专利名称：一种化学镀镍磷合金镀液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学镀镍磷合金镀液，属于金属表面处理技术领域。
背景技术：
化学镀镍以其优良的镀层性能和施镀特点，70多年来化学镀镍在航天航空、石油化工、机械电力、交通运输、轻工电子、家用电器以及核工业等方面得到了广泛的应用和开发。但是目前在酸性化学镀镍工艺中，普遍存在着镀速慢、施镀温度高、镀液稳定性差、生产成本高等问题困扰着该领域的发展。为了解决这些问题先后出现了碱性化学镀镍等各种工艺，然而各有利弊。在酸性化学镀镍工艺中，其核心技术就是寻找理想的添加剂，以优化各项工艺条件和镀层性能。提高沉积速率，降低镀液温度，增加镀液的稳定性，获得高质量的镍磷合 金镀层。据有关报道，在酸性化学镀镍工艺中，镍磷合金沉积最低温度在50°C以上才有沉积，施镀温度一般在85°C以上，镀速较好的略超20 μ m/h, 一般不足20 μ m/h,甚至有的不足10 μ m/h,导致企业生产成本居高不下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种化学镀镍磷合金镀液，本发明以尿素作为添加剂，尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，在较低的温度下就可获得较好的镀层，降低了生产成本，为企业增加效益。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种化学镀镍磷合金镀液，每升镀液含六水硫酸镍20 45g，二水次亚磷酸钠20 45g，乳酸15 25ml，醋酸钠10 15g，尿素2 15g，其余为水。本发明的有益效果是本发明以尿素作为添加剂与镍离子配位，提高了镍离子在金属表面与次亚磷酸钠的自催化活性，增加了镀液的稳定性；降低了施镀温度；尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，降低了生产成本，为企业增加效益。本发明由于选择尿素为添加剂拓宽了 PH使用范围。本发明工艺配方简单，生产管理易掌握，能耗少，在较低的温度下就可获得较好的镀层，生产成本大幅度降低，生产效率提高，为企业创造较高的利润，具有较好的推广应用价值。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，每升镀液含六水硫酸镍40g，二水次亚磷酸钠40g，乳酸20ml，醋酸钠15g，其余为水。
图I为pH值对沉积速度的影响图；图2为温度对沉积速度的影响图3为尿素对沉积温度的影响图；图4为尿素对沉积速度的影响图；图5为乳酸对沉积速度的影响图；图6为醋酸钠对沉积速度的影响；
具体实施例方式以下对本发明的原理和特征进行描述， 所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。镀液的配制按下面实施例中配方的用量将各原料依次溶解于水，用2 4mol/L的氢氧化钠和醋酸稀溶液调镀液的PH值，镀液配好后调pH值为5，温度为65 75°C，施镀lh，即可备用。工艺流程以下实施例的工艺流程按此流程，选择普通冷轧钢板(2cmX5cmX0. Icm)作试片，在40 60°C时将试片放入碱性脱脂液中浸泡8 12min (油脂脱净为止)，取出用流动清水洗涤2次，再放入酸性除锈液中，常温下浸泡10 15min (锈除净为止)，取出用流动清水洗涤2 3次，而后再将试片放入化学镀镍溶液中进行化学镀镍，取出用流动清水洗涤2次，晾干或烘干即可。以下实施例主要测定了 pH值、温度、尿素、乳酸、醋酸钠等对沉积速度的影响。镀层的沉积速率采用重量法测定，计算公式为
- a)xl04μ = ^·^-式中mi镀前试片重(g)， P 镀层密度(7.9g / cm3)，m2 锻后试片重(g)，s 试片面积(cm2)μ 为沉积速率(μ m/h )，t施镀时间(h )实施例I :pH值对沉积速度的影响工艺配方为六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，醋酸钠15g/L，尿素10g/L ;温度为80 83°C。pH值为3，沉积速度3. 2 μ m/h ;pH值为4，沉积速度8. 4 μ m/h ;pH值为5，沉积速度23. 8 μ m/h ；pH 值为 6，沉积速度 30. I μ m/h ；pH 值为 6. 5，沉积速度 22. 3 μ m/h。实验结果表明，随着pH值的升高次亚磷酸钠的还原性增强，合金的沉积速度加快；当PH值很低时，沉积速率较小；随pH值升高，沉积速率加快。当pH值上升到5. 5 6时，沉积速率最快；pH值在6以上时，沉积速率随pH值升高而下降。这是由于酸性较强时，次磷酸钠不易分解析氢，添加剂的催化活性减弱，试片表面的催化活性减弱，沉积速率较慢；酸性较弱时，次磷酸钠的活性增大，析氢速率加快，沉积速率加快。当pH值为6以上时，由于镀液中有部分难溶物生成，吸附在试片表面，阻碍了合金的沉积，降低了催化活性，使沉积速率降低，且试片表面粗糙。同时镀液中有镍沉积，镀液的稳定性很差。因此，控制pH值4. 5 5. 5较好，如图I所示。实施例2 :温度对沉积速度的影响工艺配方为六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，醋酸钠15g/L，尿素 10g/L ；pH 值为 5. O 5. I。
30°C沉积速度 O. 2 μ m/h, 40°C沉积速度 2· 3 μ m/h, 50°C沉积速度 4. 6 μ m/h, 60°C沉积速度8. 9 μ m/h, 70 V沉积速度15. 2 μ m/h, 80 V沉积速度23. 2 μ m/h, 90 V沉积速度31. 2 μ m/h ;95°C沉积速度 35. 2 μ m/h。实验结果表明，在30 95°C范围内都可获得镍磷合金镀层。在30 50°C范围内，随温度升高，沉积速率缓慢上升；50 80°C时，随温度升高，沉积速率快速上升；80°C以后，随温度升高，沉积速率上升略有减慢；88°C以后，随时间的延长，镀液出现了不稳定现象，镀液颜色逐渐变暗，镀槽壁上和底部出现了镍磷合金镀层，同时有大量氢气放出。这一现象是由于在添加剂的作用下，温度较低时次磷酸钠就可以释放活性氢，使镍、磷还原。随着温度升高，P-H键可能被削弱，次亚磷酸钠的活性增强，析氢增多，镀层沉积速率加快，当达到88°C以上时，P-H键在添加剂和高温的共同作用下，尽管没有基体表面的催化，它也能发生氧化还原反应分解析氢，使溶液中的镍、磷被还原，导致镀液不稳定。因此，尽管次磷酸钠的分解速率加快，析氢数量增多，还原速率加快，但试片增重减慢，并且表面粗糙。所以，温度控制在60 80°C为宜，如图2所示。
实施例3 :尿素对沉积温度和沉积速度的影响工艺配方为六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，醋酸钠15g/L, pH 值为 5. O 5. I。( I)尿素对沉积温度的影响不加尿素时，30°C沉积速度O μ m/h，40°C沉积速度O μ m/h，50°C沉积速度O. 5 μ m/h，60°C沉积速度 2. 9 μ m/h, 70°C沉积速度 10. 2 μ m/h, 80°C沉积速度 13. 7 μ m/h, 90°C沉积速度 18. 4 μ m/h ;95°C沉积速度 21. 3 μ m/h。(2)尿素对沉积速度的影响当温度控制在80 83°C时，加入lg/L尿素沉积速度为18. 2 μ m/h，5g/L尿素沉积速度为21. 5 μ m/h, 10g/L尿素沉积速度为23. I μ m/h, 15g/L尿素沉积速度24. 7 μ m/h, 20g/L尿素沉积速度23. 4 μ m/h。实验结果表明，不加尿素时，温度在50°C以下无镀层，50°C以上才有镍磷合金沉积，随温度升高沉积速度缓慢加快，70°C后才有明显加快，到95°C时才达到21. 3μπιΛ，由此可见，需要在较高的温度下才能保持高沉积速度，这给生产带来不便，生产成本也较高。当温度控制在80 83°C时加入尿素后，随尿素加入量的增加，沉积速度加快，当尿素含量达到一定时，沉积速度增加缓慢，尿素最佳用量为10 15g/L ;由例2和例3可见，加入尿素后，尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，在较低的温度下就可获得较好的镀层，降低了生产成本，为企业增加效益，如图3、4所示。实施例4 :乳酸对沉积速度的影响工艺配方为六水硫酸镍40g/L, 二水次亚磷酸钠40g/L,醋酸钠15g/L,尿素IOg/L ;温度为80 83°C，pH值为5. O 5. I。5mL/L乳酸沉积速度7. 5 μ m/h, 10mL/L乳酸沉积速度10. 8 μ m/h, 15mL/L乳酸沉积速度 22. 5 μ m/h, 20mL/L 乳酸沉积速度 25. 3 μ m/h, 25mL/L 乳酸沉积速度 27. 8 μ m/h, 30mL/L乳酸沉积速度20. I μ m/h。乳酸在镀液中的作用是多方面的，如配合、缓冲、促进等作用，实验结果表明，随乳酸含量的增加，沉积速度逐渐加快，在25mL/L以后开始降低，并且在25mL/L以后降低速度加快；这是由于乳酸含量少，配位不够促进作用差，沉积速度低；乳酸含量太高时，配位能力太强，使镍离子稳定性提高，阻碍了镍离子与次亚磷酸钠的反应，导致沉积速度降低。乳酸最佳用量在23mL/L，如图5所示。实施例5 :醋酸钠对沉积速度的影响工艺配方为六水硫酸镍40g/L，二水次亚磷酸钠40g/L，乳酸20ml/L，尿素10g/L ；温度为80 83°C，pH值为5. O 5. I。5g/L醋酸钠沉积速度18. I μ m/h, 10g/L醋酸钠沉积速度21. 3 μ m/h, 15g/L醋酸钠沉积速度25. 7 μ m/h, 20g/L醋酸钠沉积速度22. O μ m/h, 25g/L醋酸钠沉积速度17. 6 μ m/h。在镀液中醋酸钠的作用与乳酸类似，对镀液的影响也相似。从实验结果可以看出，随着醋酸钠含量的增加，沉积速度逐渐加快，当醋酸钠含量达到15g/L时达到最大沉积速度，而后随着醋酸钠含量增加，沉积速度快速降低；同样是醋酸钠含量少，配位不够促进作用差，沉积速度低；醋酸钠含量太高时，配位能力太强，使镍离子稳定性提高，阻碍了镍离子·与次亚磷酸钠的反应，导致沉积速度降低。醋酸钠最佳用量为15g/L，如图6所示。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种化学镀镍磷合金镀液，其特征在于，每升镀液含六水硫酸镍20 45g，二水次亚磷酸钠20 45g，乳酸15 25ml，醋酸钠10 15g，尿素2 15g，其余为水。
2.根据权利要求I所述的镀液，其特征在于，每升镀液含六水硫酸镍40g，二水次亚磷酸钠40g，乳酸20ml，醋酸钠15g，其余为水。
全文摘要
本发明涉及一种化学镀镍磷合金镀液，每升镀液含六水硫酸镍20～45g，二水次亚磷酸钠20～45g，乳酸15～25ml，醋酸钠10～15g，尿素2～15g，其余为水，本发明以尿素作为添加剂，尿素与镍离子形成了配合物，改变镍磷合金的沉积机理，使沉积温度大幅度降低，在较低的温度下就可获得较好的镀层，降低了生产成本，为企业增加效益。
文档编号C23C18/36GK102953054SQ20121046893
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者张丕俭, 殷平, 陈文 , 曲荣君, 陈厚, 徐强, 张江 申请人:鲁东大学