[发明专利]一种制备纳米晶镍合金镀层的电镀液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面镀层制备技术领域，尤其涉及到一种镍合金镀层的制备方法。

背景技术

电镀已有160多年的历史，工业应用电镀方法制备镀层也已经有相当长的一段时间。电镀方法制备的镀层为晶态或者纳米晶结构，其中纳米晶体由于有大量原子处于晶界上，具有良好的力学性能，如高硬度、高耐磨性等。与非晶材料相比，纳米晶材料具有良好的塑性和韧性，而超细纳米晶，由于晶粒的进一步细化，镀层的硬度能进一步得到提高。

镀硬铬技术是比较好的一种增加表面硬度的方法，具有表面光洁度好、不会生锈以及镀的过程中原零件变形小等优点，但是在镀硬铬技术中存在着大量的六价铬，六价铬对人体和环境具有极大地危害性，已越来越受到环保部门的限制，因此发明一种能够代替铬酸镀硬铬的电镀配方是非常有必要的。

同铬相比，镍的毒性较小，电镀镍工艺对人体和环境的危害性要小得多。公告号为CN 1011316 B的中国专利提供了一种快速镀镍溶液及镀镍方法，镀镍溶液由含镍离子的主盐、络合剂及辅助络合剂组成，络合剂是羟基羧酸或其盐类，辅助络合剂是烷基羧酸，该电镀液具有较快的电沉积速度，阴、阳极可以相对运动，提高了电镀效率，但是得到的镍镀层硬度低于铬镀层，耐磨度不够，限制了其应用。

公告号为CN 100424232 C的中国专利提供了一种镍电镀液，含至少两种选自氨基多羧酸、多酸酸和多磷酸的螯合剂，pH值为4-9，镍离子与氯离子的比值为1或更小，该电镀液可有效地将镍层只沉积在待电镀部件上而不腐蚀由陶瓷复合材料制成的电子部件或含过渡金属氧化物的陶瓷部件，但是其缺点是制备得到的电镀层硬度和耐磨度不够。

公告号为CN 101760767 B的中国专利提供了一种钢带电镀镍的方法，使用的电镀液配方为：350＜NiSO₄·7H₂O≤550g/L，20≤H₃BO₃≤50g/L，5≤阳极活性剂≤30g/L，0.2≤十二烷基硫酸钠≤0.8g/L，该方法特别适用于电极制造用的穿孔钢带、冲孔钢带的连续电镀镍，但是制备的镍镀层同样具有硬度和耐磨度不够的缺点。

发明内容

本发明提供了一种制备纳米晶镍合金镀层的电镀液及其应用，使用该电镀液制备得到的纳米晶镍合金镀层具有更高的耐磨损性和硬度。

一种制备纳米晶镍合金镀层的电镀液，其特征在于，以质量浓度计，包括：

所述的晶粒细化剂为次磷酸钠、盐酸羟胺、硼氢化钠、甲醛、氨基硼烷、水合肼中的至少两种。

其中，所述的电镀液以去离子水作为溶剂。

所述的晶粒细化剂包含两种以上的物质，具体的比例无特殊要求，总浓度范围保持在1～10g/L即可，会在溶液中引入非金属元素氮、碳、硼中的至少一种，阻碍镍沉积过程中晶粒的生长，形成超细纳米晶结构，纳米晶结构晶粒的细化，会显著提高镀层的综合力学性能，使得镀层的耐磨损性和硬度提高，可以用作代替铬酸镀硬铬的镀层。

所述的镍盐为在弱酸性条件下，易溶于去离子水中的镍盐，优选为硫酸镍、氯化镍和碱式碳酸镍中的至少一种，此时，在所述的晶粒细化剂的作用下，优选的镍盐在沉积过程中形成的晶粒更细小，而且镍盐中的阴离子(如Cl^-)在电沉积时起着防止阳极钝化的作用；质量浓度进一步优选为30～60g/L，浓度越低，电沉积时候需要的电压越大，浓度越高，电沉积的速率越快，晶核越容易形成，得到的晶粒越细小，但是速率太快，会降低镀层的紧密程度。

所述的络合剂通过与镍离子配位，使得镍离子在电镀液中容易分散，优选为柠檬酸、柠檬酸钠、硼酸、硼酸钠、焦磷酸钾钠、焦磷酸钠和乙二胺四乙酸(EDTA)中的至少一种。

所述的表面活性剂在电沉积时可以使得镍离子在基底上铺展开来，起着防止出现细孔的作用，优选为2-乙基己基硫酸钠、、十二烷基硫酸钠和聚氧乙烯烷基酚醚硫酸钠中的至少一种，用量进一步优选为0.1～0.2g/L，用量太少，起不到防止细孔出现的作用，用量太多，去除细孔的作用增加不明显，而且会产生泡沫覆盖于电极上。

所述的电镀液的pH值范围优选为3～6，在进行电沉积时，pH值过低，会使得氢离子浓度过高，过高的氢离子浓度会使得氢气优先在阴极析出，而使得镍无法沉积下来，pH值过高，会使得镍离子直接沉淀出来，影响电镀的进行。