CN108130571A - 铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法 - Google Patents

铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，它是采用游离粒子辅助摩擦电沉积技术制得；游离粒子辅助摩擦电沉积技术是在装有酸性沉积液的沉积槽中加入ZrO2陶瓷粒子，然后将作为阴极的铜合金置于沉积槽中往复移动，从而在铜合金表面沉积镍钴镀层。酸性沉积液配方如下：硫酸镍220～250g/L，硫酸钴30～50g/L，氯化镍45～60g/L，硼酸40～60g/L，pH=4.0～5.0。本发明的方法选择酸性沉积液，并在酸性沉积液中添加ZrO2陶瓷粒子，利用陶瓷粒子与铜合金形成的相对移动，可以大大减少析氢现象，解决电沉积过程中存在的针孔、麻点和结瘤等问题，从而有效细化晶粒，最终提高了镍钴镀层质量。

Description

铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法
技术领域
本发明属于电沉积技术领域，具体涉及一种铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法。
背景技术
电沉积技术以其低成本和工艺易控等经济技术优势在表面功能性沉积层制备等方面得到了广泛应用。然而，由于水溶液中析氢、杂质吸附、尖端放电等因素影响，常规电沉积制得的沉积层晶粒较为粗大，且容易出现针孔、麻点和结瘤等缺陷，不适合制备纳米晶镍钴镀层。
中国专利文献CN102260891A公开了一种双脉冲电沉积纳米晶镍钴合金的方法，该方法虽然能够细化晶粒，制得纳米晶镍钴合金镀层。然而，该方法对于镍钴合金镀层的硬度，尤其是高温下的硬度并没有明显改善；更为重要的是：双脉冲电沉积操作繁琐，条件苛刻，不适合大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种操作简单、适合大规模应用的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，它是采用游离粒子辅助摩擦电沉积技术制得；所述游离粒子辅助摩擦电沉积技术是在装有酸性沉积液的沉积槽中加入ZrO2陶瓷粒子，然后将作为阴极的铜合金置于沉积槽中往复移动，从而在铜合金表面沉积镍钴镀层。
所述ZrO2陶瓷粒子的直径为0.8～1.0mm。
所述酸性沉积液配方如下：硫酸镍220～250g/L，硫酸钴30～50g/L，氯化镍45～60g/L，硼酸40～60g/L，pH=4.0～5.0。电沉积工艺参数如下：电流密度为1～4A/dm2，阴极移动速度3～6m/min，沉积时间为0.5～2h。
本发明在沉积镍钴镀层之前还包括对铜合金表面依次进行打磨、电净除油、活化等预处理，在沉积镍钴镀层之后还包括后处理。
所述电净除油是将作为阴极的铜合金置于装有电净液的沉积槽中往复移动。电净液配方如下：氢氧化钠25～40g/L，碳酸钠20～40g/L，磷酸钠40～160g/L，氯化钠2～5g/L，pH=11～13。电净工艺参数如下：电流密度为8～15A/dm2，电净时间为30～120s。
所述活化包括先进行强活化再进行弱活化。
所述强活化是将作为阴极的铜合金置于装有强活化液的沉积槽中往复移动。强活化液配方如下：浓盐酸25ml/L，氯化钠140g/L，pH=0.2～0.8。强活化工艺参数如下：强活化电流密度为10～15A/dm2，强活化时间为30～90s。
所述弱活化是将作为阴极的铜合金置于装有弱活化液的沉积槽中往复移动。弱活化液配方如下：二水柠檬酸钠140g/L，一水合柠檬酸95g/L，氯化钠5g/L，pH=3.5～4.0。弱活化工艺参数如下：弱活化电流密度为5～10A/dm2，弱活化时间为30～90s。
本发明具有的积极效果：
（1）本发明的方法选择酸性沉积液，并在酸性沉积液中添加ZrO2陶瓷粒子，利用陶瓷粒子与铜合金形成的相对移动，可以大大减少析氢现象，解决电沉积过程中存在的针孔、麻点和结瘤等问题，从而有效细化晶粒，最终提高了镍钴镀层质量。
（2）本发明的方法制得的镍钴镀层致密，表面光洁度好，硬度高，室温显微硬度即可达825HV，而400℃热处理后的显微硬度更是高达1000HV以上，从而具有较好的高温力学性能和高温机械性能。
（3）本发明的方法操作简单，适合大规模应用。
附图说明
图1为实施例1制得的镍钴镀层截面的扫描电子显微镜图片。
图2为实施例1制得的镍钴镀层室温下的显微硬度以及不同温度热处理后的显微硬度示意图。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法具有以下步骤：
①打磨。
依次使用200#、400#、800#的砂纸将铜合金表面打磨光滑，然后使用无水乙醇超声处理，最后用去离子水冲洗干净并烘干。
②电净除油。
将连接电源负极作为阴极的铜合金置于装有电净液的沉积槽中往复移动，以除去铜合金表面的锈迹和油污。
电净液配方如下：氢氧化钠30g/L，碳酸钠28g/L，磷酸钠90g/L，氯化钠3g/L，pH=12。
电净工艺参数如下：电流密度为10A/dm2，电净时间为60s。
③强活化。
将连接电源负极作为阴极的铜合金置于装有强活化液的沉积槽中往复移动，以除去铜合金表面的氧化物及锈蚀产物。
强活化液配方如下：浓盐酸25ml/L，氯化钠140g/L，pH=0.5。
强活化工艺参数如下：强活化电流密度为12A/dm2，强活化时间为60s。
④弱活化。
将连接电源负极作为阴极的铜合金置于装有弱活化液的沉积槽中往复移动，以除去铜合金表面的氧化膜。
弱活化液配方如下：二水柠檬酸钠140g/L，一水合柠檬酸95g/L，氯化钠5g/L，pH=4.0。
弱活化工艺参数如下：弱活化电流密度为8A/dm2，弱活化时间为60s。
⑤沉积镍钴镀层。
在装有酸性沉积液的沉积槽中加入直径为1.0mm的ZrO2陶瓷粒子，然后将连接电源负极作为阴极的铜合金置于沉积槽中往复移动，从而在铜合金表面沉积镍钴镀层。
酸性沉积液配方如下：硫酸镍220g/L，硫酸钴30g/L，氯化镍45g/L，硼酸40g/L，pH=4.5。
电沉积工艺参数如下：电流密度为2A/dm2，阴极移动速度4m/min，沉积时间为1h。
⑥后处理。
采用去离子水冲洗铜合金表面杂质，然后热风吹干，室温冷却，即可。
本实施例的方法制得的镍钴镀层截面的扫描电子显微镜图片见图1。
由图1可以看出：本发明的方法制得的镍钴镀层结构致密，表面光洁度好，没有针孔、麻点和结瘤等缺陷，其厚度约39μm。
对本实施例的方法制得的镍钴镀层室温下的显微硬度以及不同温度热处理后的显微硬度进行测试，结果见图2。
由图2可以看出：本发明的方法制得的镍钴镀层室温下显微硬度即达825HV，而热处理后的显微硬度更高，尤其是400℃热处理后显微硬度超过1000HV，具有极好的耐高温性能。

Claims (9)

1.一种铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：它是采用游离粒子辅助摩擦电沉积技术制得；所述游离粒子辅助摩擦电沉积技术是在装有酸性沉积液的沉积槽中加入ZrO2陶瓷粒子，然后将作为阴极的铜合金置于沉积槽中往复移动，从而在铜合金表面沉积镍钴镀层。
2.根据权利要求1所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：所述ZrO2陶瓷粒子的直径为0.8～1.0mm。
3.根据权利要求1所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：所述酸性沉积液配方如下：硫酸镍220～250g/L，硫酸钴30～50g/L，氯化镍45～60g/L，硼酸40～60g/L，pH=4.0～5.0。
4.根据权利要求3所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：所述酸性沉积液配方如下：硫酸镍220g/L，硫酸钴30g/L，氯化镍45g/L，硼酸40g/L，pH=4.5。
5.根据权利要求1所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：所述电沉积工艺参数如下：电流密度为1～4A/dm2，阴极移动速度3～6m/min，沉积时间为0.5～2h。
6.根据权利要求5所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：电沉积工艺参数如下：电流密度为2A/dm2，阴极移动速度4m/min，沉积时间为1h。
7.根据权利要求1至6之一所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：在沉积镍钴镀层之前还包括对铜合金表面依次进行打磨、电净除油、活化，在沉积镍钴镀层之后还包括后处理。
8.根据权利要求7所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：所述电净除油是将作为阴极的铜合金置于装有电净液的沉积槽中往复移动；电净液配方如下：氢氧化钠25～40g/L，碳酸钠20～40g/L，磷酸钠40～160g/L，氯化钠2～5g/L，pH=11～13；电净工艺参数如下：电流密度为8～15A/dm2，电净时间为30～120s。
9.根据权利要求7所述的铜合金表面制备耐高温纳米晶镍钴镀层的方法，其特征在于：所述活化包括先进行强活化再进行弱活化；
所述强活化是将作为阴极的铜合金置于装有强活化液的沉积槽中往复移动；强活化液配方如下：浓盐酸25ml/L，氯化钠140g/L，pH=0.2～0.8；强活化工艺参数如下：强活化电流密度为10～15A/dm2，强活化时间为30～90s；
所述弱活化是将作为阴极的铜合金置于装有弱活化液的沉积槽中往复移动；弱活化液配方如下：二水柠檬酸钠140g/L，一水合柠檬酸95g/L，氯化钠5g/L，pH=3.5～4.0；弱活化工艺参数如下：弱活化电流密度为5～10A/dm2，弱活化时间为30～90s。
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