CN106086834A - 一种通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni‑P化学镀层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni‑P化学镀层的方法，在酸性化学镀镍液中添加离子液体，通过化学镀技术制备出疏水、结晶细致具有更为优异耐蚀性能的高磷非晶Ni‑P合金层；该方法中的镀液配制是由酸性化学镀镍液和微量离子液体复合而成，在不改变酸性化学镀Ni‑P合金层制备条件(温度、pH等控制)、施镀时间和处理操作规范特点下，便能得到稍增加表面硬度，却能明显提高耐蚀性的Ni‑P非晶镀层。

Description

一种通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法
技术领域
本发明属于化学镀技术领域，涉及金属化学镀Ni-P合金层的表面处理，特别涉及一种通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法。
背景技术
化学镀Ni-P非晶防护层，无需外电源，通过还原剂次亚磷酸钠的还原在催化活性表面均匀施镀，镀层硬度高、抗磨性能优，耐腐蚀性好，还具有诸如电磁、可焊、耐热等特殊性能，因而在航空、机械、石化、电子等工业领域中获得广泛应用，并颇受研究关注。目前，化学镀镍技术已相对成熟，各种门类齐全的化学镀镍溶液已经商品化、系列化。但随着科技进步和工业的不断发展对于材料及构件表面的性能要求日益苛刻和趋于全面，因此，更高性能的化学镀镍工艺制备技术依然倍受关注。
为了获得更高性能的Ni-P合金镀层，从调整镀液组成、引入各类添加剂、优化工艺参数等多方面开展着不懈研究。其中考虑化学镀过程本质上属于受混合电位控制的电化学反应过程，沉积过程中电极/溶液微区的结构及性能的改变均会对阴阳极各自的电极反应产生一定的影响，因此，通过选择适宜的添加剂应是行之有效的一条技术途径。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，离子液体具有低的蒸汽压、高的热稳定性、高的电导率、宽的电化学窗口和可调的酸碱性及溶解能力，同时还具有类似表面活性剂的吸附、润湿特性，因此通过离子液体添加于酸性化学镀镍液中，实现高温沉积出结晶细致，同时与PTFE乳液相互混合有助于获得低表面能，使得耐蚀性更佳，硬度稍增大的Ni-P合金镀层。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，在化学镀工艺制备Ni-P化学镀层时，在酸性化学镀镍液中加入离子液体。
所述离子液体以ppm量级加入，具体加入浓度可以为20～50ppm。先与浓度为10mg/L的聚四氟乙烯PTFE乳液相混合，充分搅拌，然后再加入到酸性化学镀镍液中。离子液体与聚四氟乙烯PTFE乳液混合时，体积比最好为2:3，PTFE粒径≤2μm。
所述离子液体在室温大气和水环境中稳定，且其水溶性也较好，在施镀高温下以ppm微量存在，还可通过其动态吸附使沉积表面活性调控，从而得到更快速沉积、致密结晶并呈现疏水性的化学镀层。初步筛选可以为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体或吗啉类离子液体。咪唑类离子液体可以为1-乙基-3-己基咪唑四氟硼酸盐或1-乙基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐；吡啶类离子液体可以为N-辛基吡啶硫酸氢盐；吗啉类离子液体可以为N-甲基,丁基吗啉四氟硼酸盐。
所述酸性化学镀镍液以硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，添加络合剂、缓冲剂、稳定剂，控制pH值为酸性，80～95℃下施镀得到高磷(P 10.5～13mass％)含量的Ni-P化学镀层。
其中，硫酸镍浓度可为20～25g/L，次亚磷酸钠浓度可为25～30g/L。络合剂可为柠檬酸和乳酸，缓冲剂乙酸钠，稳定剂乙酸铅。柠檬酸浓度可为30～35g/L，乳酸浓度可为2g/L，乙酸钠浓度可为8～15g/L，乙酸铅浓度可为8～20ppm。
本发明通过将离子液体与PTFE混合分散后再与酸性化学镀镍液相复合，实现在不改变酸性化学镀Ni-P合金层制备条件(温度、pH等控制)、施镀时间和操作规范的情况下，能得到稍增加表面硬度，却能明显提高耐蚀性的Ni-P合金镀层，实现沉积镀层的结构调控和性能优化。
附图说明
图1是有无离子液体辅助制备的酸性Ni-P镀层的接触角对比示意图，其中a表示了离子液体辅助沉积的Ni-P层接触角，为121°；b表示了无离子液体辅助沉积的Ni-P层接触角，为77°。
图2是有无离子液体辅助制备的酸性Ni-P镀层的电化学测试结果之Nyquist谱图对比示意图。
图3是有无离子液体辅助制备的酸性Ni-P镀层的电化学测试结果之动电位极化曲线对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
以室温大气和水环境中稳定，且其水溶性较好的咪唑类离子液体为例制备出高耐蚀性的Ni-P化学镀层工艺技术。
实施例1
1镀件预处理：
(1)除油：将待镀工件先用去污粉去除表面较厚油垢，用去离子水冲洗，再将镀件放进丙酮有机溶剂中常温超声清洗15分钟，或放入化学清洗溶液中除油，水洗。
(2)侵蚀：将除油后洁净的镀件放入3.6％盐酸溶液中，常温下侵蚀50～60s，然后用去离子水冲洗。
(3)活化：采用5％的硫酸溶液作为活化剂，在室温条件下活化10～30s。活化后用去离子水冲洗表面。
2镀液组成：
3施镀参数：
温度为90～95℃、pH为4.8～5.2，装载量为1dm2/L，时间依照镀速20～40μm/h确定。
实施例2
20#碳钢制品化学镀镍，具体操作步骤如下：
1镀件预处理：
(1)除油：将20#碳钢制品镀件先用去污粉去除表面较厚油垢，用去离子水冲洗，再将镀件放入4％的KF金属清洗剂常温除油，水洗后再放进丙酮有机溶剂中超声清洗15分钟，水洗。
(2)侵蚀：将除油后的镀件放入3.6％盐酸溶液中，常温下侵蚀60s，然后用去离子水冲洗。
(3)活化：采用5％的硫酸溶液作为活化剂，在室温条件下活化30s。活化后用去离子水冲洗表面。
2化学镀：
镀液组成1：
镀液组成2：
施镀参数：
温度为90～95℃、pH为4.8～5.2，装载量为1dm2/L。
3镀层性能
对镀液组成1中化学镀1小时后制备的Ni-P镀层进行观察和对其硬度、接触角及在3.5％NaCl溶液中电化学腐蚀的阻抗及腐蚀电流测试，并与不加离子液体的镀液中所制备出的镀层性能分别进行对比，结果表明，相同温度条件下加入离子液体的镀液中沉积出的镀层厚度(22μm)是不添加离子液体酸性化学镀镍层厚度的1.56倍，而且结晶致密。加入离子液体镀制的镀层出槽硬度为602.3HK0.49N相比于未加入离子液体的酸性Ni-P镀层出槽硬度559.6HK0.49N稍有增加。图1所示为有无离子液体辅助制备的酸性Ni-P镀层的接触角测试结果，直观地表明疏水性增强。图2和图3所示3.5％NaCl溶液中电化学腐蚀的阻抗及腐蚀电流测试结果则说明离子液体辅助制备的酸性Ni-P镀层的耐蚀性明显增加，其腐蚀电流是酸性Ni-P镀层的1/3。
以上通过具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，故本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，在化学镀工艺制备Ni-P化学镀层时，在酸性化学镀镍液中加入离子液体。
2.根据权利要求1所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述离子液体以ppm量级加入，加入浓度为20～50ppm。
3.根据权利要求1或2所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体或吗啉类离子液体。
4.根据权利要求3所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述咪唑类离子液体为1-乙基-3-己基咪唑四氟硼酸盐或1-乙基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐；吡啶类离子液体为N-辛基吡啶硫酸氢盐；吗啉类离子液体为N-甲基,丁基吗啉四氟硼酸盐。
5.根据权利要求1所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述离子液体先与浓度为10mg/L的聚四氟乙烯PTFE乳液相混合，充分搅拌，然后再加入到酸性化学镀镍液中。
6.根据权利要求1所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述酸性化学镀镍液以硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，添加络合剂、缓冲剂、稳定剂，控制pH值为酸性，80～95℃下施镀得到高磷含量的Ni-P化学镀层。
7.根据权利要求6所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述硫酸镍浓度20～25g/L，次亚磷酸钠浓度25～30g/L。
8.根据权利要求6所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述络合剂为柠檬酸和乳酸，缓冲剂乙酸钠，稳定剂乙酸铅。
9.根据权利要求8所述通过添加离子液体制备高耐蚀性Ni-P化学镀层的方法，其特征在于，所述柠檬酸浓度30～35g/L，乳酸浓度2g/L，乙酸钠浓度8～15g/L，乙酸铅浓度8～20ppm。
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