CN111074250A - 一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液及制备方法和应用 - Google Patents

一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液及制备方法和应用，由去离子水、主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂和光亮剂组成；所述主盐为硫酸镍，所述还原剂为次亚磷酸钠，所述络合剂由甘氨酸和乳酸组成，所述缓冲剂由四硼酸钠和丁二酸组成，所述稳定剂由硝酸钴和碘化钾组成，所述光亮剂为聚乙二醇。本发明开发出一种高耐蚀性、高稳定性的绿色环保化学镀镍体系以及简易高效的前处理工艺，不仅简化了工艺流程，降低成产成本，而且大幅提高了铝合金的耐蚀性。

Description

一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料腐蚀与防护领域，具体涉及一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液及制备方法和应用。
背景技术
铝及其合金具有密度小、比强度高和良好的导电、导热等性能，被广泛应用于航空航天、交通运输、电子3C等领域。但铝合金的耐蚀性差，易发生点蚀和晶间腐蚀严重制约了其应用和发展。铝合金表面化学镀镍可以有效地改善其耐腐蚀性能。目前铝合金表面化学镀镍的前处理工艺有“二次浸锌法”、“预镀镍法”、“二次浸镍法”、“特殊处理液”等，工艺复杂繁琐，而且镀层孔隙率大，耐蚀性较差，通常需要镀后采用有机封孔剂处理。专利CN107541719A采用预镀镍的前处理工艺，镀后需要采用丙烯酸树脂进行封孔处理，不仅工艺复杂，镀层耐蚀性差，而且有机封孔剂严重影响镀层的电性能。专利CN109112509A发明的高耐蚀性化学镀镍液，在普通碳钢施镀镀层厚度超过10μm时耐中性盐雾试验仅为48h。
综上，铝合金由于高比强度和优异的导电导热等性能被广泛应用于电气化铁路、电子3C和通讯等行业。铝及其合金活性较高，在某些服役环境中容易发生腐蚀，因此需要对其进行表面处理提高耐蚀性，并保留金属材料的导电性。铝合金表面化学镀镍可以有效地改善其耐腐蚀性能，同时保留其良好的导电性。目前铝合金表面化学镀镍存在前处理工艺复杂、镀液稳定性差、镀层孔隙率高导致耐蚀性差、镀后需要采用有机封孔剂处理等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液及制备方法和应用，本发明开发出一种高耐蚀性、高稳定性的绿色环保化学镀镍体系以及简易高效的前处理工艺，不仅简化了工艺流程，降低成产成本，而且大幅提高了铝合金的耐蚀性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液，由去离子水、主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂和光亮剂组成；所述主盐为硫酸镍，所述还原剂为次亚磷酸钠，所述络合剂由甘氨酸和乳酸组成，所述缓冲剂由四硼酸钠和丁二酸组成，所述稳定剂由硝酸钴和碘化钾组成，所述光亮剂为聚乙二醇。
进一步地，所述硫酸镍的含量为25～30g/L，次亚磷酸钠的含量为27～32g/L；甘氨酸的含量为6～10g/L，乳酸的含量为5～10ml/L，四硼酸钠的含量为1.0～2.0g/L，丁二酸的含量为12～18g/L，碘化钾的含量为5～15mg/L，硝酸钴的含量为5～10mg/L；聚乙二醇的含量为0.1～0.2g/L。
进一步地，所述化学镀镍液的pH值为4.8～5.2。
一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液的制备方法，加入待配制化学镀镍液体积分数为80％的水，然后依次加入主盐、络合剂、缓冲剂、还原剂、稳定剂和光亮剂并搅拌至完全溶解，采用体积分数为50％的氨水调整镀液的pH值，最后添加水至目标体积，即得化学镀镍液。
一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液在铝合金表面镀镍上的应用，包括以下步骤：
步骤一：将铝合金用砂纸进行打磨，然后在丙酮中超声波振洗以除去表面油污；
步骤二：将步骤一处理得到的铝合金经去离子水清洗后在含植酸0.5～1ml/L、十二烷基硫酸钠0.1～0.2g/L的体积分数为30％-50％的HCl溶液中酸洗以除去表面的氧化物；
步骤三：将步骤二处理得到的铝合金经去离子水清洗后放入氨水中处理；
步骤四：将步骤三处理得到的铝合金经去离子水清洗后放入H2SO4溶液中活化；
步骤五：将步骤四处理得到的铝合金经去离子水清洗后立即放入化学镀镍液中施镀。
进一步地，步骤一中采用600#砂纸，超声波振洗时间为5min。
进一步地，步骤二中酸洗时间为20s-60s。
进一步地，步骤三中氨水处理时间为30-60s。
进一步地，步骤四中H2SO4溶液的体积分数为10％，活化时间为40-80s。
进一步地，步骤五中施镀温度为80℃～85℃，施镀时间为1-3h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用五元环络合物甘氨酸和乳酸形成复合络合剂，其与Ni2+形成络合物时，会使络合Ni2+的还原电位负移，降低置换反应的速率，避免产生影响基体和镀层之间结合力的疏松层。复合络合剂与Ni2+形成络合物可以防止镀液析出沉淀，增加镀液稳定性、延长镀液使用寿命和改善镀层质量。由丁二酸和四硼酸钠组成的缓冲体系的pH范围为3.0～5.8，可以防止由于施镀过程中H+的产生使镀液pH下降而导致的镀液失效。此外，丁二酸和四硼酸钠均兼具提高镀层沉积速度和络合剂的功能。本发明中硝酸钴除具有稳定剂的作用外，Co2+还具有增加形核数量和细化晶粒的作用，有助于提高耐蚀性。
采用本发明方法在铝合金表面制备化学镀镍层不仅工艺简单，生产效率高，而且镀层耐蚀性高，性能稳定。在铝合金表面化学镀镍层厚度大于12μm时，镀层无针孔存在，无需封孔处理耐中性盐雾试验﹥168小时。本发明中的络合剂和缓冲剂均具有双重效果，不仅改善镀液性能，而且镀液稳定性好，使用周期长。
另外本发明在酸洗液中添加了一种从植物中提取的绿色添加剂植酸，由于其具有良好的鳌合势能，酸洗液中添加少量的植酸可以防止由于铝合金在酸洗过程中由于表面的不均匀性而在局部产生较深的腐蚀坑，这些较深的腐蚀坑容易成为镀层中针孔的发源地从而降低镀层的耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
本发明的化学镀镍液由去离子水、主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、光亮剂组成。主盐为硫酸镍(NiSO4·6H2O)含量25～30g/L；还原剂为次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)含量27～32g/L；络合剂由甘氨酸和乳酸组成，其中甘氨酸6～10g/L,乳酸5～10ml/L；缓冲剂由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)和丁二酸组成，其中四硼酸钠1.0～2.0g/L，丁二酸12～18g/L；稳定剂由硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和碘化钾组成，其中碘化钾5～15mg/L，硝酸钴5～10mg/L；光亮剂为聚乙二醇，含量0.1～0.2g/L。化学镀镍液的pH值为4.8～5.2，施镀温度为80℃～85℃。
配制化学镀镍液的步骤为：加入待配制镀液体积分数为80％的去离子水，依次加入主盐、络合剂、缓冲剂、还原剂、稳定剂和光亮剂并搅拌至完全溶解，采用体积分数为50％的氨水调整镀液的pH值，最后添加去离子水至目标体积。
使用时，将铝合金用600#砂纸进行打磨，在丙酮中超声波振洗5min以除去表面油污。经去离子水清洗后在含植酸0.5～1ml/L、十二烷基硫酸钠0.1～0.2g/L的体积分数为30％-50％的HCl溶液中酸洗20s-60s以除去表面的氧化物。经去离子水清洗后放入氨水中处理30s-60s，经去离子水清洗后放入体积分数为10％的H2SO4溶液中活化40s-80s。为避免铝合金表面重新生成氧化物，活化后的样品经去离子水清洗后应立即放入镀液中施镀，施镀温度为80℃～85℃，施镀时间为1-3h。铝合金表面直接化学镀镍的前处理要求得到均匀的富铝表面，在盐酸溶液中铝合金表面的氧化膜迅速被清除。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
本发明的化学镀镍液由去离子水、主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、光亮剂组成。主盐为硫酸镍(NiSO4·6H2O)含量25g/L；还原剂为次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)含量27g/L；络合剂由甘氨酸和乳酸组成，其中甘氨酸10g/L,乳酸5ml/L；缓冲剂由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)和丁二酸组成，其中四硼酸钠1.0g/L，丁二酸18g/L；稳定剂由硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和碘化钾组成，其中碘化钾5mg/L，硝酸钴10mg/L；光亮剂为聚乙二醇，含量0.1g/L。化学镀镍液的pH值为4.8，施镀温度为80℃，施镀时间3h。
配制化学镀镍液的步骤为：加入待配制镀液体积分数为80％的去离子水，依次加入主盐、络合剂、缓冲剂、还原剂、稳定剂和光亮剂并搅拌至完全溶解，采用体积分数为50％的氨水调整镀液的pH值，最后添加去离子水至目标体积。
使用时，将铝合金用600#砂纸进行打磨，在丙酮中超声波振洗5min以除去表面油污。经去离子水清洗后在含植酸0.5ml/L、十二烷基硫酸钠0.1g/L的体积分数为30％的HCl溶液中酸洗20s以除去表面的氧化物。经去离子水清洗后放入氨水中处理30s，经去离子水清洗后放入体积分数为10％的H2SO4溶液中活化40s。为避免铝合金表面重新生成氧化物，活化后的样品经去离子水清洗后应立即放入镀液中施镀，施镀温度为80℃，施镀时间3h。试样耐蚀性采用5wt％NaCl中性盐雾试验测试，耐蚀性大于200h。
实施例2
本发明的化学镀镍液由去离子水、主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、光亮剂组成。主盐为硫酸镍(NiSO4·6H2O)含量30g/L；还原剂为次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)含量32g/L；络合剂由甘氨酸和乳酸组成，其中甘氨酸6g/L,乳酸10ml/L；缓冲剂由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)和丁二酸组成，其中四硼酸钠2.0g/L，丁二酸15g/L；稳定剂由硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和碘化钾组成，其中碘化钾15mg/L，硝酸钴5mg/L；光亮剂为聚乙二醇，含量0.2g/L。化学镀镍液的pH值为5.2，施镀温度为85℃，施镀时间1h。
配制化学镀镍液的步骤为：加入待配制镀液体积分数为80％的去离子水，依次加入主盐、络合剂、缓冲剂、还原剂、稳定剂和光亮剂并搅拌至完全溶解，采用体积分数为50％的氨水调整镀液的pH值，最后添加去离子水至目标体积。
使用时，将铝合金用600#砂纸进行打磨，在丙酮中超声波振洗5min以除去表面油污。经去离子水清洗后在含植酸1ml/L、十二烷基硫酸钠0.2g/L的体积分数为50％的HCl溶液中酸洗60s以除去表面的氧化物。经去离子水清洗后放入氨水中处理60s，经去离子水清洗后放入体积分数为10％的H2SO4溶液中活化80s。为避免铝合金表面重新生成氧化物，活化后的样品经去离子水清洗后应立即放入镀液中施镀，施镀温度为85℃，施镀时间1h。试样耐蚀性采用5wt％NaCl中性盐雾试验测试，试样耐蚀性大于168h。
实施例3
本发明的化学镀镍液由去离子水、主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、光亮剂组成。主盐为硫酸镍(NiSO4·6H2O)含量28g/L；还原剂为次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)含量30g/L；络合剂由甘氨酸和乳酸组成，其中甘氨酸8g/L,乳酸7.5ml/L；缓冲剂由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)和丁二酸组成，其中四硼酸钠1.5g/L，丁二酸12g/L；稳定剂由硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和碘化钾组成，其中碘化钾10mg/L，硝酸钴7.5mg/L；光亮剂为聚乙二醇，含量0.15g/L。化学镀镍液的pH值为5，施镀温度为83℃，施镀时间2h。
配制化学镀镍液的步骤为：加入待配制镀液体积分数为80％的去离子水，依次加入主盐、络合剂、缓冲剂、还原剂、稳定剂和光亮剂并搅拌至完全溶解，采用体积分数为50％的氨水调整镀液的pH值，最后添加去离子水至目标体积。
使用时，将铝合金用600#砂纸进行打磨，在丙酮中超声波振洗5min以除去表面油污。经去离子水清洗后在含植酸0.8ml/L、十二烷基硫酸钠0.15g/L的体积分数为40％的HCl溶液中酸洗40s以除去表面的氧化物。经去离子水清洗后放入氨水中处理45s，经去离子水清洗后放入体积分数为10％的H2SO4溶液中活化60s。为避免铝合金表面重新生成氧化物，活化后的样品经去离子水清洗后应立即放入镀液中施镀，施镀温度为83℃，施镀时间2h。试样耐蚀性采用5wt％NaCl中性盐雾试验测试，试样耐蚀性大于200h。

Claims (10)

1.一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液，其特征在于，由去离子水、主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂和光亮剂组成；所述主盐为硫酸镍，所述还原剂为次亚磷酸钠，所述络合剂由甘氨酸和乳酸组成，所述缓冲剂由四硼酸钠和丁二酸组成，所述稳定剂由硝酸钴和碘化钾组成，所述光亮剂为聚乙二醇。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液，其特征在于，所述硫酸镍的含量为25～30g/L，次亚磷酸钠的含量为27～32g/L；甘氨酸的含量为6～10g/L，乳酸的含量为5～10ml/L，四硼酸钠的含量为1.0～2.0g/L，丁二酸的含量为12～18g/L，碘化钾的含量为5～15mg/L，硝酸钴的含量为5～10mg/L；聚乙二醇的含量为0.1～0.2g/L。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液，其特征在于，所述化学镀镍液的pH值为4.8～5.2。
4.一种权利要求1至3任一项所述的铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液的制备方法，其特征在于，加入待配制化学镀镍液体积分数为80％的水，然后依次加入主盐、络合剂、缓冲剂、还原剂、稳定剂和光亮剂并搅拌至完全溶解，采用体积分数为50％的氨水调整镀液的pH值，最后添加水至目标体积，即得化学镀镍液。
5.一种权利要求1至3任一项所述的铝合金表面高耐蚀稳定的化学镀镍液在铝合金表面镀镍上的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将铝合金用砂纸进行打磨，然后在丙酮中超声波振洗以除去表面油污；
步骤二：将步骤一处理得到的铝合金经去离子水清洗后在含植酸0.5～1ml/L、十二烷基硫酸钠0.1～0.2g/L的体积分数为30％-50％的HCl溶液中酸洗以除去表面的氧化物；
步骤三：将步骤二处理得到的铝合金经去离子水清洗后放入氨水中处理；
步骤四：将步骤三处理得到的铝合金经去离子水清洗后放入H2SO4溶液中活化；
步骤五：将步骤四处理得到的铝合金经去离子水清洗后立即放入化学镀镍液中施镀。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤一中采用600#砂纸，超声波振洗时间为5min。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤二中酸洗时间为20s-60s。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤三中氨水处理时间为30-60s。
9.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤四中H2SO4溶液的体积分数为10％，活化时间为40-80s。
10.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤五中施镀温度为80℃～85℃，施镀时间为1-3h。
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