CN112267133B - 一种锌镍钴电镀液及其制备方法和电镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电镀领域，提供了一种锌镍钴电镀液及其制备方法和电镀方法。该锌镍钴电镀液，每升电镀液中的组分包括硫酸镍5‑10g、氢氧化钠30‑60g、硫酸钴3‑12g、硫酸锌30‑50g、添加剂0.3‑0.6g、络合剂50‑70g，余量为去离子水。其电镀方法包括以纯铁板作为阳极，以待镀件作为阴极，将阳极和阴极浸于上述锌镍钴电镀液电镀液中，在一定温度及电流密度下进行电镀，在阴极上可获得锌镍钴镀层。该镀层做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及自润滑性，起到防腐\防磨得双重效果。
Description
技术领域
本发明涉及电镀领域，具体而言，涉及一种锌镍钴电镀液及其制备方法和电镀方法。
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；随着人类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都改用新型的锌镍合金，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，像存在对偶件摩擦的工作环境，风沙较强的铁道系统等。
发明内容
本发明的目的，例如包括提供一种锌镍钴电镀液，其可以获得硬度较高并具备优异防护能力的阳极性镀层，该镀层具备较好的耐磨性和优异的防腐性能，并且作为阳极性防护镀层，在镀层破损的情况下不会加速基体材料的腐蚀，具备很高的安全系数。
本发明的目的，还包括提供一种锌镍钴电镀液的制备方法，该制备方法简单，容易实现。
本发明的目的，还包括提供一种锌镍钴电镀液的电镀方法，其可以一次性获得即耐磨又防腐的阳极性镀层，可以广泛用于金属工件的表面处理，特别适用于工件存在摩擦、腐蚀和机械疲劳的使用环境。
本发明的实施例为实现上述至少一个目的，采用以下技术方案：
一种锌镍钴电镀液，其特征在于，每升电镀液中的组分包括硫酸镍5-10g、氢氧化钠30-60g、硫酸钴3-12g、硫酸锌30-50g、添加剂0.3-0.6g、络合剂50-70g，余量为去离子水。
一种锌镍钴电镀液的制备方法，其特征在于，其包括将上述锌镍钴电镀液的组分混合均匀。
一种锌镍钴电镀液的电镀方法，其包括以纯铁板作为阳极，以待镀件作为阴极，将阳极和阴极插设于上述锌镍钴电镀液中，在一定电流密度及温度下进行电镀，获得锌镍钴镀层。
本发明实施例的有益效果包括：本实施例通过将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锌共同作为主盐，用于在阴极上沉积出锌镍钴电镀层，同时配合特定的添加剂和络合剂，能够使得该电镀液的稳定性好，相较于其他电镀液而言，该双层镀层可以同时防止化学腐蚀及物理磨损。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的锌镍钴电镀液及其制备方法和电镀方法进行具体说明。
一方面，本实施例提供了一种锌镍钴电镀液，每升电镀液中的组分包括硫酸镍5-10g、氢氧化钠30-60g、硫酸钴3-12g、硫酸锌30-50g、添加剂0.3-0.6g、络合剂50-70g，余量为去离子水。
本实施例中，添加剂A包括但不限于三乙醇胺、双丙氧基化丙炔醇，氨基磺酸钠；三者浓度比为1∶0.1∶2
络合剂包括但不限于乙二胺四乙酸钠、植酸钠、DL-苹果酸，三者浓度比为1∶2∶4
优选地，本实施例中的锌镍钴电镀液，每升电镀液中的组分包括硫酸镍6-8g、氢氧化钠40-50g、硫酸钴5-8g、硫酸锌40-45g、添加剂0.4-0.5g、络合剂55-65g，余量为去离子水。
本实施例中的锌镍钴电镀液将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锌共同作为主盐，用于在阴极上沉积出锌镍钴电镀层，本实施例中，通过控制硫酸镍、硫酸钴和硫酸锌的含量比例，可以得到不同组分含量的锌镍钴镀层，其中镀层中的镍钴含量增加，镀层的硬度及耐磨性能增加，特别是镀层中钴含量的增加对镀层的耐磨性能影响显著.
本实施例中，氢氧化钠作为导电盐，能够提高电镀液的电导率，而对放电金属离子不起络合作用，本实施例中，氢氧化钠的含量高，每升电镀液中含有氢氧化钠40-50g，其能够提高电镀液的分散能力。
在电镀工艺中乙二胺四乙酸钠、植酸钠、DL-苹果酸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，在本案中，络合剂不仅保证镍离子及钴离子在强碱条件下能够稳定存在，同时也是锌镍钴能够实现共沉积的前提，在调节镀层组分方面也存在一定作用。添加剂三乙醇胺、双丙氧基化丙炔醇，氨基磺酸钠的存在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.
本实施例中，通过控制各个组分的含量，使得各个组分的相互配合相互协同效果更佳，电镀液的性能提升。
第二方面，本实施例还提供一种锌镍钴镀液的制备方法，其包括将上述锌镍钴电镀液的组分混合均匀。
具体地，将氢氧化钠、硫酸锌加部分去离子水搅拌至溶解获得第一溶液；将络合剂与部分去离子水搅拌至溶解，然后加入硫酸镍及硫酸钴搅拌至溶解，获得第二溶液，将第二溶液与第一溶液混合，搅拌，接着加入添加剂，用去离子水补足。
本实施例中，通过控制组分的加入顺序，将络合剂与部分去离子水搅拌至溶解，然后加入硫酸镍及硫酸钴，搅拌至溶解，获得第二溶液，镍离子及钴离子与络合剂形成稳定的络合金属离子，有利于避免硫酸镍及硫酸钴在碱性条件下产生沉淀。
第三方面，本实施例还提供了一种锌镍钴电镀液的电镀方法，其包括以纯铁板作为阳极，以待镀件作为阴极，将阳极和阴极插设于锌镍钴电镀液中，在一定电流密度及温度下，获得锌镍钴镀层。
具体地，本实施例中，于电流密度为1.5-4.5/dm2的条件下，在镀液温度30℃-45℃下，电镀0.5-2h，可获得厚度为10-35um的锌镍钴镀层。
以下结合实施例对本发明的锌镍钴电镀液及其制备方法和电镀方法进一步进行阐述。
实施例1
以配制1升锌镍钴电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入400毫升去离子水，放入45克氢氧化钠搅拌至溶解，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60克络合剂搅拌至溶解，然后加入硫酸镍6克，加入硫酸钴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0.4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，将电镀液温度控制在35℃；用纯铁板作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极；在电流密度为2.5A/dm2电镀1h，得到厚度为15um的锌镍钴镀层。
实施例2
以配制1升锌镍钴电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入400毫升去离子水，放入50克氢氧化钠搅拌至溶解，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65克络合剂搅拌至溶解，然后加入硫酸镍7克，加入硫酸钴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0.5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，将电镀液温度控制在40℃；用纯铁板作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极；在电流密度为3.0A/dm2电镀1h，得到厚度为20um的锌镍钴镀层。
实施例3
以配制1升锌镍钴电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入400毫升去离子水，放入40克氢氧化钠搅拌至溶解，加入硫酸锌35克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入55克络合剂搅拌至溶解，然后加入硫酸镍8克，加入硫酸钴5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0.4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，将电镀液温度控制在40℃；用纯铁板作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极；在电流密度为2.0A/dm2电镀1h，得到厚度为10um的锌镍钴镀层。
实施例4
以配制1升锌镍钴电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入400毫升去离子水，放入30克氢氧化钠搅拌至溶解，加入硫酸锌30克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入50克络合剂搅拌至溶解，然后加入硫酸镍5克，加入硫酸钴3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。
电镀方法与实施例1相同。
实施例5
以配制1升锌镍钴电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入400毫升去离子水，放入35克氢氧化钠搅拌至溶解，加入硫酸锌35克搅拌至溶解；在第二容器中加入300毫升去离子水，加入55克络合剂搅拌至溶解，然后加入硫酸镍5克，加入硫酸钴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0.3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。
电镀方法与实施例1相同。
实施例6-7
其电镀液的组分与实施例1相同，电镀方法不同。
实施例6中，使用该电镀液时，将电镀液温度控制在30℃；用纯铁板作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极；在电流密度为1.5A/dm2电镀0.5h，得到厚度为10um的锌镍钴镀层。
实施例7中，使用该电镀液时，将电镀液温度控制在30℃；用纯铁板作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极；在电流密度为4.5A/dm2电镀1h，得到厚度为20um的锌镍钴镀层。
对比例1
将实施例1中的电流密度替换为0.5A/dm2；
对比例2
将实施例1中的电流密度替换为7A/dm2；
对比例3
将实施例1中的温度替换为60℃。
对比实验1
将实施例1-7和对比例1-3获得的锌镍钴镀层进行表观、镀层硬度、抗腐蚀性能进行检测，检测结果可参阅表1。
表1.实施例1-7和对比例1-3获得的锌镍钴镀层的性能检测
| 示例 | 表观 | 表面硬度 | 耐电化学腐蚀性 |
| 实施例1 | 光亮细腻 | 550HV | 无锈点 |
| 实施例2 | 光亮细腻 | 545HV | 无锈点 |
| 实施例3 | 光亮细腻 | 540HV | 无锈点 |
| 实施例4 | 光亮细腻 | 500HV | 无锈点 |
| 实施例5 | 光亮细腻 | 508HV | 无锈点 |
| 实施例6 | 光亮细腻 | 498HV | 无锈点 |
| 实施例7 | 光亮细腻 | 512HV | 无锈点 |
| 对比例1 | 镀层发灰 | 210HV | 多个锈点 |
| 对比例2 | 粗糙，有针孔 | 389HV | 多个锈点 |
| 对比例3 | 粗糙 | 289HV | 多个锈点 |
检测标准及方法：
表面硬度：按GB/T 9790中的维氏硬度检测方法执行；
耐电化学腐蚀性：按GB6458-86金属覆盖层中性盐雾试验，检测时间为480小时。
从表1可以看出，实施例1-7获得的锌镍钴镀层的性能明显优于对比例1-3，并且实施例1-3获得的锌镍钴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。
综上所述，本实施例通过将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锌共同作为主盐，用于在阴极上沉积出锌镍钴电镀层，同时配合特定的添加剂、络合剂，能够使得该电镀液的稳定性好，相较于其他电镀液而言，镀层的硬度大幅度提升，具备良好的耐磨性能，同时作为阳极性镀层可以很好的保护基体不受腐蚀。本实施例提供的锌镍钴电镀液的制备方法，该制备方法简单，容易实现。
以上仅为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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种锌镍钴电镀液，其特征在于，每升电镀液中的组分包括硫酸镍5-10g、氢氧化钠30-60g、硫酸钴3-12g、硫酸锌30-50g、添加剂0.3-0.6g、络合剂50-70g，余量为去离子水；
所述添加剂包括三乙醇胺、双丙氧基化丙炔醇，氨基磺酸钠；三者浓度比为1:0.1：2；
所述络合剂包括乙二胺四乙酸钠、植酸钠、DL-苹果酸，三者浓度比为1：2：4。
2.根据权利要求1所述的锌镍钴电镀液，其特征在于，每升电镀液中的组分包括硫酸镍6-8g、氢氧化钠40-55g、硫酸钴5-8g、硫酸锌35-45g、添加剂0.4-0.5g、络合剂55-65g，余量为去离子水。
3.一种锌镍钴镀液的制备方法，其特征在于，其包括将如权利要求1或2所述的锌镍钴电镀液的组分混合均匀。
4.根据权利要求3所述的锌镍钴电镀液的制备方法，其特征在于，其包括将所述氢氧化钠和所述硫酸锌加部分所述去离子水搅拌至溶解获得第一溶液；将所述络合剂与部分所述去离子水搅拌至溶解，然后加入所述硫酸镍，硫酸钴搅拌至溶解，获得第二溶液，将所述第二溶液与所述第一溶液混合，搅拌，接着加入所述添加剂，用所述去离子水补足。
5.一种锌镍钴电镀液的电镀方法，其特征在于，其包括以纯铁板作为阳极，以待镀件作为阴极，将所述阳极和所述阴极插设于如权利要求1-3任一项所述锌镍钴电镀液中，于一定电流密度及温度下电镀，获得锌镍钴镀层。
6.根据权利要求5所述的锌镍钴电镀液的电镀方法，其特征在于，所述一定电流密度为1.5-4.5A/dm2，所述一定温度为30℃-45℃。
7.根据权利要求6所述的锌镍钴电镀液的电镀方法，其特征在于，所述一定电流密度为2.0-3.0A/dm2，所述一定温度为35℃-40℃。
8.根据权利要求5所述的锌镍钴电镀液的电镀方法，其特征在于，于所述一定电流密度及温度下电镀的时间为0.5h-1h，获得厚度为7-15um的锌镍钴镀层。
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