CN101851754A

CN101851754A - 铝合金上制备Ni-Co-P/Si3N4镀层的化学复合镀方法

Info

Publication number: CN101851754A
Application number: CN201010165287A
Authority: CN
Inventors: 方亮; 胡佳; 李赟; 唐安琼; 殷波
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2010-10-06

Abstract

一种铝合金上制备Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的化学复合镀方法，包括粉末前处理、脱脂、弱碱腐蚀、除垢、沉锌、褪锌、二次沉锌、化学镀膜；其特征是化学镀液由主盐硫酸镍6-28g/L、硫酸钴6-26g/L，还原剂次磷酸钠28g/L，Si₃N₄4-12g/L，缓冲剂硼酸15g/l，络合剂柠檬酸10g/l，稳定剂硫脲0.002g/l，表面活性剂C₁₆S 0.08g/L等组成，镀液pH值5.0-7.0，温度75℃-95℃，时间2hours；本发明具有镀液稳定、工艺简单等优点，可提高镀层厚度均匀性，增强结合力，延长镀层的使用寿命，进一步促进铝合金在电子产品、汽车工业、航空航天等领域的广泛应用。

Description

铝合金上制备Ni-Co-P/Si3N4镀层的化学复合镀方法

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，特别涉及一种在铝合金上制备Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的化学复合镀方法。

背景技术

铝合金表面镀膜工艺可以提高铝合金硬度和耐磨性，在工业生产中应用广泛。国内外对铝合金表面镀Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的研究报导很少，除了日本有在铝合金上用化学复合镀方法制备该镀层的专利介绍外，大都是采用复合电镀制备镀层的方法。国内李赟等人在铝合金基体上采用复合电镀成功制备了Ni-Co-P/Si₃N₄镀层(李赟，铝合金上Ni-Co-P/Si3N4复合电镀层的制备与性能研究重庆大学硕士学位论文，2009：52-53.)，该方法容易成膜、镀速快、效率高，但该工艺镀层厚度均匀性不够，特别是其结合力较差，影响了镀层使用寿命。这是因为复合电镀时，镀件附近镀液浓度急剧变化，镀层磷含量呈现层状特征，降低了结合力；且镀层厚度受电流密度大小影响很大，使镀层不均匀，结合力降低。

日本品田学等人在日本专利JP61-149498和JP62-282150中公布了一种制备Ni-Co-P/Si3N4镀层化学复合镀的方法，但该方法主要针对提高镀层的耐磨性和耐烧结性等，专利文献中没有提到有关镀层结合力的内容。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有的复合电镀Ni-Co-P/Si₃N₄技术中镀层均匀性不够、结合力较差的问题，提供了一种化学复合镀方法，得到了厚度均匀、结合力较好的Ni-Co-P/Si₃N₄镀层。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

步骤一、粉末前处理：采用HCl、H₂SO₄组成的混酸溶液浸泡1-3H进行表面活化；再用C₁₆S溶液对其浸泡30-90min，进行分散处理，烘干备用；

步骤二、脱脂：采用表面活性剂肥皂在60℃热水中对工件进行清洗，时间为1-2min；

步骤三、弱碱腐蚀：通过铝合金工件在U-152碱性溶液中浸泡，以达到弱碱腐蚀的效果，室温，时间为1-2min；

步骤四、除垢：即用酸性溶液浸泡的方法去除铝制品在弱碱腐蚀后表面附着的灰色或黑色挂灰，室温，时间为1-2min；

步骤五、沉锌：采用爱美特公司提供的混合沉锌液对工件浸泡，室温，时间为1-2min；

步骤六、褪锌：采用体积比为1∶1的硝酸溶液浸泡工件，室温，时间为0.5-1min；

步骤七、二次沉锌：采用步骤五中的混合沉锌液浸泡工件，室温，时间为0.5-1min；

步骤八、化学镀膜：将工件悬挂于镀液之中施镀，采用电热恒温水浴槽对镀液加热以维持在需要温度范围，施镀过程中采用150-300r/min转速的电动搅拌机对镀液进行搅拌，镀液包括：主盐硫酸镍6-28g/L、硫酸钴6-26g/L，还原剂次磷酸钠28g/L，Si₃N₄4-12g/L，缓冲剂硼酸15g/l，络合剂柠檬酸10g/l，稳定剂硫脲0.002g/l，表面活性剂C₁₆S0.08g/L，PH值5.0-7.0，施镀温度75℃-95℃，化学镀时间2hours。

本发明所涉及的铝合金上Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的化学复合镀制备方法，具有镀液稳定、工艺简单等优点。可提高镀层厚度均匀性，增强结合力，延长镀层的使用寿命，进一步促进铝合金在电子产品、汽车工业、航空航天等领域的广泛应用。

附图说明

图1为用本发明方法在过共晶Al-Si合金叶片上所制备的Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的截面形貌；

图2为用本发明方法在过共晶Al-Si合金叶片上所制备的Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的表面形貌。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

试验材料：过共晶Al-Si铝合金叶片(规格为3.6mm×14mm×39mm)，实验过程如下：

1.氮化硅粉末(粒径：40nm)前处理：盐酸、硫酸(体积比1∶1)混合溶液浸泡1H，蒸馏水将其冲洗至中性，再用C₁₆S溶液浸泡30min，冲洗至中性后烘干备用；

2.脱脂：肥皂水清洗，温度60℃，时间1min；

3.弱碱腐蚀：U-152碱性溶液浸泡，室温，时间1min；

4.除垢：硝酸、磷酸(体积比1∶1)溶液与氟化氢铵(20g/l)溶液组成的混合溶液浸泡，室温，时间1min；

5.沉锌：TribonII、H2O、TribonA3混合溶液(体积比为1∶1∶5)浸泡，室温，时间1min；

6.褪锌∶硝酸溶液(体积比为1∶1)浸泡，室温，时间30S；

7.二次沉锌：TribonII、H2O、TribonA3混合溶液(体积比为1∶1∶5)浸泡，室温，时间30S；

8.化学镀：硫酸镍28g/L、硫酸钴7.5g/L，次磷酸钠28g/L，Si₃N₄4g/L，硼酸15g/l，柠檬酸10g/l，硫脲0.002g/l，C₁₆S 0.08g/L，PH值5.0，施镀温度75℃，化学镀时间2hours，机械搅拌。

实施例2-实施例9中除步骤8的工艺参数有所改变外，其余均与实施例1相同。实施例1-9的化学镀参数见表1(未列出的参数与实施例1相同)

表1 化学镀参数

得到的样品用以下方法进行性能检测，检测方法：用配有INCA350X-射线能谱仪的Tescan可变真空扫描电子显微镜分析镀层的元素组成和形貌，并可从截面读出膜层厚度，并看出镀层厚度是否均匀；用HV-1000显微硬度计检测硬度，用WS-2006涂层附着力自动划痕仪对镀层与基体的结合力进行半定量检测。各实施例的样品厚度均匀性、结合力测试结果见表2。

表2 各实施例的样品厚度均匀性、结合力测试结果

由表2可以看出，以上实施例的镀层厚度沉积均匀，结合力均在80N以上，结合力较好(电镀Ni-Co-P/Si₃N₄镀层结合力通常在30N以下)。为了得到结合力与硬度均优的镀层，采用极差分析法，以硬度为分析指标，对以上正交试验数据进行分析，可得制备镀层均匀、结合力较好且硬度较高的镀层的工艺参数为：硫酸镍20g/L、硫酸钴21.4g/L，次磷酸钠28g/L，Si₃N₄12g/L，硼酸15g/l，柠檬酸10g/l，硫脲0.002g/l，C₁₆S 0.08g/L，PH值7.0，施镀温度95℃，施镀时间2hours。在该优化工艺参数下制备的镀层的截面及表面形貌如附图1和附图2所示，硬度，结合力、成分如表3所示，其中，热处理在大气环境下进行，加热至400℃，保温1小时，炉冷。

表3 优化参数制备镀层成分及部分性能

由表3可以看出，化学复合镀优化参数制备的镀层结合力明显优于复合电镀和日本所生产的某产品。

Claims

1.一种采用化学复合镀技术在铝合金基体上制备Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的表面处理方法，其特征是步骤如下：

步骤八、化学镀膜：将工件悬挂于镀液之中施镀，采用电热恒温水浴槽对镀液加热以维持在需要温度范围，施镀过程中采用150-300r/min转速的电动搅拌机对镀液进行搅拌，施镀温度75℃-95℃，化学镀时间2hours。

2.根据权利要求1所述的一种采用化学复合镀技术在铝合金基体上制备Ni-Co-P/Si₃N₄镀层的表面处理方法，其特征是：步骤八中化学镀Ni-Co-P/Si₃N₄时，镀液的配方为：主盐硫酸镍6-28g/L、硫酸钴6-26g/L，还原剂次磷酸钠28g/L，Si₃N₄4-12g/L，缓冲剂硼酸15g/l，络合剂柠檬酸10g/l，稳定剂硫脲0.002g/l，表面活性剂C₁₆S 0.08g/L，PH值5.0-7.0。施镀温度75℃-95℃，化学镀时间2hours。