Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法
2023-05-26 04:36:26 1
專利名稱：Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法
技術領域：
本發明涉及Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的製備方法。
背景技術：
傳統的鍍鉻技術採用的是六價鉻(鉻酸)作為主要的電鍍原料，其工藝簡單，維護方便，而且得到的六價鉻鍍層白亮、硬度高、耐磨性、耐腐蝕性能好，因此，六價鉻鍍層廣泛地應用於裝飾性鍍層、功能性鍍層以及工件的修復等領域。六價鉻鍍層雖然性能良好，應用廣泛，但是六價鉻對環境和人體的危害巨大，會直接破壞人體的消化道、呼吸道及鼻腔黏膜等，並易導致皮炎和溼疹的發生，六價鉻還有致癌作用，甚至可能造成遺傳基因的缺失，六價鉻鍍液也是汙染最嚴重的、最難處理的電鍍汙染源之一。為了降低六價鉻的汙染，人們把目光投到三價鉻鍍鉻上，三價鉻鍍液電流效率高、分散能力好，但對雜質的敏感程度比較高，三價鍍層的光澤性和耐蝕性略差、耐磨性較好、硬度較低、鍍層薄，通常只能用作裝飾性鍍層。因此，三價鉻電鍍還無法完全取代六價鉻電鍍，同時也不能完全避免Cr6+帶來的汙染。所以，代鉻鍍層的研究開發顯得尤為迫切。目前，根據鍍層沉積特點，代硬鉻鍍層主要有電鍍Ni-Co、Ni-W、Ni-B等合金及其三(多)元合金，化學鍍Ni-P、Ni-B等合金及其三(多)元合金，另外還有複合鍍層代硬鉻鍍層，如Ni-P、Ni-B, Ni-W基複合鍍層。在這些鍍層中也不乏性能優異的鍍層，但這些代鉻鍍層也都有其自身的缺陷，尤其是鍍層的硬度、耐磨性和耐腐蝕性方面，與六價鉻鍍層相比還有一定的差距，所以，還需要更多的研究者來參與代鉻鍍層的研究開發，從而得到性能更優的代鉻鍍層。
發明內容
本發明目的是提供M-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法。Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取50 150g的鎳鹽、5 15g的鈷鹽、1 IOg的NiCl2 · 6H20、20 50g的硼酸、100 300g的檸檬酸銨、5 50g的含碳化合物、1 IOml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 15 1. 5g的應力消除劑；二、在30 60°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於400 600ml的水中，加入鎳鹽和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸和NiCl2 · BH2O並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為1 8A/dm2、溫度為30 60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍30 60min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；其中步驟一中鎳鹽為硫酸鎳或氨基磺酸鎳；步驟一中鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或氨基磺酸鈷；步驟一中含碳化合物為草酸、草酸銨、抗壞血酸、檸檬酸、DL-蘋果酸、丙二酸、甲酸鈉中的一種或幾種的組合；步驟一中應力消除劑由0. 05 0. 5g的1，4_ 丁炔二醇和0. 1 1. Og的糖精組成。Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取50 150g 的NiCl2 ·6Η20、5 15g的鈷鹽、20 50g的硼酸、100 300g的檸檬酸銨、5 50g的含碳化合物、1 IOml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 15 1. 5g的應力消除劑；二、在 30 60°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於400 600ml的水中，加入NiCl2 ·6Η20和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入ΝΙ3# 快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為1 8A/dm2、溫度為30 60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍30 60min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；其中步驟一中鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或氨基磺酸鈷；步驟一中含碳化合物為草酸、 草酸銨、抗壞血酸、檸檬酸、DL-蘋果酸、丙二酸、甲酸鈉中的一種或幾種的組合；步驟一中應力消除劑由0. 05 0. 5g的1，4- 丁炔二醇和0. 1 1. Og的糖精組成。本發明是可獲得外觀良好、耐磨耐蝕性好、硬度能與硬鉻鍍層相媲美的Ni-Co-C 合金鍍層的電沉積製備工藝，從而真正意義上實現代硬鉻電鍍，解決六價鉻重汙染的問題。本發明可以以高於32μπιΛ的沉積速度獲得光亮均勻、硬度為690 770HV5(1、耐蝕性與結合力良好的Ni-Co-C合金鍍層，電鍍過程中陰極電流效率高於60% ；本發明所獲得的鍍層經過150 400°C下熱處理1 3h後硬度可提高至1049 1100HV5(1。本發明採用電沉積製備Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層，所得到的鍍層為鎳、鈷、碳三元合金，其組成為鎳的質量分數為50 80 %、鈷的質量分數為5 49 %、碳的質量分數為1 15%。三種元素在鍍層中的存在形式主要有Ni、NiaCob、C、NieCd等。Ni-Co-C代鉻鍍層為晶態與部分非晶態結構。經熱處理後彌散析出細小的金屬顆粒，使硬度顯著提高。
圖1為實施例1中所得鍍層的表面形貌圖；圖2為實施例1中所得鍍層經過Ar+濺射IOmin後的XPS全掃描譜圖；圖3為實施例1中所得鍍層的XRD結構分析圖；圖4為實施例1中所得鍍層腐蝕前的表面形貌圖；圖5為實施例1中所得鍍層腐蝕後的表面形貌圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取50 150g的鎳鹽、5 15g的鈷鹽、1 IOg的NiCl2 · 6H20、20 50g 的硼酸、100 300g的檸檬酸銨、5 50g的含碳化合物、1 IOml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 15 1. 5g的應力消除劑；二、在30 60°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於 400 600ml的水中，加入鎳鹽和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸和NiCl2 · 6H20並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為1 8A/dm2、溫度為30 60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍30 60min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；
其中步驟一中鎳鹽為硫酸鎳或氨基磺酸鎳；步驟一中鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或氨基磺酸鈷；步驟一中含碳化合物為草酸、草酸銨、抗壞血酸、檸檬酸、DL-蘋果酸、丙二酸、甲酸鈉中的一種或幾種的組合；步驟一中應力消除劑由0. 05 0. 5g的1，4- 丁炔二醇和0. 1 1. Og的糖精組成。本實施方式中附3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑購買自江蘇夢得電鍍化學品有限公司。本實施方式中檸檬酸銨作為配位劑使用。本實施方式中含碳化合物兩種或兩種以上物質時按任意比組成。實施例1 Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取IOOg的鎳鹽、IOg的鈷鹽、Ig的NiCl2 · 6H20、30g的硼酸、250g的檸檬酸銨、15g的含碳化合物、3ml的肌3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 5g的應力消除劑；二、在40°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於600ml的水中，加入鎳鹽和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸和NiCl2 · 6H20並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後採用置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為5A/dm2、溫度為50°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍40min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；其中步驟一中鎳鹽為硫酸鎳；步驟一中鈷鹽為硫酸鈷；步驟一中含碳化合物為草酸銨；步驟一中應力消除劑由0. Ig的1，4_ 丁炔二醇和0. 3g的糖精組成。本實施方式所得鍍層表面硬度為770HV5(1，沉積速度為33. 6ym/h，陰極電流效率為68. 2% ；本實施方式所得鍍層經過200°C熱處理池後表面硬度為1049HV5Q。本實施方式所得鍍層的表面形貌如圖1所示，可見鍍層結晶比較細緻、平整，不存在任何裂紋、孔隙等缺陷；鍍層經過Ar+濺射IOmin後的XPS全掃描譜圖如圖2所示，鍍層由鎳、鈷、碳三種元素組成，經分峰處理後可知這三種元素在鍍層中主要以Ni、NiaCob、C、NicCd等形式存在；鍍層的XRD結構分析圖如圖3所示，可見鍍層為晶態與部分非晶態結構；鍍層在3. 5%的NaCl溶液中浸泡腐蝕十天前、後的表面形貌，圖4為鍍層腐蝕前、圖5為鍍層腐蝕後的表面形貌，可見鍍層具有很好的耐蝕性。實施例2 Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取150g的鎳鹽、15g的鈷鹽、Ig的NiCl2 · 6H20、40g的硼酸、150g的檸檬酸銨、30g的含碳化合物、7ml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 4g的應力消除劑；二、在50°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於400ml的水中，加入鎳鹽和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸和NiCl2 · 6H20並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得M-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為7A/dm2、溫度為35°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍30min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；
其中步驟一中鎳鹽為氨基磺酸鎳；步驟一中鈷鹽為氨基磺酸鈷；步驟一中含碳化合物為DL-蘋果酸；步驟一中應力消除劑由0. Ig的1，4_ 丁炔二醇和0. 3g的糖精組成。本實施方式所得鍍層表面硬度為694HV5(1，沉積速度為38. 4ym/h，陰極電流效率為69. 8% ；本實施方式所得鍍層經過150°C熱處理池後表面硬度為1078HV5Q。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中稱取IOOg的鎳鹽、IOg的鈷鹽、5g的NiCl2 · 6H20、30g的硼酸、150g的檸檬酸銨、25g的含碳化合物、5ml 的OT3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 5g的應力消除劑。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中在40°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於500ml的水中。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟三中在電流密度為 4A/dm2、溫度為45°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍40min。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取50 150g的NiCl2 ·6Η20、5 15g的鈷鹽、20 50g的硼酸、100 300g 的檸檬酸銨、5 50g的含碳化合物、1 IOml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 15 1. 5g的應力消除劑；二、在30 60°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於400 600ml的水中，加入NiCl2 ·6Η20和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入ΝΙ3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為1 8A/dm2、溫度為30 60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍30 60min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；其中步驟一中鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或氨基磺酸鈷；步驟一中含碳化合物為草酸、 草酸銨、抗壞血酸、檸檬酸、DL-蘋果酸、丙二酸、甲酸鈉中的一種或幾種的組合；步驟一中應力消除劑由0. 05 0. 5g的1，4- 丁炔二醇和0. 1 1. Og的糖精組成。本實施方式中檸檬酸銨作為配位劑使用。本實施方式中含碳化合物兩種或兩種以上物質時按任意比組成。實施例3 Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取120g的 NiCl2 -6H20U2g的鈷鹽、35g的硼酸、150g的檸檬酸銨、25g的含碳化合物、5ml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 6g的應力消除劑；二、在50°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於 500ml的水中，加入NiCl2 ·6Η20和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入ΝΙ3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為2A/dm2、溫度為60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍50min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；其中步驟一中鈷鹽為氯化鈷；步驟一中含碳化合物為抗壞血酸；步驟一中應力消
7除劑由0. Ig的1，4- 丁炔二醇和0. 5g的糖精組成。本實施方式所得鍍層表面硬度為690HV5(1，沉積速度為32. 1 μ m/h,陰極電流效率為61. 4% ；本實施方式所得鍍層經過200°C熱處理池後表面硬度為1100HV5Q。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟一中稱取120g的NiCl2 · 6H20、8g的鈷鹽、40g的硼酸、200g的檸檬酸銨、30g的含碳化合物、2ml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 5g的應力消除劑。其它步驟及參數與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟二中在50°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於600ml的水中。其它步驟及參數與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟三中在電流密度為6A/dm2、溫度為60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍50min。其它步驟及參數與具體實施方式
五相同。
權利要求
1.Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取50 150g的鎳鹽、5 15g的鈷鹽、1 IOg的NiCl2 ·6Η20、20 50g的硼酸、100 300g的檸檬酸銨、5 50g的含碳化合物、1 IOml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 15 1. 5g的應力消除劑；二、在30 60°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於400 600ml的水中，加入鎳鹽和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸和NiCl2 · 6H20並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為1 8A/dm2、溫度為30 60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍30 60min，水洗後吹乾，即完成Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；其中步驟一中鎳鹽為硫酸鎳或氨基磺酸鎳；步驟一中鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或氨基磺酸鈷；步驟一中含碳化合物為草酸、草酸銨、抗壞血酸、檸檬酸、DL-蘋果酸、丙二酸、甲酸鈉中的一種或幾種的組合；步驟一中應力消除劑由0. 05 0. 5g的1，4- 丁炔二醇和0. 1 1. Og的糖精組成。
2.根據權利要求1所述的Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於步驟一中稱取IOOg的鎳鹽、IOg的鈷鹽、5g的NiCl2 · 6H20、30g的硼酸、150g的檸檬酸銨、25g的含碳化合物、5ml的肌3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 5g的應力消除劑。
3.根據權利要求1所述的Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於步驟二中在40°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於500ml的水中。
4.根據權利要求1所述的Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於步驟三中在電流密度為4A/dm2、溫度為45°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍40min。
5.Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法按以下步驟進行一、稱取50 150g的NiCl2 · 6H20、5 15g的鈷鹽、20 50g的硼酸、100 300g的檸檬酸銨、5 50g的含碳化合物、1 IOml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 15 1. 5g的應力消除劑；二、在30 60°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於400 600ml的水中，加入NiCl2 · 6H20和鈷鹽並攪拌至溶解，然後加入硼酸並攪拌至溶解，再加入含碳化合物並攪拌至溶解，然後加入NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑和應力消除劑並攪拌至溶解，再加水定容至1L，獲得Ni-Co-C合金鍍液；三、鍍件經常規鹼性除油或電化學除油後水洗，然後置於體積濃度為10 20%的鹽酸中活化，水洗後在電流密度為1 8A/dm2、溫度為30 60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍30 60min，水洗後吹乾，即完成M-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備；其中步驟一中鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或氨基磺酸鈷；步驟一中含碳化合物為草酸、草酸銨、抗壞血酸、檸檬酸、DL-蘋果酸、丙二酸、甲酸鈉中的一種或幾種的組合；步驟一中應力消除劑由0. 05 0. 5g的1，4- 丁炔二醇和0. 1 1. Og的糖精組成。
6.根據權利要求5所述的Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於步驟一中稱取120g的NiCl2 · 6H20、8g的鈷鹽、40g的硼酸、200g的檸檬酸銨、30g的含碳化合物、2ml的NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、0. 5g的應力消除劑。
7.根據權利要求5所述的Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於步驟二中在50°C的條件下將稱取的檸檬酸銨溶於600ml的水中。
8.根據權利要求5所述的Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，其特徵在於步驟三中在電流密度為6A/dm2、溫度為60°C、攪拌方式為陰極移動的條件下電鍍50min。
全文摘要
Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的電沉積製備方法，它涉及Ni-Co-C合金代硬鉻鍍層的製備方法。方法1取鎳鹽、鈷鹽、NiCl2·6H2O、硼酸、檸檬酸銨、含碳化合物、NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、應力消除劑；配置鍍液；鍍件進行電鍍。方法2取NiCl2·6H2O、鈷鹽、硼酸、檸檬酸銨、含碳化合物、NI3#快速高整平鍍鎳光澤劑A劑、應力消除劑；配置鍍液；鍍件進行電鍍。本發明以高於32μm/h的沉積速度獲得光亮均勻、硬度為690～770HV50、耐蝕性良好的Ni-Co-C合金鍍層，電鍍過程中陰極電流效率高於60％，鍍層經過150～400℃下熱處理1～3h後硬度可提高至1000～1100HV50。
文檔編號C25D3/56GK102392276SQ20111033808
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者任雪峰, 安茂忠, 曾鑫, 楊培霞, 郭偉榮, 項昕 申請人:哈爾濱工業大學