专利名称：化学性质不稳定金属工件表面化学镀镍工艺的制作方法
技术领域：
本发明属化学性质不稳定金属如Zn-Al合金，永磁材料Nd-Fe-B合金工件表面改性处理工艺。
化学性质不稳定的金属，如Zn-Al合金、永磁材料Nd-Fe-B合金等，经过表面处理后，可以获得广泛的应用。为了提高Zn-Al合金硬度和耐磨性，目前国外已报道采用焦磷酸铜置换镀铜，然后将镀铜层在硝酸银溶液中进行活化处理后再进行化学镀镍〔1〕，此法的最大缺点是需要消耗贵金属，且结合力不佳。中国专利85100657已报道预电镀镍后再进行化学镀镍，该法不足之处在于(1)不适用于Nd-Fe-B合金;
(2)需要提供电源、电极等设备，且镀层厚度不够均匀;
(3)镀前处理工艺复杂，成本较高;
(4)化学镀镀液无再生方法。
针对上述方法的缺点，本发明提供了一种既不消耗贵金属又操作简便、成本低的化学性质不稳定金属如Zn-Al合金、永磁材料Nd-Fe-B合金的化学镀镍工艺。
本发明的目的是为化学性质不稳定金属如Zn-Al合金，永磁材料Nd-Fe-B合金提供一种表面改性处理工艺，该工艺可以从以下两个方面改善合金工件表面性能(1)使合金工件具有较高的硬度，表面硬度未经热处理HV≥550kg/mm2，从而提高了耐磨性;
(2)使镀件具有良好的耐腐蚀性能，镀层可作耐腐蚀层使用。
本发明的特征是在前处理步骤中用金属清洗剂除油，对Zn-Al合金，除油和活化两道工序合为一道，并采用预化学镀镍打底。本发明组成如下(1)表面的镀前处理本发明提供的表面镀前处理步骤中不采用传统的碱溶液，也不采用有机溶剂除油方法，而采用市场上出售的金属清洗剂除油。因碱溶液对Zn-Al合金工件表面产生较大的腐蚀，影响结合力，而有机溶剂价格昂贵，且有毒害。本发明采用的金属清洗剂价格便宜，有市售产品。这种金属清洗剂是多种表面活性剂的混合物，呈微碱性，不会腐蚀合金，其除油效果显著。
除油时，对Zn-Al合金，金属清洗剂的适宜浓度为0.5-1.0%，由于合金稳定性差，清洗剂浓度不宜太大，否则会对合金表面产生腐蚀。清洗Zn-Al合金的其它条件为PH11-12，温度50-60℃，时间2-3分钟。对Nd-Fe-B合金，因稳定性比Zn-Al合金好，因此清洗时条件有所不同金属清洗剂适宜浓度为1-3%，温度60-70℃，时间2-5分钟。
由于Zn-Al合金中Zn、Al均为两性金属，因此用金属清洗剂除油的同时即达到表面活化目的，不需要再行活化处理。对Nd-Fe-B合金，则必须在除油后再用稀硫酸浸蚀活化。活化条件为H2SO40.1-1.0%;室室;时间20-30秒。
工件用金属清洗剂洗涤前，必须用100-150目的砂粒在2-5个大气压下进行喷砂处理，以除去表面氧化皮，露出新鲜金属表面。
(2)预化学镀镍经过上述表面的镀前处理后，将镀件放入60-7℃热水中预热2-4分钟。因为经过预热处理，镀件才能很快施镀，避免受镀液腐蚀，同时镀层与基体的结合也较好。预热后，立即转入碱槽中进行预化学镀镍。预化学镀镍的镀液组成为NiSO4·7H2O 10-15克/升NaH2PO2·H2O 10-15克/升K2P2O720-30克/升预化镀镍时其它条件为PH10-12;温度65-70℃;沉积速度4-5微米/小时;时间20-40分钟。
上述镀液在装载比为1∶2时，在正常情况下可连续使用6-8次。
(3)化学镀镍在预化学镀后，将镀件放入85-95℃热水中清洗并预热2-3分钟。立即转入酸槽中进行化学镀镍。化学镀镍的镀液组成为NiSO4·7H2O 18-25克/升
NaH2PO2·H2O 18-25克/升NaAC10-25克/升乳酸10-15毫升/升Pb(AC)20.001克/升十二烷基硫酸钠0.05-0.01克/升化学镀镍的其它条件为PH4.5-5.0;温度85-90℃;沉积速度16-20微米/小时;时间2-3小时。
本发明还提供了一种专用于上述化学镀镍工艺的化学镀镀液的调整和再生方法，通常本发明所采用的化学镀镀液在装载比为1∶2的情况下，可连续使用1-2次，使用后的镀液可以通过调整和再生再继续使用。
(1)调整方法按镀液中实际测定消耗的镍量计算补充NiSO4·7H2O再按1份NiSO4·7H2O消耗1.0-1.30份NaH2PO2·H2O的比例补充NaH 2PO2·H2O，并适当增加缓冲剂和络合剂，即可再行施镀。NaH2PO2·H2O消耗量不能按化学反应式进行定量计算，因为施镀时次磷酸钠通过自催化过程不仅将Ni++还原成Ni，而且还部分被还原成P，生成Ni-P合金，同时放出大量H2。
(2)再生方法随着施镀时间的延长，镀液中HPO3＝浓度将随着增加，这不仅不利于沉淀Ni的反应的进行，使沉积速度减慢，镀层质量降低，而且还会产生NiHPO3沉淀，使沉积Ni的过程无法进行。文献中曾介绍采用离子交换法，化学沉淀法来除去HPO3＝，但均未获得实际应用。本发明提供一种采用弃去部分旧液的办法来降低HPO3＝的浓度。其方法是镀液中Na2HPO3·5H2O超过某极限浓度如25-30克/升时则弃去部分旧液，补充消耗的药品，添加与弃去旧液相同体积的新液，并保证合并液中Na2HPO3·5H2O浓度低于上述极限浓度，即可起镀。
本发明所提供的化学性质不稳定金属的表面化学镀镍工艺具有如下优点(1)采用金属清洗剂除油，不仅除油效果好，而且所用清洗剂价格便宜。操作简便，对Zn-Al合金，除油后不需专门浸蚀工序即达到活化目的，除油、活化两步工序可合为一步。
(2)采用预化学镀镍方法与预电镀镍比较不需要提供电源及电极等设备，设备简单、成本低，而且对于形状复杂的工件来说也可均匀施镀，这是电镀法不可能达到的。
(3)化学镀镀液可以再生，镀液可循环连续使用，经济效益显著。
本发明所提供的化学镀镍工艺其实施例如下实施例1纺织工业用Zn-Al合金超塑性槽筒或络筒化学镀镍(1)将络筒用100目砂粒在2个大气压下进行喷砂，除去表面氧化皮。用0.5%金属清洗剂，在55±5℃清洗2分钟，用水冲洗。
(2)浸入65±5℃热水预热2分钟，立即转入碱槽中进行预化学镀镍。预化学镀镍的组成为NiSO4·7H2O 12克/升;NaH2PO2·H2O12克/升;K2P2O724克/升。调整镀液PH为10，温度为68±2℃，预镀30分钟。
(3)取出络筒，在88±2℃热水中洗涤并预热2分钟，立即转入酸槽中进行化学镀镍，镀液组成为NiSO4·7H2O 20克/升NaH2PO2·H2O 20克/升NaAC20克/升乳酸12毫升/升Pb(AC)80.001克/升十二烷基硫酸钠0.05克/升用1∶1 NH4OH调整镀液PH为4.5，在88±2℃施镀2小时。
实施例2永磁材料Nd-Fe-B合金的化学镀镍(1)将合金镀件在2个大气压下用150目砂粒进行喷砂，然后用2%金属清洗剂在65±5℃清洗3分钟除油，用水冲洗，在0.5% H2SO4中浸蚀活化约20秒。
(2)合金镀件活化后，在65±5℃热水中预热2分钟，立即转入碱槽中进行预化学镀镍，此镀液组成为NiSO4·7H2O 12克/升;NaH2PO2·H2O 12克/升;K2P2O720克/升。调整PH为11，在温度68±2℃预镀30分钟。
(3)取出，用88±2℃热水冲洗并预热2分钟，立即转入酸槽中进行化学镀镍，此镀液组成为NiSO4·7H2O 22克/升NaH2PO2·H2O 22克/升NaAC22克/升乳酸12毫升/升Pb(AC)20.001克/升十二烷基硫酸钠0.08克/升用1∶1 NH4OH调整镀液PH为4.8，在88±2℃施镀2小时。
化学镀镀液的再生方法其实施例如下纺织工业用Zn-Al合金络筒12支，装载比为1∶2，用150升化学镀镀液施镀1次。用EDTA容量法测定上述施镀后的旧镀液中含NiSO4·7H2O 14.5克/升。其含量与镀液中NiSO4·7H2O的适宜浓度(18-25克/升)相比偏低，故需按下法调整如调整NiSO4·7H2O含量至20克/升，即150升溶液中应添加NiSO4·7H2O 825克，按NiSO4·7H2O与NaH2PO2·H2O之比为1∶1.25补充NaH2PO2·H2O，即添加NaH2PO2·H2O 1031克，再适当补充其它药品，如补充NaAC 300克，乳酸450毫升。将前三种固体药品用部分旧镀液在室温下溶解后连同乳酸倒入原镀槽中，搅匀，调整PH为4.5，即可再行施镀。
第二次施镀后，用碘量法测定此旧镀液中含Na2HPO3·5H2O 31克/升，此数值高于Na2HPO3·5H2O的极限浓度(25-30克/升)，故应按下法再生弃去此旧镀液1/6，即弃去25升，并按上述方法进行调整，然后补充25升新镀液，使合并后的镀液中Na2HPO3·5H2O的浓度低于它的极限浓度，即可进行第三次施镀。以下逐次如此调整和再生镀液。
参考文献金子、富士男，金属表面技术(日本)，32(1981)，89。
权利要求
1.一种化学性质不稳定合金工件，如Zn-Al合金，永磁材料Nd-Fe-B合金工件表面化学镀镍工艺，其特征在于它由下列工序组成(1)表面的镀前处理；(2)预化学镀镍；(3)化学镀镍。
2.按权利要求1所述的化学镀镍工艺，其特征在于表面镀前处理步骤中使用金属清洗剂的浓度及清洗时PH值、温度和清洗时间为合金Zn-AlNd-Fe-B金属清洗剂，%0.5-1.01-2PH值11-1211-12温度，℃50-6060-70时间，分钟2-32-5
3.按权利要求1所述化学镀镍工艺，其特征在于镀前处理步骤中，对Zn-Al合金，采用金属清洗剂除油并同时进行表面活化。
4.按权利要求1所述化学镀镍工艺，其特征在于预化学镀镍前用热水预热处理的水温为60-70℃，时间为2-4分钟。
5.按权利要求1所述的化学镀镍工艺，其特征在于预化学镍的镀液组成为NiSO4·7H2O 10-15克/升NaH2PO2·H2O 10-15克/升焦磷酸钠(钾)20-30克/升
6.按权利要求1所述的化学镀镍工艺，其特征在于预化学镀液PH为10-12，温度为65-70℃，预镀时间为20-40分钟。
7.按权利要求1所述的化学镀镍工艺，其特征在于化学镀镀前用热水预热处理的水温为85-90℃，时间为2-3分钟。
8.按权利要求1所述的化学镀镍工艺，其特征在于化学镀的镀液为NiSO4·7H2O 18-25克/升NaH2PO2·H2O 18-25克/升NaAC18-25克/升乳酸10-15毫升/升Pb(AC)20.001克/升十二烷基硫酸钠0.05-0.1克/升
9.按权利要求1所述的化学镀镍工艺，其特征在于化学镀PH为4.5-5.0，温度为85-90℃，时间为1-3小时。
10.一种专适用于按权利要求1所述化学镀镍工艺镀液的调整和再生方法，其特征是(1)按镀液中实际测定消耗的镍量计算补充NiSO4·7H2O，再按1份NiSO4·7H2O为1.0-1.30份NaH2PO2·H2O补充NaH2PO2·H2O，并适当增加缓冲剂和络合剂，即可再行施镀。(2)在超塑性Zn-Al合金工件用镀液中，Na2HPO3·5H2O的极限浓度为25-30克/升，超过此范围时，则弃去部分旧液，补充消耗掉的药品，添加与弃去旧液相同体积的新液，并保证合并液中Na2HPO3·5H2O浓度小于上述极限浓度，即可再行施镀。
全文摘要
本发明提供了一种化学性质不稳定金属如Zn-Al合金，Nd-Fe-B合金的化学镀镍工艺。包括三道工序1、工件表面的镀前处理；2、预化学镀镍；3、化学镀镍。其主要特征是采用金属清洗剂除油，Zn-Al合金除油后不必另行活化；不采用预电镀镍，而采用预化学镀镍打底。本发明还提供了一种专门适用上述镀镍工艺的镀液再生方法。本工艺既可改善工件的耐磨性能，又可提高工件耐腐蚀性能。
文档编号C23C18/50GK1043533SQ88105179
公开日1990年7月4日 申请日期1988年12月12日 优先权日1988年12月12日
发明者田云川, 朱鸿德, 姜晓霞 申请人:中国科学院金属研究所