[发明专利]低碳钢表面化学镀Ni-Zn-P-稀土合金镀层的制备工艺

说明书

本发明涉及一种低碳钢表面化学镀Ni‑Zn‑P‑稀土合金镀层的制备工艺。包括基体前处理、稀土化学镀液的配置、化学镀；化学镀液配方为每升水溶液中含有：硫酸镍20g～25g，硫酸锌0.4g～0.8g，次亚磷酸钠15g～25g，柠檬酸钠50g～60g，氯化铵25g～30g，稀土盐0.01～0.1g。稀土盐包括硝酸铈、硝酸镧和硝酸钇。进行化学镀时，直接将处理好的试样放入配置好的镀液中施镀，搅拌速度为400～800rpm，溶液pH值为8.5～10.5，温度为60～80℃，施镀时间为30～90分钟。本发明利用稀土的特殊作用，解决化学镀Ni‑Zn‑P合金镀液稳定性差的问题，降低化学镀温度，提高合金沉积速度。

技术领域

本发明涉及化学镀领域，具体是一种低碳钢表面化学镀Ni-Zn-P-稀土合金镀层的制备工艺。

背景技术

化学镀是将经过一定前处理的镀件放在镀液中，在一定的pH值，一定的温度下，无需外加电源的一种化学沉积方法。化学镀具有高硬度、高耐磨性、抗腐蚀性、光洁致密、工艺简单等各种优点，由最初研究单一化学镀镍拓展到了多种金属及合金化学镀的研究，如化学镀Ni-P、Ni-Cu-P、Ni-Zn-P等。

从20世纪80年代末期开始，化学镀Ni-Zn-P合金镀层作为一种阳极保护镀层，受到研究者的广泛关注，化学镀合金镀层与电镀Zn-Ni合金镀层相比具有以下优势：设备简单、容易制备、耐蚀耐磨性强、优良的电磁性能等，但也有不足之处，化学镀液高温时稳定性低。在化学镀Ni-P合金镀液体系中加入Zn²⁺可以使镀层电位负移，而且研究发现，Zn²⁺在镀液中能够起到稳定剂的作用，添加量少时，镀液稳定，但过量时Zn²⁺对镀液具有毒化作用，使化学镀速度降低，过量的Zn²⁺离子吸附于基体的表面，阻止了Ni²⁺的还原，所以降低了化学镀速度。

我国稀土资源极为丰富，是目前世界上已知的稀土储量最多的国家。稀土元素独特的4f层电子结构使得稀土金属或合金的薄膜有独特的功能，如高催化活性、高磁性、超导性、光电转化、光磁记录、高贮氢量、耐腐耐磨等，成为发展现代科学技术不可缺少的功能材料，是材料科学领域中的一个热门研究课题，受到各国科学工作者的极大关注。

稀土表面改性技术已经应用在许多表面工程技术中，如电镀工艺中的镀锌、镀铬、镀锡等普通电镀中和电刷镀、复合镀等特种镀覆工艺，铝合金转化膜和阳极氧化技术等，以及现代材料表面改性技术领域，如离子注入表面改性、等离子体镀膜技术、等离子喷涂、激光表面改性、等离子渗氮、电子束表面改性等都能看到稀土改性技术应用的身影。

自20世纪90年代中期以来，我国广大表面工程技术研究人员利用稀土的特殊性质和功能，在传统的化学镀镀液中添加适宜种类和适量的稀土元素，促进了化学镀工艺的效果并改善了镀层薄膜的物理、化学和电磁性能，并从理论上对稀土促进化学镀的物理和化学行为进行了富有创新性的探索和研究。近几年，关于化学镀稀土合金的研究主要集中在三方面：化学镀稀土钴基合金、化学镀稀土铁基合金和化学镀稀土镍基合金。

关于化学镀稀土镍基合金镀层，中国专利CN1718856A报道了添加镱的化学镀镍磷液及其使用方法，通过添加微量镱，使镀速快、镀液稳定，获得高硬度的耐蚀镀层；同时，中国专利CN102994991B报道一种Ni-Cu-P-Ce合金镀层及制备工艺，稀土Ce的添加，可以获得微晶的高硬度耐蚀性镀层；中国专利CN104419919A报道了化学镀稀土铈Ni-P-PTFE复合镀层的制备工艺，在20号钢上利用稀土铈诱导沉积，超声作用下镀覆Ni-P-PTFE复合镀层，实现耐磨、防垢目的。以上报道发现了稀土在Ni-P、Ni-Cu-P和Ni-P-PTFE镀层中的特殊作用，然而稀土在化学镀Ni-Zn-P合金镀层中的作用如何，是否可以解决化学镀Ni-Zn-P镀液稳定性差、镀速慢的问题，本发明将研究稀土元素在化学镀Ni-Zn-P合金镀层中的作用和制备工艺。

发明内容