CN109518237A - 锌镍磷电镀液、其制备方法及电镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锌镍磷电镀液、其制备方法及电镀方法，其解决了现有锌镍镀层硬度低，不具备抗磨性能的技术问题，其含有以下浓度的组分：氨基磺酸镍20～30g/L、亚磷酸钠4～10g/L、硫酸锌40～60g/L、氢氧化钾20～40g/L、添加剂0.1～0.3g/L、络合剂20～40g/L，溶剂为去离子水；本发明同时提供了锌镍磷电镀液的制备方法和电镀方法。本发明广泛用于金属工件的表面处理，本发明形成的镀层作为一种阳极性防护镀层，具有优异的防腐性能,并且具有较高的硬度，起到防腐、防磨的双重效果。
Description
技术领域
本发明涉及电镀技术领域，具体而言，涉及一种锌镍磷电镀液、其制备方法及电镀方法。
背景技术
镀锌作为一种传统的防腐工艺被广泛应用于各个领域，与其他金属相比，锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层，被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，镀锌层作为阳极性防护镀层，具有较高的安全系数。
随着人们对品质要求的不断提高，镀锌层在一些领域已经满足不了性能指标，像现在的汽车行业，目前大部分品牌轿车上的镀层都采用新型的锌镍合金，锌镍合金具有优异的防腐性能，同等厚度的镀层防护性能是传统镀锌层的10-15倍，但是锌镍合金硬度在150-200HV，不具备抗磨性能，限制了该工艺在一些特殊领域的应用，特别是涉及到摩擦磨损及沙砾磨损等条件下。
发明内容
本发明为了解决现有锌镍镀层硬度低，不具备抗磨性能的技术问题，提供一种同时具备优异的防腐性能和抗磨性能的锌镍磷电镀液、其制备方法及电镀方法。
本发明的技术方案是，提供一种锌镍磷电镀液，含有以下浓度的组分：氨基磺酸镍20～30g/L、亚磷酸钠4～10g/L、硫酸锌40～60g/L、氢氧化钾20～40g/L、添加剂0.1～0.3g/L、络合剂20～40g/L，溶剂为去离子水。
优选地，含有以下浓度的组成：氨基磺酸镍24～28g/L、亚磷酸钠6～ 8g/L、硫酸锌45～55g/L、氢氧化钾25～35g/L、添加剂0.15～0.25g/L、络合剂20～30g/L，溶剂为去离子水。
优选地，含有以下浓度的组成：氨基磺酸镍24g/L、亚磷酸钠6g/L、硫酸锌45g/L、氢氧化钾25g/L、添加剂0.15g/L、络合剂20g/L，溶剂为去离子水。
优选地，添加剂包括乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺，乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺两者浓度比为5:1。
优选地，络合剂包括柠檬酸铵和乳酸，柠檬酸铵和乳酸两者浓度比为6:1。
本发明还提供一种锌镍磷电镀液的制备方法，包括以下步骤：
(1)在第一容器中加入去离子水，将所述氢氧化钾和硫酸锌放入第一容器中搅拌至溶解获得第一溶液；
(2)在第二容器中加入去离子水，将所述络合剂加入到第二容器中搅拌至溶解，然后加入所述氨基磺酸镍，加入亚磷酸钠搅拌至溶解，获得第二溶液；
(3)将所述第二溶液加入到第一容器与所述第一溶液混合，边加入边搅拌，全部加入后，再加入所述添加剂，用去离子水补足。
本发明还提供一种锌镍磷电镀液的电镀方法，包括以下步骤：
(1)将所述电镀液加热到25～30℃；
(2)用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为1.5～3A/dm2的条件下进行电镀作业。
优选地，电流密度为2～2.5A/dm2，电镀液被加热到28～30℃，电镀的时间是1h。
本发明的有益效果是：
本发明的锌镍磷电镀液将氨基磺酸镍、亚磷酸钠和硫酸锌共同作为主盐，用于在阴极上沉积出锌镍磷电镀层，电镀液中各个组成的相互配合相互协同，稳定性好，形成的镀层硬度高、耐磨性能强，防腐性能好、基本不受腐蚀。锌镍磷电镀层硬度达到418-510HV，中性盐雾试验480h 无锈点，孔隙率检测达到10级。
一定配比的氢氧化钾可以提高溶液的导电率，对提高镀速有帮助，同时还可以和硫酸锌形成锌酸根，有助于锌镍磷合金的共沉积，有助于提高镀层的硬度。
镀层中磷含量对镀层的耐磨性能带来很大改善。添加剂使得镀层结晶更加细致，同时也降低了镀层的应力，大幅度提升镀层的防腐能力。
本发明的锌镍磷电镀液在制备过程中，控制各组分的加入顺序，将络合剂与部分去离子水搅拌至溶解，然后加入氨基磺酸镍及亚磷酸钠，搅拌至溶解，获得第二溶液，镍离子与络合剂形成稳定的络合金属离子，有利于避免氨基磺酸镍在碱性条件下产生沉淀。
本发明的锌镍磷电镀液制备方法容易实现，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
实施例1
以配制1升锌镍磷电镀液为例，在第一容器中加入400毫升去离子水，放入25克氢氧化钾搅拌至溶解，加入硫酸锌45克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入20克络合剂搅拌至溶解，然后加入氨基磺酸镍24克，加入亚磷酸钠6克搅拌至溶解；将第二容器中的溶液加入第一容器中，边加入边搅拌，全部加入后，在第一容器中加入添加剂0.15克，用去离子水将液位补至1升刻度处，搅拌均匀，即完成电镀液的配制。
使用该电镀液时，将其加热到28℃，用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为2A/dm2的条件下电镀1h，得到厚度为8μm的锌镍磷镀层。
本实施例中的添加剂可以采用乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺，两者的质量百分浓度比是5:1。络合剂可以采用柠檬酸铵和乳酸，两者的质量百分浓度比是6:1。
实施例2
以配制1升锌镍磷电镀液为例，在第一容器中加入400毫升去离子水，放入30克氢氧化钾搅拌至溶解，加入硫酸锌50克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入25克络合剂搅拌至溶解，然后加入氨基磺酸镍26克，加入亚磷酸钠7克搅拌至溶解；将第二容器中的溶液加入第一容器中，边加入边搅拌，全部加入后，在第一容器中加入添加剂0.2克，用去离子水将液位补至1升刻度处，搅拌均匀，即完成电镀液的配制。
使用该电镀液时，将其加热到29℃，用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为2.5A/dm2的条件下电镀1h，得到厚度为10μm的锌镍磷镀层。
本实施例中的添加剂可以采用乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺，两者的质量百分浓度比是5:1。络合剂可以采用柠檬酸铵和乳酸，两者的质量百分浓度比是6:1。
实施例3
以配制1升锌镍磷电镀液为例，在第一容器中加入400毫升去离子水，放入35克氢氧化钾搅拌至溶解，加入硫酸锌55克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入30克络合剂搅拌至溶解，然后加入氨基磺酸镍28克，加入亚磷酸钠8克搅拌至溶解；将第二容器中的溶液加入第一容器中，边加入边搅拌，全部加入后，在第一容器中加入添加剂0.25克，用去离子水将液位补至1升刻度处，搅拌均匀，即完成电镀液的配制。
使用该电镀液时，将其加热到30℃，用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为2.5A/dm2的条件下电镀1h，得到厚度为11μm的锌镍磷镀层。
本实施例中的添加剂可以采用乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺，两者的质量百分浓度比是5:1。络合剂可以采用柠檬酸铵和乳酸，两者的质量百分浓度比是6:1。
实施例4
以配制1升锌镍磷电镀液为例，在第一容器中加入400毫升去离子水，放入20克氢氧化钾搅拌至溶解，加入硫酸锌40克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入20克络合剂搅拌至溶解，然后加入氨基磺酸镍20克，加入亚磷酸钠4克搅拌至溶解；将第二容器中的溶液加入第一容器中，边加入边搅拌，全部加入后，在第一容器中加入添加剂0.1克，用去离子水将液位补至1升刻度处，搅拌均匀，即完成电镀液的配制。
使用该电镀液时，将其加热到28℃，用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为2A/dm2的条件下电镀1h，得到厚度为8μm的锌镍磷镀层。
本实施例中的添加剂可以采用乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺，两者的质量百分浓度比是5:1。络合剂可以采用柠檬酸铵和乳酸，两者的质量百分浓度比是6:1。
实施例5
以配制1升锌镍磷电镀液为例，在第一容器中加入400毫升去离子水，放入40克氢氧化钾搅拌至溶解，加入硫酸锌60克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入40克络合剂搅拌至溶解，然后加入氨基磺酸镍30克，加入亚磷酸钠10克搅拌至溶解；将第二容器中的溶液加入第一容器中，边加入边搅拌，全部加入后，在第一容器中加入添加剂0.3克，用去离子水将液位补至1升刻度处，搅拌均匀，即完成电镀液的配制。
使用该电镀液时，将其加热到28℃，用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为2A/dm2的条件下电镀1h，得到厚度为8μm的锌镍磷镀层。
本实施例中的添加剂可以采用乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺，两者的质量百分浓度比是5:1。络合剂可以采用柠檬酸铵和乳酸，两者的质量百分浓度比是6:1。
上述实施例1-5中，柠檬酸根离子是一种极为重要的络合剂，它能稳定电镀液提高镀液的深镀能力和均镀能力，更有细化晶粒提高镀层质量的作用。柠檬酸铵保证镍离子在强碱条件下能够稳定存在,同时乳酸作为一种比较弱的络合剂同时合镍离子进行络合,降低了络合镍离子的析出电位,便于在此溶液中电沉积,在调节镀层组分方面也存在一定作用。添加剂使得镀层结晶更加细致，同时也降低了镀层的应力，大幅度提升镀层的防腐能力。
实施例6
本实施例中电镀液的组分及其配比，以及制备方法与实施例1中的相同，区别仅在于电镀方法。本实施例的电镀作业中，将电镀液温度控制在25℃；用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为1.5A/dm2的条件下电镀1h，得到厚度为6μm的锌镍磷镀层。
实施例7
本实施例中电镀液的组分及其配比，以及制备方法与实施例1中的相同，区别仅在于电镀方法。本实施例的电镀作业中，将电镀液温度控制在30℃；用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为3A/dm2的条件下电镀1h，得到厚度为11μm的锌镍磷镀层。
对比例1
本实施例中电镀液的组分及其配比，以及制备方法与实施例1中的相同，区别仅在于电镀方法。本实施例的电镀作业中，电流密度设定为 6A/dm2。
对比例2
本实施例中电镀液的组分及其配比，以及制备方法与实施例1中的相同，区别仅在于电镀方法。本实施例的电镀作业中，将电镀液温度控制在45℃。
对比例3
采用现有技术的锌镍合金作为对比，以1升电镀液为例，具体镀液组份如下：氢氧化钠：120g/L、氧化锌：10g/L、硫酸镍：6g/L、添加剂： 20ml/L、络合剂20ml/L，将镀液温度控制在30℃，电流密度为0.8A/dm2的条件下电镀1小时，获得厚度10μm的锌镍合金镀层。
将实施例1-7和对比例1-3获得的镀层进行表观、镀层硬度、抗腐蚀性能进行检测，表面硬度检测标准按GB/T 9790中的维氏硬度检测方法执行，中性盐雾试验按GB10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验。孔隙率检测及评判标准：GB/T17721金属覆盖层孔隙率试验；GB/T 6461-2002金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级。
性能检测结果可参阅表1。
表1
从表1可以看出，实施例1-7获得的锌镍磷镀层的性能明显优于对比例1-2，并且实施例1-3获得的锌镍磷镀层的性能优于实施例4-7，说明实施例的组分含量和电镀工艺在优选范围内的效果更佳；实施例1-7获得的锌镍磷镀层的硬度均明显高于对比例3，说明在工艺范围内锌镍磷的硬度高于商用锌镍合金镀层，即本发明的锌镍磷镀层耐磨性明显高于锌镍合金镀层。
以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。
Claims (8)
1.一种锌镍磷电镀液，其特征是，含有以下浓度的组分：氨基磺酸镍20～30g/L、亚磷酸钠4～10g/L、硫酸锌40～60g/L、氢氧化钾20～40g/L、添加剂0.1～0.3g/L、络合剂20～40g/L，溶剂为去离子水。
2.根据权利要求1所述的锌镍磷电镀液，其特征是，含有以下浓度的组成：氨基磺酸镍24～28g/L、亚磷酸钠6～8g/L、硫酸锌45～55g/L、氢氧化钾25～35g/L、添加剂0.15～0.25g/L、络合剂20～30g/L，溶剂为去离子水。
3.根据权利要求2所述的锌镍磷电镀液，其特征是，含有以下浓度的组成：氨基磺酸镍24g/L、亚磷酸钠6g/L、硫酸锌45g/L、氢氧化钾25g/L、添加剂0.15g/L、络合剂20g/L，溶剂为去离子水。
4.根据权利要求1、2或3所述的锌镍磷电镀液，其特征是，所述添加剂包括乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺，乙醇酸钠和对甲苯磺酰胺两者浓度比为5:1。
5.根据权利要求1、2或3所述的锌镍磷电镀液，其特征是，所述络合剂包括柠檬酸铵和乳酸，柠檬酸铵和乳酸两者浓度比为6:1。
6.一种如权利要求1所述的锌镍磷电镀液的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在第一容器中加入去离子水，将所述氢氧化钾和硫酸锌放入第一容器中搅拌至溶解获得第一溶液；
(2)在第二容器中加入去离子水，将所述络合剂加入到第二容器中搅拌至溶解，然后加入所述氨基磺酸镍，加入亚磷酸钠搅拌至溶解，获得第二溶液；
(3)将所述第二溶液加入到第一容器与所述第一溶液混合，边加入边搅拌，全部加入后，再加入所述添加剂，用去离子水补足。
7.一种使用如权利要求1所述的锌镍磷电镀液的电镀方法，其特征是包括以下步骤：
(1)将所述电镀液加热到25～30℃；
(2)用316L不锈钢作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极，在电流密度为1.5～3A/dm2的条件下进行电镀作业。
8.根据权利要求7所述的电镀方法，其特征在于，所述电流密度为2～2.5A/dm2，所述电镀液被加热到28～30℃，电镀的时间是1h。
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| CN109518237B (zh) | 2020-12-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Zinc nickel phosphorus electroplating solution, preparation method and electroplating method thereof Effective date of registration: 20210301 Granted publication date: 20201208 Pledgee: Qi quotient bank Limited by Share Ltd. Weihai Wendeng branch Pledgor: HEHONG NEW MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980001347 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220725 Granted publication date: 20201208 Pledgee: Qi quotient bank Limited by Share Ltd. Weihai Wendeng branch Pledgor: HEHONG NEW MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021980001347 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |