CN112680633A - 一种镍钴硫复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镍钴硫复合材料及其制备方法和应用，属于复合电极的技术领域。本发明的镍钴硫复合材料包括镍、钴、硫三种组分，且各重量百分比分别为98%～99%、0.015%～0.05%，以及1.985%～0.95%，并且以不锈钢或钛材质的金属基底作为阴极，以装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极，在含有硫酸镍、氯化镍、缓冲剂、携硫剂、表面活性剂的电镀溶液中进行电镀后剥离得到，步骤简单、制程短、效率高，更利于生产制造，另外，作为电镀镍用阳极使用时，可利用镍钴之间腐蚀电位差提高其最大溶解电流，使得其溶解性更好，且使得电镀得到的镀镍产品的耐腐蚀性更好，有效降低了镀层的内应力，提高了镀层的结合力，进而提升了产品的品质。

Description

一种镍钴硫复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及复合电极的技术领域，具体是涉及一种镍钴硫复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

镍资源作为电镀工艺中常用的电极材料，需求量较大，因此，合理使用镍资源成为了行业发展的重点。

目前，市面上使用的普通镍由于其高纯化性而导致其溶解性交底，使得在其在作为电镀工艺中的阳极使用时，存在利用率低、易产生污泥和造成搭桥等问题，且还存在不能用于高速电镀的缺陷。另外，虽然市面上出现了硫镍产品，且具有高活性，其内部结构为典型的岛状结构，硫含量在0.015%～0.027%之间，使得其在-1V～1V的扫描电压范围内几乎不会产生钝化现象，但是，其在一些对腐蚀性要求较高的电镀工艺中作为阳极使用时，其溶解性仍较低，难以满足工艺需求，电镀得到的镀镍产品的耐腐蚀性差，且该得到的镀镍产品还存在镀层的内应力较大，镀层结合力不够的问题，影响产品的品质。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现旨在提供一种镍钴硫复合材料及其制备方法和应用，以含有镍钴硫的复合材料作为阳极进行电镀，利用镍钴之间腐蚀电位差提高了其最大溶解电流，相较于传统普通镍和硫镍产品，其溶解性更好，且使得电镀得到的镀镍产品的耐腐蚀性更好，有效降低了镀层的内应力，提高了镀层的结合力，从而提升了产品的品质；并且采用以装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极，以不锈钢或钛板作为阴极在含有的硫、镍的电镀溶液中进行电镀得到，在剥离后直接得到成品，步骤简单、制程短、效率高，利于生产制造。

具体技术方案如下：

一种镍钴硫复合材料，具有这样的特征，复合材料由以下重量百分比的原料组成：

镍：98%～99%

硫：0.015%～0.05%

钴：0.95%～1.985%

以上组分百分比总和为100%。

上述的一种镍钴硫复合材料的制备方法，具有这样的特征，以不锈钢或钛材质的金属基底作为阴极，以装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极，在电镀溶液中进行电镀，其中电镀溶液中含有硫酸镍、氯化镍、缓冲剂、携硫剂、表面活性剂，并在电镀完成后，从作为阴极的金属基底上剥离得到。

上述的一种镍钴硫复合材料的制备方法，其中，钛篮中的镍和钴的混合物中，镍的重量百分比为98%～99.999%。

上述的一种镍钴硫复合材料的制备方法，其中，电镀溶液由以下重量百分比浓度的原料组成：

硫酸镍：250～300g/L

氯化镍：30～40g/L

缓冲剂：30～40 g /L

携硫剂：0.1g/L～0.5g/L

表面活性剂：0.05～0.2g/L。

上述的一种镍钴硫复合材料的制备方法，其中，携硫剂为苯亚磺酸钠、苯酰磺酸、苯磺酸、乙撑硫脲、苯甲酰磺酰亚胺中的一种或多种；缓冲剂为硼酸和硼酸钠中的一种或多种；表面活性剂为2-乙基己基硫酸钠、乙基己基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯烷基酚醚硫酸钠中的一种或多种。

上述的一种镍钴硫复合材料的制备方法，其中，作为阴极的金属基底在进行电镀前需要在处理溶液中进行清洗，该处理溶液为质量百分比浓度为10%～20%的NaOH溶液或者为十二烷基硫酸钠和KOH溶液的混合溶液，并且，KOH溶液的质量百分比浓度为5%～20%，同时，在进行清洗时，清洗温度范围为40～70℃，清洗时间范围为3～10min。

上述的一种镍钴硫复合材料的制备方法，其中，还包括除氧化膜过程，将金属基底用质量百分比浓度为10%的硫酸溶液处理其表面氧化膜。

上述的一种镍钴硫复合材料及其制备方法和应用，其中，电镀过程中，阴极的电流密度和时间关系满足以下公式：

A=t∙70mA/dm²

公式中，A为阴极电流密度；t为时间，且时间单位为小时。

上述的一种镍钴硫复合材料及其制备方法和应用，其中，电镀过程中，电镀溶液中通过添加硫酸，使电镀溶液的pH值维持在4～4.5，同时，保持电镀溶液的温度为60～65℃，沉积时间为6～10天，且整个电镀溶液需循环过滤，并且，电镀过程中每隔3.5～4.5小时进行一次含量分析，分析电镀溶液中携硫剂的含量，并在含量偏低后进行补充。

上述的一种镍钴硫复合材料的应用，具有这样的特征，镍钴硫复合材料作为电镀镍用阳极使用。

上述技术方案的积极效果是：

上述的镍钴硫复合材料及其制备方法和应用，复合材料含有镍钴硫组分，使得其在作为阳极进行电镀时，可充分利用镍钴之间腐蚀电位差提高其最大溶解电流，使得其溶解性更好，且使得电镀得到的镀镍产品的耐腐蚀性更好，有效降低了镀层的内应力，提高了镀层的结合力，进而提升了产品的品质；并且镍钴硫复合材料采用以装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极，以不锈钢或钛材质的金属基板作为阴极在含有的硫、镍的电镀溶液中进行电镀后从金属基板上剥离得到，步骤简单、制程短、效率高，更利于生产制造。

附图说明

图1为本发明的一种镍钴硫复合材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1对本发明提供的技术方案作具体阐述，但以下内容不作为本发明的限定。

本实施例提供的镍钴硫复合材料由镍、硫、钴三种原料组成，并且，按重量百分比100%计算时，镍的重量百分比为98%～99%，硫的重量百分比为0.015%～0.05%，钴的重量百分比为1.985%～0.95%，相比现有的镍硫复合材料而言，还具有微量元素钴，从而使得在将上述镍钴硫复合材料作为阳极运用于电镀过程中时，由于镍钴之间腐蚀电位差提高，能有效提高其最大溶解电流，从而使得其溶解性更好，更好的满足了工艺需求较高的使用需求。另外，由于电镀过程中有少量微量元素钴参与，从而提高了镀镍产品的耐腐蚀性，从而满足对腐蚀性要求较高的使用场合，并且，还能使得到的镀镍产品的镀层的内应力降低，从而提高了镀层的结合力，进一步提升产品的品质。优选的，上述镍钴硫复合材料中三种原料的重量百分比分别为镍99%、硫0.05%、钴0.95%，使得镍钴硫复合材料在作为电镀镍用阳极时，能具有最优的溶解性，且使电镀得到的镀层的耐腐蚀性更好，镀层结合力更高。

另外，还提供了上述镍钴硫复合材料的制备方法，以不锈钢或钛材质的金属基底作为阴极，以装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极，在电镀溶液中进行电镀，其中电镀溶液中含有硫酸镍、氯化镍、缓冲剂、携硫剂、表面活性剂，并在电镀完成后，从作为阴极的金属基底上剥离得到，并且，作为阳极的钛篮中的镍和钴的混合物中镍的重量百分比的范围维持在98%～99.999%，使得仅含有少量的钴，且作为阴极的金属基底的形状可以为板状，也可以为金属丝状，即通过电镀工艺直接得到镍钴硫复合材料，工艺步骤简单，制程短、效率高，更利于生产制造。

更加具体的，图1为本发明的一种镍钴硫复合材料的制备方法的流程图，如图1所示，了上述镍钴硫复合材料的制备方法具体包括以下几个步骤：

步骤S1，配置电镀溶液；

将硫酸镍、氯化镍、缓冲剂、携硫剂、表面活性剂按重量百分比浓度溶于水中，并且调节电镀溶液的pH值在4～4.5之间。优选的，按重量百分比浓度计算时，电镀溶液中各原料的重量百分比浓度分别为：

硫酸镍：250～300g/L

氯化镍：30～40g/L

缓冲剂：30～40 g /L

携硫剂：0.1g/L～0.5g/L

表面活性剂：0.05～0.2g/L

并且，上述的携硫剂为苯亚磺酸钠、苯酰磺酸、苯磺酸、乙撑硫脲、苯甲酰磺酰亚胺中的一种或多种；上述缓冲剂为硼酸和硼酸钠中的一种或多种；上述表面活性剂为2-乙基己基硫酸钠、乙基己基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯烷基酚醚硫酸钠中的一种或多种。

步骤S2，对作为阴极的金属基底进行前置处理，即在作为阴极的金属基底放入到步骤S1配置的电镀溶液中之前需要先进行清洗；此时，

先配置处理溶液，处理溶液可以是质量百分比浓度为10%～20%的NaOH溶液，或者是将适量的十二烷基硫酸钠添加到KOH溶液中形成的混合溶液。并且当处理溶液为十二烷基硫酸钠添加到KOH溶液中形成的混合溶液时, KOH溶液的质量百分比浓度为5%～20%。

然后在对金属基底进行清洗时，控制清洗温度范围控制在40～70℃，清洗时间范围控制在3～10min，保证清洗效果。

步骤S3，对作为阴极的金属基底进行除氧化膜操作，此时，将通过步骤S2进行过前置处理后的金属基底的表面氧化膜用质量百分比浓度为10%的硫酸溶液进行去除，从而保证后续的电镀效果。

步骤S4，将步骤S3中已经去除氧化膜的金属基底放入到步骤S1中配置的电镀溶液中，同时，金属基底作为阴极使用，装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极使用，并且，阳极和阴极的位置和数量根据实际电镀需求进行选择和布置，然后调节阴极电流密度进行电镀操作，此时，阴极电流密度和时间的关系需要满足如下公式：

A=t∙70mA/dm²

上述公式中， A为阴极电流密度；t为时间，且时间单位为小时。

另外，在步骤S4的电镀过程中，电镀溶液中需要通过添加硫酸，使电镀溶液的pH值维持在4～4.5，保证了电镀溶液满足使用需求。并且，电镀过程中，需要保持电镀溶液的温度为60～65℃，沉积时间为6～10天，优选的，沉积时间为8天，且整个电镀溶液需循环过滤，并且，电镀过程中每隔3.5～4.5小时进行一次含量分析，分析电镀溶液中携硫剂的含量，并在含量偏低后进行补充，保证了电镀得到的电镀产品中硫的含量，保证产品的品质。

步骤S5，将步骤S4的电镀过程中作为阴极的金属基底上生长的镀层剥离，从而得到含有镍钴硫复合材料。

另外，还提供了上述制备方法得到镍钴硫复合材料的应用，即将镍钴硫复合材料作为电镀镍用阳极使用，利用镍钴之间腐蚀电位差来提高其最大溶解电流，提升其溶解性，从而保证了电镀效果，另外也能在电镀过程中参与微量元素钴，使得电镀得到的镀镍产品的耐腐蚀性更高，同时也使得电镀得到的镀镍产品的镀层的内应力降低，有效提高了镀层的结合力，进而提升了产品的品质，更好的满足对耐腐蚀性有高要求的使用条件。

本实施例提供的镍钴硫复合材料及其制备方法和应用，其中，镍钴硫复合材料包括镍、钴、硫三种组分，且各重量百分比分别为98%～99%、0.015%～0.05%，以及1.985%～0.95%，并且以不锈钢或钛材质的金属基底作为阴极，以装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极，在含有硫酸镍、氯化镍、缓冲剂、携硫剂、表面活性剂的电镀溶液中进行电镀后剥离得到，步骤简单、制程短、效率高，更利于生产制造，另外，作为电镀镍用阳极使用时，可利用镍钴之间腐蚀电位差提高其最大溶解电流，使得其溶解性更好，且使得电镀得到的镀镍产品的耐腐蚀性更好，有效降低了镀层的内应力，提高了镀层的结合力，进而提升了产品的品质。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种镍钴硫复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下重量百分比的原料组成：

镍：98%～99%

硫：0.015%～0.05%

钴：0.95%～1.985%，

以上组分百分比总和为100%。

2.一种镍钴硫复合材料的制备方法，用于制备如权利要求1中所述镍钴硫复合材料，其特征在于，以不锈钢或钛材质的金属基底作为阴极，以装有镍和钴的混合物的钛篮作为阳极，在电镀溶液中进行电镀，其中所述电镀溶液中含有硫酸镍、氯化镍、缓冲剂、携硫剂、表面活性剂，并在电镀完成后，从作为阴极的所述金属基底上剥离得到。

3.根据权利要求2所述的镍钴硫复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛篮中的镍和钴的混合物中，所述镍的重量百分比为98%～99.999%。

4.根据权利要求3所述的镍钴硫复合材料的制备方法，其特征在于，所述电镀溶液由以下重量百分比浓度的原料组成：

所述硫酸镍：250～300g/L

所述氯化镍：30～40g/L

所述缓冲剂：30～40 g /L

所述携硫剂：0.1g/L～0.5g/L

所述表面活性剂：0.05～0.2g/L。

5.根据权利要求4所述的镍钴硫复合材料的制备方法，其特征在于，所述携硫剂为苯亚磺酸钠、苯酰磺酸、苯磺酸、乙撑硫脲、苯甲酰磺酰亚胺中的一种或多种；所述缓冲剂为硼酸和硼酸钠中的一种或多种；所述表面活性剂为2-乙基己基硫酸钠、乙基己基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯烷基酚醚硫酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的镍钴硫复合材料的制备方法，其特征在于，作为阴极的所述金属基底在进行电镀前需要在处理溶液中进行清洗，该所述处理溶液为质量百分比浓度为10%～20%的NaOH溶液或者为十二烷基硫酸钠和KOH溶液的混合溶液，并且，所述KOH溶液的质量百分比浓度为5%～20%，同时，在进行清洗时，清洗温度范围为40～70℃，清洗时间范围为3～10min。

7.根据权利要求6所述的镍钴硫复合材料的制备方法，其特征在于，还包括除氧化膜过程，将所述金属基底用质量百分比浓度为10%的硫酸溶液处理其表面氧化膜。

8.根据权利要求7所述的镍钴硫复合材料的制备方法，其特征在于，所述电镀过程中，所述阴极的电流密度和时间关系满足以下公式：

A=t∙70mA/dm²

公式中，A为阴极电流密度；t为时间，且时间单位为小时。

9.根据权利要求8所述的镍钴硫复合材料的制备方法，其特征在于，所述电镀过程中，所述电镀溶液中通过添加硫酸，使所述电镀溶液的pH值维持在4～4.5，同时，保持所述电镀溶液的温度为60～65℃，沉积时间为6～10天，且整个所述电镀溶液需循环过滤，并且，电镀过程中每隔3.5～4.5小时进行一次含量分析，分析所述电镀溶液中所述携硫剂的含量，并在含量偏低后进行补充。

10.一种镍钴硫复合材料的应用，使用如权利要求1所述镍钴硫复合材料，其特征在于，所述镍钴硫复合材料作为电镀镍用阳极使用。

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