專利名稱：室溫非水體系化學鍍鎳的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學鍍鎳技術領域，具體涉及一種室溫非水體系中化學鍍鎳液的配方和施鍍的方法。
背景技術：
自1946年美國標準局發(fā)現(xiàn)化學鍍鎳工藝以來，由于其具有硬度高、耐蝕及耐磨性好等優(yōu)點而倍受青睞，并隨著化學鍍鎳工藝的不斷成熟而被廣泛應用。現(xiàn)已應用于航空、航天、日常生活等領域。傳統(tǒng)的化學鍍鎳通常都是在水體系中以次亞磷酸和硼氫化物為還原齊U，在高溫、強堿環(huán)境下得到鎳鍍層。高溫、強堿環(huán)境對鍍液的穩(wěn)定性影響很大，而且很難得到均勻穩(wěn)定的鍍層，且能耗大，并隨著鍍液中主鹽離子濃度的不斷下降很難實現(xiàn)循環(huán)利用。 施鍍后廢液中鎳離子很難用化學的方法分離，直接排放到環(huán)境會給環(huán)境帶來很大的危害。 由于這些原因，化學鍍鎳的進一步發(fā)展和廣泛的應用受到了限制。隨著科技的不斷發(fā)展，整個材料制備產(chǎn)業(yè)對制備高性能、低成本、工藝簡單的化學鍍鎳業(yè)提出了更高的要求，特別是具有較高軟磁性能的鐵族單質(zhì)或合金。在如今，磁記錄高性能發(fā)電機以及高性能磁光材料應用領域都顯示了其它材料無法比擬的優(yōu)勢。目前，國內(nèi)外鎳鍍層的方法較多，他們都各有其優(yōu)缺點，大致可以分為以下幾種1.有機體系中電沉積法。它由中山大學的童葉翔和青海師范大學的王建朝等人研究，它在有機溶劑中采用電沉積法制備鎳合金膜取得了較好的效果，制備了具有特殊性能的合金。在有機溶劑中電沉積法制備鎳合金膜已被廣泛應用，主要原因在于該方法是在有機溶液中電鍍，這樣可以擴大電鍍的電化學窗口，同時該電鍍操作還具有易控制、制備簡單等優(yōu)點。但與化學鍍相比電鍍自身也存在著較多的缺點應用范圍比較狹窄，僅能在少數(shù)基體上電鍍；鍍層不均勻，受到電勢差的影響鍍層不均勻，在實際應用中受到了很大限制，很難達到高性能軟磁材料產(chǎn)業(yè)的要求；條件要求太高，即使體系中含有少量的水也會產(chǎn)生較大的影響，不僅會影響體系的性質(zhì)，而且對鍍層性質(zhì)影響也較大，很難達到高性能材料的要求。2.熔鹽體系中電沉積法。熔鹽體系中電鍍也是制備軟磁合金的重要方法，主要分為低溫熔鹽和高溫熔鹽電鍍。熔鹽體系中電鍍不僅能夠制得較純的鎳薄膜，還可以通過晶化等方法制得具有特殊晶體結(jié)構的晶體合膜，所以該法在眾多方面滿足了現(xiàn)代工藝的要求。在各種熔鹽體系中電鍍鎳表現(xiàn)出的高度復合性也成為人們開發(fā)利用的焦點。但該方法無論是在高溫還是低溫條件下進行的熔鹽體系中電鍍，其熔鹽的溫度一般都比較高，對基體的條件要求比較高；制得的鍍層在基體的附著力較低、鍍層不均勻，而且在鍍層的表面會容易留下很難除盡的熔體殘留物，進而大大降低了鍍層的性質(zhì)。3.水體系中化學鍍法。水體系中化學鍍鎳是所有方法中最常用且是發(fā)展最早的。 化學鍍鎳的發(fā)展一度成為化學鍍發(fā)展的歷史，特別是近幾年新方法和新技術的出現(xiàn)更為化學鍍鎳描繪了廣闊的應用前景，化學鍍鎳不僅具有化學鍍的各種優(yōu)點，還具有廣泛的復合性和易于沉積等特點。
在水體系中為了增加溶液的穩(wěn)定性，提高效率，降低溫度(一般施鍍溫度 ^ 80°C )，人們通常通過以下幾種方法來實現(xiàn)中低溫化學鍍鎳(1)外加能量-超聲波法； ⑵脈沖化學鍍法；⑶加速催化法；⑷電子載體法；(5)有機酸加速劑法；(6)光化學法。 但無論采取何種方法實現(xiàn)中低溫化學鍍鎳，都會增加成本，并使化學鍍鎳的工藝變得復雜化。當然制備鎳鍍層的方法還有很多，如離子液體中電鍍等，但它在制備過程中由于自身工藝有缺陷，嚴重制約了鎳鍍層的廣泛應用。綜合以上電鍍和水體系化學鍍等方法的優(yōu)點，開發(fā)一種低耗、環(huán)保、高復合型的制備鎳鍍層的方法已成為當今化學鍍發(fā)展的重點， 也必將為鍍鎳層的廣泛應用帶來新的生機。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設計一種室溫非水體系化學鍍鎳的方法，該方法包括有機溶劑中化學鍍鎳液的配方和有機溶劑中化學鍍鎳的工藝，此方法能有效解決現(xiàn)代鎳鍍層性質(zhì)差、工藝能耗高、重復利用率低以及在制備過程中剩余金屬難以回收利用等技術難題。技術內(nèi)容本發(fā)明室溫非水體系化學鍍鎳的方法為(1)鍍液的配置以有機物為溶劑，鎳鹽為主鹽，檸檬酸等為絡合劑，二甲基氨硼烷為還原劑，用氫氧化鈉或氫氧化鉀作PH調(diào)節(jié)劑，將主鹽，絡合劑，還原劑，PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機溶劑中形成鍍液，主鹽10-100g/L，絡合劑2-10g/L，還原劑10-50g/L，pH 調(diào)節(jié)劑0. 3-5g/L ；(2)基體的預處理基體按常規(guī)的化學鍍方法經(jīng)拋光——除油——活化——預鍍處理——丙酮沖洗——自然風干處理即可；(3)基體預鍍稱取一定量的氯化鈀，用乙醇完全溶解后制成濃度為0. Ι-lg/L的氯化鈀膠體預鍍液，將處理后的基體放到預鍍液中預鍍后取出用丙酮沖洗干凈備用；(4)施鍍將處理后的基體放到鍍液中，在室溫條件下放置施鍍，施鍍溫度最好為 15-35°C，施鍍時間為0. Ι-Mh，取出；(5)鍍層的后處理取出施鍍后的基體，視基體性質(zhì)用丙酮或水將表面有機溶劑沖洗干凈，自然晾干即可完成。上述所用的藥品均經(jīng)脫水處理，有機溶劑需用4A的分子篩活化除水，固體藥品應在真空烘箱中脫去結(jié)晶水。上述所說的有機溶劑有甲醇、乙醇、丙酮、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等有機物，它們可單獨使用，也可混合使用。上述鍍液中所用的還原劑是指在反應過程中為金屬離子還原成金屬單質(zhì)提供電子的物質(zhì)，而且可以很好的溶解于有機溶劑，常用的是二氨基硼烷類化合物，最常見的是二甲基氨硼烷(DMAB)等。上述所用的主鹽為鎳鹽，主要為可溶于有機溶劑的氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、醋酸銀等。上述所用的絡合劑為易溶于有機溶劑并可以有效地與金屬離子絡合的物質(zhì)，如檸檬酸、聚乙二醇、乙二胺四乙酸等，可以使用一種或多種混合使用。上述所用的pH調(diào)節(jié)劑是通過其濃度的變化來改變體系的酸度，以調(diào)節(jié)反應的速率和鍍層質(zhì)量，通常以可溶于有機溶劑且不和溶劑反應為前提條件，并可以有效地改變體系PH變化。本發(fā)明用了堿性較強的氫氧化鉀，氫氧化鈉等無機強堿為PH調(diào)節(jié)劑，并取得了較好的效果。上述工藝 中，鎳鹽的最佳濃度范圍為10_30g/L ；絡合劑的最佳濃度范圍為3_7g/ L ;pH調(diào)節(jié)劑的最佳濃度為0. 3-2g/L;最佳操作溫度范圍為15-35°C ；最佳施鍍時間為 30-100min。通過XRD圖中的主要衍射峰的d值對其鍍層物相結(jié)構進行分析。通過金屬鍍層掃描電子顯微鏡放大200和10000倍觀察沉積物的表面形態(tài)。鍍層表面鎳的金屬顆粒堆積比較緊密，分布均勻。通過對鍍層的能譜分析，得出鍍層中鎳元素在85%以上。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是它不僅集中了水體系中化學鍍和有機體系、熔鹽體系電鍍鎳的優(yōu)點，還克服了各種因素對鍍層性質(zhì)的影響，尋求了一種應用更廣、效果更好、 能耗更低、可以重復利用的鎳薄膜制備方法，特別是為以后的軟磁材料以及軟磁合金復合材料的廣泛應用提供了平臺。四

圖1是實施例1中鍍層用OXFORD X-射線能譜儀對鍍層元素含量進行的分析圖， 由圖可知，鍍層中Ni元素占元素總質(zhì)量的85%以上，鍍層中含有少量的預鍍液金屬和少量的氧元素。圖2是實施例4中的鍍層經(jīng)島津xrd6000分析所得到的X衍射及數(shù)據(jù)分析圖，可以看出與能譜分析數(shù)據(jù)基本相同，金屬和非金屬元素已經(jīng)成鍵。圖3是實施例2中經(jīng)JSM-5610LV掃描電子顯微鏡分析所得到的鍍層圖片，表面平整均勻。
五具體實施例方式實施例1 (1)鍍液的配置以甲醇為有機溶劑，以氯化鎳為主鹽，以檸檬酸為絡合齊U，以二氨基硼烷為還原劑，以氫氧化鉀為pH調(diào)節(jié)劑，按以下比例溶解于有機溶劑中形成鍍液，主鹽10g/L，絡合劑2g/L，還原劑10g/L，pH調(diào)節(jié)劑0. 3g/L ；(2)基體的預處理基體按常規(guī)的化學鍍方法經(jīng)拋光——除油——活化——預鍍處理——丙酮沖洗——自然風干處理即可；(3)基體預鍍稱取一定量的氯化鈀，用乙醇完全溶解后制成濃度為0. lg/L的氯化鈀膠體預鍍液，將處理后的基體放到預鍍液中預鍍后取出用丙酮沖洗干凈備用；(4)施鍍將處理后的基體放到鍍液中，在室溫條件下放置施鍍，施鍍溫度最好為 35°C，施鍍時間為24h，取出；(5)鍍層的后處理取出施鍍后的基體，視基體性質(zhì)用丙酮或水將表面有機溶劑沖洗干凈，自然晾干即可完成。實施例2 :(1)鍍液的配置以有機物乙醇、四氫呋喃各占50%混合為有機溶劑，鎳鹽硫酸鎳為主鹽，以聚乙二醇為絡合劑，二甲基氨硼烷為還原劑，用氫氧化鈉作PH調(diào)節(jié)劑， 將主鹽，絡合劑，還原劑，PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機溶劑中形成鍍液，主鹽100g/L， 絡合劑10g/L，還原劑50g/L，pH調(diào)節(jié)劑5g/L ；(2)基體的預處理與實施例1相同。(3)基體預鍍稱取一定量的氯化鈀，用乙醇完全溶解后制成濃度為lg/L的氯化鈀膠體預鍍液，將處理后的基體放到預鍍液中預鍍后取出用丙酮沖洗干凈備用；(4)施鍍將處理后的基體放到鍍液中，在室溫條件下放置施鍍，施鍍溫度最好為 15°C，施鍍時間為0. lh，取出；(5)鍍層的后處理與實施例1相同。實施例3:(1)鍍液的配置以有機物丙酮、氮.氮-二甲基甲酰胺各為50%的混合物為有機溶劑，鎳鹽硝酸鎳、硫酸鎳各為50%混合為主鹽，乙二胺四乙酸等為絡合劑，二甲基氨硼烷為還原劑，用氫氧化鉀作PH調(diào)節(jié)劑，將主鹽，絡合劑，還原劑，pH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機溶劑中形成鍍液，主鹽30g/L，絡合劑3g/L，還原劑15g/L，pH調(diào)節(jié)劑2g/L ；(2)基體的預處理與實施例1相同。(3)基體預鍍稱取一定量的氯化鈀，用乙醇完全溶解后制成濃度為0. 4g/L的氯化鈀膠體預鍍液，將處理后的基體放到預鍍液中預鍍后取出用丙酮沖洗干凈備用；(4)施鍍將處理后的基體放到鍍液中，在室溫5°C放置施鍍，施鍍時間為lOOmin， 取出；(5)鍍層的后處理與實施例1相同。實施例4 :(1)鍍液的配置以有機物二甲基亞砜有機溶劑，鎳鹽醋酸鎳為主鹽，檸檬酸、聚乙二醇各占50%的混合物為絡合劑，二氨基硼烷為還原劑，用氫氧化鈉作pH調(diào)節(jié)劑，將主鹽，絡合劑，還原劑，pH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機溶劑中形成鍍液，主鹽80g/ L,絡合劑7g/L，還原劑45g/L，pH調(diào)節(jié)劑4. 5g/L ；(2)基體的預處理與實施例1相同。(3)基體預鍍稱取一定量的氯化鈀，用乙醇完全溶解后制成濃度為0. 8g/L的氯化鈀膠體預鍍液，將處理后的基體放到預鍍液中預鍍后取出用丙酮沖洗干凈備用；(4)施鍍將處理后的基體放到鍍液中，在室溫38°C放置施鍍30min，取出；(5)鍍層的后處理與實施例1相同。
權利要求
1.一種室溫非水體系化學鍍鎳的方法，其特征是它由以下五個工序完成(1)鍍液的配置以有機物為有機溶劑，鎳鹽為主鹽，以檸檬酸、聚乙二醇、乙二胺四乙酸為絡合劑，以二氨基硼烷類化合物、二甲基氨硼烷為還原劑，用氫氧化鈉或氫氧化鉀作PH 調(diào)節(jié)劑，將主鹽，絡合劑，還原劑，PH調(diào)節(jié)劑按以下比例溶解于有機溶劑中形成鍍液，主鹽 10-100g/L，絡合劑 2-10g/L，還原劑 10-50g/L, pH 調(diào)節(jié)劑 0. 3_5g/L ；(2)基體的預處理基體按常規(guī)的化學鍍方法經(jīng)拋光——除油——活化——預鍍處理——丙酮沖洗——自然風干處理即可；(3)基體預鍍稱取一定量的氯化鈀，用乙醇完全溶解后制成濃度為0.Ι-lg/L的氯化鈀膠體預鍍液，將處理后的基體放到預鍍液中預鍍后取出用丙酮沖洗干凈備用；(4)施鍍將處理后的基體放到鍍液中，在室溫條件下放置施鍍，施鍍時間為0.l-24h, 取出；(5)鍍層的后處理取出施鍍后的基體，視基體性質(zhì)用丙酮或水將表面有機溶劑沖洗干凈，自然晾干即可完成。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、四氫呋喃、N， N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等有機物，鎳鹽為氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、醋酸鎳。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是鎳鹽的最佳濃度范圍為10-30g/L，絡合劑的最佳濃度范圍為3-7g/L，pH調(diào)節(jié)劑的最佳濃度為0. 3-2g/L，最佳操作溫度范圍為15-35°C， 最佳施鍍時間為30-100min。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學鍍鎳技術領域，具體涉及一種室溫非水體系中化學鍍鎳液的配方和施鍍的方法。本發(fā)明的室溫非水體系化學鍍鎳的方法由鍍液的配置，基體的預處理，基體預鍍，施鍍，鍍層的后處理五個工序完成。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是它不僅集中了水體系中化學鍍和有機體系、熔鹽體系電鍍鎳的優(yōu)點，還克服了各種因素對鍍層性質(zhì)的影響，尋求了一種應用更廣、效果更好、能耗更低、可以重復利用的鎳薄膜制備方法，特別是為以后的軟磁材料以及軟磁合金復合材料的廣泛應用提供了平臺。
文檔編號C23C18/18GK102168259SQ20111008063
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權日2011年3月22日
發(fā)明者王書海, 王建朝 申請人:王建朝