金属基体化学镀前处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属基体化学镀前处理方法。该方法包括：通过电刷镀在金属基体表面形成打底层，打底层含有选自镍、铁、钯、铝、锌的至少一种。根据本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法能够有效在金属基体表面形成活化位点，从而可以诱发基体进行化学镀。
【专利说明】金属基体化学镀前处理方法【技术领域】
[0001]本发明属于表面处理【技术领域】，具体而言，本发明涉及一种金属基体化学镀前处理方法。
【背景技术】
[0002]化学镀镍是一种自催化反应，因为对于任意形状的工件都可以施镀并且制备的镀层均匀性好，热处理后接近硬铬的硬度，是替代硬铬层的理想镀层，所以在表面处理领域成为发展最快的工业技术之一，几乎在所有的工业领域都得到了广泛的应用。
[0003]然而并非所有的基材都可以使用化学镀镍的方法制备结合良好、性能优异的化学镀镍层，很多化学镀基材在化学镀之前都需要进行前处理，并且前处理的好坏对于镀层与基体的结合力以及镀层的质量具有重要的影响。对于不同的化学镀基材，前处理不同。目前应用最为广泛的前处理方法主要有钯活化法；有机热盐分解活化法；直流电活化法；以及原电池诱发法。对于这四种处理方法都比较繁琐，对于钯活化法，容易造成镀液的污染，影响镀层的性能，并且成本较高；对于有机热盐分解活化法镀层结合往往较差，工艺繁琐；直流电活化法处理起来比较困难，并且活化效果不是很好；对于原电池法，虽然成本较低，但是对于很多施镀基材无法直接使用，需要进行一定的酸洗活化处理。因此研究一种成本低廉，环境友好，操作方便并且对不同性质的基材都可以使用的前处理方法对于化学镀的应用以及推广具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种金属基体化学镀前处理方法，该方法能够显著提高电镀效率，并且成本低廉、环境友好，具有良好的经济效益。
[0005]在本发明的一个方面，本发明提出了一种金属基体化学镀前处理方法，该方法包括:通过电刷镀在所述金属基体表面形成打底层，所述打底层含有选自镍、铁、钯、铝、锌的至少一种。根据本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法能够有效在金属基体表面形成活化位点，从而可以诱发基体进行化学镀。
[0006]另外，根据本发明上述实施例的金属基体化学镀前处理方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0007]在本发明的一些实施例中，所述金属基体为选自铜、中碳钢、高碳钢、铸铁、不锈钢、镁合金、铝合金的至少一种。
[0008]在本发明的一些实施例中，所述打底层的厚度为2~10微米。由此，可以显著提高后续化学镀效率。
[0009] 在本发明的一些实施例中，所述电刷镀是通过下列步骤进行的:(1)利用活化液对所述金属基体的表面进行活化处理；以及(2)对经过所述活化处理的金属基体进行电刷镀，以便形成所述打底层。由此，可以进一步提高后续化学镀效率。[0010]在本发明的一些实施例中，步骤(1)进一步包括:(1-1)利用第一活化液，在10~12伏的电压下，对所述金属基体的表面进行第一活化处理；以及(1-2)利用第二活化液，在14~18伏的电压下，对经过所述第一活化处理的金属基体的表面进行第二活化处理，其中，所述第一活化液为浓盐酸和氯化钠溶液的混合溶液，所述浓盐酸的终浓度为25.0ml/L,所述氯化钠的终浓度为140.lg/L ;所述第二活化液为柠檬酸钠、柠檬酸和氯化镍的混合溶液，所述柠檬酸钠的终浓度为141.2g/L，所述柠檬酸的终浓度为94.2g/L，所述氯化镍的终浓度为3.0g/L。由此，可以进一步提高后续化学镀效率。
[0011]在本发明的一些实施例中，在对所述金属基体的表面进行活化处理之前，预先对所述金属基体的表面进行粗化处理和除油处理。由此，可以显著提高金属基体与镀层间的结合力。
[0012]在本发明的一些实施例中，所述粗化处理是通过利用砂纸打磨所述金属基体的表面而进行的。由此，可以进一步提高金属基体与镀层的结合力。
[0013]在本发明的一些实施例中，所述砂纸为选自240#、600#、800#以及1000#的至少之
一。由此，可以进一步提高金属基体与镀层的结合力。
[0014]在本发明的一些实施例中，所述除油处理是通过利用电净液，在10~12伏的电压下进行的，其中，所述电净液为氢氧化钠终浓度为25.0g/L、碳酸钠终浓度为21.7g/L、磷酸钠终浓度为50.0g/L和氯化钠终浓度为2.4g/L的混合溶液。由此，可以进一步提高金属基体与镀层的结合力。
[0015]在本发明的一些实施例中，步骤(2)包括:采用电刷镀镀笔蘸取镀液，在8~12伏的电压下，以6~12米/分钟的刷镀速度对经过所述活化处理的金属基体进行刷镀30秒，以便形成所述打底层，其中，所述镀液主盐选自硫酸镍、氯化亚铁、二氯四氨钯、氯化铝和硫酸锌的至少一种。由此，可以进一步提高化学镀效率。
[0016]在本发明的第二个方面，本发明提出了一种金属复合体，该金属复合体包括:金属基体；打底层，所述打底层通过电刷镀形成于所述金属基体的表面，其中，所述打底层是通过上述所述的金属基体化学镀前处理方法而获得的。根据本发明实施例的金属复合体通过采用电刷镀在金属基体表面形成活化位点，从而可以诱发基体进行化学镀。
[0017]在本发明的第三个方面，本发明提出了一种对金属基体进行化学镀的方法，该方法包括:采用上述所述的金属基体化学镀前处理方法对所述金属基体进行前处理；以及对经过所述前处理的金属基体进行化学镀，以便形成金属镀层。根据本发明实施例的对金属基体进行化学镀的方法可以对金属基体进行有效化学镀处理。
[0018]另外，根据本发明上述实施例的对金属基体进行化学镀的方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0019]在本发明的一些实施例中，所述金属镀层为铁层、镍层、铜层、铝层或者镍基复合层。由此，可以显著提高金属基体的化学镀效率。
[0020]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0022]图1是根据本发明一个实施例的金属基体化学镀前处理方法流程示意图；
[0023]图2是根据本发明又一个实施例的金属基体化学镀前处理方法流程示意图；
[0024]图3是根据本发明又一个实施例的金属基体化学镀前处理方法流程示意图；
[0025]图4是根据本发明一个实施例的金属复合体的结构示意图；
[0026]图5 (A)是采用本发明一个实施例的金属基体化学镀前处理方法对黄铜基材进行处理后进行化学镀前的宏观形貌图；[0027]图5 (B)是采用本发明一个实施例的金属基体化学镀前处理方法对黄铜基材进行处理后进行化学镀后的宏观形貌图；
[0028]图6 (A)是采用本发明一个实施例的金属基体化学镀前处理方法对黄铜基材进行处理后进行化学镀的表面形貌图；
[0029]图6 (B)是采用本发明一个实施例的金属基体化学镀前处理方法对黄铜基材进行处理后进行化学镀的截面形貌图；
[0030]图7 (A)是采用本发明一个实施例的金属基体化学镀前处理方法对黄铜基材进行处理后进行化学镀的表面形貌图；以及
[0031]图7 (B)是采用本发明一个实施例的金属基体化学镀前处理方法对黄铜基材进行处理后进行化学镀的截面形貌图。
【具体实施方式】
[0032]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0033]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0034]在本发明的一个方面，本发明提出了一种金属基体化学镀前处理方法，根据本发明的实施例，该方法包括:通过电刷镀，在金属基体表面形成打底层，其中，打底层含有镍、铁、钯、铝、锌的至少一种。具体地，电刷镀是从槽镀技术上发展起来的一种新的电镀方法，由于其成本低、工艺灵活、生产效率高、镀层与基材结合强度高且均匀、致密在工程上具有广泛的应用前景。根据本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法通过采用电刷镀能够有效在金属基体表面形成活化位点，从而利于后续进行化学镀处理，同时制备的镀层晶粒尺寸可以达到纳米级，并且可以满足在多种基材上制备性能优良的镀层的能力。同时，由于制备的镀层晶粒度为纳米晶级，作为打底层可以为欲沉积镀层，提供较多的行核基点，提高镀层结合力以及沉积效率。
[0035]根据本发明的实施例，参考图1-3，电刷镀的具体步骤包括:
[0036]SlOO:活化处理
[0037]根据本发明的实施例，利用活化液对金属基体表面进行活化处理。根据本发明的实施例，金属基体的具体类型并不受特别限制，根据本发明的实施例，金属基体可以为由选自铜、中碳钢、高碳钢、铸铁、不锈钢、镁合金、铝合金的至少一种。
[0038]下面参考图2对活化处理的步骤进行详细描述。根据本发明的实施例，该步骤包括:
[0039]SllO:第一活化处理
[0040]根据本发明的实施例，利用第一活化液，在金属基体表面进行第一活化处理。根据本发明的实施例，进行第一活化处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第一活化处理可以在10~12伏的电压下完成。发明人发现，若电压过高，会导致基体侵蚀严重，影响基体的尺寸及表面性能；而电压过低，活化效果不理想，无法有效去除基体表面的氧化层。根据本发明的实施例，第一活化液的成分并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第一活化液为浓盐酸终浓度为25.0ml/L、氯化钠终浓度为140.lg/L的混合溶液。具体地，在10~12伏的电压下，以5~10m/min的速度在第一活化液中对基体进行活化处理，等到基体表面氧化层活化掉，同时基体表面颜色均一，活化即可。发明人发现，基体一般是经过机械加工过的，因此在基体表面存在着氧化层、疲劳层，影响镀层与基体的结合，因此采用第一活化液可以有效去除基体表面氧化层、疲劳层，从而有利于刷镀的顺利进行。
[0041]S120:第二活化处理
[0042]根据本发明的实施例，利用第二活化液对经过第一活化处理的金属基体的表面进行第二活化处理。根据本发明的实施例，进行第二活化处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第二活化处理可以在14~18伏的电压下完成。发明人发现，电压过高会进一步腐蚀基体，过低则导致无法有效去除基体表面所形成的活化层。根据本发明的实施例，第二活化液的成分并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第二活化液为柠檬酸钠终浓度为141.2g/L、柠檬酸终浓度为94.2g/L和氯化镍终浓度为3.0g/L的混合溶液。具体地，在14~18V的电压下，(电压可以根据不同的基体适当的调节)，以4~10m/min的活化速度进行第二活化处理，等到将前一步的活化层处理掉，活化就可以结束，活化时间约为10~20s，目的是去除前一步活化层，使基体露出新鲜基体，提高基体与镀层的结合力。
`[0043]S200:电刷镀处理
[0044]根据本发明的实施例，对经过以上活化处理的金属基体进行电刷镀处理，从而可以形成打底层。根据本发明的实施例，打底层的厚度并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，打底层的厚度可以为2~10微米。发明人发现，如果打底层过厚会严重影响镀层与基体之间的结合力，同时化学镀层会呈现一定的打底层的宏观形貌；而打底层太薄，甚至没有将基体完全覆盖，则会导致化学镀无法在基体上完全镀上，同时可以根据基体材料适当调整打底层的厚度。根据本发明的实施例，进行电刷镀处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，采用电刷镀镀笔蘸取镀液，在8~12伏的电压下，以6~12米/分钟的刷镀速度刷镀30秒。根据本发明的实施例，镀液主盐的具体类型并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，镀液主盐可以为选自硫酸镍、氯化亚铁、二氯四氨钯、氯化铝和硫酸锌的至少一种。
[0045]根据本发明的实施例，以黄铜为例，工业生产中黄铜应用较为广泛，但由于黄铜硬度低，耐磨性差，在酸中容易发生腐蚀，因此在使用时经常需要进行化学镀镍来改善其性能，然而由于黄铜本身无自催化活性且无法从镀液中置换出Ni2+离子，因此黄铜化学镀之前，需要进行除油，除铅，酸洗活化等前处理过程，但是在前处理酸洗的过程中将对黄铜基体产生腐蚀，酸洗的过程中时间控制不好，不仅黄铜基体腐蚀严重，而且直接影响化学镀层的质量好坏。然而可以采用本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法通过电刷镀首先在黄铜表面制备一层打纳米晶纯镍打底层，然后以纳米晶纯镍打底薄层作为化学镀的诱发基体，直接进行化学镀，该方法处理效率高，节约成本，并且制备的化学镀镍层性能优良。
[0046]根据本发明实施例，参考图3，在对金属基体的表面进行活化处理之前，进一步包括:
[0047]S300:粗化处理
[0048]根据本发明的实施例，在对金属基体的表面进行活化处理之前，预先对金属基体表面进行粗化处理。根据本发明的实施例，进行粗化处理的具体方法并不受特别限制，根据本发明而定具体实施例，粗化处理是通过利用砂纸打磨金属基体的表面而进行的。根据本发明的实施例，所用砂纸的具体类型并不受特别限制，根据本发明的实施例，砂纸可以为选自240#、600#、800#以及1000#的至少一种。由此，通过粗化处理可以去掉金属基体表面的氧化物，同时制备出一定粗糙度的欲沉积表面，从而显著提高电刷镀效率。
[0049]S400:除油处理
[0050]根据本发明的实施例，对经过粗化处理的金属基体表面进行除油处理。根据本发明的实施例，除油处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，除油处理可以通过利用电净液，在10~12伏的电压下进行。发明人发现，电净液的目的主要是除去基体表面的油污，如果除油过程中电压过低会导致基体表面析氢较慢，油膜无法完全刺破，导致除油效果不理想；若电压过高，阳极温度升高，导致阳极石墨氧化严重根据本发明的实施例，除油处理所使用的电净液的具体成分并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，电净液为氢氧化钠终浓度为25.0g/L、碳酸钠终浓度为21.7g/L、磷酸钠终浓度为50.0g/L和氯化钠终浓度为2.4g/L的混合溶液。具体地，电净液在通电条件下产生大量氢气，刺破金属基体表面的油膜，从而实现除油的效果。
[0051]如上所述，根据本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法可具有选自下列的优占至少之—./、、、_I_..[0052]根据本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法工艺简单，成本低廉，调控性强，效果明显，具有良好的经济效益；
[0053]根据本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法可以用于无催化活性、需要引镀的基材或前处理较为困难、处理效果不理想的基材以及前处理成本较高的化学镀镍基材，并且具有较好的普适性；
[0054]根据本发明实施例的金属基体化学镀前处理方法可以获得结合力良好，镀层性能优异的镀层，同时可明显提高化学镀层的沉积效率。
[0055]在本发明的第二个方面，本发明提出了一种金属复合体。下面参考图4对该金属复合体进行详细描述，根据本发明的实施例，该金属复合体包括金属基体100和打底层200。
[0056]根据本发明的实施例，所述打底层是通过采用以上金属基体化学镀前处理方法而获得的。需要说明的是，上述所描述的金属基体化学镀前处理方法的特征和优点同样适于该金属复合体，此处不再赘述。
[0057]在本发明的第三个方面，本发明提出了一种对金属基体进行化学镀的方法。根据本发明的实施例，该方法包括:采用上述的金属基体化学镀前处理方法对金属基体进行前处理；以及对经过前处理的金属基体进行化学镀，从而可以形成金属镀层。根据本发明的实施例，金属镀层的具体类型并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，金属镀层可以为金属镀层为铁层、镍层、铜层、铝层或者镍基复合层。例如，可以以黄铜为基体，进行化学镀镍(图5 (A)为黄铜基体表面进行化学镀镍前的宏观形貌图、图5 (B)为黄铜基体表面进行化学镀镍后的宏观形貌图)。
[0058]根据本发明实施例的对金属基体进行化学镀的方法通过采用电刷镀能够有效在金属基体表面形成活化位点，从而利于后续进行化学镀处理，同时制备的镀层晶粒尺寸可以达到纳米级，并且可以满足在多种基材上制备性能优良的镀层的能力。
[0059]下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
[0060]实施例1
[0061]首先对黄铜基材进行粗化-除油-清洗，然后配置含有氢氧化钠终浓度为25.0g/L、碳酸钠终浓度为21.7g/L、磷酸钠终浓度为50.0g/L和氯化钠终浓度为2.4g/L的电净液，浓盐酸终浓度为25.0ml/L、氯化钠终浓度为140.lg/L的混合溶液的第一活化液，柠檬酸钠终浓度为141.2g/L、柠檬酸终浓度为94.2g/L和氯化镍终浓度为3.0g/L的混合溶液的第二活化液，以硫酸镍为刷镀液，氯化镍为化学镀液，采用电刷镀方法制备刷镀时间为2min的纯镍纳米晶打底层，打底层不得有裂纹，气孔等明显的缺陷，并且打底层需要全部覆盖预施镀表面，然后用去离子水冲洗，去除式样表面的电刷镀刷镀残留液体，并保持式样表面湿润，处理完的式样放入化学镀液中，直接进行化学镀施镀。
[0062]结果如图6 (A)和图6 (B)所示，通过上述工艺可获得表面均匀致密的化学镀层(图6 (A))，同时从截面图(图6 (B))中可见打底层厚度较薄，打底层与基体，化学镀层与打底层彼此之间结合紧密，没有明显的裂纹孔洞。`
[0063]实施例2
[0064]首先对黄铜基材进行粗化-除油-清洗，同实施例1配置电净液，第一活化液、第二活化液，并以氯化亚铁为刷镀液，硫酸铁为化学镀液，采用电刷镀方法制备刷镀时间为2min的纯铁纳米晶打底层，打底层不得有裂纹，气孔等明显的缺陷，并且打底层需要全部覆盖预施镀表面，然后用去离子水冲洗，去除式样表面的电刷镀刷镀残留液体，并保持式样表面湿润，处理完的式样放入化学镀液中，直接进行化学镀施镀。
[0065]结果如图7 (A)和图7 (B)所示，通过上述工艺可获得表面均匀致密的化学镀层(图7 (A))，同时从截面图(图7 (B))中可见打底层与基体，化学镀层与打底层彼此之间结合紧密，没有明显裂纹，孔洞。
[0066]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0067]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的 范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，包括: 通过电刷镀在所述金属基体表面形成打底层，所述打底层含有选自镍、铁、钯、铝、锌的至少一种。
2.根据权利要求1所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，所述金属基体为选自铜、中碳钢、高碳钢、铸铁、不锈钢、铝合金、镁合金的至少一种。
3.根据权利要求1所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，所述打底层的厚度为2~10微米。
4.根据权利要求1所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，所述电刷镀是通过下列步骤进行的: (1)利用活化液对所述金属基体的表面进行活化处理；以及 (2)对经过所述活化处理的金属基体进行电刷镀，以便形成所述打底层。
5.根据权利要求4所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，步骤(1)进一步包括: (1-1)利用第一活化液，在10~12伏的电压下，对所述金属基体的表面进行第一活化处理；以及 (1-2)利用第二活化液，在14~18伏的电压下，对经过所述第一活化处理的金属基体的表面进行第二活化处理， 其中， 所述第一活化液为浓盐酸和氯化钠溶液的混合溶液，所述浓盐酸的终浓度为25.0ml/L，所述氯化钠的终浓度为140.lg/L ； 所述第二活化液为柠檬酸钠、柠檬酸和氯化镍的混合溶液，所述柠檬酸钠的终浓度为141.2g/L，所述柠檬酸的终浓度为94.2g/L，所述氯化镍的终浓度为3.0g/L。
6.根据权利要求4所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，在对所述金属基体的表面进行活化处理之前，预先对所述金属基体的表面进行粗化处理和除油处理。
7.根据权利要求6所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，所述粗化处理是通过利用砂纸打磨所述金属基体的表面而进行的。
8.根据权利要求7所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，所述砂纸为选自240#,600#,800# 以及 1000# 的至少之一。
9.根据权利要求6所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，所述除油处理是利用电净液，在10~12伏的电压下进行的， 其中， 所述电净液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和氯化钠的混合溶液，所述氢氧化钠的终浓度为25.0g/L，所述碳酸钠的终浓度为21.7g/L，所述磷酸钠的终浓度为50.0g/L，所述氯化钠的终浓度为2.4g/L。
10.根据权利要求4所述的金属基体化学镀前处理方法，其特征在于，步骤(2)包括:采用电刷镀镀笔蘸取镀液，在8~12伏的电压下，以6~12米/分钟的刷镀速度对经过所述活化处理的金属基体进行刷镀30秒，以便形成所述打底层， 其中，所述镀液主盐选自硫酸镍、氯化亚铁、二氯四氨钯、氯化铝和硫酸锌的至少一种。
11.一种金属复合体，其 特征在于，包括:金属基体； 打底层，所述打底层通过电刷镀形成于所述金属基体的表面， 其中，所述打底层是通过权利要求1~10任一项所述的金属基体化学镀前处理方法而获得的。
12.—种对金属基体进行化学镀的方法，其特征在于，包括: 根据权利要求1~10任一项所述的金属基体化学镀前处理方法对所述金属基体进行前处理； 对经过所述前处理的金属基体进行化学镀，以便形成金属镀层。
13.根据权利要求12所述的对金属基体进行化学镀的方法，其特征在于，所述金属镀层为铁层、镍层、 铜层、铝层或者镍基复合层。
【文档编号】C25D5/34GK103882492SQ201410062377
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】金国, 侯丁丁 申请人:哈尔滨工程大学