CN109825859A

CN109825859A - 发黑电镀液、金属表面电镀发黑处理方法和金属构件

Info

Publication number: CN109825859A
Application number: CN201910231490.9A
Authority: CN
Inventors: 向雄志; 邱克垚; 彭湃; 黄东炎; 张国良
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明提供了一种发黑电镀液、金属表面电镀发黑处理方法和金属构件。所述发黑电镀液包括如下含量的组分：硫酸镍40‑60g/L、硫氰酸铵5‑20g/L、硫酸镍铵35‑40g/L、聚苯胺20‑60ml/L，且所述发黑电镀液的pH值为5.5‑6.5。所述金属表面电镀发黑处理方法包括如下步骤：将经表面处理后的待电镀处理的金属置于发黑电镀液中进行电镀处理。所述金属构件包括镀在金属构件本体表面发黑膜层。本发明发黑电镀液能够金属件表面沉积生成的发黑层均匀，附着力强，结构致密，呈凹凸状，耐腐蚀性能优异。所述金属表面电镀发黑处理方法工艺条件可控，沉积生长的发黑层性能稳定，而且环保无毒，对环境相对友好。

Description

发黑电镀液、金属表面电镀发黑处理方法和金属构件

技术领域

本发明涉及一种金属表面处理技术领域，具体涉及一种发黑电镀液、金属表面电镀发黑处理方法、金属构件和含有所述金属构件的光学器材。

背景技术

金属材料如铜、合金，不锈钢等具有较高的机械强度，优良的耐腐蚀性和抗疲劳性，良好的化学和生物稳定性，使其在各个领域得到了广泛应用，如包括于航空航天、兵器、电子产品等领域得到了广泛应用。目前，随着3C电子产品(如数码相机、手机、笔记本等)的快速发展，人们越来越追求品质和性能的体验，而金属材料特别是铜具有的高强度、相对较低的密度、无磁性屏蔽等优点使其被广泛运用。为进一步扩展金属材料特别是铜的应用范围及功能性，一般都需要对该些金属进行表面处理，如氧化、电镀、转化膜等处理来满足其广泛的功能性应用。

当将金属件用于光学领域中时，特别如黄铜。由于黄铜主要成份为铜锌合金而具有强度高、硬度大等特点，故切削性能十分优异。黄铜与铝光学件相比，黄铜件有机加工效率高、成品率高、表面处理成本低等优点。但是金属件具体的如黄铜件应用于光学领域，需要对其遮光方面，如对其表面做哑黑消光处理，从而增加光在金属件如黄铜件表面的漫反射与吸光效果。

光学所需发黑件普遍对发黑层的致密性、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温高湿性、抗紫外线等性能均有较高要求。目前金属发黑方面通常的技术有阳极氧化发黑、预镀金属后发黑和直接发黑这三类方法。其中，阳极氧化发黑多采用以金属件为阳极，以含铬、锰、钒等金属盐为电解液进行发黑，此类发黑多存在环境污染等问题。预镀金属后发黑多为预镀铜、镍，其发黑效果是在铜、镍上进行发黑，多会存在结合不良的缺陷。直接发黑具有低成本等优势，其采用的发黑系统一般有硫化物、过硫化物、硫代硫酸盐、铜氨络合物、氧化铜、氧化亚铜等，发黑层效果性能各异，然而其使用了含硫有机物进行发黑，会存在转化层耐蚀性不佳等因素。因此，现有的金属件发黑方法形成的发黑层一般存在消光效果差，表面附着效果不理想，耐腐蚀性能差等问题，其中，发黑层附着力差易造成发黑层脱落，这对于光学系统的成像会造成致命的影响，耐腐蚀性能差同样限制了金属件在车载、无人机等恶劣工作环境中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种发黑电镀液，以解决现有发黑电镀液存在污染环境，电镀形成的发黑膜层消光效果、表面附着效果和耐腐蚀性能不理想的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种金属构件和其表面电镀发黑处理方法及其应用，以解决采用现有金属发黑处理导致发黑膜层消光效果、表面附着效果和耐腐蚀性能不理想从而导致金属构件应用受限的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种发黑电镀液。所述发黑电镀液包括如下含量的组分：

硫酸镍40-60g/L

硫氰酸铵5-20g/L

硫酸镍铵35-40g/L

聚苯胺20-60ml/L，

且所述发黑电镀液的pH值为5.5-6.5。

本发明的另一方面，提供了一种金属表面电镀发黑处理方法。所述金属表面电镀发黑处理方法包括如下步骤：

将经表面处理后的待电镀处理的金属置于发黑电镀液中进行电镀处理；其中，所述发黑电镀液为本发明发黑电镀液。

本发明的又一方面，提供了一种金属构件。所述金属构件包括金属构件本体，在所述金属构件本体表面电镀有发黑膜层，所述发黑膜层是将所述金属构件本体置于如本发明发黑电镀液中进行电镀形成，或由本发明金属表面电镀发黑处理方法处理形成。

本发明的再一方面，提供了一种光学器材。所述光学器材含有本发明金属构件。

与现有技术相比，本发明具有以下的技术效果：

本发明发黑电镀液通过所含的组分之间的协同作用，具体的是聚苯胺电解分解，其分解产物与镍离子嵌套形成共沉积发黑层，从而赋予在金属件表面沉积生成的发黑层均匀，附着力优良，结构致密，呈凹凸状，可有效增加光的漫反射，发黑效果更加优异。同时能够赋予生成的发黑层存在大量有机物而耐腐蚀性能十分优异。此外，所述发黑电镀液环保无毒。

本发明金属表面电镀发黑处理方法以本发明发黑电镀液为形成发黑层的电镀液，因此，所述金属表面电镀发黑处理方法能够在金属件表面沉积生长发黑层，而且所述发黑层均匀且致密，附着力优良，呈凹凸状，可有效增加光的漫反射，发黑效果和耐腐蚀性能更加优异。另外，所述金属表面电镀发黑处理方法工艺条件可控，沉积生长的发黑层性能稳定，而且环保无毒，对环境相对友好。

本发明金属构件和光学器材由于均含有本发明发黑电镀液电镀形成的发黑膜层或者由本发明金属表面电镀发黑处理方法电镀形成的发黑膜层，因此，所述金属构件和光学器材具有消光效果均匀，具有优异的光学性能，耐腐蚀性能好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例金属表面电镀发黑处理方法在金属件表面沉积生成的发黑层低倍表面形貌SEM照片；

图2为本发明实施例金属表面电镀发黑处理方法在金属件表面沉积生成的发黑层高倍表面形貌SEM照片。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例说明书中所提到的各组分的质量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间质量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书各组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

一方面，本发明实施例提供了发黑电镀液。实施例发黑电镀液包括如下含量的组分：

硫酸镍40-60g/L

硫氰酸铵5-20g/L

硫酸镍铵35-40g/L

聚苯胺20-60ml/L，

且所述发黑电镀液的pH值为5.5-6.5。

这样，所述发黑电镀液能够通过所含的聚苯胺在电镀过程中电解分解作用，其分解产物与所述发黑电镀液所含的金属离子共沉积络合形成有机发黑层。因此，所述发黑电镀液能够通过所含的组分之间的协同作用，从而赋予在金属件表面沉积生成的发黑层均匀，附着力优良，结构致密，且所述发黑层呈凹凸状，如图1所示，因此，所述发黑层能有效增加光的漫反射，发黑效果相对现有发黑层更加优异。同时能够赋予生成的发黑层存在大量有机物而耐腐蚀性能十分优异。此外，所述发黑电镀液环保无毒，且稳定性好。进一步对所述发黑层进行分析发现，发黑层内部絮状结构，如图2所示。

其中，所述发黑电镀液所含的所述硫酸镍的质量浓度优选为50-55g/L，硫氰酸铵的质量浓度优选为15-20g/L，硫酸镍铵的质量浓度优选为35-40g/L，聚苯胺的质量浓度优选为50-55ml/L，pH值优选为5.8-6.2。通过优化所述发黑电镀液所含的各组分质量浓度的优化，进一步提高聚苯胺与其他组分之间的协同作用，以提高由所述发黑电镀液电镀形成的发黑层的均匀性、致密性，进一步提高发黑层的附着力和光的漫反射效果。

另外，上述各实施例中的所述发黑电镀液所含的溶剂可以是蒸馏水。所述发黑电镀液可以将所含的各组分直接溶解于所述溶剂中，形成稳定分散的混合电镀液。

另一方面，本发明实施例还提供了金属表面电镀发黑处理方法。所述金属表面电镀发黑处理方法包括如下步骤：

将经表面处理后的待电镀处理的金属件置于发黑电镀液中进行电镀处理。

其中，所述发黑电镀液为上文本发明发黑电镀液。因此，在此不再对所述发黑电镀液所含的组分以及各组分的含量做赘述。因此，当将经表面处理后的待电镀处理的所述金属件置于所述发黑电镀液中进行电镀处理后，所述发黑电镀液会发生电解，从而在所述金属件表面沉淀生成有机发黑层。由于所述发黑电镀液为上文所述发黑电镀液。因此，在所述金属件表面沉淀生成有机发黑层均匀，与所述金属件附着力强，结构致密，且呈如图1所示的凹凸状，可有效增加光的漫反射，发黑效果更加优异。同时能够赋予生成的发黑层存在大量有机物而耐腐蚀性能十分优异。

在一实施例中，所述电镀处理的工艺条件为：电镀温度为30-80℃，电镀电流密度为0.1-0.4A/cm²。通过对电镀处理工艺的控制和调节，使得所述发黑电镀液发生电解，具体的是使得所述发黑电镀液所含的有机物聚苯胺发生分解作用，且促使其分解产物与所述发黑电镀液所含的金属离子共沉积络合并在所述金属件表面沉积生成发黑层，并使得所述发黑层结构致密，表面呈如图1所示的凹凸状，从而有效增加光的漫反射，同时增强其与所述金属件附着力和提高所述电镀效率。在该电镀处理工艺条件下进行的电镀处理的时间应该是保证沉积生成的发黑层具有有效厚度的，如电镀处理的时间为2-15min。其中，所述发黑层的有效厚度应该理所当然的理解为形成的发黑层的厚度能够有效起到消光效果和耐腐蚀。

另外，在上述各实施例的电镀处理系统中，所述金属件是作为阴极。在一实施例中，所述待电镀处理的金属件包括铜、合金、钢中的至少一种，优选为铜，具体的如黄铜。所述电镀处理系统中的阳极可以选用铂、镀铂钛、钛、镍中的至少一种。

其次，对所述金属件进行的表面处理主要是为了除去杂质，并对表面活化，因此利于所述发黑层的沉积和生成，并提高发黑层的相关性能。因此，所述表面处理可以包括除油处理、酸洗处理、脱脂处理和活化。其中，所述除油处理、酸洗处理、脱脂处理和活化均可以按照实施例21的步骤S1进行处理。

因此，所述金属表面电镀发黑处理方法以本发明发黑电镀液为形成发黑层的电镀液，通过对电镀处理的工艺步骤和条件进行控制和优化，能够使得在所述金属件表面沉积生成的发黑层均匀且致密，表面呈凹凸状，且与所述金属件附着力优良，有效增加光的漫反射，发黑效果和耐腐蚀性能更加优异。另外，所述金属表面电镀发黑处理方法工艺条件可控，沉积生长的发黑层性能稳定，而且环保无毒，对环境相对友好。

又一方面，在上文所述发黑电镀液和所述金属表面电镀发黑处理方法的基础上，本发明实施例还提供了一种金属构件。所述金属构件包括金属构件本体，在所述金属构件本体表面电镀有发黑膜层。

其中，所述金属构件本体可以是如上文所述的铜、合金、钢中的至少一种材料形成金属构件本体，优选为铜构件本体，具体的如黄铜构件本体。另外，所述金属构件本体优选为用于光学领域中的光学器件的金属构件本体。

结合在所述金属构件本体表面的所述发黑膜层是将所述金属构件本体置于上文所述发黑电镀液中进行电镀形成，或由上文所述金属表面电镀发黑处理方法处理形成。基于上文所述的发黑电镀液或上文所述金属表面电镀发黑处理方法，因此，所述金属构件所含的发黑层均匀且致密，表面呈凹凸状，且与所述金属构件本体附着力优良，有效增加光的漫反射，发黑效果和耐腐蚀性能优异。在一实施例中，所述发黑膜层的厚度可以为0.5-5μm。

再一方面，在所述金属构件的基础上，本发明实施例还提供了一种光学器材。所述光学器材包括上文所述的金属构件。这样，所述光学器材具有消光效果均匀等特点，具有优异的光学性能，且耐腐蚀性能好。

以下通过多个具体实施例来举例说明本发明实施例发黑电镀液、金属表面电镀发黑处理方法等。

1.发黑电镀液实施例

实施例11

本实施例提供了一种发黑电镀液。所述发黑电镀液包括如下含量的组分：

硫酸镍40g/L

硫氰酸铵5g/L

硫酸镍铵35g/L

聚苯胺20ml/L

溶剂为蒸馏水，

且所述发黑电镀液的pH值为5.5。

实施例12

硫酸镍50g/L

硫氰酸铵10g/L

硫酸镍铵35g/L

聚苯胺40ml/L

溶剂为蒸馏水，

且所述发黑电镀液的pH值为6。

实施例13

硫酸镍60g/L

硫氰酸铵20g/L

硫酸镍铵40g/L

聚苯胺60ml/L

溶剂为蒸馏水，

且所述发黑电镀液的pH值为6.5。

2.金属构件和表面电镀发黑处理方法实施例

实施例21

本实施例提供了一种黄铜构件及其制备方法。所述金属构件包括黄铜构件本体，在所述黄铜构件本体的表面电镀有发黑膜层，所述发黑膜层的厚度为0.5μm。

所述黄铜构件本体表面电镀发黑处理方法，也即是所述黄铜构件的制备方法包括如下步骤：

S1.黄铜构件本体的表面处理：

(1)除油：将黄铜件加入酸性除油剂中，除油剂浓度为20-50g/L，常温下置于超声波中超声2-5分钟，取出后充分清洗；

(2)酸洗：将除油后的黄铜件放入30％-40％的工业硫酸中进行酸洗，酸洗时间5-10秒，酸洗后的黄铜件充分清洗；

(3)脱脂：将酸洗后的黄铜件置入脱脂剂中，进行脱脂处理，处理时间3-8分钟，脱脂剂PH值控制在12-14，然后取出黄铜件充分清洗；

(4)活化：将脱脂后的黄铜件置于5％的硫酸溶液中活化，活化时间约5-30秒，活化后取出充分清洗；

S2.黄铜构件本体表面发黑处理：

将经步骤S1表面处理后的黄铜构件本体置于实施例11提供的所述发黑电镀液中进行电镀处理；其中，电镀处理是以黄铜构件本体作为阴极，铂作为阳极，且控制电镀处理的条件为：电镀温度控制在40℃；电镀电流密度为0.1A/cm²；电镀时间为3分钟；且在所述电镀处理过程中保持对所述发黑电镀液不断进行搅拌和过滤；所述搅拌的速率控制为60r/min。

实施例22

本实施例提供了一种银铜合金构件及其制备方法。

本实施例提供了一种银铜合金构件及其制备方法。所述金属构件包括银铜合金构件本体，在所述银铜合金构件本体的表面电镀有发黑膜层，所述发黑膜层的厚度为3μm。

所述银铜合金构件本体表面电镀发黑处理方法，也即是所述银铜合金构件的制备方法包括如下步骤：

S1.银铜合金构件本体的表面处理：参照实施例21中的步骤S1对黄铜构件本体的表面处理方法进行处理

S2.银铜合金构件本体表面发黑处理：

将经步骤S1表面处理后的银铜合金构件本体置于实施例12提供的所述发黑电镀液中进行电镀处理；其中，电镀处理是以银铜合金构件本体作为阴极，钛作为阳极，且控制电镀处理的条件为：电镀温度控制在50℃；电镀电流密度为0.3A/cm²；电镀时间为5分钟；且在所述电镀处理过程中保持对所述发黑电镀液不断进行搅拌和过滤；所述搅拌的速率控制为60r/min。

实施例23

本实施例提供了一种钢构件及其制备方法。

本实施例提供了一种钢构件及其制备方法。所述金属构件包括钢构件本体，在所述钢构件本体的表面电镀有发黑膜层，所述发黑膜层的厚度为5μm。

所述钢构件本体表面电镀发黑处理方法，也即是所述钢构件的制备方法包括如下步骤：

S1.钢构件本体的表面处理：参照实施例21中的步骤S1对黄铜构件本体的表面处理方法进行处理

S2.钢构件本体表面发黑处理：

将经步骤S1表面处理后的钢构件本体置于实施例12提供的所述发黑电镀液中进行电镀处理；其中，电镀处理是以钢构件本体作为阴极，钛作为阳极，且控制电镀处理的条件为：电镀温度控制在60℃；电镀电流密度为0.3A/cm²；电镀时间为5分钟；且在所述电镀处理过程中保持对所述发黑电镀液不断进行搅拌和过滤；所述搅拌的速率控制为60r/min。

对比例1

本对比例提供了一种黄铜构件及其制备方法。所述金属构件包括黄铜构件本体，在所述黄铜构件本体的表面电镀有发黑膜层，所述发黑膜层的厚度为3μm。

S1.黄铜构件本体的表面处理：参照实施例21中的步骤S1对黄铜构件本体的表面处理方法进行处理S2.黄铜构件本体表面发黑处理：

S2.黄铜构件本体表面发黑处理：

将经步骤S1表面处理后的黄铜构件本体置国内某厂商提供的电镀黑镍盐中电镀处理；其中，电镀处理是以黄铜构件本体作为阴极，钛作为阳极，且控制电镀处理的条件为：电镀温度控制在40℃；电镀电流密度为0.3A/cm²；电镀时间为5分钟；且在所述电镀处理过程中保持对所述发黑电镀液不断进行搅拌和过滤；所述搅拌的速率控制为60r/min。

Claims

1.一种发黑电镀液，其特征在于，包括如下含量的组分：

硫酸镍 40-60g/L

硫氰酸铵 5-20g/L

硫酸镍铵 35-40g/L

聚苯胺 20-60ml/L，

且所述发黑电镀液的pH值为5.5-6.5。

2.一种金属表面电镀发黑处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

将经表面处理后的待电镀处理的金属件置于发黑电镀液中进行电镀处理；其中，所述发黑电镀液为权利要求1所述的发黑电镀液。

3.根据权利要求2所述的金属表面电镀发黑处理方法，其特征在于，所述电镀处理的工艺条件为：电镀温度为30-80℃，电镀电流密度为0.1-0.4A/cm²。

4.根据权利要求3所述的金属表面电镀发黑处理方法，其特征在于，所述电镀处理的电镀时间为2-15min。

5.根据权利要求2-4任一项所述的金属表面电镀发黑处理方法，其特征在于，所述电镀处理的阳极选用铂、镀铂钛、钛、镍中的至少一种。

6.根据权利要求2-4任一项所述的金属表面电镀发黑处理方法，其特征在于，所述电镀处理的过程，还包括对所述发黑电镀液进行搅拌处理和过滤处理的步骤。

7.根据权利要求6所述的金属表面电镀发黑处理方法，其特征在于，所述搅拌处理的转速为30-300r/min。

8.根据权利要求2-4任一项所述的金属表面电镀发黑处理方法，其特征在于，所述待电镀处理的金属件包括铜、合金、钢中的至少一种。

9.一种金属构件，所述金属构件包括金属构件本体，在所述金属构件本体表面电镀有发黑膜层，其特征在于，所述发黑膜层是将所述金属构件本体置于如权利要求1所述的发黑电镀液中进行电镀形成，或由权利要求2-8任一项所述的金属表面电镀发黑处理方法处理形成。

10.一种光学器材，其特征在于，所述光学器材包括权利要求9所述的金属构件。