CN1181227C - 光亮耐腐蚀耐磨镍基纳米复合电镀层组合及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的光亮耐蚀耐磨复合镀层组合为：暗镍层/镍基纳米复合镀层/光亮镍层/铬层；是用电镀的方法先后镀上1.5-2.0μm的暗镍层，5-8μm的镍基纳米复合镀层，3-4μm的光亮镍层和0.25-0.5μm的铬层获得。镍基纳米复合镀层中弥散有粒径为40-80nm的以α-Al2O3为主晶相的复合氧化物3-10%。纳米复合镍镀层是在常规瓦特电解液中添加以α-Al2O3为主晶相的复合氧化物浆料50-150g/l电解沉积而成。本发明所构成的总厚度为≤13μm的镀层组合，与厚度为25μm常规三镍体系相比，光亮度相当，但耐磨性和耐蚀性大幅度提高，适用于潮湿盐雾气氛中且受高速微粒冲击的物件的装饰防护。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种能获得兼具装饰和耐蚀耐磨功能的镀层新组合及其电镀新工艺。这种镀层组织既可满足高光亮装饰电镀之用，又可满足高耐磨、高耐蚀或同时需耐蚀耐磨的制品的装饰防护的要求。
二、技术背景
上世纪六十年代以来，人们为了获得高耐蚀的镀层，美国安比特公司发明了多层电镀，从双镍一到今天的三层镍、四层镍，以提高装饰镀层的防蚀性能；为了提高电镀层的功能，同期日本林忠夫等全力推进开发了复合电镀，迄今已建立耐磨、抗氧化、减磨等多种功能复合电镀体系，开发了多个功能电镀技术。后来并将复合镀用一于装饰镀，于是有镍封和锻面镍等，但尚不能同时赋与耐磨性，若提高镀层中微粒含量以增加其耐磨性，则产生消光现象，不能获得高光亮镀层，有时甚至适得其反，镀层发脆，耐蚀性也下降，故迄今尚无又光亮、又耐磨、又耐蚀又有韧性的组合镀层面市，也未见相关工艺的专利甚至研究论文报导。
三、发明的内容
本发明的所要解决的技术问题之一是：提供一种即光亮、耐磨、又耐蚀、又有韧性的电镀层组合，即一种总厚度≤13μm的光亮耐腐蚀耐磨镍基纳米复合电镀层组合。
本发明所要解决技术问题的之二是：提供一种制备上述镍基纳米复合电镀层组合的工艺。
解决本发明技术问题之一是通过采用这样的技术方案实现的，即一种总厚度≤13μm的光亮耐腐蚀耐磨镍基纳米复合电镀层组合，其特征为：电镀层组合为：暗镍层/镍基纳米复合镀层/光亮镍层/铬层；其中，在电镀层组合的镍基纳米复合镀层中弥散有3-10wt％以α-Al2O3为主晶相的纳米复合氧化微粒，所述纳米复合氧化微粒中含有碱土金属的氧化物，如氧化镁1-10wt％。
上述总厚度≤13μm镍基纳米复合电镀层组合中，暗镍镀层厚为1.5-2.0μm，镍基纳米复合镍层厚5-8μm，光亮镍镀层厚3-4μm，铬镀层厚0.25-0.5μm。
解决本发明技术问题之二是通过采用这样的技术方案实现的，即一种制备镍基纳米复合电镀层组合的工艺，包括电镀常规暗镍层1.5-2.0μm、电镀镍基纳米复合层5-8μm、电镀常规光亮镍层3-4μm、电镀常规铬层0.25-0.5μm；其中，电镀镍基纳米复合层的工艺包括：在常规瓦特电解液中加入α-Al2O3系纳米复合浆料，浆料中分散粒子的原晶粒度＜100nm，它是一种在酸碱中均稳定的α-晶态粒子，可在电镀过程中长期保持分散状态不团聚，在电镀时它能以原晶粒子状态均匀地分散于镀层之中，弥散粒子含量为4-5wt％。
按照上述技术方案，本发明的工艺中使用的电解液的组成及工艺条件如下：
硫酸镍 350-380g/l
硼 酸 40-45g/l
氯化钠 12-16g/l
α-Al2O3复合纳米浆料 50-150g固体粒子/l
pH 3.5-4.6
阴极电流密度Dk 3-4A/dm2
温度℃ 55-65
镍基纳米复合镀层厚度 5-8μm
工艺中，阳极用纯镍电极，空气搅拌，搅拌速度以浆液中全部粒子悬浮为度。新配槽必须在搅拌6小时熟化槽液。
按照上述工艺，使用常规暗镍层打底再镀镍基纳米复合层、常规亮镍层和铬层，在总厚度≤13μm的情况下获得优于常规三层镍25μm-30μm的耐蚀性，且具有高的耐磨性。
本发明的优越性是显而易见的：首先，将在酸碱中均稳定、在光学上与光亮镀匹配、在镀液中能均匀分散、在镀层中能均匀弥散的以α-Al2O3为主晶相的复合纳米微粒所制成的浆料添加于常规瓦特电解液中，通过电镀获得金属镍的纳米复合镀层，此种镀层具有特殊结构：在15埃至20埃(1.5-2.0nm)范围内短程有序的纳米非晶态镍呈多孔态，其孔径＜100nm，α-Al2O3复合纳米微粒均匀分布于这些孔隙之中，从而构成一种具有高耐磨、高硬度、高耐蚀、具有韧性的半光亮镀层，极易出光。比之于三层镍，新组合的耐蚀性大幅度提高，仅用三层镍镀层总厚度的一半即可获得相等，甚至更高的防护等级，它在抗饱和食盐水、浓硝酸、混酸、高铬酸乃至王水的浸蚀上显示出特殊的耐蚀性，并且其耐磨耗性为三层镍的一百倍。故用其取代三镍电镀，不仅材料节省一半，而且能源、工时也节约一半，极大地降低其生产成本，并因减少操作液一半而更易治理其三废。
本发明的另一个优越性还在于它极高的耐磨耗性，可使光亮持久，特别在室外，在潮湿、含盐、含酸雨的恶劣气候环境中，又有高速尘埃冲击时更显示出它的优越性。
本发明的第三个优越性在于它极易将三层镍电镀转化为纳米复合镀，它仅需将阴极移动改为空气搅拌，不再另加设备，将原三镍槽液用活性炭去掉各种光亮剂及表面活性剂后，氧化过滤即可使用，不会造成浪费，极易推广。
四、具体实施方式
下面用例子通过对比更详细的说明本发明，所用工艺配方为非限定性的。
实施例1：用标准瓦特电解液镀暗镍1.5μm，接着按下面的工艺配方和条件电镀镍基纳米复合镀层：硫酸镍(NiSO4·6H2O)350g/l，硼酸40g/l，氯化钠15g/l，α-Al2O3复合纳米浆料(纳米粒子原晶粒度65nm)120g固体粒子/l，pH：4.0，阴极电流密度Dk：3.5A/dm2，温度：60℃，电镀镍基纳米复合镀层7μm，再按常规光亮镍工艺规范电镀光亮镍层4μm，最后镀铬0.25μm，所得镀层经24hCASS试验评定耐蚀等级为9/8，缺陷面积0.07％，磨耗率0.003％，显微维氏硬度值(HV0.1)597。
实施例2：试验过程与例1相同，将其中α-Al2O3复合纳米浆(纳米粒子原晶粒度65nm)含量取80g固体粒子/l，所得镀层经24hCASS试验评定耐蚀等级为9/8，缺陷面积0.08％，磨耗率0.006％，显微维氏硬度值(HV0.1)596，其耐蚀性和硬度几乎不变，仅磨耗率略有增加。
对比实验：按常规高耐蚀三层镍工艺(暗镍层/半光亮镍层/高硫镍层/光亮镍层)镀总厚度为25μm的镀层，再镀0.25μm的铬层，所得镀层经24hCASS试验评定耐蚀等级为7/6，缺陷面积0.3％，磨耗率0.65％，显微维氏硬度值(HV0.1)462，其耐蚀性和硬度大大低于本发明的镍基纳米复合镀层，磨耗率几乎为镍基纳米复合镀层的100倍以上。
Claims (3)
1、一种光亮耐腐蚀耐磨镍基纳米复合电镀层组合，其特征为：电镀层组合为：暗镍层/镍基纳米复合镀层/光亮镍镀层/铬镀层；其电镀层中，暗镍层厚为1.5-2.0μm，镍基纳米复合镍镀层厚5-8μm，光亮镍镀层厚3-4μm，铬镀层厚0.25-0.5μm，且在电镀层组合的镍基纳米复合电镀层中弥散有3-10wt％以α-Al2O3为主晶相的纳米复合氧化物微粒；所述纳米复合氧化物微粒中含有1-10wt％的碱土金属的氧化物；电镀层组合的总厚度≤13μm。
2、根据权利要求1所述的光亮耐腐蚀耐磨镍基纳米复合电镀层组合，其特征为：所述纳米复合氧化物微粒中含有碱土金属的氧化物为氧化镁。
3、一种制备如权利要求1所述光亮耐腐蚀耐磨纳米复合电镀层组合的工艺，其特征在于：包括电镀常规暗镍层1.5-2.0μm、电镀镍基纳米复合层5-8μm、电镀常规光亮镍层3-4μm、电镀常规铬层0.25-0.5μm；其中，电镀镍基纳米复合层的工艺包括：在常规瓦特镍电解液中加入α-Al2O3系复合纳米浆料，浆料中分散粒子的原晶粒径＜100nm，工艺中使用的电解液的组成及工艺条件如下：
硫酸镍 350-380g/l
硼酸 40-45g/l
氯化钠 12-16g/l
α-Al2O3复合纳米浆 50-150g固体粒子/l
pH 3.5-4.6
阴极电流密度Dk 3-4A/dm2
温度℃ 55-65
镍基纳米复合镀层厚度 5-8μm
工艺中，阳极用纯镍电极；空气搅拌，搅拌速度以浆液中全部粒子悬浮为度。
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