氨基磺酸鍍鎳液和鍍鎳方法
2023-07-29 14:45:31
專利名稱：氨基磺酸鍍鎳液和鍍鎳方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬表面電鍍液，尤其涉及一種氨基磺酸鎳電鍍液， 及鍍鎳方法。
背景技術：
電鍍技術是表面工程技術的重要內容之一，是製造業產業鏈中不可缺 少的一個環節。雖然電鍍層具有功能性、防腐性及裝飾性的特點，但是電 鍍行業卻是一個高汙染的行業，其生產過程中需要大量耗能、耗水及消耗 有色金屬。隨著科學技術的突飛猛進及先進位造業的高速發展，對電鍍技 術也提出了更多更高的要求，為此電鍍新工藝、新材料及新設備不斷湧現。
鍍鎳在電鍍生產中佔有重要的地位，被廣泛應用於防護裝飾及功能性 電鍍中。鍍鎳方法的種類繁多，主要有瓦特型鍍鎳、氨基磺酸鍍鎳、全硫 酸鹽鍍鎳和氯化物鍍鎳等。在諸多方法中，由於氨基磺酸鍍鎳以其沉積速 度快、結晶細緻、鍍液分散性好以及能獲得低應力的柔韌性厚鍍層，而被 廣泛應用於電鑄、尺寸修復、印製鍍金前鍍鎳及快速自動化生產中。
中國發明專利ZL98114933.2公開了 一種電鍍低應力鎳的組合物及其 電鍍方法。其組合物包括l一7個碳原子的垸鏈磺酸鎳、芳族磺酸、滷化 鎳及緩衝鹽，該組合物用於鋼管、鋼絲和扁鋼的鍍鎳。
中國發明專利申請200610159936.4公開了 一種鎳電鍍液的製造方 法，該方法使用硫酸鎳、檸檬酸鈉和檸檬酸配製鎳電鍍液，並將其應用於 銅箔的電鍍中。
發明內容
本發明的一個目的在於提供一種氨基磺酸鎳電鍍液，包括氨基磺酸 鎳、硼酸和氯化鎳。用該電鍍液電鍍金屬表面，形成的鍍層穩定性良好、 且連續完整、無針孔、無起泡脫落，鍍層無殘餘應力。
本發明的另一個目的在於提供一種氨基磺酸鎳電鍍液，包括氨基磺酸鎳、硼酸、氯化鎳和光亮劑。用該電鍍液電鍍金屬表面，形成的鍍層穩定性良好、且連續完整、無針孔、無起泡脫落，鍍層無殘餘應力。加入光亮劑後製得的鍍層更平整和光亮。
本發明的另一個目的在於提供一種氨基磺酸鎳電鍍方法，鋁合金使用該方法電鍍鎳後，製得的產品表面形成穩定性良好、光亮平整、連續完整、無起泡脫落的鎳鍍層。
本發明所述的氨基磺酸鎳鍍液通過液體氨基磺酸鎳、緩衝液和氯化鎳
的組合，形成pH值範圍為3.1—4.9的混合電鍍鹽溶液。
電鍍過程中，氨基磺酸鎳提供不斷消耗的N產離子，其含量範圍選擇較寬。當其在電鍍液中的含量較低時(小於200g/L)，鍍液分散性好，所得鍍層結晶細緻，但沉積速度慢。當其在電鍍液中的含量過高時(大於800g/L)，鍍液分散性差，從而使得鍍液帶出量大。
氯化鎳具有較好的水溶性，並為電鍍提供氯離子。鍍液中的氯離子使得陽極溶解的N產離子與Cl—離子相互作用並迅速擴散，從而防止陽極區N產離子濃度過高而發生的陽極鈍化情形，還能進一步加快N產離子在陽極的溶解。當氯離子濃度過高時(大於50g/L)，所製得的鍍層硬度及內應力過大。氯離子濃度較低時(小於2.7g/L)，雖然所得鍍層延展性好，內應力也低，但是易導致陽極鈍化和pH值下降，使得鍍液不穩定。
緩衝液起到控制電鍍液pH值的作用。pKa值在3.1—4.9範圍內的弱酸及其鹽均可以作為本發明所述電鍍液的緩衝液使用。常用緩衝液如50mM甘氨酸一鹽酸(pH範圍2.2 — 5.0) 、 50mM鄰笨二甲酸一鹽酸(pH範圍2.2 —3.8) 、 100mM檸檬酸一擰檬酸鈉(pH範圍3.0 — 6.6)禾口200mM乙酸一乙酸鈉(pH範圍3.6 —5.8)等。
一種氨基磺酸鎳電鍍液由氨基磺酸鎳、硼酸和氯化鎳組成，其中氨基磺酸鎳的濃度為100—1000g/L，硼酸濃度為10—100g/L，氯化鎳濃度為5 — 90g/L，溶液pH值為3.5 — 4.5。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液由氨基磺酸鎳、硼酸和氯化鎳組成，其中氨基磺酸鎳的濃度為200 — 800g/L，硼酸濃度為10_100g/L，氯化鎳濃度為5 — 90g/L，溶液pH值為3.8 —4.2。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為150g/L，硼酸
4濃度為10g/L，氯化鎳濃度為5g/L，溶液pH值為3.8 — 4.2。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為300g/L，硼酸濃度為25g/L，氯化鎳濃度為15g/L，溶液pH值為3.8 — 4.2。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為480g/L，硼酸濃度為40g/L，氯化鎳濃度為25g/L，溶液pH值為3.8 — 4.2。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為650g/L，硼酸濃度為50g/L，氯化鎳濃度為45g/L，溶液pH值為3.8 — 4.2。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為800g/L，硼酸濃度為70g/L，氯化鎳濃度為60g/L，溶液pH值為3.8 — 4.2。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為900g/L，硼酸濃度為90g/L，氯化鎳濃度為80g/L，溶液pH值為3.8 — 4.2。
光亮劑能提高鍍層的平整性和光亮性。為了使鎳鍍層更為平整和光亮美觀，上述每升氨基磺酸鎳電鍍液中還可以加入0.1—20ml的光亮劑。所
述光亮劑優先選擇602光亮劑，購自中國科學院上海微系統與信息技術研究所。
一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為150g/L，硼酸濃度為10g/L，氯化鎳濃度為5g/L， 602光亮劑的加入量為lml/L。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為300g/L，硼酸濃度為25g/L，氯化鎳濃度為15g/L， 602光亮劑的加入量為4ml/L。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為480g/L，硼酸濃度為40g/L，氯化鎳濃度為25g/L， 602光亮劑的加入量為8ml/L。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為650g/L，硼酸濃度為50g/L，氯化鎳濃度為45g/L， 602光亮劑的加入量為8ml/L。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為800g/L，硼酸濃度為70g/L，氯化鎳濃度為60g/L， 602光亮劑的加入量為15ml/L。
另一種氨基磺酸鎳電鍍液，其中氨基磺酸鎳的濃度為900g/L，硼酸濃度為90g/L，氯化鎳濃度為80g/L， 602光亮劑的加入量為18ml/L。
一種氨基磺酸鎳電鍍液的配製方法為，先根據上述氨基磺酸鎳電鍍液的組成配製溶液，然後加入活性碳，靜置沉澱後取上層澄清溶液，並過濾。
接著，使用0.1MNaOH調節過濾後的溶液至pH3.8 —4.2。之後，加入602光亮劑後進行霍爾槽(Hull Cell)打片實驗，以確定鍍液中各組分的濃度、pH值和獲得良好鍍層的電流密度範圍等。然後做性能測試測厚度、外觀及漆膜附著力。(厚度要求由客戶要求確定、外觀的測試方法是目測，漆膜附著力檢測依據是GB/T9286-1998 (百格試驗))。
最後做鋁片小樣電鍍實驗，性能測試，若全部符合要求，即可認為配製的氨基磺酸鎳電鍍液合格。
霍爾槽打片實驗不合格的氨基磺酸鎳電鍍液，在溫度為50 65"C範圍內，用小於0.5A/dn^的電流電解溶液8小時，然後再用活性炭過濾，在進行霍爾槽打片實驗和鋁片小樣電鍍實驗。
配製合格的氨基磺酸鎳電鍍液則需要進行比重測定和鎳濃度化學分
比重測試方法為用電子天平稱取100ml容量瓶的空重量，然後用容量瓶準確量取配製合格的100ml電鍍液，再用電子天平稱取其總重量。然後用公式淨重量=總重量一容量瓶的空重量，計算得出的比重=淨重量/100，計算所得比重應當在1.1 1.4範圍內。
鎳濃度化學分析方法為準確移取2ml試樣至250 ml的錐形瓶中，加入70ml蒸餾水。之後加入pH為10的NH4+緩衝液15ml，溶液呈藍色。再加入0.5g紫脲酸胺混合物(100g氯化鈉中加入0.2g紫脲酸胺，充分混合。)。最後用O.lmolEDTA滴定到紫色為終點，記O.lmol EDTA的體積用量為V (ml)，由公式VX2.9計算得出電鍍液中金屬鎳濃度(g/L)。NH/緩衝液配製方法為溶解54g NH4C1於200ml蒸餾水中，加入濃度為28 — 30% (w/v)氨水312ml，稀釋至1L。紫脲酸胺混合物配製方法為100g氯化鈉中加入0.2g紫脲酸胺，充分混合。
將以上所述氨基磺酸鎳電鍍液用於金屬材料的表面鎳鍍層的電鍍。所述金屬包括鋁合金、鎂合金、鋼帶、銅帶和不鏽鋼帶等材料。
鋁合金(aluminium alloy)是鋁金屬或以鋁為基質的合金，合金中含有銅、矽、鎂、鋅和錳等主要合金元素，以及鎳、鐵、鈦、鉻和鋰等次要合金元素。
所述鋁合金還包括鋁材，即鋁和鋁合金經加工成一定形狀的材料，
6包括板材、帶材、箔材、管材、棒材、線材和型材等。
鎂合金(magnesium alloy)是以鎂為基質的合金，其中加入鋁、鋅、錳、鈰、釷和少量鋯或鎘等主要合金元素，密度一般在1.8g/cn^左右。具有比強度高，彈性模量大，消震性好，承受衝擊載荷能力比鋁合金大，耐有機物和鹼的腐蝕性能好等特點。
鋼是以鐵為主要元素、含碳量一般在2%以下，並含有其他元素的材料。碳鋼是一般不添加大量合金元素的材料，其除鐵、碳外，還有少量的矽、錳、硫和磷等元素。
鋼帶(steel-belt)是以碳鋼製成的輸送帶作為帶式輸送機的牽引和運載構件。
不鏽鋼(stainless steel)是在碳鋼中加入了基本元素——鉻的合金材料，其鉻元素含量應當大於12%。除鉻外，還含有鎳、鉬、鈦、鈮、銅和氮等元素。
所述不鏽鋼還包括經加工成一定形狀的材料，包括板材、帶材、管材、棒材、線材和型材等。
一種將上述氨基磺酸鎳電鍍液用於鋁巻材表面電鍍鎳的方法，步驟依
次為脫脂—水洗—脫脂—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—電鍍鎳—水洗—去離子水洗—吹乾—烘乾。
其中脫脂工藝的溫度為50 — 6(TC，時間為20 — 30秒；酸洗工藝的溫度為5 — 25"C，時間為10 — 20秒；浸鋅工藝的溫度為5 — 35'C，時間為10 — 20秒；
電鍍鎳工藝使用上述氨基磺酸鎳電鍍液，電流密度範圍為7.5A/dm2—15A/dm2;陰陽極距離為4一6釐米；溫度為55 —70°C。
電鍍鎳工藝所用的時間根據具體的需要確定，鎳鍍層越厚所需時間也越長。本領域普通技術人員完全可以通過電鍍時間與鎳鍍層厚度的實驗加以確定實際需要的電鍍時間。
鋁巻材為純鋁片或純鋁帶。
另一種將上述氨基磺酸鎳電鍍液用於鋁巻材表面電鍍鎳的方法，步驟依次為脫脂—水洗—脫脂—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—酸洗—水
7洗—浸鋅一水洗—酸洗—水洗4浸鋅4水洗一電鍍鎳—水洗—去離子水 洗—吹乾—烘乾。
其中脫脂工藝的溫度為6(TC，時間為25秒；
酸洗工藝的溫度為25。C，時間為15秒；
浸鋅工藝的溫度為25'C，時間為15秒；
電鍍鎳工藝使用上述氨基磺酸鎳電鍍液，電流密度範圍為7.5A/dm2 —15A/dm2;陰陽極距離為4—6釐米；溫度6(TC。
電鍍鎳工藝所用的時間根據具體的需要確定，鎳鍍層越厚所需時間也 越長。本領域普通技術人員完全可以通過電鍍時間與鎳鍍層厚度的實驗加 以確定實際需要的電鍍時間。
鋁巻材為純鋁片或純鋁帶。
本發明技術方案實現的有益效果
本發明通過氨基磺酸鎳、硼酸和氯化鎳的組合，製得電鍍性能很強的 混合鹽溶液。將該氨基磺酸鎳電鍍液用於鋁合金、鎂合金、鋼帶、銅帶和 不鏽鋼帶等金屬材料的表面鎳鍍層的電鍍，金屬表面形成的鎳鍍層穩定性 良好，鍍層連續完整、無針孔、無起泡脫落及無殘餘應力的鍍層。生產成
本降低15%以上，鍍液循環使用，大幅度減少廢液排放。
本發明將一定量的光亮劑加入由氨基磺酸鎳、硼酸和氯化鎳組成的電 鍍液，電鍍金屬表面後，形成鎳鍍層不僅穩定性良好、鍍層連續完整、 無針孔、無起泡脫落及無殘餘應力，還使得電鍍層的平整性和光亮度得以 提高，使金屬表面更為平整和美觀。
本發明將所述氨基磺酸鎳電鍍液與鋁巻材製備方法相結合，使用該方 法和電鍍液電鍍鋁巻材表面後，製得的產品表面形成穩定性良好、平整光 亮、連續完整、結構緻密無裂紋、無針孔、無起泡脫落的鎳鍍層。解決了 普通電鍍鎳的成本高和汙染大的問題，顯著地提高了經濟效益。
圖1為鋁巻材表面經電鍍鎳層後的表面形貌；
圖2為鋁巻材表面經電鍍鎳層後的剖面形貌，圖中左側為鎳鍍層，厚度為L5(im;右側為鋁巻材。
具體實施例方式
以下結合附圖詳細描述本發明的技術方案。本發明實施例僅用以說明 本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說 明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對發明的技術方案進行修改或 者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發 明的權利要求範圍中。
實施例1 氨基磺酸鎳電鍍液的純鋁表面處理 '
液體氨基磺酸鎳650g/L，硼酸30g/L和氯化鎳25 g/L對鋁巻材樣品
按鋁巻材短流程連續鍍鎳的工藝進行連續電鍍鎳處理，工藝依次流程為 脫脂—水洗—脫脂—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—酸洗—水洗—浸
鋅—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—電鍍鎳—水洗—去離子水洗—吹 幹—烘乾。
其中脫脂為6(TC， 25秒；酸洗為25。C， 15秒；浸鋅為25。C， 15秒； 電鍍鎳工藝使用8.5 A/dn^電流密度，陰陽極距離5釐米，60°C， 90秒。 樣品經水洗、純水洗、烘乾後，表面形成緻密均勻的銀白色半光亮鍍層。
所得鍍層外觀連續完整、結構緻密無裂紋、無針孔且鍍層均勻。
實施例2 氨基磺酸鎳電鍍液的純鋁表面處理
液體氨基磺酸鎳650g/L，硼酸30g/L，氯化鎳25 g/L， 602光亮劑6 ml/L
對鋁巻材樣品按鋁巻材短流程連續鍍鎳的工藝進行連續電鍍鎳處理，工藝
依次流程為脫脂—水洗—脫脂—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—酸洗
—水洗4浸鋅—水洗—酸洗—水洗—浸鋅—水洗—電鍍鎳—水洗—去離 子水洗—吹乾4烘乾。
其中脫脂為6(TC， 25秒；酸洗為25。C， 15秒；浸鋅為25。C， 15秒； 電鍍鎳工藝使用12 A/dr^電流密度，陰陽極距離5釐米，60°C， 90秒。 樣品經水洗、純水洗、烘乾後，表面形成緻密均勻的銀白色半光亮鍍層。
所得鍍層外觀連續完整、結構緻密無裂紋、無針孔(見圖1)且鍍層
9均勻(見圖2)。
用刀片在鍍層上劃格(百格試驗法)，經測試，漆膜附著力為0級
(GB/T9286-1998)，鍍層表面無起泡脫落現象。
焊接強度無脫離、剝落。
權利要求
1、一種氨基磺酸鎳電鍍液，由氨基磺酸鎳、硼酸和氯化鎳組成，其中氨基磺酸鎳的濃度為100—1000g/L，硼酸濃度為10—100g/L，氯化鎳濃度為5—90g/L，pH值為3.1—4.9。
2、 根據權利要求1所述的氨基磺酸鎳電鍍液，其特徵在於所述的氨基磺 酸鎳的濃度為200 — 800g/L。
3、 根據權利要求1所述的氨基磺酸鎳電鍍液，其特徵在於溶液pH值為 3.8_4.2。
4、 一種氨基磺酸鎳電鍍液，由氨基磺酸鎳、硼酸、氯化鎳和光亮劑組成， 其中氨基磺酸鎳的濃度為100—1000g/L，硼酸濃度為10—100g/L，氯化鎳濃 度為5 — 90g/L，每升電鍍液加入0.1—20 ml的602光亮劑，pH值為3.8—4.2。
5、 根據權利要求l一4之一所述的氨基磺酸鎳電鍍液，在金屬材料表面 電鍍鎳鍍層中的應用。
6、 根據權利要求l一4之一所述的氨基磺酸鎳電鍍液，在金屬材料鋁合 金、鎂合金、鋼帶、銅帶和不鏽鋼帶表面電鍍鎳鍍層中的應用。
7、 一種使用權利要求1或2所述的氨基磺酸鎳電鍍液在鋁合金表面鍍鎳 的方法，步驟依次為脫脂一水洗一脫脂一水洗一酸洗一水洗一浸鋅一水洗 —酸洗一水洗一浸鋅一水洗一酸洗一水洗一浸鋅一水洗一電鍍鎳一氷洗一去 離子水洗一吹乾一烘乾。
8、 根據權利要求7所述的氨基磺酸鎳電鍍液在鋁合金表面鍍鎳的方法， 其特徵在於所述的脫脂工藝溫度為50 — 6(TC，時間為20 — 30秒；所述的酸 洗工藝溫度為5 — 25"C，時間為10 —20秒；所述的浸鋅工藝溫度為5 — 35"C， 時間10—20秒。
9、 根據權利要求7所述的氨基磺酸鎳電鍍液在鋁合金表面鍍鎳的方法， 其特徵在於所述的電鍍鎳工藝使用的電流密度範圍為7.5A/dm2—15A/dm2， 陰陽極距離為4—6釐米，溫度為55 —70°C。
全文摘要
一種氨基磺酸鎳電鍍液，包括氨基磺酸鎳、硼酸和氯化鎳。該電鍍液電鍍金屬表面後，形成鎳鍍層穩定性良好、鍍層連續完整、無針孔、無起泡脫落及無殘餘應力的鍍層。電鍍液中再加入一定量的光亮劑後，所得電鍍層的平整性和光亮度得以提高，使金屬表面更為平整和美觀。
文檔編號C25D3/12GK101498013SQ200910044980
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月7日 優先權日2009年1月7日
發明者衛中領, 韜 張, 陳秋榮 申請人:嘉興中科亞美合金技術有限責任公司