一种化学镀液以及环保型合金表面自催化处理方法与流程

本发明涉及化学镀技术领域，具体涉及到一种化学镀液以及环保型合金表面自催化处理方法。

背景技术

目前市场上金属表面处理常使用电镀镀层，电镀过程镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反应还原成金属原子，并在阴极上进行金属沉积的过程。电镀过程会受到电流分布和镀件形状的限制，在镀件形状复杂时会出现镀件表面的镀层厚度不均匀、防盐雾性能差、镀层稀疏、硬度较低等，使得化学性能和物理性能较差，而且排出废水往往含有金属离子对环境影响也很大。

化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。与电镀相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。另外，由于化学镀技术废液排放少，对环境污染小以及成本较低，在许多领域已逐步取代电镀，成为一种环保型的表面处理工艺。目前，化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。

化学浸镀（简称化学镀）技术的原理是：化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。化学镀常用溶液：化学镀银、镀镍、镀铜、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。

化学镀中最主要的一个系列是有自催化能力的还原型化学镀液。当反应速度较快时，镀层质量变差，会出现粗糙镀层甚至粉末状镀层；同时，由于自催化一旦促发即会持续下去，甚至会因剧烈的还原反应而失去控制，导致镀液迅速失去作用。因此，需要要加入稳定剂以控制其反应速度。

稳定剂的作用是控制反应速度和抑制镀液的自发分解，从而使化学镀能有序地进行。不同的化学镀液会用到不同的稳定剂，有时还需要用到几种稳定剂以进到联合控制的作用。常用的稳定剂有以下几类。

元素周期表中第vi主族元素的化合物：一些硫的无机物或有机物，如硫代硫酸盐、硫氰酸盐、硫脲及其衍生物、疏基苯并噻唑、黄原酸酯等。 重金属离子：如铅、锡、锑、镉、锌、铋、钛等金属二价、三价离子。水溶性有机物：有些含有双极性的有机阴离子，至少含有6个或8个碳原子并能在某一定位置吸附形成亲水膜功能团的有机物，如不饱和脂肪马来酸、苯亚甲基丁二酸、3-s-异硫脲鎓盐的丙烷酸盐、邻苯二甲酸酐的衍生物等。某些含氧化合物：如aso2-、io3-、bro3-、no2-、moo42-等，双氧水也属于这一类。

研究表面，稳定剂不仅对化学镀液的稳定性有影响，对镀件的质量也有影响。例如，同一镀液中采用不同稳定剂时，能够对镀件的耐腐蚀性能、沉积速度、镀层形貌有较大影响。同时，现有研究表面，在镀镍工艺中，采用mbt能够获得良好的稳定性，相比采用碘化钾、氧化钼等稳定剂，mbt能够大大延长镀液的稳定时间。但是mbt作为镀液时，生产出的镀件的耐腐蚀性能相比碘化钾和氧化钼也大大降低，镀件表面平整度差、镀件速度也相对较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种化学镀液，能够解决在使用mbt2-巯基苯并噻唑作为稳定剂时镀件耐腐蚀性能差、镀件微观表面平整度即镀层形貌差以及沉积速度低的问题。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种化学镀液，包括以下组分：

镍盐20g/l~30g/l；次亚磷酸钠20g/l~40g/l；乳酸15g/l~20g/l；

络合剂5g/l~10g/l；缓冲剂10g/l~20g/l；

稳定剂mbt2-巯基苯并噻唑1mg/l~3mg/l；

稳定剂助剂甲胺基苯丙酮0.1g/l~0.5g/l；阿斯巴坦0.05g/l~0.2g/l。

本发明优选的方案之一，镍盐为硫酸镍或者氯化镍或者硝酸镍。

本发明优选的方案之一，络合剂为柠檬酸钠或者酒石酸钠。

本发明优选的方案之一，冲剂为醋酸钠或者硼砂或者焦磷酸钾。

本发明优选的方案之一，化学镀液的溶剂为去离子水。

本发明优选的方案之一，化学镀液包括以下组分：

镍盐22g/l；次亚磷酸钠28g/l；乳酸16g/l；

络合剂6g/l；缓冲剂12g/l；

稳定剂mbt2-巯基苯并噻唑2mg/l；

稳定剂助剂甲胺基苯丙酮0.3g/l；阿斯巴坦0.1g/l。

本发明优选的方案之一，化学镀液中还包括表面活性剂1mg/l~3mg/l、光亮剂1mg/l~5mg/l。

本发明优选的方案之一，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或者烷基葡糖苷；所述光亮剂为丁炔二醇乙氧基化合物或者1,4丁炔二醇。

基于本发明提出的化学镀液，本发明还公开了一种环保型合金表面自催化处理方法，包括以下步骤：

（1）制备化学镀液：将镍盐、次亚磷酸钠和络合剂分别溶于去离子水中，然后将镍盐的水溶液和络合剂的水溶液混合，再加入次亚磷酸钠水溶液；然后加入乳酸、稳定剂mbt以及稳定剂助剂甲胺基苯丙酮和阿斯巴坦；得到化学镀液；

（2）在化学镀液中加入浓氨水或者稀硫酸调节ph为4~5；然后加热到80℃~90℃，将预处理活化后的合金镀件置于镀液中进行化学镀至合金表面的镀层厚度达到20微米~40微米。

本发明优选的方案之一，步骤（1）中的化学镀液中还加入了表面活性剂以及光亮剂。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的镀液为化学镀，相比电镀的方式减少了污染物的产生，更加环保；同时化学镀是溶液自催化进行的过程，能够减少电能的损耗，能够对合金表面进行镀镍的处理，提高镀件的性能。

2、本发明采用mbt作为稳定剂，能够获让镀液获得良好的稳定性，同时在稳定剂助剂的作用下，进一步提高了镀件的耐腐蚀性能和镀件形貌，也对沉积速度有一定提高。

附图说明

图1是本发明实验组1未加入稳定剂助剂时的镀层电镜扫描图；

图2是本发明实验组1加入稳定剂助剂时的镀层电镜扫描图。

具体实施方式

实施例1

一种化学镀液，包括以下组分：

去离子水；

镍盐硫酸镍25g/l；次亚磷酸钠30g/l；乳酸18g/l；

络合剂柠檬酸钠7g/l；缓冲剂醋酸钠15g/l；

稳定剂mbt2-巯基苯并噻唑1.5mg/l；

稳定剂助剂甲胺基苯丙酮0.2g/l；阿斯巴坦0.1g/l。

实施例2

一种化学镀液，包括以下组分：

镍盐硝酸镍22g/l；次亚磷酸钠28g/l；乳酸16g/l；

络合剂酒石酸钠6g/l；缓冲剂焦磷酸钠12g/l；

稳定剂mbt2-巯基苯并噻唑2mg/l；

稳定剂助剂甲胺基苯丙酮0.3g/l；阿斯巴坦0.1g/l；

表面活性剂十二烷基苯磺酸钠3mg/l；光亮剂1,4丁炔二醇2mg/l。

实施例3

一种环保型合金表面自催化处理方法，包括以下步骤：

（1）制备化学镀液：将镍盐、次亚磷酸钠和络合剂分别溶于去离子水中，然后将镍盐的水溶液和络合剂的水溶液混合，再加入次亚磷酸钠水溶液；然后加入乳酸、稳定剂mbt以及稳定剂助剂甲胺基苯丙酮和阿斯巴坦，最后加入表面活性剂以及光亮剂；得到化学镀液；

（2）在化学镀液中加入浓氨水或者稀硫酸调节ph为4~5；然后加热到80℃~90℃，将预处理活化后的合金镀件置于镀液中进行化学镀至合金表面的镀层厚度达到30微米。

一、不同稳定剂对镀件镀层性能的影响：在相同的化学镀液中加入不同的稳定剂，使用镁铝合金作为基体进行镀镍实验，每个实验组的化学镀液的成分表如表1所示。

表1：各个实验组镀液成分

镀液稳定性测试方法：

在100ml试管中注入50ml镀液，恒温至88℃；在搅拌下加入浓度为100ppm的氯化钯溶液1ml。记录从注入氯化钯溶液后镀液开始出现沉淀的时间，单位为秒。

耐腐蚀性测试方法：镀件经过3h浸镀后水洗干燥，将镀件的一半浸没在浓硝酸中，另一半暴露在空气中，在室温下记录自浸没开始计时，镀件表面出现第一个变色点的时间，单位为秒。

镀件镀层形貌测试方法：采用电镜扫描进行形貌观察。

将实验组1~实验组4的镀液进行稳定性测试，测试结果如下：

表2：实验组1~实验组4的镀液各类测试结果

从表2可以看出，当选择mbt作为稳定剂时，镀液的稳定性能远比其他实验组更高，但是其耐腐蚀性也严重降低。

二、稳定性助剂对镀层性能的影响：在表1中各实验组的基础上再加入稳定剂助剂甲胺基苯丙酮0.3g/l和阿斯巴坦0.1g/l镀液组分如表3所示。

表3：实验组1~实验组4镀液成分

在同样的条件下检测加入稳定剂助剂后的实验组各组的钯稳定时间、耐腐蚀性能、沉积速度和镀层形貌进行检测；检测结果如表4所示。

表4：实验组1~实验组4检测结果

从表4和表2的实验结果对比可以看出，在增加稳定剂助剂后实验组2~实验组4的检测结果不具有显著性变化p<5%；而实验组1加入稳定剂助剂后耐腐蚀性能和沉积速度均有显著性提高，分别提高121%和22%，即p>5%具有显著性变化。因此，可以看出稳定剂助剂具有一定的选择性，并不能够对所有的稳定剂起到相同的辅助效果，这可能与每个稳定剂的作用机理不相同有关。由此可见，本发明加入甲胺基苯丙酮和阿斯巴坦能够显著提高以mbt作为稳定剂的镀液加工的镀件的耐腐蚀性和浸镀过程中的沉积速度。

此外，从图1和图2的电镜扫描图对比可以看出，图2镀层形貌更加规则平整，凸出部分少，图1的电镜扫描图中具有非常多的凸点，可以看出在沉积过程中镀层的分布不均匀，这样使得镀层的耐腐蚀性能降低。