一種納米WC復(fù)合鍍Ni-Fe合金的電鍍液及電鍍方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電鍍鎳工藝的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米WC復(fù)合鍍Ni-Fe合金的電 鍍液及電鍍方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Ni-Fe合金鍍層具有優(yōu)良的磁學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能，色白，結(jié)晶細(xì)致，覆蓋能力強， 有良好的光亮性、整平性、均勻性、延展性和抗腐蝕性。Ni-Fe合金鍍層廣泛用作防護裝 飾、耐磨性材料，是重要的功能磁性材料，大量應(yīng)用于計算機的儲存裝置和電子工業(yè)的記 憶、記錄裝置上。采用電沉積法制備Ni-Fe合金箔替代純鎳鍍層箔，可以節(jié)省寶貴的鎳資 源。Ni-Fe合金鍍層套鉻性能好，尤其是套鉻深鍍能力比亮鎳鍍層好，復(fù)鍍性能優(yōu)于亮鎳； Ni-Fe合金鍍層韌性高于純鎳，硬度比純鎳層高。
[0003] WC (碳化鎢）為黑色六方晶體，是一種富有金屬光澤的陶瓷材料，不僅硬度與金剛 石相近，素有"硬王"的美譽，而且彈性模量大。此外，它是一種電、熱的良好導(dǎo)體。碳化鎢 碳化鎢的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕性極強。它不溶于水、鹽酸和硫酸，易溶于硝酸/氫氟酸的 混合酸中。
[0004] 納米復(fù)合電鍍是在電鍍液中加入非水溶性的納米固體顆粒，與金屬離子共沉積于 基材上形成由金屬相與分散于金屬相的納米微粒構(gòu)成的復(fù)合鍍層。由于納米復(fù)合鍍層與單 一金屬鍍層相比，還具備納米材料特殊的光、電、磁、熱性能，因而成為致力于對新材料開發(fā) 的研究者一直探索的方向。當(dāng)前，該領(lǐng)域也取得一定的研究成果。
[0005] 現(xiàn)有Ni-Fe合金鍍層普遍存在硬度較小、耐磨損性較低、耐腐蝕性不強的技術(shù)缺 陷，這些嚴(yán)重制約了 Ni-Fe合金電鍍在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明一方面提供一種納米WC復(fù)合鍍Ni-Fe合金的電鍍液，該鍍液所 制備的鍍層硬度、耐磨損性高、耐腐蝕性強。
[0007] -種納米WC復(fù)合鍍Ni-Fe合金的電鍍液，包括含量為200?260g/L的 NiSO4 · 6H20、含量為 40 ?60g/L 的 NiCl2 · 6H20、含量為 55 ?85g/L 的 FeSO4 · 7H20、含量 為40?70g/L的H3BO3、含量為25?50g/L的檸檬酸鹽、含量為8?16g/L的穩(wěn)定劑、含量 為1?10g/L的納米WC、含量為5?10g/L的糖精鹽、含量為0. 5?0. 7g/L的羥基丙烷磺 酸吡啶嗡鹽、含量為0. 06?0. 24g/L的脂肪烷基甲基鹵化鹽和含量為0. 024?0. 06g/L的 烷基苯磺酸鹽。
[0008] 其中，包括含量為240g/L的NiSO4 ·6Η20、含量為50g/L的NiCl2 ·6Η20、含量為78g/ L的FeSO4 ·7Η20、含量為50g/L的H3BO3、含量為40g/L的檸檬酸鹽、含量為12g/L的穩(wěn)定劑、 含量為5g/L的納米WC、含量為8g/L的糖精鹽、含量為0. 6g/L的羥基丙烷磺酸吡啶嗡鹽含 量為0. 2g/L的脂肪烷基甲基鹵化鹽和含量為0. 05g/L的烷基苯磺酸鹽。
[0009] 其中，所述納米WC的平均粒徑為100?150nm。
[0010] 其中，所述穩(wěn)定劑為對苯二酚、鄰苯二酚、鄰苯二胺和對苯二胺中的一種或至少兩 種。
[0011] 其中，所述烷基苯磺酸鹽選自十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十八烷基 苯磺酸鈉中的一種或至少兩種；所述脂肪烷基多甲基鹵化鹽選自十六烷基三甲基溴化胺、 十二烷基三甲基溴化胺、十二烷基二甲基溴化胺中的一種或至少兩種。
[0012] 以上電鍍液的技術(shù)方案中，選用的納米WC粉體的密度為I. 2g/cm3,為立方晶系結(jié) 構(gòu)，比表面積為40m2/g，平均粒徑為50nm。將納米WC分散于鍍液中有兩方面的作用，一方 面，納米WC均勻分布在鍍層的晶粒和晶界之間，減小鍍層的孔隙尺寸而增加鍍層致密度， 防止腐蝕液浸潤鍍層內(nèi)的微孔；或者通過纏繞覆蓋于晶粒表面以把腐蝕介質(zhì)和晶粒隔離。 另一方面，納米WC的化學(xué)活性很低，此時納米WC的電位較之鎳、鐵更正。當(dāng)鎳/鐵合金和 碳相接觸后，此時合金作為陽極發(fā)生陽極極化，可能促進(jìn)合金的鈍化過程，減少合金在介質(zhì) 中的腐蝕，使合金層對基體金屬的保護作用增強。由此，提高了鍍層的耐腐蝕性。
[0013] 選用檸檬酸鹽為配位劑，檸檬酸鹽優(yōu)選為檸檬酸鹽鉀或鈉。檸檬酸根與亞鐵離子 和二價鎳離子有較強的配位能力，一方面可縮小亞鐵離子和二價鎳離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電位 差，另一方面可穩(wěn)定亞鐵離子防止其被氧化成三價的鐵離子。
[0014] 穩(wěn)定劑可以通過其還原性將二價鐵離子被鍍液中的空氣氧化成的三價鐵離子還 原為二價鐵離子。本發(fā)明的穩(wěn)定劑優(yōu)選為苯二酚、鄰苯二酚、鄰苯二胺和對苯二胺。它們除 具備較強的還原性外，還因含有的氧原子和氮原子含有孤對電子，因而具有較強的配位能 力，可與亞鐵離子配位以防止其被氧化。
[0015] 選用NiCl2為鎳的輔鹽，其中的氯離子主要起活化的作用，防止陽極發(fā)生鈍化，促 進(jìn)陽極正常溶解；還能增大溶液的導(dǎo)電能力和陰極電流效率，使鍍層晶粒細(xì)化。
[0016] 選用H3BO3緩沖劑，起pH值緩沖作用，穩(wěn)定鍍液特別是陰極雙電層內(nèi)的pH值，與添 加劑有協(xié)同作用，有利于獲得光滑的鍍層。
[0017] 選用羥基丙烷磺酸吡啶嗡鹽為次級光亮劑，主要起增強高、中陰極電流密度區(qū)陰 極極化，提高光亮填平，長效等作用。選用糖精鹽作為初級光亮劑，可消除鍍層內(nèi)應(yīng)力，增強 延展性，提高低電位分布能力。羥基丙烷磺酸吡啶嗡鹽和糖精鹽的復(fù)合使用可獲得寬陰極 電流密度范圍的光亮鍍層。
[0018] 陽離子表面活性劑起潤濕劑的作用，降低陰極表面張力，防止鍍層表面產(chǎn)生針孔， 有利于氫氣的逸出。
[0019] 本發(fā)明另一方面提供一種電鍍方法，該方法可以使Ni-Cr合金電鍍液Ni-Fe合金 電鍍液的電流效率高、鍍層硬度高、鍍層厚度大。
[0020] -種使用上述電鍍液電鍍的方法，包括以下步驟：
[0021] (1)配制電鍍液：在水中溶解各原料組分形成電鍍液，所述每升電鍍液含有200? 260g 的 NiSO4 ·6Η20、40 ?60g 的 NiCl2 ·6Η20、55 ?85g 的 FeSO4 ·7Η20、40 ?70g 的 H3B03、 25?50g的檸檬酸鹽、8?16g的穩(wěn)定劑、含量為1?10g/L的納米WC、5?IOg的糖精鹽、 0. 5?0. 7g羥基丙烷磺酸吡啶嗡鹽、0. 06?0. 24g脂肪烷基甲基鹵化鹽、0. 024?0. 06g烷 基苯磺酸鹽；
[0022] (2)以預(yù)處理過陰極和陽極置入所述電鍍液中通入電流進(jìn)行電鍍。
[0023] 其中，所述步驟（1)中在水中溶解各原料組分具體為：首先將納米WC的粉體加 入溶解有脂肪烷基甲基鹵化和烷基苯磺酸鹽的水中，依次經(jīng)低速剪切分散和高速剪切分 散即制得納米分散液；將計量的所述納米分散液加入至溶解有NiSO4 · 6H20、NiCl2 · 6H20、 FeSO4 · 7H20、H3BO3、檸檬酸鹽、穩(wěn)定劑、糖精鹽、羥基丙烷磺酸吡啶嗡鹽、脂肪烷基甲基鹵化 鹽和烷基苯磺酸鹽的水中混合均勻后采用超聲波分散。
[0024] 其中，所述低速剪切分散的轉(zhuǎn)速為300?500rpm，低速剪切分散的時間為5? IOmin ;高速剪切分散的轉(zhuǎn)速為1500?2000rpm，高速剪切分散的時間為10?15min ;所述 超聲波分散功率為600?1000W，超聲波分散的時間為3?6min。
[0025] 其中，所述電流為單脈沖方波電流；所述單脈沖方波電流的脈寬為1?3ms，占空 比為5?30%，平均電流密度為6?10A/dm 2。
[0026] 其中，所述步驟（2)中電鍍液的pH為3?4,電鍍液的溫度為40?60°C，電鍍的 時間為20?40min。
[0027] 以上電鍍方法的技術(shù)方案中，單脈沖方波電流定義為在h時間內(nèi)通入電流密度為 Jp的電流，在t2時間內(nèi)無通入電流，是一種間歇脈沖電流。占空比定義為ti/ (ti + t2)，頻 率為I/ (ti+t2)，平均電流定義為Jp t/ (ti+h)。同直流電沉積相比，雙電層的厚度和離 子濃度分布均有改變；在增加了電化學(xué)極化的同時，降低了濃差極化，產(chǎn)生的直接作用是， 脈沖電鍍獲得的鍍層比直流電沉積鍍層更均勻、結(jié)晶更細(xì)密。不僅如此，脈沖電鍍還具有： (1)鍍層的硬度和耐磨性均高；（2)鍍液分散能力和深鍍能力好；(3)減少了零件邊角處的 超鍍，鍍層分布均勻性好，可節(jié)約鍍液用量。
[0028] 以鈦箔作為陰極，是為了 Ni-Fe合金更好地從被鍍的基體上剝離分開。預(yù)處理包 括對陰極用砂紙打磨及其后的除油。該用砂紙打磨可以打磨兩次，第一次可以用粗砂紙例 如200目的砂紙打磨，第二次可以用細(xì)砂紙，例如可以用W28金相砂紙。該除油可以采用化 學(xué)堿液除油，化學(xué)堿液可以包括40?60g/L Na0H、50?70g/LNa3P04、20?30g/LNa2C0 3和 3. 5?IOgzlN