[发明专利]一种碱性无氰镀锌镍合金镀液及其电镀工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性无氰镀锌镍合金镀液及其电镀工艺。

背景技术

据发达国家统计，每年由于腐蚀造成的直接损失占国民经济生产总值的1.5~4.2%，我国每年因腐蚀造成的钢铁损失就高达600万吨。现阶段常用电镀锌作为钢铁基体的阳极性镀层，可对基体起到电化学保护作用。但镀锌层在腐蚀介质中耐蚀性差，对镀层厚度要求较高，一般大于25μm，造成镀层的成形性和可焊性变差。在锌层中加入铁族金属(Fe、Co、Ni)后组成的合金镀层耐蚀性比锌镀层会大幅度提高。在锌合金镀层中，Zn-Ni合金较其它锌基合金具有低氢脆的特点，耐蚀性和机械性能更强，在电镀工业中得到了广泛的应用，相比于镉镀层，锌镍合金对环境污染小，常作为代镉镀层在航空工业中使用。

Zn-Ni合金镀液主要分为酸性体系和碱性体系两大类，其中酸性镀液最早得到商业化应用，镀液电流效率高，但是镀层分散能力差，不适于形状复杂的零件的电镀。碱性镀液主要包括氰化物镀液和碱性锌酸盐镀液，氰化物镀液毒性大，对工人身体危害大，且对环境会造成极大的污染，在全世界范围内都有明确的指令限制氰化物的使用。碱性镀液中常使用的锌酸盐镀液电流效率较低(60～80%)，不利于实际生产。因此，研制一种低毒、低污染、电流效率高、镀层性能优异的碱性无氰电沉积锌镍合金体系显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种碱性无氰镀锌镍合金镀液及其电镀工艺，通过对镀液配位剂的筛选，获得可以应用于碱性无氰电镀锌镍合金的主配位剂和辅助配位剂，以获得镀液稳定性良好、电流效率高的电镀锌镍合金工艺。最终获得外观光亮、硬度高且耐蚀性良好的锌镍合金镀层。所得镀液稳定性、分散能力、覆盖能力良好，解决了常规碱性镀液电流效率低的问题，提升了其在工业化应用的可行性。

本发明是这样实现的，所述一种碱性无氰镀锌镍合金镀液，由主配位剂、辅助配位剂、硫酸锌、硫酸镍、碳酸钾和水配制而成，其中主配位剂：20~400g/L、辅助配位剂：5~300g/L、硫酸锌：5~200g/L、硫酸镍：1~150g/L、碳酸钾：5~435g/L；

所述主配位剂为乙内酰脲、乙内酰脲衍生物的一种或几种的混合物；乙内酰脲衍生物为3-羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲、5,5-二苯基乙内酰脲、1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲、1-氨基乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、2-硫代乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲、1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲、2-硫代-5,5-二甲基乙内酰脲；

所述辅助配位剂为二甲胺、乙二胺，三乙醇胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、氨基乙酸、酒石酸钾、酒石酸钾钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵、苹果酸、聚乙二醇、羟基乙叉二膦酸、焦磷酸钠、焦磷酸钾、草酸、尿素、甲酸钠、甲酸铵、乙酸钠、乙酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸铵、亚硫酸钾、硫代硫酸钠、硫脲中的一种或几种的混合物；

配制方法如下：

称取主配位剂20~400g/L、硫酸锌：5~200g/L混合，得到澄清溶液，称取辅助配位剂：5~300g/L、硫酸镍：1~150g/L混合，得到澄清溶液，将碳酸钾：5~435g/L按2~5:1的质量比分别加入上述所得两种溶液中，搅拌使镀液澄清后将两种镀液混合，作为电镀锌镍合金的镀液，控制温度为30~60℃，搅拌1~12h。

本发明所述镀液的pH值在7~11之间；所述的水为超纯水。

本发明所述一种碱性无氰镀锌镍合金镀液的电镀工艺，其步骤如下：

1）、基体前处理：基体依次进行除油、酸洗和水洗；

2）、电镀锌镍合金：在基体经过前处理后用超纯水进行冲洗，然后直接进入含有碱性无氰电镀锌镍合金镀液的镀槽中，进行电镀锌镍合金，完成电镀后，从镀液中取出试样，用超纯水清洗表面，冷风干燥，得到锌镍合金镀层，其中：电镀锌镍合金时采用恒流电镀的方式，电流密度为0.5~5A/dm²，镀液温度为30~60℃，阴阳极间距离为0.5~25cm，镀液搅拌速度为0~3000rpm，电镀时间为1~120min。

本发明所述基体采用的是铜片或是铁片，阳极采用的是不溶性金属阳极。

本发明所述锌镍合金镀层中镍含量为10~16wt.%。

本发明的有益效果如下：

1、本发明首次以乙内酰脲或其衍生物为主配位剂，通过和辅助配位剂的联合使用，电沉积得到了镍含量为~13wt.%的锌镍合金，所得镀层耐蚀性良好，镀液稳定性相比于单一配位剂得到了极大的提升。