CN108315783B - 在铝表面电镀柔性金属锰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其包括：取去离子水为溶剂按以下浓度配制电镀液：硫酸铵0.85～1.15mol/L、金属离子螯合剂0.05～0.5mol/L、一水合硫酸锰0.25～0.45mol/L，用氨水调节电镀液的pH至6.5～7.0；用砂纸由粗到细依次打磨铝板，将打磨好的铝板依次置于无水乙醇、蒸馏水中清洗；在隔膜电解槽中加入电镀液，将铝板插入阴极室内，选择300～600A/m2的阴极电流密度在室温下恒流电镀；将清洗后的镀层置于重铬酸钾溶液中浸泡后，取出铝板冲洗至无钝化剂残留。本发明提出的方法能在铝表面电镀结晶致密、纯度高、结合能力强的锰镀层，且工艺操作简单，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面工程技术领域，尤其涉及一种在铝表面电镀柔性金属锰的方法。
背景技术
电镀是采用电化学方法在导体表面沉积特定成份和性能的金属或合金覆盖层的过程。电镀技术可以有效的提高金属的耐磨性、导电性、抗腐蚀性等。铝具有重量轻、耐腐蚀的特点而被广泛应用于各种领域，但是纯铝的强度不高、耐磨性差、焊接性能差。为满足航空、建筑、汽车等重要工业领域对铝基材料的需求，进一步提高纯铝的商业应用，需在其表面镀覆一层其他金属，以提高铝的物化性能。但是大部分金属很难与铝进行复合，铝和空气中的氧有很强的亲和力，表面极容易生成一层致密的薄膜，严重影响镀层与基底的结合力。铝的热膨胀系数为23.3ppm/k，与常见金属的膨胀系数相差较大，从而增加镀层和基底的内应力。同时，铝的膨胀系数较大，不宜在温度改变的较大的条件下电镀。
目前，在铝表面电镀需要采用复杂的预处理工序，包括二次浸锌、预电镀等方法。这些方法工艺流程长，生产成本高，不能快速获得结合力好的镀层。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种在铝表面电镀柔性金属锰的方法，旨在解决现有在铝表面电镀的方法工艺流程长，生产成本高，不能快速获得结合力好的镀层的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的在铝表面电镀柔性金属锰的方法包括以下步骤：
1)电镀液的配制
取去离子水为溶剂按以下浓度配制电镀液：硫酸铵0.85～1.15mol/L、金属离子螯合剂0.05～0.5mol/L、一水合硫酸锰0.25～0.45mol/L，待溶质完全溶解后用氨水调节电镀液的pH至6.5～7.0；
2)基底的预处理
用砂纸由粗到细依次打磨铝板至镜面，将打磨好的铝板依次置于无水乙醇、蒸馏水中经超声清洗10～60分钟，干燥后备用；
3)阴极电镀
在隔膜电解槽中加入电镀液，将铅银合金板插入阳极室内，将铝板插入阴极室内，选择300～600A/m2的阴极电流密度在室温条件下恒流电镀预设时间，电镀结束后取出有镀层的铝板并用去离子水冲洗；
4)镀层钝化
将镀层完全置于重铬酸钾溶液中浸泡60～90秒后，取出铝板用去离子水反复冲洗至无钝化剂残留。
优选地，步骤1)中配制电镀液的过程中，先向去离子水中加入硫酸铵和金属离子螯合剂，待硫酸铵和金属离子螯合剂完全溶解后再加入一水合硫酸锰。
优选地，步骤2)中打磨铝板采用的砂纸依次是400目的氧化铝砂纸、800目的氧化铝砂纸、1200目的氧化铝砂纸以及1500目的金相砂纸。
优选地，步骤3)中阳极室和阴极室之间采用聚酯隔膜分隔开。
优选地，步骤3)中隔膜的面积为铝板有效面积的80～90％。
优选地，步骤3)中铅银合金板和铝板之间的间距为3～5厘米。
优选地，步骤4)中重铬酸钾的浓度为3％～5％。
优选地，步骤1)中金属离子螯合剂为柠檬酸钠、酒石酸钠、葡萄糖酸钠或乙二胺四乙酸二钠。
本发明提出的技术方案中，使用金属锰作为铝的电镀层，锰镀层具有硬度高、抗蚀性好、耐磨性强等优异特性，在铝上电镀金属锰可以有效地抑制初始阶段的析氢副反应，从而获得较高的电流效率，铝板表面致密的氧化膜层可以抑制硫酸铵的放电，从而降低镀层中的氢含量，但对Mn2+的放电不会产生任何影响。锰的热膨胀系数为23ppm/k与铝的特性极为相近，随温度的变化，两种金属复合后不会在接触面处产生内应力。而且，在铝表面镀锰工艺在常温下就可以进行，有效的保证了镀层在铝表面强有力的结合。另外，在铝表面的锰镀层经过钝化处理具有高抗腐蚀性，在潮湿环境下保持很好的光泽，因此锰镀层是非常好的防护镀层，且能强有力的增加铝的耐磨性。所得锰镀层的晶型为γ-Mn，相对于α-Mn而言有更低的氢含量，不易发生氢脆效应。
与现有在铝表面电镀的方法相比，本发明具有如下优点：
1)电镀过程中，采用中性体系，对环境无污染；
2)不需要经过繁琐的预处理工序，对设备要求低，能快速的在铝表面得到结晶致密、色泽光亮、纯度高、结合能力强的镀层；
3)镀层为有良好延展性且能稳定存在的γ-Mn；
4)操作简单、原料易得，易于实现工业化。
附图说明
图1为实施例1中所制得的镀层的XRD图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)电镀液的配制
向1L去离子水中加入0.9mol的硫酸铵和0.2mol的葡萄糖酸钠，通过超声搅拌或玻璃棒搅拌使硫酸铵和葡萄糖酸钠全部溶解后，向去离子水中加入0.3mol的一水合硫酸锰，一水合硫酸锰溶解后得到电镀液，向电镀液中加入氨水至电镀液的pH为6.8。
其中硫酸铵作为缓冲剂，浓度为0.85～1.15mol/L，浓度不能过高，不然会发生析氢，浓度也不能过低，不然会有氢氧化锰生成；葡萄糖酸钠为金属离子螯合剂，浓度为0.05-0.5mol/L；一水合硫酸锰为引入锰离子的硫酸盐，浓度为0.25～0.45mol/L，浓度不能过高，不然会发生水解反应，生成氢氧化锰，浓度也不能过低，不然阴极的电流效率小。
金属离子螯合剂除葡萄糖酸钠外，还可以选用柠檬酸钠、酒石酸钠或乙二胺四乙酸二钠等羧酸类物质。
(2)基底的预处理
依次使用400目的氧化铝砂纸、800目的氧化铝砂纸、1200目的氧化铝砂纸以及1500目的金相砂纸对作为基底的铝板进行打磨，当铝板呈现镜面时，停止打磨，并将铝板依次放入无水乙醇和蒸馏水中超声清洗20分钟，干燥后备用。
(3)阴极电镀
在隔膜电解槽中加入上述步骤(1)配制的电镀液，将铅银合金板插入阳极室，将铝板插入阴极室，铅银合金板和铝板之间的距离为4cm，采用聚酯隔膜将阳极室和阴极室隔开，隔膜的面积小于铝板的有效面积，本实施例中，隔膜的面积为铝板有效面积的85％，以减小边缘效应，其中，铝板的有效面积为浸入在电镀液中的铝板面积。
选择400A/m2的阴极电流密度在室温条件下恒流电镀10分钟，结束后立马取出铝板并用去离子水冲洗。需要说明的是，可根据所需镀层的厚度来适当延长或缩短电镀时间。
(4)镀层钝化
将镀层完全置于浓度为3％的重铬酸钾溶液(即钝化剂)中浸泡80秒后，取出铝板用去离子水反复冲洗至无钝化剂残留。
经检测，发现电镀的电流效率为75％；镀层光滑、均匀致密、无气泡、有金属光泽；镀层厚度约为7μm；镀层的硬度为200(HV)，硬度高；经XRD检测发现镀层为γ-Mn，无杂质，请参照图1。
镀层和铝板之间的结合力好。具体采用以下方法对结合力进行检测：
1)采用划痕法测试镀层表面，未见镀层有起皮脱落的现象；
2)采用高倍显微镜观察镀层表面未见镀层有缺陷、孔洞、气泡；
3)采用冷热交替实验，将镀有锰的铝板放在80℃的烘箱内恒温保持48小时，取出后在冰水混合液中急冷，未见镀层有起皮、开裂、脱落的现象。
实施例2
(1)电镀液的配制
向1L去离子水中加入1mol的硫酸铵和0.4mol的柠檬酸钠，通过超声搅拌或玻璃棒搅拌使硫酸铵和葡萄糖酸钠全部溶解后，向去离子水中加入0.4mol的一水合硫酸锰，一水合硫酸锰溶解后得到电镀液，向电镀液中加入氨水至电镀液的pH为7。
(2)基底的预处理
依次使用400目的氧化铝砂纸、800目的氧化铝砂纸、1200目的氧化铝砂纸以及1500目的金相砂纸对作为基底的铝板进行打磨，当铝板呈现镜面时，停止打磨，并将铝板依次放入无水乙醇和蒸馏水中超声清洗30分钟，干燥后备用。
(3)阴极电镀
在隔膜电解槽中加入上述步骤(1)配制的电镀液，将铅银合金板插入阳极室，将铝板插入阴极室，铅银合金板和铝板之间的距离为3.5cm，采用聚酯隔膜将阳极室和阴极室隔开，隔膜的面积小于铝板的有效面积，本实施例中，隔膜的面积为铝板有效面积的90％，以减小边缘效应，其中，铝板的有效面积为浸入在电镀液中的铝板面积。
选择500A/m2的阴极电流密度在室温条件下恒流电镀8分钟，结束后立马取出铝板并用去离子水冲洗。
(4)镀层钝化
将镀层完全置于浓度为4％的重铬酸钾溶液中浸泡70秒后，取出铝板用去离子水反复冲洗至无钝化剂残留。
经检测，发现电镀的电流效率为80％；镀层光滑、均匀致密、无气泡、有金属光泽；镀层厚度约为7.3μm；镀层的硬度为210(HV)，硬度高；经XRD检测发现镀层为γ-Mn，无杂质；镀层和铝板之间的结合力好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)电镀液的配制
取去离子水为溶剂按以下浓度配制电镀液：硫酸铵0.9～1.15mol/L、金属离子螯合剂0.05～0.5mol/L、一水合硫酸锰0.25～0.45mol/L，待溶质完全溶解后用氨水调节电镀液的pH至6.5～6.8，在配制电镀液的过程中，先向去离子水中加入硫酸铵和金属离子螯合剂，待硫酸铵和金属离子螯合剂完全溶解后再加入一水合硫酸锰；
2)基底的预处理
用砂纸由粗到细依次打磨铝板至镜面，将打磨好的铝板依次置于无水乙醇、蒸馏水中经超声清洗10～60分钟，干燥后备用；
3)阴极电镀
在隔膜电解槽中加入电镀液，将铅银合金板插入阳极室内，将铝板插入阴极室内，选择300～600A/m2的阴极电流密度在室温条件下恒流电镀预设时间，电镀结束后取出有镀层的铝板并用去离子水冲洗；
4)镀层钝化
将镀层完全置于重铬酸钾溶液中浸泡60～90秒后，取出铝板用去离子水反复冲洗至无钝化剂残留。
2.根据权利要求1所述的在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其特征在于，步骤2)中打磨铝板采用的砂纸依次是400目的氧化铝砂纸、800目的氧化铝砂纸、1200目的氧化铝砂纸以及1500目的金相砂纸。
3.根据权利要求1所述的在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其特征在于，步骤3)中阳极室和阴极室之间采用聚酯隔膜分隔开。
4.根据权利要求1所述的在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其特征在于，步骤3)中隔膜的面积为铝板有效面积的80～90％。
5.根据权利要求1所述的在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其特征在于，步骤3)中铅银合金板和铝板之间的间距为3～5厘米。
6.根据权利要求1所述的在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其特征在于，步骤4)中重铬酸钾的浓度为3％～5％。
7.根据权利要求1所述的在铝表面电镀柔性金属锰的方法，其特征在于，步骤1)中金属离子螯合剂为柠檬酸钠、酒石酸钠、葡萄糖酸钠或乙二胺四乙酸二钠。
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