[发明专利]用于替代硬铬镀层的电沉积纳米晶钴磷合金电镀液及电镀层生产工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及用于替代硬铬镀层的电沉积纳米晶钴磷合金电镀液及电镀层生产工艺，属于电镀液及电镀层生产工艺技术领域。

 

背景技术  

目前，硬铬镀层(厚度30um～50um) 因为其内在的高硬度(600～1,000 VHN之间)和低的摩擦系数(低于0.2)而广泛应用于传动耐磨、耐冲刷组件、工业以及军事领域。目前最常用的镀硬铬手段是在含铬酸的电镀液中电镀生成，其中产生的六价铬对人体健康和环境所造成的危害从30年代初就已经被确认并限制使用。同时, 电镀硬铬涂层工艺和性能还存在如电流效率低、深镀能力差等固有缺点。 

 

发明内容

本发明的目的在于解决上述已有技术存在的不足之处，提供一种完全能够超过现有硬铬镀层整体性能和生命周期，既环保又节能的用于替代硬铬镀层的，在电沉积过程中生成10nm以下单晶纳米晶钴磷合金镀层，同时还提供了实现上述电沉积纳米晶钴磷合金镀层的生产工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

电沉积纳米晶钴磷合金电镀液，其特殊之处在于：溶剂为去离子水，溶质的各组分及含量如下：

钴离子           20～30g/l；

硼酸             30～40g/l；

磷酸             10～50g/l，

十二烷基硫酸钠   0.1～0.3g/l。

所述钴离子来源于硫酸钴、氯化钴等可溶性钴盐中的至少一种。

电沉积纳米晶钴磷合金镀层的生产工艺，包括镀件的预处理和脉冲电沉积处理过程，其特殊之处在于所述电沉积处理过程是将经过预处理的镀件作为阴极，将钛金属作为阳极，直接置入pH值为2～3的电沉积纳米晶钴磷合金电镀液中进行单脉冲电沉积处理；电沉积工艺参数包括电沉积时间30～60min，电沉积温度30～60℃，单脉冲电流密度为3～5A/dm2,单脉冲频率50～210Hz，占空比为30～60%；最终获得粒径小于10nm的纳米晶钴磷合金镀层。

具体工艺过程如下：

步骤1：配制电沉积纳米晶钴磷合金电镀液

所述电沉积纳米晶钴磷合金电镀液的组分及含量如下：

钴离子           20～30g/l；

硼酸             30～40g/l；

磷酸             10～50g/l，

十二烷基硫酸钠   0.1～0.3g/l。

所述钴离子来源于硫酸钴、氯化钴等可溶性钴盐中的至少一种。

步骤2：镀件的预处理

将被镀件表面经除油、活化等预处理去除被镀件表面的油、污垢层和氧化层；

上述除油过程包括除油、水洗两个工序，所述除油是指将通用的金属清洗剂加热，然后电化学阴极除油3分钟，电化学阳极除油2分钟；除油后经过两次水洗，一次水洗是采用20～80℃热水进行水洗，二次水洗采用常温水喷淋水洗即可；

上述活化过程包括活化、水洗两个工序，所述活化是指将被镀件浸入含有质量浓度为5～10%的硝酸钠水溶液的阳极活化槽内，进行电化学阳极活化2～6分钟；活化后经两次水洗，一次水洗是采用20～80℃热水进行水洗，二次水洗则采用溶解性固体总含量少于50ppm的纯水进行喷淋水洗；

步骤3：电沉积过程

将作为阴极的镀件和作为阳极的钛金属直接置入装有pH值为2～3的电沉积纳米晶钴磷合金电镀液的电镀槽中，通入单脉冲方波大功率电镀电源进行电沉积，设定电流密度为3～5A/dm2,单脉冲频率50～210Hz，保持电沉积温度30～60℃，电沉积时间30～60min，占空比为30～60%；最终获得粒径小于10nm的纳米晶钴磷合金镀层；

所述单脉冲方波大功率电镀电源是指电压为12V、电流500～10000A、波形为标准方波的单脉冲电源。

步骤4：电沉积后处理

将电沉积后的镀件进行水洗，以清除镀件表面杂质；

所述水洗是先采用20～80℃热水进行，再使用常温的溶解性固体总含量少于50ppm的纯水进行喷淋水洗；

步骤5：干燥去氢

将水洗后的镀件置入温度条件为160～240℃的烘箱内加热保温1～3小时。

本发明通过使用钴及钴化合物电镀液，通过单脉冲方波大功率电镀电源进行电沉积作业，其中频率和占空比连续可调，生成高性能的电沉积纳米晶钴磷合金镀层。