CN113463146A - 一种用于金属工具表面的电镀液及电镀工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于金属工具表面的电镀液及电镀工艺，属于金属材料加工技术领域。所述电镀液的组成为：可溶性三价铬盐18~35g/L、可溶性锌盐15~22 g/L、络合剂80~150 mL/L、缓冲剂15~26 mL/L和光亮剂3~8 mL/L，余量为去离子水；所述络合剂的组成，按质量分数计，包括酒石酸锑钾1.2~10%、二硫代乙二醇2~8%和胺衍生物25~35%，余量为去离子水；所述光亮剂的组成，按质量分数计，包括聚乙二醇1~2%、磺酸盐15~20%和苄叉丙酮2~3%，余量为去离子水。本发明能够有效改善金属工具表面性能，增强表面硬度，提高其耐磨性和抗腐蚀性。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种用于金属工具表面的电镀液及电镀工艺。
背景技术
电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性及增进美观等作用。
现有技术中使用的主要镀层有六价铬、铜锡合金、银、金等，但是电镀六价铬工艺产生的污水难处理，对环境污染严重，镀层不环保；铜锡镀层只能耐80~100℃，超过此温度，镀层将会变黑、变蓝，不能保持银白的颜色；镀银工艺中最常使用的镀银电镀液为含氰化物的镀银液，因为氰化物是一种剧毒物质，这种含氰化物的镀银电镀液会极大的危害镀银工艺工作人员的身体健康；镀金工艺虽然可以改善导电接触阻抗，增进信号传输，但其成本高昂。
因此，需要一种可以用于改善金属工具表面性能，增强表面硬度，提高其耐磨性和抗腐蚀性的电镀液及电镀工艺。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种用于金属工具表面的电镀液及电镀工艺，能够有效改善金属工具表面性能，增强表面硬度，提高其耐磨性和抗腐蚀性。
技术方案：一种用于金属工具表面的电镀液，其组成为：可溶性三价铬盐18~35g/L、可溶性锌盐15~22 g/L、络合剂80~150 mL/L、缓冲剂15~26 mL/L和光亮剂3~8 mL/L，余量为去离子水；所述络合剂的组成，按质量分数计，包括酒石酸锑钾1.2~10%、二硫代乙二醇2~8%和胺衍生物25~35%，余量为去离子水；所述光亮剂的组成，按质量分数计，包括聚乙二醇1~2%、磺酸盐15~20%和苄叉丙酮2~3%，余量为去离子水。
优选的，所述可溶性三价铬盐为氯化铬、硝酸铬、碱式硫酸铬、硫酸铬钾中的任意一种。
优选的，所述可溶性锌盐为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌中的任意一种。
优选的，所述缓冲剂选自三乙醇胺、三乙胺、氨丁三醇、二甲胺、N-甲基乙醇胺、酒石酸、柠檬酸钠中的一种或几种。
优选的，所述胺衍生物选自乙二胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、多巴胺、己内酰胺、异丙醇胺、二甲胺中的一种或几种。
优选的，所述磺酸盐选自羟甲基磺酸钠、乙烯基磺酸钠、萘基磺酸钠、萘基磺酸钾、烯丙基磺酸钠、烯丙基磺酸钾中的一种或几种。
优选的，所述聚乙二醇的聚合度为1000~2000。
一种用于金属工具表面的电镀工艺，包括步骤如下：
S1.配置电镀液，取配方量的可溶性三价铬盐和可溶性锌盐溶于去离子水中，再加入配方量的络合剂、缓冲剂和光亮剂混合；
S2.前处理，对待电镀的金属工具依次进行脱脂除油、超声水洗、化学抛光和酸洗活化；
S3.电镀，以石墨为阳极，待电镀的金属工具为阴极，通过步骤S1配置的电镀液进行电镀，电镀温度为30~60℃，电流密度为15~40A·dm-2，电镀时间为5~10min；
S4.后处理，对步骤S3中电镀后的金属工具进行清洗和烘干，得到镀层厚度0.2~0.5μm的金属工具。
优选的，所述步骤S1中电镀液的pH为5.2~7.5。
优选的，所述步骤S3中采用纹波系数低于3%的整流电源进行电镀。
有益效果：本发明所提供的电镀液性质稳定，使用周期较长，能够广泛应用于多种基质的金属工具表面，并且适用于挂镀、滚镀、连续镀等多种镀覆方式。
本发明电镀工艺操作简单，电镀速度快，电流效率高，无污染性气体释放，对环境和人体友好；通过控制电镀过程中的温度、电流密度等工艺参数，可以将电镀阳极均匀镀覆在阴极上，使得镀层的成分可控，电镀效率高。由此制得的金属镀层均匀致密，具有硬度高、抗腐蚀性强的特点。
本发明采用三价铬代替现有技术中常见的六价铬作为电镀液的主盐，在保留镀铬层高耐磨、高抗腐蚀性的优点的同时，减少了六价铬带来的环境污染和对人体的伤害；采用无氰镀锌，可以避免氰化物带来的的毒性危害，更利于营建良好的电镀环境。同时这两种金属盐相较于具有近似效果的金、铂、钯等贵重金属成本更加低廉，更有利于企业降低成本。本发明通过可溶性三价铬盐和可溶性锌盐的结合，充分发挥了两者协同增效的作用，为提高金属镀层的硬度、耐磨性和抗腐蚀性提供了基础；同时，通过配制相应的络合剂和光亮剂，可以使两种待镀金属阳离子的电镀条件趋同，并且充分发挥两者的协同作用。
经本发明处理得到的金属工具，在中性盐雾实验中出现锈点的测试时长为86~110h；表面光亮平整，表面硬度达到1200~1800HV。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下所使用的化学试剂均为市售产品，电镀前处理工艺按照一般工艺处理进行，整流电源采用可控硅整流电源或脉冲电源。
实施例1
一种用于金属工具表面的电镀液，其组成为：氯化铬20g/L、氯化锌15 g/L、络合剂150 mL/L、缓冲剂16 mL/L和光亮剂3 mL/L，余量为去离子水；所述络合剂的组成，按质量分数计，包括酒石酸锑钾3%、二硫代乙二醇4%、乙二胺20%和三乙醇胺10%，余量为去离子水；所述光亮剂的组成，按质量分数计，包括聚乙二醇1%、羟甲基磺酸钠10%、乙烯基磺酸钠5%和苄叉丙酮2%，余量为去离子水。
其中，所述聚乙二醇的聚合度为1000~2000。
一种用于金属工具表面的电镀工艺，包括步骤如下：
S1.配置电镀液，取配方量的可溶性三价铬盐和可溶性锌盐溶于去离子水中，再加入配方量的络合剂、缓冲剂和光亮剂混合，调节电镀液的pH为6.5；
S2.前处理，对待电镀的金属工具依次进行脱脂除油、超声水洗、化学抛光和酸洗活化；
S3.电镀，以石墨为阳极，待电镀的金属工具为阴极，采用纹波系数为2.5%的整流电源，通过步骤S1配置的电镀液进行电镀，电镀温度为30~60℃，电流密度为15~40A·dm-2，电镀时间为5~10min；
S4.后处理，对步骤S3中电镀后的金属工具进行清洗和烘干，得到镀层厚度0.2~0.5μm的金属工具。
实施例2
一种用于金属工具表面的电镀液，其组成为：硝酸铬35g/L、硝酸锌22 g/L、络合剂150 mL/L、缓冲剂26 mL/L和光亮剂6 mL/L，余量为去离子水；所述络合剂的组成，按质量分数计，包括酒石酸锑钾8%、二硫代乙二醇8%、二甲基乙醇胺15%和己内酰胺20%，余量为去离子水；所述光亮剂的组成，按质量分数计，包括聚乙二醇2%、萘基磺酸钠10%、烯丙基磺酸钠10%和苄叉丙酮2.5%，余量为去离子水。
其中，所述聚乙二醇的聚合度为1000~2000。
一种用于金属工具表面的电镀工艺，包括步骤如下：
S1.配置电镀液，取配方量的可溶性三价铬盐和可溶性锌盐溶于去离子水中，再加入配方量的络合剂、缓冲剂和光亮剂混合，调节电镀液的pH为5.2；
S2.前处理，对待电镀的金属工具依次进行脱脂除油、超声水洗、化学抛光和酸洗活化；
S3.电镀，以石墨为阳极，待电镀的金属工具为阴极，采用纹波系数为2.3%的整流电源，通过步骤S1配置的电镀液进行电镀，电镀温度为30~60℃，电流密度为15~40A·dm-2，电镀时间为5~10min；
S4.后处理，对步骤S3中电镀后的金属工具进行清洗和烘干，得到镀层厚度0.2~0.5μm的金属工具。
实施例3
一种用于金属工具表面的电镀液，其组成为：碱式硫酸铬25g/L、硫酸锌15 g/L、络合剂80 mL/L、缓冲剂15 mL/L和光亮剂3 mL/L，余量为去离子水；所述络合剂的组成，按质量分数计，包括酒石酸锑钾1.2%、二硫代乙二醇2%、多巴胺5%、异丙醇胺5%和己内酰胺15%，余量为去离子水；所述光亮剂的组成，按质量分数计，包括聚乙二醇2%、萘基磺酸钾10%、烯丙基磺酸钾5%和苄叉丙酮2%，余量为去离子水。
其中，所述聚乙二醇的聚合度为1000~2000。
一种用于金属工具表面的电镀工艺，包括步骤如下：
S1.配置电镀液，取配方量的可溶性三价铬盐和可溶性锌盐溶于去离子水中，再加入配方量的络合剂、缓冲剂和光亮剂混合，调节电镀液的pH为6.8；
S2.前处理，对待电镀的金属工具依次进行脱脂除油、超声水洗、化学抛光和酸洗活化；
S3.电镀，以石墨为阳极，待电镀的金属工具为阴极，采用纹波系数为2.3%的整流电源，通过步骤S1配置的电镀液进行电镀，电镀温度为30~60℃，电流密度为15~40A·dm-2，电镀时间为5~10min；
S4.后处理，对步骤S3中电镀后的金属工具进行清洗和烘干，得到镀层厚度0.2~0.5μm的金属工具。
实施例4
一种用于金属工具表面的电镀液，其组成为：硫酸铬钾18g/L、硫酸锌15 g/L、络合剂100 mL/L、缓冲剂22 mL/L和光亮剂8 mL/L，余量为去离子水；所述络合剂的组成，按质量分数计，包括酒石酸锑钾10%、二硫代乙二醇8%、二甲胺25%，余量为去离子水；所述光亮剂的组成，按质量分数计，包括聚乙二醇2%、烯丙基磺酸钾15%和苄叉丙酮2%，余量为去离子水。
其中，所述聚乙二醇的聚合度为1000~2000。
一种用于金属工具表面的电镀工艺，包括步骤如下：
S1.配置电镀液，取配方量的可溶性三价铬盐和可溶性锌盐溶于去离子水中，再加入配方量的络合剂、缓冲剂和光亮剂混合，调节电镀液的pH为7.5；
S2.前处理，对待电镀的金属工具依次进行脱脂除油、超声水洗、化学抛光和酸洗活化；
S3.电镀，以石墨为阳极，待电镀的金属工具为阴极，采用纹波系数为2.8%的整流电源，通过步骤S1配置的电镀液进行电镀，电镀温度为30~60℃，电流密度为15~40A·dm-2，电镀时间为5~10min；
S4.后处理，对步骤S3中电镀后的金属工具进行清洗和烘干，得到镀层厚度0.2~0.5μm的金属工具。
将上述实施例中处理得到的金属工具，在显微镜下观察，发现镀层表面均匀致密，均无起皮、鼓泡现象。经抗腐蚀性测试和硬度测试，发现在中性盐雾实验中出现锈点的测试时长为86~110h；表面硬度达到1200~1800HV。
Claims (10)
1.一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，其组成为：可溶性三价铬盐18~35g/L、可溶性锌盐15~22 g/L、络合剂80~150 mL/L、缓冲剂15~26 mL/L和光亮剂3~8 mL/L，余量为去离子水；所述络合剂的组成，按质量分数计，包括酒石酸锑钾1.2~10%、二硫代乙二醇2~8%和胺衍生物25~35%，余量为去离子水；所述光亮剂的组成，按质量分数计，包括聚乙二醇1~2%、磺酸盐15~20%和苄叉丙酮2~3%，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述可溶性三价铬盐为氯化铬、硝酸铬、碱式硫酸铬、硫酸铬钾中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述可溶性锌盐为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述缓冲剂选自三乙醇胺、三乙胺、氨丁三醇、二甲胺、N-甲基乙醇胺、酒石酸、柠檬酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述胺衍生物选自乙二胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、多巴胺、己内酰胺、异丙醇胺、二甲胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述磺酸盐选自羟甲基磺酸钠、乙烯基磺酸钠、萘基磺酸钠、萘基磺酸钾、烯丙基磺酸钠、烯丙基磺酸钾中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述聚乙二醇的聚合度为1000~2000。
8.根据权利要求1所述的一种用于金属工具表面的电镀液的电镀工艺，其特征在于，包括步骤如下：
S1.配置电镀液，取配方量的可溶性三价铬盐和可溶性锌盐溶于去离子水中，再加入配方量的络合剂、缓冲剂和光亮剂混合；
S2.前处理，对待电镀的金属工具依次进行脱脂除油、超声水洗、化学抛光和酸洗活化；
S3.电镀，以石墨为阳极，待电镀的金属工具为阴极，通过步骤S1配置的电镀液进行电镀，电镀温度为30~60℃，电流密度为15~40A·dm-2，电镀时间为5~10min；
S4.后处理，对步骤S3中电镀后的金属工具进行清洗和烘干，得到镀层厚度0.2~0.5μm的金属工具。
9.根据权利要求8所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述步骤S1中电镀液的pH为5.2~7.5。
10.根据权利要求8所述的一种用于金属工具表面的电镀液，其特征在于，所述步骤S3中采用纹波系数低于3%的整流电源进行电镀。
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