CN114196997B

CN114196997B - 一种镍钴钨梯度镀层的镀液、制备方法及电镀方法

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Publication number: CN114196997B
Application number: CN202111664375.4A
Authority: CN
Inventors: 张中泉; 阴译飚; 廖志群; 卫国英
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114196997A

Abstract

本发明公开了一种镍钴钨梯度镀层的镀液、制备方法及电镀方法，涉及梯度镀层的制备领域，每1L镀液中包括：硫酸镍9‑18g，硫酸钴3‑6g，钨酸钠30‑60g，柠檬酸三钠90‑180g，氯化铵18‑36g，氯化钠6‑12g。本发明采用恒定电流、直流连续电镀，克服了梯度镀层电镀工艺中的电镀参数控制复杂、对电镀电源要求较高的问题。

Description

一种镍钴钨梯度镀层的镀液、制备方法及电镀方法

技术领域

本发明涉及梯度镀层的制备领域，更具体的说是涉及一种镍钴钨梯度镀层的镀液、制备方法及电镀方法。

背景技术

随着科技与经济发展，为满足工业领域对于镀层性能需求的不断提高，具有成分、结构或性能梯度的镀层被开发出来。镀层中成分和结构的梯度分布，不仅可改善镀层与基体材料的相容性，提高二者的结合强度，而且可使镀层具有其他特殊的性能。

电沉积是一种简单、快捷、廉价、易控制的制备梯度镀层的方法。在梯度镀层的电沉积制备方法中，常通过电镀过程中连续改变电流密度、脉冲频率等电源参数，控制镀层中不同成分的沉积速率，从而获得具有成分梯度的镀层。然而该方法不仅需要设计电镀过程中电镀参数的变化方式，而且对于电镀电源的可控性要求较高。相比之下，恒流直流连续电镀工艺不仅对电镀电源的性能要求较低，而且电镀工艺操作简单、易于实现。

因此，结合上述问题，提供一种镍钴钨梯度镀层的镀液及其电镀方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服梯度镀层电镀工艺中的电镀参数控制复杂、对电镀电源要求较高的问题，提供一种镍钴钨梯度镀层的镀液及其电镀方法。

为了实现上述目的，本发明目的之一提供了一种镍钴钨梯度镀层的镀液，技术方案如下：

一种镍钴钨梯度镀层的镀液，每1L镀液中包括：硫酸镍9-18g，硫酸钴3-6g，钨酸钠30-60g，柠檬酸三钠90-180g，氯化铵18-36g，氯化钠6-12g。

本发明目的之二提供了一种镍钴钨梯度镀层镀液的制备方法，具体包括如下步骤：

1)分别称取硫酸镍、硫酸钴、钨酸钠、柠檬酸三钠、氯化铵与氯化钠，备用；

2)将硫酸镍和硫酸钴一起溶解于水中得到镍盐-钴盐的混合水溶液；

3)将钨酸钠溶解于水中得到钨酸钠水溶液；

4)将柠檬酸三钠溶解于水中得到柠檬酸三钠水溶液；

5)将氯化铵和氯化钠一起溶解于水中得到氯化物水溶液；

6)将钨酸钠水溶液、柠檬酸三钠水溶液混合得混合液，再将镍盐-钴盐的混合水溶液、氯化物水溶液加入混合液中，并加水调整至上述所述镍钴钨梯度镀层的镀液浓度，再加热至40-60℃即得镀液。

采用上述技术方案的有益效果至少包括：可以避免多种试剂一起溶解生成沉淀，影响镀液的使用和性能。

优选的，步骤6)所述硫酸镍、硫酸钴、钨酸钠、柠檬酸三钠、氯化铵与氯化钠的质量比为3:1:10:30:6:2。

本发明目的之三提供一种镍钴钨梯度镀层的镀液的电镀方法，具体步骤如下：

S1，将镀件基体打磨，水洗后放入5％浓度的稀盐酸，室温下浸泡30s，取出后用蒸馏水冲洗干净备用；

S2，以步骤S1中处理过的镀件为阴极，纯铂板为阳极，浸入到权利要求1所述的镀液或权利要求2所述制备方法制备的镀液中，进行电镀，机械搅拌速度为300r/min，电镀完成后将镀件浸入去离子水中回收镀件表面的镀液，浸泡10s后，用流动的去离子水漂洗30s后进行干燥即可。

采用上述技术方案的有益效果至少包括：采用机械搅拌或阴极移动，可以保证镀液成分在电镀过程中的均匀性；且电镀后的镀件表面浸泡冲洗，可以使获得的镀层表面没有镀液残留。

优选的，步骤S2所述干燥温度设置为60-80℃，干燥时间为30-40min。

优选的，步骤S2所述电镀采用恒定电流、直流连续电镀。

优选的，步骤S2所述镀液温度保持在40-60℃，阴极电流密度0.5-2.0A/dm²，直流连续电镀时间6-10h。

优选的，所述电镀方法中不添加表面活性剂且无需调解镀液pH值。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

本发明采用镍钴钨梯度镀层的镀液配方及恒电流直流连续电镀工艺具有以下优点：一是直接获得具备成分与结构均呈梯度化分布的镍钴钨镀层；二是镀液配方简单、易于配制，镀液中不添加其他表面活性剂，无需额外调解镀液pH值；三是采用恒电流、直流连续电镀，无需在电沉积过程中改变电镀参数，对所用电镀电源要求不高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需附图作简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1背散射电子模式下的SEM图；

图2为本发明实施例1EDS面扫描测得的元素分布图；

图3为本发明实施例1沿图1中黑线进行EDS线扫描测试所得的元素分布结果；

图4为背散射电子模式下的SEM图；

图5为EDS面扫描测得的元素分布图；

图6为沿图4中黑线进行EDS线扫描测试所得的元素分布结果图；

图7为背散射电子模式下的SEM图；

图8为沿图7中黑线进行EDS线扫描测试所得的元素分布结果图。

具体实施方式

下面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。

实施例1

本实施例公开了一种镍钴钨梯度镀层的镀液，每1L镀液中包括：硫酸镍15g，硫酸钴5g，钨酸钠50g，柠檬酸三钠150g，氯化铵30g，氯化钠10g。

并在此基础上公开了一种镍钴钨梯度镀层镀液的制备方法，具体包括：

1)将15g的硫酸镍和5g的硫酸钴一起溶解于水中得到镍盐-钴盐的混合水溶液；

2)取50g的钨酸钠溶解于水中得到钨酸钠水溶液；

3)取150g的柠檬酸三钠溶解于水中得到柠檬酸三钠水溶液；

4)将30g的氯化铵和10g的氯化钠一起溶解于水中得到氯化物水溶液；

5)将钨酸钠水溶液、柠檬酸三钠水溶液混合，将镍盐-钴盐的混合水溶液、氯化物水溶液加入上述钨酸钠与柠檬酸三钠的混合水溶液中，并加水至1L，从而得到最终所需的镀液，并将电镀液加热至50℃。

进一步，在上述基础上提供了一种镍钴钨梯度镀层的镀液的电镀方法，具体包括：

S1，将镀件基体打磨，水洗后的放入含有5％浓度稀盐酸溶液中，室温下浸泡30秒，取出后用蒸馏水冲洗干净备用；

S2，将前述处理过的镀件为阴极，纯铂板为阳极，浸入上述电镀液中，镀液温度保持在50℃，阴极电流密度1.25A/dm²，直流电镀时间8h，机械搅拌速度300r/min，采用恒定电流、直流连续电镀；电镀完成后将镀件浸入去离子水中回收镀件表面的电镀液，浸泡10s后，用流动的去离子水漂洗30s，恒温箱干燥，其中干燥温度设置为60-80℃，干燥时间为30-40min。

结果测试：

对所制备镀层截面进行扫描电子显微镜(SEM)测试及X射线能谱(EDS)分析，结果如图1-3所示：

其中，图1为背散射电子模式下的SEM图，可见镀层由下及上，呈现结构变化。

图2为EDS面扫描测得的元素分布图；

图3为沿图1中黑线进行EDS线扫描测试所得的元素分布结果；

表1为图1中1到9点的EDS测试结果，可见镍、钴、钨三种元素均呈现梯度分布，其中镍元素由下往上含量逐渐降低，钴元素由下往上含量逐渐增加，钨元素由下往上含量逐渐增加。

表1

实施例2

本实施例公开了一种镍钴钨梯度镀层的镀液，每1L镀液中包括：硫酸镍18g，硫酸钴6g，钨酸钠60g，柠檬酸三钠180g，氯化铵36g，氯化钠12g。

在上述的基础上，本实施例还公开一种镍钴钨梯度镀层镀液的制备方法，具体包括：

1)将18g的硫酸镍和6g的硫酸钴一起溶解于水中得到镍盐-钴盐的混合水溶液；

2)取60g的钨酸钠溶解于水中得到钨酸钠水溶液；

3)取180g的柠檬酸三钠溶解于水中得到柠檬酸三钠水溶液；

4)将36g的氯化铵和12g的氯化钠一起溶解于水中得到氯化物水溶液；

5)将钨酸钠水溶液、柠檬酸三钠水溶液混合，将镍盐-钴盐的混合水溶液、氯化物水溶液加入上述钨酸钠与柠檬酸三钠的混合水溶液中，并加水至1L，从而得到最终所需的镀液，并将镀液加热至60℃。

进一步，在上述基础上，本实施例还提供了一种镍钴钨梯度镀层的镀液的电镀方法，具体包括：

S2，将前述处理过的工镀件为阴极，纯铂板为阳极，浸入上述镀液中，镀液温度保持在60℃，阴极电流密度2.0A/dm2，直流电镀时间6h，机械搅拌速度300r/min，采用恒定电流、直流连续电镀；电镀完成后将镀件浸入去离子水中回收镀件表面的电镀液，浸泡10s后，用流动的去离子水漂洗30s，恒温箱干燥，其中干燥温度设置为60-80℃，干燥时间为30-40min。

数据测试：

对所制备镀层截面进行扫描电子显微镜(SEM)测试及X射线能谱(EDS)分析，结果如下，

图4为背散射电子模式下的SEM图，可见镀层由下及上，呈现结构变化；

图5为EDS面扫描测得的元素分布图；

图6为沿图4中黑线进行EDS线扫描测试所得的元素分布结果，可见镍、钴两种元素均呈现梯度分布，其中镍元素由下往上含量逐渐降低，钴元素由下往上含量逐渐增加，钨元素含量变化不大。

实施例3

本实施例提供了一种镍钴钨梯度镀层的镀液，每1L镀液中包括：硫酸镍9g，硫酸钴3g，钨酸钠30g，柠檬酸三钠90g，氯化铵18g，氯化钠6g。

在上述基础上，本实施例还提供了一种镍钴钨梯度镀层镀液的制备方法，具体包括：

1)将9g的硫酸镍和3g的硫酸钴一起溶解于水中得到镍盐-钴盐的混合水溶液；

2)取30g的钨酸钠溶解于水中得到钨酸钠水溶液；

3)取90g的柠檬酸三钠溶解于水中得到柠檬酸三钠水溶液；

4)将18g的氯化铵和6g的氯化钠一起溶解于水中得到氯化物水溶液；

5)将钨酸钠水溶液、柠檬酸三钠水溶液混合，将镍盐-钴盐的混合水溶液、氯化物水溶液加入上述钨酸钠与柠檬酸三钠的混合水溶液中，并加水至1L，从而得到最终所需的镀液，并将镀液加热至50℃。

在上述基础上，本实施例还公开了一种镍钴钨梯度镀层的镀液的电镀方法，具体包括：

S2，将上述处理过的镀件为阴极，纯铂板为阳极，浸入上述电镀液中，镀液温度保持在40℃，阴极电流密度0.5A/dm2，直流电镀时间10h，机械搅拌速度300r/min，采用恒定电流、直流连续电镀；电镀完成后将镀件浸入去离子水中回收镀件表面的电镀液，浸泡10s后，用流动的去离子水漂洗30s，恒温箱干燥，干燥温度设置为60-80℃，干燥时间为30-40min。

数据测试：

对所制备镀层截面进行扫描电子显微镜(SEM)测试及X射线能谱(EDS)分析，结果如下：

图7为背散射电子模式下的SEM图，可见镀层由下及上，呈现结构变化；

图8为沿图7中黑线进行EDS线扫描测试所得的元素分布结果，尽管镍和钨元素的变化并不明显，钴元素的分布仍然呈现一定的梯度，钴元素由下往上含量逐渐增加。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种镍钴钨梯度镀层的电镀方法，其特征在于，所述电镀方法具体步骤如下：

S2，以步骤S1中处理过的镀件为阴极，纯铂板为阳极，浸入到镀液中，进行电镀，机械搅拌速度为300r/min，电镀完成后将镀件浸入去离子水中回收镀件表面的镀液，浸泡10s后，用流动的去离子水漂洗30s后进行干燥即可；

步骤S2所述干燥温度设置为60-80℃，干燥时间为30-40min；

步骤S2所述电镀采用恒定电流、直流连续电镀；

步骤S2所述镀液温度保持在40-60℃，阴极电流密度0.5-2.0A/dm2，直流连续电镀时间6-10h；

每1L所述镀液中包括：硫酸镍9-18g，硫酸钴3-6g，钨酸钠30-60g，柠檬酸三钠90-180g，氯化铵18-36g，氯化钠6-12g。

2.根据权利要求1所述的一种镍钴钨梯度镀层的电镀方法，其特征在于，所述镀液的制备方法具体包括如下步骤：

3)将钨酸钠溶解于水中得到钨酸钠水溶液；

4)将柠檬酸三钠溶解于水中得到柠檬酸三钠水溶液；

5)将氯化铵和氯化钠一起溶解于水中得到氯化物水溶液；

6)将钨酸钠水溶液、柠檬酸三钠水溶液混合得混合液，再将镍盐-钴盐的混合水溶液、氯化物水溶液加入混合液中，并加水调整至权利要求1所述镍钴钨梯度镀层的镀液浓度，再加热至40-60℃即得镀液。

3.根据权利要求2所述的一种镍钴钨梯度镀层的电镀方法，其特征在于，步骤6)所述硫酸镍、硫酸钴、钨酸钠、柠檬酸三钠、氯化铵与氯化钠的质量比为3:1:10:30:6:2。