCE），导致镁合金的耐蚀性很差，在潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸等介质中均会发生较严重的腐蚀。因此，镁及镁合金产品在使用前必须进行表面处理。采用电镀和化学镀在镁合金表面制备金属镀层是最常用的表面处理方法。但是由于镁的活泼性，表面常生成疏松的氧化膜阻止金属在其表面的连续沉积，因此很难通过电镀和化学镀方法直接在镁及镁合金表面制备镀层，必须进行适当的预处理。而合理的前处理工艺对镁合金整个电镀或化学镀技术能否实施、镀层质量以及镀层与基体之间的结合力等均具有至关重要的作用。

发明专利US 6,669,997 B2公布了一种镁合金表面先浸镀铜，再后续化学镀镍磷或电镀镍的工艺。采用此发明中的浸镀方法在镁合金表面获得的铜金属层均匀性好、孔隙率低、结合力较好，可直接作为后续电镀和化学镀处理的打底层。与常规的浸锌工艺相比，浸镀铜工艺操作简单、成本低廉，且没有用到氰化物和含铬化合物等有毒物质，得到的铜层均匀致密，可明显提高后续镀层的结合力及耐蚀性。但是，在此浸镀铜工艺中，为了有效控制铜离子与基体中的镁原子发生置换反应的速率来获得均匀的铜金属层，使用了较多量的对环境及人体危害大的氢氟酸；而且由于镁在水溶液中容易形成氧化膜，阻碍置换反应的进行，影响浸铜层的覆盖率。因此，利用此工艺对镁或镁合金进行表面前处理仍存在多方面的局限性。

离子液体是在绿色化学的框架下发展起来的新型介质，自从1948年被发现以来，由于其非挥发性和良好的溶解性能在金属沉积领域得到了广泛的应用，并且不断被更新改进。氯化胆碱离子液体相比传统离子液体因为其绿色环保、性质稳定、可以室温使用等优点成为目前的研究热点，并且有望应用于活泼金属表面制备金属镀层。将其作为镁或镁合金表面制备镀层的溶剂，可有效避免镁与水发生反应形成氧化膜，有助于提高浸铜层的覆盖率及与基体的结合力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种绿色环保的镁或镁合金表面浸镀铜的方法。

为解决上述问题，本发明所述的镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其具体步骤如下：

1）镀液配制：将氯化胆碱与乙二醇混合，加热搅拌直至氯化胆碱完全溶解即得氯化胆碱-乙二醇离子液体，然后将铜盐加入到配制好的离子液体中搅拌溶解，配制成溶液；

2）样品前处理：将镁或镁合金打磨、清洗、干燥后，将其置于65~75˚C的脱脂溶液中去除表面的油脂，5~10 min后水洗；再将其置于室温下的酸溶液中0.5~2 min，最后用乙醇洗涤；

3）浸镀铜：镀铜之前，将铝片浸入镀液中放置6~15 h，对镀液进行除水陈化处理，然后将处理好的镁或镁合金浸入经铝片处理过的镀液中，于20~30˚C下沉积1~7 h，然后依次用离子液体、水、乙醇洗涤后干燥。

步骤1）氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:2~1:5，溶液中铜离子的浓度为0.01~0.50 mol/L，优选0.10~0.35 mol/L。

脱脂溶液的组成为：20 g/L Na₂CO₃、10 g/L NaOH、5 g/L Na₃PO₄ ^●12H₂O，酸溶液的组成为：0.25 wt% HF、0.25 wt% HCl。

步骤3）中沉积时间优选2~6 h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1）本发明通过加入铝片对浸镀液进行除水陈化处理，提高了铜的覆盖率。

2）本发明所述方法不需要使用额外的还原剂和添加剂，镀液成分简单，对环境友好，成本低廉。

3）本发明所述镁或镁合金表面浸镀铜方法简单易操作，铜离子还原所需要的电子全部来自于镁或镁合金基体原子氧化所释放的电子。

4）本发明所得铜镀层均匀性好，将其作为镁或镁合金基体的预镀层，可以进一步在其表面进行化学镀或电镀处理。

5）本发明简化了现有处理工艺，为镁或镁合金的推广应用提供了技术支持。

附图说明

图1为本发明在镁合金表面所得铜镀层的XRD谱图。

图2为本发明在镁合金表面所得铜镀层的微观形貌。

具体实施方式

实施例1

氯化胆碱-乙二醇离子液体中AZ91镁合金表面浸镀铜层制备方法，具体制备工艺条件和操作步骤如下：

1）镀液配制：将氯化胆碱与乙二醇以摩尔比为1:2混合，加热搅拌直至氯化胆碱完全溶解形成无色透明的液体，即得氯化胆碱-乙二醇离子液体，然后将其置于50˚C的真空干燥箱中待用。称取CuCl₂ ^●2H₂O 1.28 g，加入到配制好的离子液体中搅拌溶解，配制成50 mL的溶液，溶液中铜离子的浓度为0.15 mol/L。

2）样品前处理：将AZ91镁合金打磨至平整光亮，用水超声清洗；之后将镁合金置于65˚C的脱脂溶液（Na₂CO₃ 20 g/L、NaOH 10 g/L、Na₃PO₄ ^●12H₂O 5 g/L）中，10 min后取出水洗；再将其置于室温下的酸溶液（0.25 wt % HF、0.25 wt % HCl）中，1 min后取出，乙醇超声洗涤。

3）浸镀铜：称取铝片2.0 g，水中超声洗涤，碱洗，酸洗后置于镀液中，9 h后取出。将处理好的AZ91镁合金直接浸入经铝片处理过的镀液中，30˚C下放置6 h，取出样品后依次用离子液体、水和乙醇洗涤，干燥，即得本发明所述的铜镀层，该铜镀层的平均厚度为12 μm，且均匀地覆盖在镁合金基体表面。

图1为本发明在AZ91镁合金表面所得铜镀层的XRD谱图，从图中可以看出铜的三个主要衍射峰都被检测到。图2为AZ91镁合金表面所得铜镀层的微观形貌，从图中可以看出铜呈无规则颗粒状。

实施例2

氯化胆碱-乙二醇离子液体中AM60镁合金表面浸镀铜层制备方法，具体制备工艺条件和操作步骤如下：

1）镀液配制：称取CuCl₂ ^●2H₂O 1.70 g，加入到如实施例1所述配制好的离子液体中搅拌溶解，配制成50 mL的溶液，溶液中铜离子的浓度为0.20 mol/L。

2）样品前处理：同实施例1。

3）浸镀铜：称取铝片2.0 g，水中超声洗涤，碱洗，酸洗后置于镀液中，9 h后取出。将处理好的AM60镁合金直接浸入经铝片处理过的镀液中，30˚C下放置5 h，取出样品后依次用离子液体、水和乙醇洗涤，干燥。

对所得铜镀层的厚度进行测量，其平均厚度为18 μm。

实施例3

氯化胆碱-乙二醇离子液体中AZ31镁合金表面浸镀铜层制备方法，具体制备工艺条件和操作步骤如下：

2）样品前处理：同实施例1。

3）浸镀铜：称取铝片1.5 g，水中超声洗涤，碱洗，酸洗后置于镀液中，6 h后取出。将处理好的AZ31镁合金直接浸入经铝片处理过的镀液中，30˚C下放置5 h，取出样品后依次用离子液体、水和乙醇洗涤，干燥。

对所得铜镀层的厚度进行测量，其平均厚度为23 μm。

实施例4

氯化胆碱-乙二醇离子液体中纯镁表面浸镀铜层制备方法，具体制备工艺条件和操作步骤如下：

1）镀液配制：称取CuCl₂ ^●2H₂O 0.85 g，加入到如实施例1所述配制好的离子液体中搅拌溶解，配制成50 mL的溶液，溶液中铜离子的浓度为0.10 mol/L。

2）样品前处理：同实施例1。

3）浸镀铜：称取铝片1.5 g，水中超声洗涤，碱洗，酸洗后置于镀液中，8 h后取出。将处理好的纯镁直接浸入经铝片处理过的镀液中，30˚C下放置6 h，取出样品后依次用离子液体、水和乙醇洗涤，干燥。

对所得铜镀层的厚度进行测量，其平均厚度为28 μm。

Claims

1.镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2）样品前处理：将镁或镁合金打磨、清洗、干燥后，将其置于65~75˚C的脱脂溶液中5~10 min，水洗，然后将其置于室温下的酸溶液中0.5~2 min，最后用乙醇洗涤；

3）浸镀铜：镀铜之前，将铝片浸入镀液中放置6~15 h，然后将处理好的镁或镁合金浸入经铝片处理过的镀液中，于20~30˚C下沉积1~7 h，然后依次用离子液体、水、乙醇洗涤后干燥。

2.根据权利要求1所述的镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其特征在于：所述步骤1）氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:2~1:5。

3.根据权利要求1所述的镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其特征在于：所述步骤1）溶液中铜离子的浓度为0.01~0.50 mol/L。

4.根据权利要求3所述的镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其特征在于：所述步骤1）溶液中铜离子的浓度为0.10~0.35 mol/L。

5.根据权利要求1所述的镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其特征在于：所述脱脂溶液的组成为：20 g/L Na₂CO₃、10 g/L NaOH、5 g/L Na₃PO₄ ^●12H₂O。

6.根据权利要求1所述的镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其特征在于：所述酸溶液的组成为：0.25 wt% HF、0.25 wt% HCl。

7.根据权利要求1所述的镁或镁合金表面浸镀铜的方法，其特征在于：所述步骤3）中沉积时间为2~6 h。