[发明专利]化学镀-电镀用镍铜合金液及镍铜合金非晶基复合镀层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面镀层制备、电镀、化学镀技术领域，具体涉及一种化学镀-电镀用镍铜合金液，使用该化学镀-电镀用镍铜合金液制备镍铜合金非晶基复合镀层的方法，以及制备得到的非晶-纳米晶结构的镍铜合金复合镀层。

背景技术

电镀和化学镀均有160多年的历史。工业应用电镀方法制备镀层的历史已经有相当一段时间，应用化学镀制备的镀层是从十九世纪50年代的General American Transportation公司（GATC）开始的。电镀的方法制备的镀层为晶态或者纳米晶结构，化学镀制备的镀层随着还原剂量的改变，可以得到非晶到晶态多种结构的镀层。非晶态和纳米晶材料各自具有独特的结构和一系列的优良特性。非晶态材料由于其原子排列的长程无序、短程有序特点，在物理、化学及力学性能上表现出一系列优异特性，如高强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性等，然而塑性差是非晶态材料需要解决的关键技术之一。与非晶材料相比，纳米晶材料由于大量原子处于晶界上，同样具有良好的力学性能，如高硬度、高耐磨性等，另外纳米晶材料还具有良好的塑性和韧性，但是其晶间腐蚀严重。因此，如何利用非晶结构和纳米晶结构的优势互补，制备具有高性能的非晶纳米晶复合材料是当前非晶、纳米晶材料领域的研究热点。

电镀和化学镀同时发生最早是由Brenner和Riddell在电沉积镍时发现的。目前采用这两种方法同时制备镀层的研究比较少。公开号为CN101654797A的中国发明专利在钢铁工件表面预镀铜时采用电化学和化学镀的工艺，得到了很大的反响，然而，该方法只为酸性镀铜提供了一种预镀的方法，得到的镀层厚度仅为几个微米量级，其综合力学性能不能实际应用的要求。公开号为CN1818141A的中国发明专利中，公开了一种可以发生两种沉积反应的镀液，但是这两种沉积并非同时发生，而是通过反应条件的改变，使之在不同条件下发生。利用电镀化学镀制备非晶纳米晶复合镀层的研究仍然微少。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术现状，提供一种电化学沉积和化学沉积两种方法协同制备镍铜非晶基复合镀层的方法。这种方法原位可控，成本更低，操作简单，得到的镀层的综合力学性能较晶态镀层和非晶镀层都有很大的提高。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种化学镀-电镀用镍铜合金液，该合金液是以去离子水为溶剂，其中包含以下重量体积百分比浓度的溶质：

所述的铜盐包括但不限于硫酸铜、焦磷酸铜、氯化铜中的至少一种；

所述的镍盐包括但不限于硫酸镍、氯化镍中的至少一种；

所述的还原剂包括但不限于次磷酸钠、氨基硼烷、盐酸羟胺、硼氢化钠、甲醛、水合肼中的至少一种；

所述的络合剂包括但不限于柠檬酸、柠檬酸钠、硼酸、硼酸钠、焦磷酸钾钠、焦磷酸钠中的至少一种。

使用本发明化学镀-电镀用镍铜合金液，采用化学镀-电镀协同制备镍铜合金非晶基复合镀层的制备工艺包括如下步骤：

步骤1、将金属基底表面进行除油、除氧化膜处理；

步骤2、用去离子水将铜盐、镍盐、络合剂、还原剂按重量百分比配制化学镀-电镀用镍铜合金液；

步骤3、镍铜合金非晶纳米晶复合镀层的制备：将步骤1中处理后的金属基底置于步骤2配制的化学镀-电镀用镍铜合金液中进行化学镀电镀协同沉积，其条件是：阳极为纯镍板，阴极电流密度为15~60mA/cm²，镀液用碱性溶液调节pH为4~12，镀液温度为30~80℃，沉积时间为1小时~2小时，阴极移动、搅拌镀液，循环过滤完成金属基底非晶纳米晶复合镀层的制备。

作为优选，所述的镀层沉积速度为0.2~1.0um/min。

作为优选，所述的步骤3中的碱性溶液包括但不限于氨水溶液或氢氧化钠溶液。

所述的步骤1中，金属基底的表面除油优选采用以下过程：

在质量百分比浓度为5%～20%的NaOH溶液，或者在质量百分比浓度为5%～20%的KOH溶液中加入适量十二烷基硫酸钠，得到混合溶液，将金属基底放入该混合溶液中，在清洗温度为40℃～70℃下清洗3分钟～10分钟。

其中，十二烷基硫酸钠在混合溶液中的浓度优选为0.5g/l～10g/l，进一步优选为2g/l；清洗温度优选为60℃～70℃。

所述的步骤1中，金属基底的表面除氧化膜处理优选采用机械抛光、化学抛光对金属基底进行表面氧化膜去除处理。