CN105586580A

CN105586580A - 一种基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法

Info

Publication number: CN105586580A
Application number: CN201410656445.5A
Authority: CN
Inventors: 梁军; 康瑞雪
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-18

Abstract

本发明涉及一种基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法，该方法包括以下步骤：1）镀液由氯化胆碱-乙二醇离子液体、铜盐和硫脲组成；2）将铝合金打磨、清洗后依次置于碱溶液和酸溶液中，然后洗涤；3）将处理过的铝合金放入步骤1）所述镀液中，于20~30?C下静置1~6？h，然后依次用氯化胆碱-乙二醇离子液体、水和乙醇洗涤，干燥；4）Ni-P镀液为碱性镀液或酸性镀液；5）将经浸镀铜处理的铝合金置于Ni-P镀液中，在30~60?C下放置0.5~5？h，水洗，干燥。本发明在不输入外加能量且未添加任何催化剂及加速剂的常规镀液中进行化学镀Ni-P，即可实现较低温度下的快速化学镀过程。

Description

一种基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法

技术领域

本发明涉及一种基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

铝及铝合金是一类重要的轻金属材料，具有价格低廉、密度小、塑性高、成型性好及无低温脆性等优点，在航天、船舶、集成电路及日用品装饰工业等领域有着广泛的应用。但铝的化学性质活泼，标准电位低，抗腐蚀性能差，同时铝及铝合金表面硬度低，耐磨性差。为了克服上述缺点，对铝及铝合金进行表面处理是非常重要的环节。目前，已经发展出了多种表面处理方法，其中化学镀Ni-P合金具有硬度高、耐蚀性好及可焊性佳等优点，是提高铝合金表面性能的重要途径。

当前，应用较多的化学镀Ni-P工艺普遍是在较高的温度(80~95°C)下进行的。虽然高温下得到镀层的速率较快，但是工艺能耗高，控制困难，设备损耗严重，且在高温下镀液易挥发，使用寿命短；此外，对于某些高温易发生变形的材料，高温可能引起基体的变形和改性，限制了化学镀Ni-P工艺的进一步推广应用。降低化学镀的温度是解决上述问题的有效方法之一，不仅可以提高镀液稳定性、降低成本，而且便于现场操作，但是镀液温度的降低会使沉积速率大为降低，甚至无法施镀。因此提高中低温条件下的沉积速率是当前化学镀 Ni- P领域的重要研究方向。

近年来，国内外研究人员发展了超声波法、脉冲化学镀法、光化学法、加速催化法、电子载体法和有机酸配位剂法等多种方法来提高中低温条件下化学镀Ni-P的沉积速率。其中超声波法、脉冲化学镀方法及光化学法是通过输入外部能量来实现化学镀镀速的提升，而加速催化法、电子载体法和有机酸配位剂法则是通过加入促进剂、催化剂或配位剂等加速次磷酸盐的氧化或降低镍离子的还原活化能而提高沉积速率。上述这些方法虽然都能起到提高化学镀Ni-P沉积速率的作用，但是同时也存在镀液易分解、操作难度大、镀液成分复杂及生产成本高等问题，且沉积速率仍相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法。

本发明将铝合金在氯化胆碱-乙二醇离子液体中进行浸镀铜预处理，获得一层铜镀层，然后将其作为铝合金基体的预镀层，在不输入外加能量且未添加任何催化剂及加速剂的常规镀液中进行化学镀Ni-P，即可实现较低温度下的快速化学镀过程。通过与铝合金浸锌处理后化学镀Ni-P及未经浸镀处理铝合金直接化学镀Ni-P对比发现，用本发明所述的方法对铝合金进行浸镀铜处理可显著提高碱性或酸性镀液中化学镀Ni-P的沉积速率，为化学镀工艺在铝合金表面处理方面的进一步推广应用提供了一种新的技术途径。

一种基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）浸镀铜溶液配制：镀液由氯化胆碱-乙二醇离子液体、铜盐和硫脲组成；

2）样品前处理：将铝合金打磨、清洗后置于65~75˚C的碱溶液中，5~10 min后水洗；再将其置于室温下的酸溶液中0.5~3 min，最后用丙酮洗涤；

3）浸镀铜处理：将处理过的铝合金放入步骤1）所述镀液中，于20~30˚C下静置1~6 h，即可在铝合金表面获得一层铜镀层，然后依次用氯化胆碱-乙二醇离子液体、水和乙醇洗涤，随后干燥；

4）化学镀Ni-P镀液配制：Ni-P镀液为碱性镀液或酸性镀液，碱性镀液由NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O和NaH₂PO₂·H₂O 组成，加入氨水调节镀液的pH在8.0~11.0之间；酸性镀液由NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、NaH₂PO₂·H₂O和 CH₃COONa·3H₂O组成，加入乳酸调节镀液的pH在4.0~7.0之间；

5）化学镀Ni-P：将经浸镀铜处理的铝合金置于化学镀Ni-P镀液中，在30~60˚C下放置0.5~5 h，即可得到Ni-P镀层，水洗，干燥。

氯化胆碱-乙二醇离子液体中氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:2，铜盐的浓度为0.01~0.50 mol/L，硫脲的浓度为0.01~0.40 mol/L。

所述铜盐为氯化铜。

步骤2）中碱溶液的组成为：20 g/L Na₂CO₃、10 g/L NaOH、5 g/L Na₃PO₄·12H₂O，酸溶液的组成为：HF 0.07mL/mL。

Ni-P碱性镀液中NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、NaH₂PO₂·H₂O的浓度依次为10.5~16.0 g/L、10.0~24.0 g/L、17.5~40.0 g/L。

Ni-P酸性镀液中NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、NaH₂PO₂·H₂O、 CH₃COONa·3H₂O的浓度依次为10.5~16.0 g/L、10.0~24.0 g/L、17.5~40.0 g/L、15~25 g/L。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1) 本发明对铝合金进行浸镀铜预处理再化学镀Ni-P，短时间内即可在中低温条件下获得均匀致密的Ni-P镀层。

2) 本发明所述浸镀铜预处理的铝合金表面中低温条件下快速化学镀Ni-P方法不需输入外加能量，也不需添加任何催化剂及加速剂。

3) 本发明使用绿色环保的氯化胆碱-乙二醇离子液体作为铝合金浸镀铜处理的溶剂，处理方法简单易操作，在一定时间内即可得到均匀的铜打底层。

4) 本发明对铝合金经过浸镀铜处理后，在30~60˚C的中低温条件下化学镀Ni-P的沉积速率高于浸锌处理及未处理铝合金的。

5) 本发明对铝合金经过浸镀铜处理后，得到的Ni-P均匀致密、耐蚀性能优异。

6) 本发明所述的方法扩大了化学镀Ni-P在铝合金表面处理中的适用范围，为化学镀工艺在铝合金表面处理方面的进一步推广应用提供了一种新的技术途径。

附图说明

图1为本发明浸镀铜预处理铝合金与浸锌处理及未经浸镀处理铝合金化学镀Ni-P沉积速率的对比结果图。

图2为本发明在铝合金表面经浸镀铜处理所得铜层(a)与Ni-P镀层(b)的微观形貌。

具体实施方式

实施例1

基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法，具体工艺条件和操作步骤如下：

1）浸镀铜溶液配制：称取CuCl₂·2H₂O 1.70 g、硫脲0.76 g加入到配制好的氯化胆碱-乙二醇离子液体中搅拌溶解，配制成100 mL溶液；

2）样品前处理：将铝合金打磨、清洗；置于65~75˚C的碱溶液中，5~10 min后水洗；再将其置于室温下的酸溶液中0.5~3 min，最后用丙酮洗涤；

3）浸镀铜处理：将处理好的铝合金浸入镀铜溶液中，于30˚C下放置4 h，取出样品，依次用氯化胆碱-乙二醇离子液体、水和乙醇洗涤，然后干燥；

4）化学镀Ni-P镀液配制：镀液各成分浓度如下：NiSO₄·6H₂O 10.5 g/L、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O 23.5 g/L、NaH₂PO₂·H₂O 17.5 g/L，加氨水调节pH在9.1~9.4之间；

5）化学镀Ni-P：将经浸镀铜处理的铝合金置于Ni-P镀液中，在40˚C温度下反应0.5 h，得到Ni-P镀层，水洗，干燥。

图1为本发明浸镀铜预处理铝合金与浸锌处理及未经浸镀处理铝合金化学镀Ni-P沉积速率的对比结果。从图中可以看出，40˚C条件下浸镀铜处理后铝合金表面化学镀Ni-P的沉积速率(5.36 g/dm³·h)高于相同温度条件下浸锌处理(3.04 g/dm³·h)及未经浸镀处理(2.84 g/dm³·h)铝合金的沉积速率。

实施例2

1）浸镀铜溶液配制：称取CuCl₂·2H₂O 2.56 g、硫脲1.14 g加入到配制好的氯化胆碱-乙二醇离子液体中搅拌溶解，配制成100mL的溶液；

2）样品前处理：同实施例1；

3）浸镀铜处理：将处理好的铝合金浸入镀铜溶液中，于30˚C下放置3 h，取出样品，依次用氯化胆碱-乙二醇离子液体、水和乙醇洗涤，然后干燥；

4）化学镀Ni-P镀液配制：同实施例1；

5）化学镀Ni-P：将经浸镀铜处理的铝合金置于配制好的Ni-P镀液中，在60˚C温度下反应0.5 h，得到Ni-P镀层，水洗，干燥。

对化学镀Ni-P的沉积速率进行对比，结果如图1所示，60˚C条件下浸镀铜处理后铝合金化学镀Ni-P的沉积速率(14.9 g/dm³·h)明显高于相同温度条件下浸锌处理(8.20 g/dm³·h)及未经浸镀处理(6.32 g/dm³·h)铝合金的沉积速率。

实施例3

1）浸镀铜溶液配制：称取CuCl₂·2H₂O 3.40 g、硫脲1.52 g加入到配制好的氯化胆碱-乙二醇离子液体中搅拌溶解，配制成100mL的溶液；

2）样品前处理：同实施例1；

3）浸镀铜处理：将处理好的铝合金浸入镀铜溶液中，于30˚C下放置2 h，取出样品，依次用氯化胆碱-乙二醇离子液体、水和乙醇洗涤，然后干燥；

4）化学镀Ni-P镀液配制：同实施例1；

5）化学镀Ni-P：将经浸镀铜处理的铝合金置于配制好的Ni-P镀液中，在30˚C温度下反应0.5 h，得到Ni-P镀层，水洗，干燥。

对化学镀Ni-P的速率进行对比，30˚C条件下浸镀铜处理铝合金的沉积速率(2.61 g/dm³·h)高于相同温度条件下浸锌处理(0.46 g/dm³·h)及未经浸镀处理(1.82 g/dm³·h)铝合金的沉积速率。

实施例4

1）浸镀铜溶液配制：同实施例2；

2）样品前处理：同实施例1；

3）浸镀铜处理：同实施例2；

4）化学镀Ni-P镀液配制：镀液各成分浓度如下：NiSO₄·6H₂O 15.0 g/L、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O 10.0 g/L、NaH₂PO₂·H₂O 40.0 g/L、CH₃COONa·3H₂O 20.0 g/L，加乳酸调节pH在4.0~6.0之间；

5）化学镀Ni-P：将经浸镀铜处理的铝合金置于配制好的Ni-P镀液中，在60˚C温度下反应1.5 h，得到Ni-P镀层，水洗，干燥。

对化学镀Ni-P的速率进行对比，60˚C条件下浸镀铜处理铝合金的沉积速率(22.3 g/dm³·h)高于相同温度条件下浸锌处理(14.4 g/dm³·h)及未经浸镀处理(17.7 g/dm³·h)铝合金的沉积速率。图2为本发明在铝合金表面经浸镀铜处理所得铜层(a)与Ni-P镀层(b)的微观形貌，从图中可以看出得到的铜层与Ni-P镀层均匀致密，且无明显缺陷。

Claims

1.一种基于浸镀铜预处理的铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

3）浸镀铜处理：将处理过的铝合金放入步骤1）所述镀液中，于20~30˚C下静置1~6 h，然后依次用氯化胆碱-乙二醇离子液体、水和乙醇洗涤，随后干燥；

4）化学镀Ni-P镀液配制：Ni-P镀液为碱性镀液或酸性镀液，碱性镀液由NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O 和NaH₂PO₂·H₂O组成，将其pH调节在8.0~11.0之间；酸性镀液由NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、NaH₂PO₂·H₂O和 CH₃COONa·3H₂O组成，将其pH调节在4.0~7.0之间；

5）化学镀Ni-P：将经浸镀铜处理的铝合金置于化学镀Ni-P镀液中，在30~60˚C下放置0.5~5 h、水洗、干燥即得到Ni-P镀层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1）氯化胆碱-乙二醇离子液体中氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:2，铜盐的浓度为0.01~0.50 mol/L，硫脲的浓度为0.01~0.40 mol/L。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述铜盐为氯化铜。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2）碱溶液的组成为20 g/L Na₂CO₃、10 g/L NaOH、5 g/L Na₃PO₄·12H₂O。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2）酸溶液的组成为0.07mL/mL HF。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述Ni-P碱性镀液中NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、NaH₂PO₂·H₂O的浓度依次为10.5~16.0 g/L、10.0~24.0 g/L、17.5~40.0 g/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述Ni-P酸性镀液中NiSO₄·6H₂O、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、NaH₂PO₂·H₂O和 CH₃COONa·3H₂O的浓度依次为10.5~16.0 g/L、10.0~24.0 g/L、17.5~40.0 g/L、15~25 g/L。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用氨水调节碱性镀液的pH。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用乳酸调节酸性镀液的pH。