CN105239137A

CN105239137A - 一种电镀工艺

Info

Publication number: CN105239137A
Application number: CN201510718912.7A
Authority: CN
Inventors: 沈秋
Original assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开了一种电镀工艺，选择合适的电流密度、PH值等工艺参数在金属镀层中加入Al₂O₃纳米颗粒以改善镀层的性能，包括：除油—水洗—酸洗—电解清洗—钝化—中和—选择电镀工艺参数—一次电镀—二次电镀—水洗—干燥。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。酸洗采用硝酸50g/L和HF40g/L的混合溶，温度65度，时间10min。电镀工艺参数包括母液为瓦特镀液，Al₂O₃粒径为15nm，电流密度6—12A/dm²，PH为2.5—3.0，镀液温度40—60度，一次电镀时间1.5—2h，二次电镀时间0.5—1h。该发明镀层均匀，能够有效提高零件的耐磨性、抗腐蚀性和抗氧化性等力学性能，并且电镀工艺参数易于控制，镀层质量稳定。

Description

一种电镀工艺

技术领域

本发明涉及一种电镀工艺。

背景技术

所谓的复合电镀，就是在电镀液中加入非水溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基材上的涂覆工艺，得到的镀层为复合镀层。为了提高机械零部件使用寿命，国内外学者对材料表面改性技术进行了广泛的研究，这些技术归纳起来主要有两类：热加工法(如热喷涂、激光、气相沉积等)和湿法(电沉积、化学镀、电刷镀等)。其中复合电镀技术由于其工艺简单、能显著地改善镀层的性能、节约大量贵重原材料而引起了人们的关注口J。

复合电镀在国外已有六、七十年的历史，国内起步较晚，近二十多年才得以迅速发展。目前，复合电镀技术仍是世界各国竞相研究的热点，尤其日本、俄罗斯在该领域的研究较深入。目前研制出的镀层从功能上已形成多种系列：在复台电镀工艺方面，已从二元到多元，从普通的固体微粒到纳米颗粒，从一般的复合镀到梯度复合镀，并在镀层中引入稀土化合物。

复合电镀屡的制备特点

用复台电镀技术制各复合材料比熔渗法，热挤压法，粉末冶金法等热加工法具有显著的优越性，其特点如下：

作温度低；用热加工方法制各复合材料一般须在500～1000℃或更高的温度下进行处理，基质金属与固体微粒之间难免发生相互扩散及化学反应等现象，并且不能实现有机物夹杂；采用复合电镀方法，因大多数是在水相中进行，温度很少超过90℃，一般在50～60℃左右进行，即使是有机物也能稳定存在。基质金属与各类夹杂物基本上不发生相互作用，仍能保持其各自特性。

材料在使用过程中往往是表面最先受到破坏，磨损和腐蚀是两种最主要的破坏形式。据估计，摩擦磨损每年给美国造成的经济损失高达4200亿美元，相当于其国民生产总值的6％。为此人们开发出了许多改善材料表面性能的技术手段以提高材料的使用寿命，目前材料表面改性技术的研究己成为材料科学中的研究热点。金属材料表面改性技术大致可以分为两类：一类是热加工法，如电子束沉积、激光涂覆、气相沉积、离子沉积等；另一类是湿法，如电沉积(电镀)、化学镀、刷镀、阳极氧化、磷化等。在这些方法中，就制取耐磨表面材料而言，电沉积法

由于具有投资少、操作简单、易于控制、生产成本低和能耗少等优点而受到人们青睐。目前电沉积技术已有了长足发展，从单金属沉积，发展到现在为满足特定性能要求的合金、金属/多种颗粒的复合电沉积技术。

复合电镀(复合电沉积或分散电镀)是在金属(或合金)电镀液中加入一种或数种不溶性非金属固体颗粒，或向溶液中加入某种化学物质产生沉淀来得到固体颗粒，使其与金属(或合金)共沉积而得到复合镀层的一种工艺。自从1949年美国人A.Simos获得第一个复合电镀专利以来，复合电镀工艺手段与方法不断得到完善，20世纪70年代初出现了金属/陶瓷颗粒(微米级)镀层复合材料。80年代初开始了将纳米颗粒引入金属镀层的研究工作，但直到90年代中期才研究获得了金属/纳米陶瓷颗粒的表面复合镀层材料。

纳米材料科学与技术是20世纪末出现并将在21世纪崭露头角的一门新兴学科，它的发展将对许多学科产生深刻影响。纳米粉体材料是纳米科技的研究热点之一，也是目前应用最为广泛的纳米材料。将纳米粉体材料引入复合镀技术中是对纳米材料应用的重大发展，也是复合镀技术未来的发展趋势。目前人们已制各了多种纳米复合镀层，如高硬度、耐磨复合镀层，自润滑复合镀层，具有电接触功能的复合镀层，耐蚀、装饰功能的复合镀层等，其中高硬度、耐磨复合镀层是研究较多和较为***的镀层材料。耐磨纳米复合镀层的研究与开发将涉及到材料学、复合电沉积、纳米材料学和纳米摩擦学等多学科知识。

纳米材料是指由纳米结构单元构成的任何材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料等，纳米材料主要被制成纳米粉体材料、晶体材料和薄膜材料三种。处于纳米尺度下的物质，其电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响，诸如熔点、磁学性能、电学性能、光学性能、力学性能和化学活性会出现与传统材料迥然不同的性质，而且表现出的独特性能无法用传统的理论体系来解释。纳米材料由纳米粒子组成，纳米粒子是制备纳米复合材料常用的结构单元，也是能和传统材料相复合，对传统材料进行纳米改性最常用的纳米添加元素。

纳米粒子是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉。纳米粒子尺寸一般在100nm之间，也被称为超微粒子。从通常的关于宏观和微观的观点看，这样的***既非典型的微观***也非典型的宏观***，是一种典型的介观***。当小粒子的尺寸进入纳米量级时，其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，这四大效应造成了小粒子以及由它们构成的纳米材料展现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景。

当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最抵未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象称为量子尺寸效应。当能级间距大予热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量、超导态的凝聚能时，将导致纳米微粒的磁、光、声、热、电、超导电性与宏观特性存在显著不同。例如，颗粒的磁化率、比热容与其所含电子的奇、偶数有关，相应产生光谱线的频移、介电常数变化等，甚至奇、偶数电子还会影响其催化性质。小尺寸效应(体积效应)指纳米微粒尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等特征尺度相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，在声、光、电、磁、热力学等特性均呈现小尺寸效应。这种特异效应为纳米材料的应用开拓了广阔的新领域，例如，随着纳米材料粒径的减小，其熔点不断降低，烧结温度也显著下降，从而为粉末冶金工业提供了新工艺；利用等离子共振频移随晶粒尺寸变化的性质，可以通过改变晶粒尺寸来控制吸收波的位移，从而制造出具有一定频宽的微波吸收材料，用于电磁屏蔽、隐形飞机等。当材料的粒径远远大于原子直径时，表面原子可以忽略；但当粒径逐渐接近于原子直径时，表面原子的数目及其作用就不能忽略，而且这时晶粒的表面积、表面能和表面结合能等都发生了很大的变化，人们把由此引起的种种特异效应统称为表面效应。由于表面原子数的增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。例如，金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。

微观粒子具有贯穿势垒能力的效应称为隧道效应。近年来人们发现一些宏观量，如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观体系的势垒而产生变化，故称之为宏观的量子隧道效应。这种效应和量子尺寸效应一起，将会是未来电子器件的基础，它们确定了微电子器件进一步微型化的极限。

以上4种效应是纳米粒子与纳米固体的基本特性，它使纳米粒子和固体呈现许多奇特的物理性质、化学性质，出现一些“反常现象”，如金属为导体，但纳米金属微粒在低温由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性。但随着粒径减小比表面积增大，纳米粒子在制各和使用过程中将面临严重的团聚问题，所以要想拓宽纳米粒子的应用领域，必须解决好纳米粒子的团聚与分散问题。

纳米粒子表面的活性使它们很容易团聚在一起从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体。为了解决这一问题，无论是用物理方法还是用化学方法制备的纳米粒子经常采用分散在溶液中进行收集。悬浮在溶液中的微粒普遍受到范德瓦斯力作用很容易发生团聚，而由于吸附在小颗粒表面形成的具有一定电位梯度的双电层又有克服范德瓦斯力阻止颗粒团聚的作用，微粒是否团聚主要由这两个因素决定。如果团聚一旦发生，通常采用超声波将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体打碎。其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体中小微粒之间的库仑力或范德瓦斯力，从而使颗粒分散于分散剂。对于更小颗粒的分散通常采用加入反絮凝剂形成双电层和加表(界)面活性剂包裹微粒的办法，前者较适用于纳米氧化物颗粒而后者较适用于磁性纳米颗粒的分散。

在纳米复合镀液中添加表面活性剂，通过表面活性剂在纳米粒子的吸附，降低纳米粒子的表面能，可有效的改善纳米粒子在镀液及镀层中的分散状况，减少纳米粒子的团聚，这是目前纳米复合镀技术中解决纳米粒子团聚问题所普遍采用的方法。表面活性剂的种类对镀液中纳米粒子的分散性影响很大，添加非极性表面活性剂的镀液及镀层中纳米粒子的分散性最佳，而添加阳离子活性剂时纳米粒子的分散性最差。pH值对表面活性剂的作用也有很大影响，在酸性溶液中宜选用非极性和阴离子型表面活性剂，而碱性溶液中宜选用阳离子型表面活性剂。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电镀工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电镀工艺，选择合适的电流密度、PH值等工艺参数在金属镀层中加入Al₂O₃纳米颗粒以改善镀层的性能，包括：除油——水洗——酸洗——电解清洗——钝化——中和——选择电镀工艺参数——一次电镀——二次电镀——水洗——干燥。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。酸洗采用硝酸50g/L和HF40g/L的混合溶，温度65度，时间10min。电镀工艺参数包括母液为瓦特镀液，Al₂O₃粒径为15nm，电流密度6——12A/dm²，PH为2.5——3.0，镀液温度40——60度，一次电镀时间1.5——2h，二次电镀时间0.5——1h。

具体实施方式

实施例1

一种电镀工艺，选择合适的电流密度、PH值等工艺参数在金属镀层中加入Al₂O₃纳米颗粒以改善镀层的性能，包括：除油——水洗——酸洗——电解清洗——钝化——中和——选择电镀工艺参数——一次电镀——二次电镀——水洗——干燥。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。酸洗采用硝酸50g/L和HF40g/L的混合溶，温度65度，时间10min。电镀工艺参数包括母液为瓦特镀液，Al₂O₃粒径为15nm，电流密度12A/dm²，PH为3.0，镀液温度60度，一次电镀时间1.5h，二次电镀时间0.5h。

实施例2

一种电镀工艺，选择合适的电流密度、PH值等工艺参数在金属镀层中加入Al₂O₃纳米颗粒以改善镀层的性能，包括：除油——水洗——酸洗——电解清洗——钝化——中和——选择电镀工艺参数——一次电镀——二次电镀——水洗——干燥。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为70℃，时间5min。酸洗采用硝酸50g/L溶液，温度65度，时间10min。电镀工艺参数包括母液为铜镀液，Al₂O₃粒径为20nm，电流密度9A/dm²，PH为3.0，镀液温度55度，一次电镀时间2h，二次电镀时间0.7h。

Claims

1.一种电镀工艺，其特征在于选择合适的电流密度、PH值等工艺参数在金属镀层中加入Al₂O₃纳米颗粒以改善镀层的性能，包括：除油——水洗——酸洗——电解清洗——钝化——中和——选择电镀工艺参数——一次电镀——二次电镀——水洗——干燥。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酸洗采用硝酸50g/L和HF40g/L的混合溶，温度65度，时间10min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电镀工艺参数包括母液为瓦特镀液，Al₂O₃粒径为15nm，电流密度6——12A/dm²，PH为2.5——3.0，镀液温度40——60度，一次电镀时间1.5——2h，二次电镀时间0.5——1h。