CN113046794A - 一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法 - Google Patents

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徐仰涛
裴亮
王雅宁
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Abstract

本发明公开了一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，涉及电沉积镍技术领域，步骤如下：S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。本发明提供的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法通过在电解液中加入稀土元素Ce，细化晶粒作用显著，最小平均粒径可达349.34nm。

Description

一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法
技术领域
本发明涉及电沉积镍技术领域，具体涉及一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法。
背景技术
电解镍作为重要的战略物资，广泛应用于机械、原子反应堆、电子、石油化工、军工兵器等领域，传统的细化镍沉积层的方法是在镀层或溶液中加入金属氧化物和非金属细化晶粒的方式，采用方法设备复杂，操作困难，成本高，制得的电沉积镍的晶粒较大。
稀土金属离子半径较大，易填补至有色金属及其合金晶粒新相的生长缺陷处，能够生成阻碍晶粒继续生长的阴极保护膜，产生细化晶粒的作用，通过在电解液中加入稀土离子,能够有效提高沉积层的性能。同时加入的稀土元素还能够起到诱导剂作用、导体的作用、特性吸附作用、阻碍晶核生长的作用。
目前，还没有一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，步骤如下：
S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；
S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；
S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；
S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。
优选地，步骤S1中，所述的电解液的包括如下浓度的成分；Ni2+75g/L，Cl-70g/L，Na+40g/L，Cu2+3mg/L，Fe2+4mg/L，Co2+20mg/L，Zn2+0.35mg/L，H3BO35g/L。
优选地，步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为0.2g/L-1g/L。
优选地，步骤S1中，所述的活化是采用质量分数为10-20％的盐酸溶液浸泡1-3min。
优选地，步骤S2中，所述的阴极试片为单面镜面抛光、双面覆膜的黄铜片，尺寸100*65*0.2mm。
优选地，步骤S3中，所述的阳极试片为镍含量99.9％的电解镍板，尺寸为60*150*3mm。
优选地，步骤S3中，所述的加热温度为50℃。
优选地，步骤S3中，所述的电源的电流大小为2.00A。
优选地，步骤S3中，所述的电沉积的时间为10min。
本发明的有益效果体现在：
(1)本发明提供的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法通过在电解液中加入稀土元素Ce，细化晶粒作用显著，最小平均粒径可达349.34nm。
(2)本发明提供的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法设备简单，操作容易，成本低廉，可以获得比传统电沉积镍性能更好的阴极镍镀层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为对比例制得的镀镍阴极试片的SEM表面形貌图；
图2为实施例1制得的镀镍阴极试片的SEM表面形貌图；
图3为实施例2制得的镀镍阴极试片的SEM表面形貌图；
图4为实施例3制得的镀镍阴极试片的SEM表面形貌图；
图5为实施例4制得的镀镍阴极试片的SEM表面形貌图；
图6为实施例5制得的镀镍阴极试片的SEM表面形貌图；
图7为对比例和实施例1-5制得的镀镍阴极试片的铈离子浓度-平均晶粒尺寸曲线图；
图8为对比例制得的镀镍阴极试片的原子力显微镜表面形貌图；
图9为实施例1制得的镀镍阴极试片的原子力显微镜表面形貌图；
图10为实施例2制得的镀镍阴极试片的原子力显微镜表面形貌图；
图11为实施例3制得的镀镍阴极试片的原子力显微镜表面形貌图；
图12为实施例4制得的镀镍阴极试片的原子力显微镜表面形貌图；
图13为实施例5制得的镀镍阴极试片的原子力显微镜表面形貌图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，步骤如下：
S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；
S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；
S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；
S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。
步骤S1中，所述的电解液包括如下浓度的成分：Ni2+75g/L，Cl-70g/L，Na+40g/L，Cu2 +3mg/L，Fe2+4mg/L，Co2+20mg/L，Zn2+0.35mg/L，H3BO35g/L。
步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为0.2g/L。
步骤S1中，所述的活化是采用质量分数为20％的盐酸溶液浸泡2min。
步骤S2中，所述的阴极试片为单面镜面抛光、双面覆膜的黄铜片，尺寸100*65*0.2mm。
步骤S3中，所述的阳极试片为镍含量99.9％的电解镍板，尺寸为60*150*3mm。
步骤S3中，所述的加热温度为50℃。
步骤S3中，所述的电源的电流大小为2.00A。
步骤S3中，所述的电沉积的时间为10min。
其中，所述的电沉积槽为带250mL刻线的267mL容量的赫尔槽。
实施例2
一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，步骤如下：
S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；
S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；
S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；
S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。
步骤S1中，所述的电解液包括如下浓度的成分：Ni2+75g/L，Cl-70g/L，Na+40g/L，Cu2 +3mg/L，Fe2+4mg/L，Co2+20mg/L，Zn2+0.35mg/L，H3BO35g/L。
步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为0.4g/L。
步骤S1中，所述的活化是采用质量分数为20％的盐酸溶液浸泡2min。
步骤S2中，所述的阴极试片为单面镜面抛光、双面覆膜的黄铜片，尺寸100*65*0.2mm。
步骤S3中，所述的阳极试片为镍含量99.9％的电解镍板，尺寸为60*150*3mm。
步骤S3中，所述的加热温度为50℃。
步骤S3中，所述的电源的电流大小为2.00A。
步骤S3中，所述的电沉积的时间为10min。
其中，所述的电沉积槽为带250mL刻线的267mL容量的赫尔槽。
实施例3
一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，步骤如下：
S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；
S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；
S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；
S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。
步骤S1中，所述的电解液包括如下浓度的成分：Ni2+75g/L，Cl-70g/L，Na+40g/L，Cu2 +3mg/L，Fe2+4mg/L，Co2+20mg/L，Zn2+0.35mg/L，H3BO35g/L。
步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为0.6g/L。
步骤S1中，所述的活化是采用质量分数为20％的盐酸溶液浸泡2min。
步骤S2中，所述的阴极试片为单面镜面抛光、双面覆膜的黄铜片，尺寸100*65*0.2mm。
步骤S3中，所述的阳极试片为镍含量99.9％的电解镍板，尺寸为60*150*3mm。
步骤S3中，所述的加热温度为50℃。
步骤S3中，所述的电源的电流大小为2.00A。
步骤S3中，所述的电沉积的时间为10min。
其中，所述的电沉积槽为带250mL刻线的267mL容量的赫尔槽。
实施例4
一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，步骤如下：
S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；
S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；
S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；
S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。
步骤S1中，所述的电解液包括如下浓度的成分：Ni2+75g/L，Cl-70g/L，Na+40g/L，Cu2 +3mg/L，Fe2+4mg/L，Co2+20mg/L，Zn2+0.35mg/L，H3BO35g/L。
步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为0.8g/L。
步骤S1中，所述的活化是采用质量分数为20％的盐酸溶液浸泡2min。
步骤S2中，所述的阴极试片为单面镜面抛光、双面覆膜的黄铜片，尺寸100*65*0.2mm。
步骤S3中，所述的阳极试片为镍含量99.9％的电解镍板，尺寸为60*150*3mm。
步骤S3中，所述的加热温度为50℃。
步骤S3中，所述的电源的电流大小为2.00A。
步骤S3中，所述的电沉积的时间为10min。
其中，所述的电沉积槽为带250mL刻线的267mL容量的赫尔槽。
实施例5
一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，步骤如下：
S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；
S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；
S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；
S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。
步骤S1中，所述的电解液包括如下浓度的成分：Ni2+75g/L，Cl-70g/L，Na+40g/L，Cu2 +3mg/L，Fe2+4mg/L，Co2+20mg/L，Zn2+0.35mg/L，H3BO35g/L。
步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为1g/L。
步骤S1中，所述的活化是采用质量分数为20％的盐酸溶液浸泡2min。
步骤S2中，所述的阴极试片为单面镜面抛光、双面覆膜的黄铜片，尺寸100*65*0.2mm。
步骤S3中，所述的阳极试片为镍含量99.9％的电解镍板，尺寸为60*150*3mm。
步骤S3中，所述的加热温度为50℃。
步骤S3中，所述的电源的电流大小为2.00A。
步骤S3中，所述的电沉积的时间为10min。
其中，所述的电沉积槽为带250mL刻线的267mL容量的赫尔槽。
对比例
对比例与实施例1的不同之处在于，步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为0g/L。
试验例1
对实施例1-5和对比例制得的镀镍阴极试片进行SEM测试
1.观察镀镍阴极试片上镍沉积层的组织细化效果，结果见图1-6。
从图1可知，在三氯化铈浓度为0g/L时，晶粒较为粗大，呈不规则的椭球形或菱形分布，表面粗糙不平，凸起得较为明显。
从图2可知，在三氯化铈浓度为0.2g/L时，晶粒的形状和大小较图1更为均匀，以及轻微的晶粒细化，同时表面粗糙度有一定改善，出现了较为细腻的晶界结构。
从图3可知，在三氯化铈浓度为0.4g/L时，与图2相比，图3的晶粒尺寸更为杂乱且细小，偶尔粗大的晶粒上出现了明显的晶界，表明细化在逐渐进行。此阶段的菱形晶粒宽度变小，且总体晶粒大小分布不均。
从图4可知，在三氯化铈浓度为0.6g/L时，相比图3中的大晶粒数目减少，大多是紧簇且细密的小晶粒，表面较为平整光滑。
从图5可知，在三氯化铈浓度为0.8g/L时，与图4相比大晶粒的数目继续减少，表面更加平滑，出现更多的紧簇且细密的小晶粒。
从图6可知，在三氯化铈浓度为1g/L时，相比图5，图6出现了和图3尺寸类似的尺寸较大的晶粒，晶粒尺寸明显增大，并且又出现了块状椭球形的晶粒，表面平整度变差。
综上所述，三氯化铈浓度为0.8g/L时，沉积出的镀层晶粒最细，效果最好，此为铈离子的最佳添加浓度。当三氯化铈浓度从0g/L逐渐增大到0.8g/L时，晶粒尺寸随之减小，即稀土元素添加量与晶粒尺寸的变化呈负相关。当三氯化铈浓度从0.8g/L逐渐增大到1g/L时，随着浓度的增大，晶粒尺寸又呈现增长的趋势。
2.平均晶粒尺寸分析，结果见图7
用Nano Measurer计算图1-6中的平均晶粒尺寸，并得到两组数据，使用origin得到晶粒细化趋势折线图，即图7。从图7可知，平均晶粒尺寸的变化趋势与直观观察分析出的相同。当铈离子添加量为0.8g/L，沉积出的镀层晶粒最细。第一组数据(方点曲线)平均尺寸最小为0.35um，第二组数据(圆点曲线)最小为0.36um。当铈离子添加量从0g/L逐渐增大到0.8g/L，晶粒尺寸随之减小，稀土元素添加量与晶粒尺寸的变化呈负相关。当铈离子添加量从0.8g/L到1g/L，随着浓度的增大，晶粒尺寸又呈现增长的趋势。
试验例2
对实施例1-5和对比例制得的镀镍阴极试片进行原子力显微镜的表面晶粒尺寸分析
通过原子力显微镜测试的到图8-13，图8-13的像素均为(512，512)、尺寸均为(14476.00nm，14476.00nm)，结果见表1
Figure BDA0002950770170000091
从图8-13和表1可知，通过原子力显微镜对样品表面晶粒粗糙度的分析，发现加入三氯化铈能够使得晶粒显著细化，当三氯化铈添加浓度从0g/L到1g/L时，晶粒的平均晶粒尺寸先逐渐变小，在浓度为0.8g/L时达到最小值，然后开始上升，与试验例1中得到的晶粒细化趋势相同均是先变小后变大，并在0.8g/L达到最小值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：所述的方法，步骤如下：S1.沉积溶液配制：在电解液中加入三氯化铈，搅拌溶解，制得沉积溶液；S2.阴极试片处理：将阴极试片抛光面剥膜、超声清洗、冲洗、活化、冲洗、吹干，制得处理后的阴极试片；S3.电沉积：将沉积溶液加入到电沉积槽，进行加热，放入阴极试片、阳极试片，连接电源，通电进行电沉积，制得电沉积后的阴极试片；S4.阴极试片后处理：将电沉积后的阴极试片进行冲洗、吹干、密封，制得镀镍阴极试片。
2.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S1中，所述的电解液包括如下浓度的成分；Ni2+75g/L，Cl-70g/L，Na+40g/L，Cu2+3mg/L，Fe2+4mg/L，Co2+20mg/L，Zn2+0.35mg/L，H3BO3 5g/L。
3.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S1中，所述的沉积溶液中Cecl3的浓度为0.2g/L-1g/L。
4.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S1中，所述的活化是采用质量分数为10-20％的盐酸溶液浸泡1-3min。
5.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S2中，所述的阴极试片为单面镜面抛光、双面覆膜的黄铜片，尺寸100*65*0.2mm。
6.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S3中，所述的阳极试片为镍含量99.9％的电解镍板，尺寸为60*150*3mm。
7.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S3中，所述的加热温度为50℃。
8.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S3中，所述的电源的电流大小为2.00A。
9.根据权利要求1所述的利用三氯化铈细化电沉积镍晶粒的方法，其特征在于：步骤S3中，所述的电沉积的时间为10min。
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CN114481220A (zh) * 2021-12-24 2022-05-13 兰州理工大学白银新材料研究院 一种利用三氯化铈细化电沉积铜晶粒的方法

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