一种电沉积Fe-Zn合金镀液的制作方法

文档序号:16857153发布日期:2019-02-12 23:27

本发明属于材料表面技术领域,涉及一种电沉积Fe-Zn合金镀液。



背景技术:

目前,生物可降解支架材料的研究者开始将视野转向可降解金属材料。镁、铁、锌及其各自的合金由于兼具优良的力学性能、生物相容性,和易腐蚀的特性,逐渐成为可降解支架材料研究的热点。铁、锌以其各自的优点而使Fe-Zn合金支架材料被越来越多关注,但是由于Fe、Zn具有高的熔点差,低温难互溶,利用传统冶金方法难以获得二者的合金,因此采用电沉积方法获取Fe-Zn合金,采用的镀液配方为:

FeCl2·4H2O作为主盐,提供电沉积所需的Fe2+

ZnCl2作为辅助主盐,提供电沉积所需的Zn2+

NaCl作为导电盐,提高镀液的电导;

MnCl2·4H2O用于细化晶粒以及抗氧化;

抗坏血酸(C6H8O6)作为还原剂,既能抑制Fe2+氧化成Fe3+,还能将Fe3+还原为Fe2+,自身被氧化成脱氢抗坏血酸,且可在阴极被重新还原成抗坏血酸;

柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)作为络合剂,与Fe2+络合,实现Fe2+与Zn2+共沉积形成均匀合金镀层;

十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)作为润湿剂,降低镀液的表面张力,促进析氢反应产生的氢气泡逸出;

糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O)作为柔韧剂,用于降低镀层的内应力,避免镀层开裂。

通过此电沉积溶液配方可以得到电沉积Fe-Zn合金,但是得到的合金镀层含氧量高,内应力大,塑韧性差,开裂严重,得不到完整的大块材料,即使不断优化各种溶质的配比也无法得到性能较好的合金镀层,使该Fe-Zn合金不能实际应用。



技术实现要素:

本发明针对现有技术的缺陷,提出一种Fe-Zn合金镀液。该Fe-Zn合金镀液能够在电沉积时大大降低镀层中氧元素的含量,使镀层内应力大大降低,有效改善镀层的塑性及韧性,镀层取下后仍然能够保持完整。

为了达到上述目的,本发明的技术方案为:

一种Fe-Zn合金镀液,包含溶质和溶剂两部分,Fe-Zn合金镀液的pH为2~3;所述溶剂为去离子水;所述溶质各组分及其含量为:

FeCl2·4H2O作为主盐,提供电沉积所需的Fe2+,其浓度为248.51~268.39g/L;

ZnCl2作为辅助主盐,提供电沉积所需的Zn2+,其浓度为10.22~62.51g/L;

NaCl作为导电盐,提高镀液的电导,其浓度为45g/L;

MnCl2·4H2O用于细化晶粒以及抗氧化,其浓度为19.79g/L;

抗坏血酸(C6H8O6)作为还原剂,既能抑制Fe2+氧化成Fe3+,还能将Fe3+还原为Fe2+,自身被氧化成脱氢抗坏血酸,且可在阴极被重新还原成抗坏血酸,其浓度为5g/L;

柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)作为络合剂,与Fe2+络合,实现Fe2+与Zn2+共沉积形成均匀合金镀层,其浓度为4~8g/L;

十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)作为润湿剂,降低镀液的表面张力,促进析氢反应产生的氢气泡逸出,其浓度为0.1g/L;

糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O)作为柔韧剂,用于降低镀层的内应力,避免镀层开裂,其浓度为1~4g/L;

丙二酸(C3H4O4)作为抗氧化剂,抑制Fe2+氧化成Fe3+,其浓度为5~16g/L;

硼酸(H3BO3),用于控制阴极OH-含量,防止局部pH过高,其浓度为30~50g/L。

本发明的有益效果是:本发明由于进一步优化溶液配比,同时加入丙二酸以及硼酸作为抗氧化剂,能够抑制Fe2+氧化成Fe3+,有效控制阴极局部pH过高,从而降低了杂质元素氧的含量,解决了镀层内应力过大,易于开裂的问题,使镀层的韧性进一步提高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明,本发明的具体实施例及其说明仅用于解释本发明,并不对本发明的范围进行限定。

对比例

按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置电沉积溶液。溶剂组分为:FeCl2·4H2O 283.33g/L,ZnCl2 10.22g/L,NaCl 45g/L,MnCl2·4H2O 19.79g/L,抗坏血酸(C6H8O6)1g/L,柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)1.47g/L,十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)0.1g/L,糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O)0.3g/L;溶剂为去离子水。实验pH为2.30。得到样品进行硬度和含氧量测量,样品硬度为681HV,含氧量为5.88wt%。由于样品开裂,不完整,无法进行内应力测量。

实施例1

按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置电沉积溶液。溶剂组分为:FeCl2·4H2O 253.49g/L,ZnCl2 30.67g/L,NaCl 45g/L,MnCl2·4H2O 19.79g/L,抗坏血酸(C6H8O6)5g/L,柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)4.412g/L,十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)0.1g/L,糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O)1.9g/L,丙二酸(C3H4O4)5.203g/L,硼酸(H3BO3)30g/L;溶剂为去离子水。实验pH为2.20。

实施例2

按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置电沉积溶液。溶剂组分为:FeCl2·4H2O 253.49g/L,ZnCl2 30.67g/L,NaCl 45g/L,MnCl2·4H2O 19.79g/L,抗坏血酸(C6H8O6)5g/L,柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)5.88g/L,十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)0.1g/L,糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O)3g/L,丙二酸(C3H4O4)10.4g/L,硼酸(H3BO3)40g/L;溶剂为去离子水。实验pH为2.35。

实施例3

按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置电沉积溶液。溶剂组分为:FeCl2·4H2O 253.49g/L,ZnCl2 30.67g/L,NaCl 45g/L,MnCl2·4H2O 19.79g/L,抗坏血酸(C6H8O6)5g/L,柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)7.359g/L,十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)0.1g/L,糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O)4g/L,丙二酸(C3H4O4)15.645g/L,硼酸(H3BO3)50g/L;溶剂为去离子水。实验pH为2.55。

实施例4

按重量配比称量各组分并混合搅拌后配置电沉积溶液。溶剂组分为:FeCl2·4H2O 248.51g/L,ZnCl2 62.51g/L,NaCl 45g/L,MnCl2·4H2O 19.79g/L,抗坏血酸(C6H8O6)5g/L,柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O)4.412g/L,十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)0.1g/L,糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O)1.9g/L,丙二酸(C3H4O4)5.203g/L,硼酸(H3BO3)30g/L;溶剂为去离子水。实验pH为2.35。

上述电沉积溶液的配置及使用过程:

一、配置合金镀液

每组实验配制10L电解液,即进行2~3次电沉积后更换。电解液配制时,分5次每次2L完成,具体步骤如下:

称取所需量的FeCl2·4H2O、抗坏血酸(C6H8O6)、硼酸(H3BO3)和丙二酸(C3H4O4),加入1200ml去离子水溶解于2L规格的烧杯A中,同时加入少量NaOH,防止pH过低。称取所需量的ZnCl2、NaCl以及MnCl2·4H2O,加约500ml去离子水溶解于1L规格的烧杯B中。称取所需量的柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O),加少量去离子水溶解于50ml规格的烧杯C中。称取所需量的十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)11OSO3Na)和糖精钠(C6H4SO2NNaCO·2H2O),加少量去离子水溶解于50ml规格的烧杯D中。待以上烧杯中的溶质完全溶解后,依次将烧杯B、烧杯C以及烧杯D中的溶液倒入烧杯A中,补充添加去离子水使烧杯A中的溶液量为2L,搅拌均匀,同时滴加少量盐酸使溶液的pH值在2.35左右。溶液倒入电解液缓冲瓶(约10L容量)待用,重复上述步骤,完成10L电解液的配制,室温存放。

二、镀前准备

电沉积前,将装有10L电解液的缓冲瓶用接有二根蠕动泵管的橡胶塞封口,蠕动泵管与小型反应槽连接,其中进液管经蠕动泵实现电解液的传送。接好后,将出液管夹住,利用恒温水浴锅对缓冲瓶中的电解液进行加热,待温度达到60℃后,先开启蠕动泵再松开出液管进行电解液的循环,使反应槽中的电解液达到60℃。对阴极进行除油清洗、弱侵蚀(在10%的硫酸溶液中浸泡约1min)以及脱模剂处理(在50%的硫酸溶液中浸泡约1min),带电入槽。

三、将配置后的电沉积Fe-Zn合金镀液用于电沉积实验,电沉积实验参数如下:电沉积电源:可调双脉冲电源,正向平均电流密度1A/dm2,负向平均电流0.25A/dm2;加热装置:20L恒温水浴锅;电沉积时间:10h;pH值:2.0~3.0;工作频率:1000Hz;Ton/Toff(ms):0.1/0.9;TR/TF(ms):3/15;实验温度:60℃。

四、镀后处理

电沉积结束时,将阴极取出清洗后,在5~10%的碱溶液(NaOH或Na2CO3)中浸泡20~30min,水洗,烘干。镀后1h内,在200~230℃下放入真空干燥箱2~3h(除氢处理),自然冷却。用机械方法将沉积层剥离,真空干燥保存,准备后续测试。使用数字显微维氏硬度计(DHV-1000)测量沉积后镀层的硬度,使用纳米压痕仪(XP)分析计算材料内应力。使用电子探针(EPMA-1600)测试材料的成分。

使用以上实施例电沉积后镀层的硬度、内应力和含氧量见表。

实施例效果列表

通过以上实施例效果列表,可以说明本发明的电沉积Fe-Zn合金镀液得到的镀层硬度低,含氧量低,内应力小。与以往研究相比,使用本发明改善了电沉积镀层质量,解决了以往镀层开裂,韧性不够,内应力过大的问题。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式,但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制,应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本发明的保护范围。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1