[发明专利]一种低温化学镀Ni-Cu-P溶液及应用该溶液的化学镀Ni-Cu-P方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面的化学镀覆，具体涉及一种用于低碳钢基材表面的低温下超声波辅助化学镀Ni-Cu-P溶液及化学镀Ni-Cu-P方法。

背景技术

在化学镀Ni-P二元合金溶液中加入铜盐，可以生成Ni-Cu-P合金镀层，与Ni-P合金镀层相比，化学镀Ni-Cu-P三元合金镀层均匀致密，具有更高的耐蚀性、导电性、极其优良的耐磨性以及一些特殊的物理性能，如电阻率高、电阻温度系数小、抗磁性等，其应用领域不断扩大，尤其在石化、汽车、电子设备、精密仪器和仪表零件等工业中具有很大的潜力。

近年来，已有多篇文献和专利报道了向Ni-P二元合金溶液中加入铜的方法，但是仍然存在诸多缺点。例如工作温度较高(一般在85-95℃)，镀液蒸发快，需要提供更多的能量，能耗大，增加设备投资，镀覆工艺控制困难；高温下操作对有些材料施镀会造成基体的变形和改性，造成镀层光亮度低，整平性差，不适于装饰，亦不适于塑料上化学镀。

为了能够使化学镀的沉积速度更快，施镀温度更低，镀层性能更优，人们采用了多种能量输入方式，如在化学镀中加入超声波或电脉冲，或者在室温下，利用激光束的照射使镀液局部升温达到化学镀的引发温度，可实现光照区化学镀，镀速可提高几个数量级，而且镀层性能明显改善。其中，超声波辅助化学镀研究的较为广泛，取得的成果也较为显著。目前，人们已经将超声波化学镀Ni-Cu-P应用于有机高分子聚合物等基体材料上，但至今还没有应用在低碳钢基材表面的报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于低碳钢基材表面的低温下超声波辅助化学镀Ni-Cu-P溶液及化学镀Ni-Cu-P方法。

本发明所采用的溶液配方为：硫酸镍35-40g/L，硫酸铜0.2-0.4g/L，次磷酸钠25-30g/L，乙酸钠8-10g/L，柠檬酸三钠25-30g/L，乳酸22-28ml/L，丁二酸8-10g/L，甘氨酸0.01g/L，氟化氢铵0.2g/L，碘化钾8mg/L，硫脲1.5mg/L。溶剂为蒸馏水，溶液体积为混合后溶质和溶剂的总体积。

经发明人的多次试验确定本发明所采用的溶液最佳配方为：硫酸镍35g/L，硫酸铜0.2g/L，次磷酸钠30g/L，乙酸钠8g/L，柠檬酸三钠25g/L，乳酸22ml/L，丁二酸8g/L，甘氨酸0.01g/L，氟化氢铵0.2g/L，碘化钾8mg/L，硫脲1.5mg/L。溶剂为蒸馏水，溶液体积为混合后溶质和溶剂的总体积。

其中，硫酸镍和硫酸铜为镀液的主盐；次磷酸钠为还原剂；乙酸钠为缓冲剂；柠檬酸三钠是主络合剂；乳酸为辅助络合剂；丁二酸、甘氨酸和氟化氢铵为联合加速剂；碘化钾、硫脲为稳定剂。

在该配方中，化学镀镍溶液中的主盐是镍盐、铜盐，由硫酸镍NiSO₄·6H₂O和硫酸铜CuSO₄·5H₂O提供化学镀反应过程中所需要的Ni²⁺和Cu²⁺。化学镀镍所用的还原剂次磷酸钠的结构特征是含有两个或多个活性氢，还原Ni²⁺、Cu²⁺就是靠还原剂的催化脱氢进行的。

在还原剂次磷酸钠作用下，硫酸镍NiSO₄·6H₂O浓度的变化对镀速有着明显的影响。随硫酸镍浓度的增加镀速会明显提高，镀液中Ni²⁺浓度的增加，提高了化学镀镍的还原电极电势。由于反应物浓度增大，氧化还原电位正移，反应自由能变化向负方向移动，使反应速率增大，表现在沉积速度加快。当达到35-40g/L时，镀速最高。其后再提高Ni²⁺浓度，镀液稳定性将下降，易造成镀液自分解。硫酸铜CuSO₄·5H₂O作为镀液的主盐，虽然浓度较低，但对镀速的影响很大。随铜盐浓度的增加镀速会降低，这主要是因为金属铜对次磷酸根脱氢缺乏催化活性，当镀液中硫酸铜浓度增加时，基体表面铜的沉积数量增加，这就增加了镀层表面非活性部分的比例，能够被表面吸附且能够脱氢的次磷酸根离子减少，使得镀速下降。因此，在其它条件相同时，化学镀镍铜磷的镀速要比化学镀镍磷合金的速度慢一些。

综上所述，从镀速方面考虑，硫酸镍的用量范围为35-40g/L，硫酸铜的用量范围为0.2-0.4g/L。