CN108130566B

CN108130566B - 用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液及其电镀方法

Info

Publication number: CN108130566B
Application number: CN201810097029.4A
Authority: CN
Inventors: 汪欣; 李晴宇; 马秀芬; 杜继红; 李争显; 杨涛; 严鹏; 温琪凡
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-27
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: CN108130566A

Abstract

本发明公开了一种用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液，由二亚硝基二氨铂、氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠、硝酸铵和溶剂混合而成，各组分的含量为：二亚硝基二氨铂以铂计算4g/L～8g/L，氨基磺酸10g/L～65g/L，柠檬酸钠1g/L～10g/L，亚硝酸钠5g/L～10g/L，硝酸铵50g/L～100g/L，余量为溶剂。本发明还公开了一种电镀方法，将镍基高温合金表面依次进行打磨、喷砂、脱脂和酸洗处理，然后电镀得到铂层。本发明的电镀液通过控制辅盐浓度，避免了铂层中的孔隙或毛刺，提高了铂层的质量。本发明的方法通过控制电镀工艺参数，并将电镀的阳极均匀布设在阴极的周围，得到厚度均匀且无起皮开裂现象的铂层。

Description

用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液及其电镀方法

技术领域

本发明属于高温防护技术领域，具体涉及一种用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液及其电镀方法。

背景技术

镍基高温合金是以镍为基体的奥氏体型合金，能够在650℃～1200℃范围内使用，但在使用温度下很难同时兼具优良的力学性能和较强的高温化学稳定性，目前主要通过在镍基保温合金表面制备高温防护涂层来解决这个问题。铂改性铝化物涂层因其优异的抗高温氧化性和抗热腐蚀性而备受关注，可单独用作镍基高温合金的高温防护涂层或热障涂层(TBCs)的粘结层。在铝化物涂层中加入Pt，降低了涂层中Al元素的活度(α_Al)，从而促进了镍基高温合金中Al元素的上坡扩散，减缓了涂层-基体互扩散所引起的铝贫化；Pt能够替代基体晶格中的Ni原子，从而降低涂层表面的Ni/Al比，进而降低形成保护性Al₂O₃膜的临界铝含量；此外，Pt能够降低S元素的有害作用，避免氧化膜-金属界面处空洞的形成，提高氧化膜的粘附力。

镍基高温合金表面的铂改性铝化物涂层的制备方法通常包括以下四个步骤：(1)采用电镀、真空物理气相沉积(PVD)或熔盐电沉积的方法在镍基高温合金表面沉积厚度为3μm～10μm的Pt层；(2)对Pt层进行真空退火，以提高电镀层与基体间的结合力，同时降低镍基高温合金表面Pt浓度；(3)通过包埋或者化学气相沉积的方法进行渗铝，得到铂改性铝化物涂层；(4)后续热处理，将渗铝过程中产生的一些脆性相转化为力学性能较好的β-NiAl相。由于Pt价格高昂，因此减少Pt的额外损耗，从而控制涂层的制备成本至关重要。而电镀方法的设备投资少，工作温度低，对镀液中Pt盐的利用率高，Pt的额外损耗小，不受“视线效应”限制，可在复杂工件表面进行制备铂层，已成为高温合金表面Pt层的一种重要制备方法。

在镍基高温合金表面制备Pt改性铝化物涂层，Pt层的厚度需达到5μm～8μm，且厚度均匀，无起皮开裂。然而，在电镀过程中，往往由于镀液体系或电镀工艺不恰当，当镀层厚度超过3μm时发生起皮或者镀层开裂，造成电镀效率低下，镀层厚度不均，导致最终制备的Pt改性铝化物涂层质量不佳，不能满足铂铝涂层的高温防护性能要求。因此，提供一种制备工艺简单、经济的电镀Pt的镀液及其电镀方法对于制备高性能的Pt改性铝化物涂层具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液。该电镀液以二亚硝基二氨铂为主盐，以氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠和硝酸铵为辅盐，并通过控制辅盐的浓度，使电镀液具备较强的缓冲能力，避免了电镀铂层中产生较大的孔隙或毛刺，改善了电镀铂层的整体均匀性，提高了电镀铂层的质量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液，其特征在于，由二亚硝基二氨铂、氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠、硝酸铵和溶剂混合而成，所述电镀液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂以铂计算4g/L～8g/L，氨基磺酸10g/L～65g/L，柠檬酸钠1g/L～10g/L，亚硝酸钠5g/L～10g/L，硝酸铵50g/L～100g/L，余量为溶剂；所述溶剂为蒸馏水或去离子水。

此外，本发明还提供了一种电镀的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将镍基高温合金表面依次进行打磨、喷砂和脱脂处理；

步骤二、将步骤一中经脱脂处理后的镍基高温合金表面进行酸洗，直至镍基高温合金表面为银白色的麻面；

步骤三、采用电镀液对步骤二中经酸洗后的镍基高温合金表面进行电镀，得到镍基高温合金表面铂层。

上述的方法，其特征在于，步骤一中所述喷砂采用的砂粒为刚玉砂、玻璃珠或氧化锆砂，所述喷砂的压力为0.2MPa～0.4MPa，时间为2min～6min。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述酸洗采用的酸液由盐酸溶液和硝酸溶液按体积比1:(2.5～3.5)配制而成，所述盐酸溶液的质量浓度为20％～37％，所述硝酸溶液的质量浓度为65％～68％。

上述的方法，其特征在于，步骤三中所述电镀的参数为：pH值为1～5，电镀液温度60℃～90℃，电镀电流密度1A/dm²～10A/dm²，电镀时间0.5h～6h；所述pH值采用氨水进行调节。

上述的方法，其特征在于，步骤三中所述电镀采用的阳极为纯钛或石墨，阴极为镍基高温合金，所述阳极均匀布设在阴极的周围，所述阳极与阴极的距离为10cm～15cm。

上述的方法，其特征在于，步骤三中所述电镀的过程中通过补加二亚硝基二氨铂的方式控制电镀液中二亚硝基二氨铂的浓度以铂计算为4g/L～8g/L。

上述的电镀方法，其特征在于，步骤三所述电镀的过程中当铂层超过5μm时，每隔5min～8min搅拌一次电镀液，当铂层出现毛刺时，去除铂层表面的毛刺后再继续电镀。

上述的电镀方法，其特征在于，将步骤三中得到的镍基高温合金表面铂层进行除氢退火处理，所述除氢退火处理的温度为400℃～700℃，时间为1h～6h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的电镀液以二亚硝基二氨铂为主盐，以氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠和硝酸铵为辅盐，并通过控制辅盐的浓度，使电镀液具备较强的缓冲能力，能够在较大范围内承受由于pH值波动或者电镀液组分含量变化导致的电镀过程不稳，避免了电镀铂层中产生较大的孔隙或毛刺，改善了电镀铂层的整体均匀性，提高了电镀铂层的质量；另外，本发明的电镀液无毒无害，不污染环境。

2、本发明的电镀液稳定性高，在保证镀液酸碱度的前提下，通过向电镀液中补充主盐，实现了电镀液的重复利用，大大减少了辅盐的使用量，并且使用后电镀液中的铂可以完全回收，极大地降低了电镀液的成本。

3、本发明通过控制电镀过程中工艺参数，并将电镀的阳极均匀布设在阴极的周围，在平面或复杂曲面得到厚度不超过8μm的铂层，扩大了基体镍基高温合金的适用范围，并且得到的铂层厚度均匀，与镍基高温合金界面结合良好，无起皮开裂现象，从而提高了镍基高温合金表面铂改性铝化物涂层的质量。

4、本发明的电镀方法简单，对设备要求较低，且电镀效率高，灵活方便，适合推广。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1得到的GH3128镍基高温合金表面铂层的XRD图谱。

图2是本发明实施例1得到的GH3128镍基高温合金表面铂层的整体SEM图。

图3是本发明实施例1得到的GH3128镍基高温合金表面铂层的截面SEM图。

图4是本发明实施例2得到的K417G镍基高温合金表面铂层的整体SEM图。

图5是本发明实施例2得到的K417G镍基高温合金表面铂层的截面SEM图。

图6是本发明实施例3得到的DD5镍基高温合金表面铂层的截面SEM图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液，由二亚硝基二氨铂、氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠、硝酸铵和蒸馏水混合而成，所述电镀液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂以铂计算4g/L，氨基磺酸65g/L，柠檬酸钠1g/L，亚硝酸钠5g/L，硝酸铵50g/L，余量为蒸馏水。

本实施例的电镀方法包括以下步骤：

步骤一、将GH3128镍基高温合金的表面依次进行打磨、喷砂和脱脂处理；所述喷砂处理采用的砂粒为刚玉砂，所述喷砂处理的压力为0.2MPa，时间为6min；

步骤二、将步骤一中经脱脂处理后的GH3128镍基高温合金的表面进行酸洗，直至GH3128镍基高温合金的表面为银白色的麻面；所述酸洗采用的酸液由盐酸溶液和硝酸溶液按体积比1:2.5混合而成，所述盐酸溶液的质量浓度为37％，所述硝酸溶液的质量浓度为68％；

步骤三、将步骤二中经酸洗后的GH3128镍基高温合金表面在pH值＝1，电镀液温度90℃，电镀电流密度5A/dm²的条件下电镀2h，电镀的过程中通过补加二亚硝基二氨铂的方式控制电镀液中二亚硝基二氨铂的浓度以铂计算为4g/L，得到GH3128镍基高温合金表面铂层；所述pH值采用氨水进行调节；所述电镀的过程中采用的阳极为纯钛，阴极为GH3128镍基高温合金，所述纯钛均匀布设在GH3128镍基高温合金的周围，所述纯钛和GH3128镍基高温合金的距离为10cm；所述电镀的过程中当铂层出现毛刺时，去除铂层表面的毛刺后再继续电镀。

步骤四、将步骤三中得到的GH3128镍基高温合金表面铂层进行除氢退火处理；所述除氢退火处理的温度为400℃，时间为6h。

图1是本实施例得到的GH3128镍基高温合金表面铂层的XRD图谱，从图1可以看出，采用本发明的电镀方法在GH3128镍基高温合金表面形成了单相铂层。

图2是本实施例得到的GH3128镍基高温合金表面铂层的整体SEM图，从图2可以看出，本实施例中GH3128镍基高温合金表面铂层的表面状态良好，无起皮开裂现象。

图3是本实施例得到的GH3128镍基高温合金表面铂层的截面SEM图，从图3可以看出，本实施例中GH3128镍基高温合金表面的铂层厚度为5μm，铂层与GH3128镍基高温合金界面结合良好。

实施例2

本实施例的用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液，由二亚硝基二氨铂、氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠、硝酸铵和去离子水混合而成，所述电镀液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂以铂计算8g/L，氨基磺酸10g/L，柠檬酸钠10g/L，亚硝酸钠10g/L，硝酸铵100g/L，余量为去离子水。

本实施例的电镀方法包括以下步骤：

步骤一、将K417G镍基高温合金表面依次进行打磨、喷砂和脱脂处理；所述喷砂处理采用的砂粒为玻璃珠，所述喷砂处理的压力为0.4MPa，时间为4min；

步骤二、将步骤一中经脱脂处理后的K417G镍基高温合金表面进行酸洗，直至K417G镍基高温合金的表面为银白色的麻面；所述酸洗采用的酸液由盐酸溶液和硝酸溶液按体积比1:3.5混合而成，所述盐酸溶液的质量浓度为25％，所述硝酸溶液的质量浓度为66％；

步骤三、将步骤二中经酸洗后的K417G镍基高温合金表面在pH值＝5，电镀液温度60℃，电镀电流密度1A/dm²的条件下电镀6h，电镀的过程中通过补加二亚硝基二氨铂的方式，使电镀液中二亚硝基二氨铂的浓度以铂计算为8g/L，得到K417G镍基高温合金表面铂层；所述pH值采用氨水进行调节；所述电镀的过程中采用的阳极为石墨，阴极为K417G镍基高温合金，所述石墨均匀布设在K417G镍基高温合金的周围，所述石墨与K417G镍基高温合金的距离为15cm；所述电镀的过程中当铂层出现毛刺时，去除铂层表面的毛刺后再继续电镀；

步骤四、将步骤三中得到的K417G镍基高温合金表面铂层进行除氢退火处理；所述除氢退火处理的温度为500℃，时间为4h。

图4是本实施例得到的K417G镍基高温合金表面铂层的整体SEM图，从图4可以看出，本实施例中K417G镍基高温合金表面铂层连续，表面状态良好，无起皮开裂现象。

图5是本实施例得到的K417G镍基高温合金表面铂层的截面SEM图，从图5可以看出，本实施例中K417G镍基高温合金表面铂层的厚度为4.6μm，铂层与K417G镍基高温合金界面结合良好。

实施例3

本实施例的用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液，由二亚硝基二氨铂、氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠、硝酸铵和蒸馏水混合而成，所述电镀液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂以铂计算7g/L，氨基磺酸40g/L，柠檬酸钠6g/L，亚硝酸钠8g/L，硝酸铵80g/L，余量为蒸馏水。

本实施例的电镀方法包括以下步骤：

步骤一、将DD5镍基高温合金表面依次进行打磨、喷砂和脱脂处理；所述喷砂处理采用的砂粒为玻璃珠，所述喷砂处理的压力为0.2MPa，时间为4min；

步骤二、将步骤一中经脱脂处理后的DD5镍基高温合金表面进行酸洗，直至DD5镍基高温合金的表面为银白色的麻面；所述酸洗采用的酸液由盐酸溶液和硝酸溶液按体积比1:3混合而成，所述盐酸溶液的质量浓度为37％，所述硝酸溶液的质量浓度为68％；

步骤三、将步骤二中经酸洗后的DD5镍基高温合金表面在pH值＝4，电镀液温度80℃，电镀电流密度6A/dm²的条件下电镀4h，电镀的过程中通过补加二亚硝基二氨铂的方式控制电镀液中二亚硝基二氨铂的浓度以铂计算为7g/L，得到DD5镍基高温合金铂层；所述pH值采用氨水进行调节；所述电镀的过程中采用的阳极为纯钛，阴极为DD5镍基高温合金，所述纯钛均匀布设在DD5镍基高温合金的周围，所述纯钛与DD5镍基高温合金的距离为10cm；所述电镀的过程中当铂层超过5μm时，每隔5min～8min搅拌一次电镀液，当铂层出现毛刺时，去除铂层表面的毛刺后再继续电镀；

步骤四、将步骤三中得到的DD5镍基高温合金铂层进行除氢退火处理；所述除氢退火处理的温度为700℃，时间为1h。

图6是本实施例得到的DD5镍基高温合金表面铂层的截面SEM图，从图6可以看出，本实施例中DD5镍基高温合金表面铂层连续，铂层的厚度为6.2μm，铂层与DD5镍基高温合金界面结合良好。

实施例4

本实施例的用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液，由二亚硝基二氨铂、氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠、硝酸铵和去离子水混合而成，所述电镀液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂以铂计算6g/L，氨基磺酸30g/L，柠檬酸钠6g/L，亚硝酸钠8g/L，硝酸铵70g/L，余量为去离子水。

本实施例的电镀方法包括以下步骤：

步骤一、将K438G镍基高温合金表面依次进行打磨、喷砂和脱脂处理；所述喷砂处理采用的砂粒为氧化锆砂，所述喷砂处理的压力为0.3MPa，时间为2min；

步骤二、将步骤一中经脱脂处理后的K438G镍基高温合金表面进行酸洗，直至K438G镍基高温合金的表面为银白色的麻面；所述酸洗采用的酸液由盐酸溶液和硝酸溶液按体积比1:3.5混合而成，所述盐酸溶液的质量浓度为20％，所述硝酸溶液的质量浓度为65％；

步骤三、将步骤二中经酸洗后的K438G镍基高温合金表面在pH值＝4，电镀液温度90℃，电镀电流密度10A/dm²的条件下电镀0.5h，电镀的过程中通过补加二亚硝基二氨铂的方式控制电镀液中二亚硝基二氨铂的浓度以铂计算为6g/L，得到K438G镍基高温合金表面铂层；所述pH值采用氨水进行调节；所述电镀的过程中采用的阳极为纯钛，阴极为K438G镍基高温合金，所述纯钛均匀布设在K438G镍基高温合金的周围，所述纯钛与K438G镍基高温合金的距离为12cm；所述电镀的过程中当铂层超过5μm时，每隔5min～8min搅拌一次电镀液，当铂层出现毛刺时，去除铂层表面的毛刺后再继续电镀。

本实施例中K438G镍基高温合金表面铂层状态良好，铂层连续，无起皮开裂现象，铂层的厚度为8μm，且铂层与DD5镍基高温合金界面结合良好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.用于镍基高温合金表面电镀铂层的电镀液，其特征在于，由二亚硝基二氨铂、氨基磺酸、柠檬酸钠、亚硝酸钠、硝酸铵和溶剂混合而成，所述电镀液中各组分的含量为：二亚硝基二氨铂以铂计算4g/L～8g/L，氨基磺酸10g/L～65g/L，柠檬酸钠1g/L～10g/L，亚硝酸钠5g/L～10g/L，硝酸铵50g/L～100g/L，余量为溶剂；所述溶剂为蒸馏水或去离子水。

2.一种利用权利要求1所述的电镀液在镍基高温合金表面电镀铂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤三、采用电镀液对步骤二中经酸洗后的镍基高温合金表面进行电镀，得到镍基高温合金表面铂层；所述电镀的参数pH值为1～5。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中所述喷砂采用的砂粒为刚玉砂、玻璃珠或氧化锆砂，所述喷砂的压力为0.2MPa～0.4MPa，时间为2min～6min。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二中所述酸洗采用的酸液由盐酸溶液和硝酸溶液按体积比1:(2.5～3.5)配制而成，所述盐酸溶液的质量浓度为20％～37％，所述硝酸溶液的质量浓度为65％～68％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三中所述电镀的参数为：电镀液温度60℃～90℃，电镀电流密度1A/dm²～10A/dm²，电镀时间0.5h～6h；所述pH值采用氨水进行调节。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三中所述电镀采用的阳极为纯钛或石墨，阴极为镍基高温合金，所述阳极均匀布设在阴极的周围，所述阳极与阴极的距离为10cm～15cm。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三中所述电镀的过程中通过补加二亚硝基二氨铂的方式控制电镀液中二亚硝基二氨铂的浓度以铂计算为4g/L～8g/L。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三所述电镀的过程中当铂层超过5μm时，每隔5min～8min搅拌一次电镀液，当铂层出现毛刺时，去除铂层表面的毛刺后再继续电镀。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将步骤三中得到的镍基高温合金表面铂层进行除氢退火处理，所述除氢退火处理的温度为400℃～700℃，时间为1h～6h。