一種水相容性電鍍鋁液以及鋁鍍膜的形成方法及形成的鋁鍍物品的製作方法

2023-05-24 14:08:26

一種水相容性電鍍鋁液以及鋁鍍膜的形成方法及形成的鋁鍍物品的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種水相容性電鍍鋁液以及鋁鍍膜的形成方法及形成的鋁鍍物品。所述電鍍鋁液中相對於10.OmoL的二甲基碸含有1.5?4.OmoL的滷化鋁，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/20?1/2的二甲胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。本發明的電鍍鋁液可以提供即使水分的混入量逐漸增加也可以長時間穩定地進行電鍍鋁處理、而且即使通過滾筒方式的鍍敷處理也可以相對被鍍物形成均勻的鋁鍍膜。分析認為是上述組分的協同作用帶來的效果。
【專利說明】一種水相容性電鍍鋁液以及鋁鍍膜的形成方法及形成的鋁 鍍物品

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電鍍【技術領域】，尤其涉及一種水相容性電鍍鋁液以及鋁鍍膜的形成方 法及形成的鋁鍍物品。

【背景技術】
[0002] 鋁的電析電位比制氫的電位低，因此不可能從水溶液中電析鋁。因此，對於電鍍 鋁液至今為止研發了許多使用非水溶劑的電鍍鋁液。作為非水溶劑，已知有四氫呋喃或者 甲苯等，由於它們存在可燃性強的問題，因此幾乎不能實際應用。其中，作為比較安全的電 鍍鋁液，有報導通過使二甲基碸和滷化鋁（氯化鋁等）混合、熔融而製備的低溫熔融鹽電鍍 液。但是，該鍍液使用二甲基碸作為非水溶劑，因此建立浴槽的成本高。因而，為了降低鍍 敷成本，需要延長該鍍液的壽命。但是，該鍍液使用吸溼性強的滷化鋁作為溶質，因此具有 逐漸吸收空氣中的水分而變差的性質。使用吸收水分而變差的鍍液進行鍍敷處理時，容易 產生被稱為燒焦的黑色被膜（以下簡稱為"燒焦"）。
[0003] 為了解決所述的電鍍鋁液具有的上述問題，有報導通過使鍍液中含有二甲基胺硼 烷而從鍍液有效地除去水分的方法。但是，該方法在之後的研討中判明了鍍液中水分的混 入量變多時，二甲基胺硼烷和水劇烈反應，有時鍍液燃燒。
[0004] CN 102216499A公開了一種電鍍鋁液以及鋁鍍膜的形成方法，所述電鍍鋁液中相 對於10. Omol的二甲基碸含有L 5?4. Omol的滷化錯，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計 為1/15?1/4的氯化銨，或者含有以摩爾比計為1/15?1/2的四烷基氯化銨。所述電鍍 鋁液雖然可以在一定程度上克服上述問題，但是其效果還需要進一步提高。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於提供可以長時間穩定地進行電鍍鋁處理的實現了長壽命化的 鍍液以及使用該鍍液的鋁鍍膜的形成方法。
[0006] 本發明人鑑於上述情況不斷進行了專心研究，結果發現，通過使二甲基碸、滷化鋁 以及二甲胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物以規定的比率混合、熔 融而製備的鍍液（低溫熔融鹽電鍍液）即使水分的混入量逐漸增加也可以長時間穩定地進 行電鍍鋁處理，而且，由於導電性高，即使通過滾筒方式的鍍敷處理，也可以相對於被鍍物 形成均勻的鋁鍍膜。
[0007] 在第一方面，本發明提供一種水相容性電鍍鋁液，所述電鍍鋁液中相對於10. OmoL 的二甲基碸含有1. 5?4. OmoL的滷化鋁，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/20?1/2 的二甲胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。
[0008] 作為本發明的優選技術方案，所述電鍍鋁液中相對於10. OmoL的二甲基碸含有 2. 0?3. 5moL的滷化鋁，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/10?1/4的二甲胺鹽酸 鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。
[0009] 作為本發明的優選技術方案，所述電鍍鋁液中相對於10. OmoL的二甲基碸含有 2. 5?3. OmoL的滷化鋁，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/8?1/5的二甲胺鹽酸鹽、 二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。
[0010] 作為本發明的優選技術方案，所述滷化鋁為氯化鋁、溴化鋁或它們的混合物。
[0011] 作為本發明的優選技術方案，所述滷化鋁為氯化鋁。
[0012] 作為本發明的優選技術方案，所述滷化鋁為無水物。
[0013] 作為本發明的優選技術方案，所述滷化鋁為無水氯化鋁。
[0014] 在第二方面，本發明提供一種鋁鍍膜的形成方法，其特徵在於，所述方法包括在第 一方面所述的水相容性電鍍鋁液中設置被鍍物作為陰極，進行通電，由此在被鍍物的表面 形成鋁鍍膜。
[0015] 作為本發明的優選技術方案，所述被鍍物為具有導電性的金屬材料或通過表面上 形成金屬被膜賦予導電性的碳材料或合成樹脂材料。
[0016] 在第三方面，本發明提供一種鋁鍍物品，其特徵在於，所述鋁鍍物品是通過第二方 面所述的鋁鍍膜的形成方法在被鍍物表面形成鋁鍍膜而成的。
[0017] 本發明的有益效果為：本發明的電鍍鋁液中相對於lO.OmoL的二甲基碸含有 1.5?4. OmoL的滷化鋁，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/20?1/2的二甲胺鹽酸 鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。上述組分和含量的電鍍鋁液可以提供 即使水分的混入量逐漸增加也可以長時間穩定地進行電鍍鋁處理、而且即使通過滾筒方式 的鍍敷處理也可以相對被鍍物形成均勻的鋁鍍膜。分析認為是上述組分的協同作用帶來的 效果。

【具體實施方式】
[0018] 下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述。本領域技術人員將會理 解，以下實施例僅為本發明的優選實施例，以便於更好地理解本發明，因而不應視為限定本 發明的範圍。
[0019] 本發明的電鍍鋁液，相對於10. OmoL的二甲基碸含有L 5?4. OmoL的滷化鋁，並 且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/20?1/2的二甲胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺 鹽酸鹽或它們的混合物。即使水分的混入量逐漸增加，本發明的電鍍鋁液也可以長時間穩 定地進行鍍敷處理。
[0020] 作為滷化鋁，可以舉出：氯化鋁以及溴化鋁等，考慮材料成本等時，可以適當地採 用氯化鋁。從使鍍液中所含的水分量儘可能減少的觀點出發，優選滷化鋁為無水物。之所 以相對於10. OmoL的二甲基碸將滷化鋁的含量規定為L 5?4. OmoL，是因為低於I. 5moL時 可能容易燒焦，另一方面，高於4. OmoL時，由於鍍液的溶液電阻變得過高，外加電壓升高， 鍍液可能分解。相對於10. OmoL的二甲基碸，滷化鋁的含量優選為2. 0?3. 5moL。
[0021] 之所以相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/20?1/2的二甲胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸 鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物，是因為低於1/20時可能不能實現使鍍液中含有二甲 胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物的效果、即鍍液的長壽命化以及 導電性的提高，另一方面，高於1/2時，由於因其吸溼性而使鍍液容易吸收水分，鍍液中可 能產生氣泡、產生未鍍敷部分以及光澤不均。
[0022] 使用本發明的電鍍鋁液的鍍敷處理，例如在鍍液中設置包含鋁的陽極（也成為鋁 離子的供應源）和作為陰極的被鍍物，將鍍液的溫度調整為85?115°C、外加電流密度調整 為2. 0?7. 5A/dm2來進行即可。鍍液的溫度低於85°C時，由於鍍液的溶液電阻變得過高， 外加電壓升高，鍍液可能會分解，另一方面，高於115°C時，激活在被鍍物的表面形成的鋁鍍 膜和鍍液之間的反應，被膜中混入很多雜質，其純度可能會降低。另外，外加電流密度低於 2. OA/dm2時，成膜效率可能會降低，另一方面，高於7. 5A/dm2時，電流過剩，可能容易燒焦。 外加電流密度優選為2. 5?5. OA/dm2。另外，鍍敷處理的時間也取決於鋁鍍膜的目標厚度 (標準為20?100 μ m)、鍍液的溫度以及外加電流密度等，通常為10分鐘?3小時。鍍敷方 式可以採用支架方式和滾筒方式的任一種。由於導電性高，本發明的電鍍鋁液即使通過滾 筒方式的鍍敷處理，也可以相對被鍍物形成均勻的鍍敷被膜。即使水分的混入量逐漸增加 也可以長時間穩定地進行鍍敷處理，同時可以作為本發明的電鍍鋁液的優點而賦為特徵。
[0023] 作為電鍍鋁處理的處理對象的被鍍物（物品）只要可以通過電鍍鋁處理在其表面 上形成鋁鍍膜就沒有特別的限制，除其本身具有導電性的金屬材料之外，也可以為通過表 面上形成例如金屬被膜（鎳、銅、鋅等被膜）賦予導電性的碳材料或者合成樹脂材料等。另 夕卜，被鍍物也可以為在表面形成有金屬被膜的金屬材料。通過在被鍍物的表面形成鋁鍍膜， 可以賦予抗蝕性及設計性。另外，進行電鍍鋁處理時，從儘可能減少鍍液中所含的水分量的 觀點考慮，優選預先充分乾燥被鍍物。另外，作為電鍍鋁處理的預處理，除使用在被鍍物的 表面自然生成的氧化膜的有機酸以及無機酸的除去處理之外，也可以進行鋅酸鹽處理、無 電解鍍敷處理、導電性陽極氧化處理、導電性化成處理等。通過對在被鍍物的表面形成的鋁 鍍膜進行陽極氧化處理以及熱水氧化處理，也可以賦予鍍敷被膜抗磨耗性、增強鍍敷被膜 的抗蝕性。
[0024] 以下通過實施例對本發明進行詳細說明，本發明不受以下的記載的任何限定。
[0025] 實施例1
[0026] 以10 : 2.5 : 0.5的比率將二甲基碸、無水氯化鋁和二甲胺鹽酸鹽混合 (摩爾比），加熱至IKTC使之熔融，由此製備電鍍鋁液。在250mL的該鍍液中，設置 40mmX20mmX2mm的純鋁板（A1090)作為陽極，設置作為被鍍物的20mmX20mmX0· 5mm的純 度為99. 99 %的無氧銅板（預先浸漬在10mL/L的硝酸水溶液中，除去表面氧化膜之後水洗， 用暖風進行充分乾燥）作為陰極，在IKTC以3. OA/dm2的外加電流密度通電60分鐘，進行鍍 敷處理。其結果，可以在被鍍物的表面形成白色的均勻的鋁鍍膜（厚度：約40μπι)。接著， 為了研究鍍液中所含的水分對在被鍍物的表面形成的鋁鍍膜有怎樣的影響，在250mL的鍍 液中添加 I. 2g的水，花費充分的時間至鍍液和水的反應結束為止之後，以和上述相同的條 件進行鍍敷處理，進而依次每添加 I. 2g的水重複相同的操作。關於鍍液中添加的水量和在 被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1中。由表1可知， 即使水的添加量為24g也不發生燒焦。
[0027] 實施例2
[0028] 以10 : 3 : 0.375的比率將二甲基碸、無水氯化鋁和二乙胺鹽酸鹽混合 (摩爾比），加熱至IKTC使之熔融，由此製備電鍍鋁液。在250mL的該鍍液中，設置 40mmX20mmX2mm的純鋁板（A1090)作為陽極，設置作為被鍍物的20mmX20mmX0· 5mm的純 度為99. 99 %的無氧銅板（預先浸漬在10mL/L的硝酸水溶液中，除去表面氧化膜之後水洗， 用暖風進行充分乾燥）作為陰極，在110°c以3. OA/dm2的外加電流密度通電60分鐘，進行鍍 敷處理。其結果，可以在被鍍物的表面形成白色的均勻的鋁鍍膜（厚度：約40μπι)。接著， 為了研究鍍液中所含的水分對在被鍍物的表面形成的鋁鍍膜有怎樣的影響，在250mL的鍍 液中添加 I. 2g的水，花費充分的時間至鍍液和水的反應結束為止之後，以和上述相同的條 件進行鍍敷處理，進而依次每添加 I. 2g的水重複相同的操作。關於鍍液中添加的水量和在 被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1中。由表1可知， 即使水的添加量為22. Sg也不發生燒焦。
[0029] 實施例3
[0030] 以10 : 2 : 0.2的比率將二甲基碸、無水氯化鋁和二乙醇胺鹽酸鹽混合 (摩爾比），加熱至IKTC使之熔融，由此製備電鍍鋁液。在250mL的該鍍液中，設置 40mmX20mmX2mm的純鋁板（A1090)作為陽極，設置作為被鍍物的20mmX20mmX0· 5mm的純 度為99. 99 %的無氧銅板（預先浸漬在10mL/L的硝酸水溶液中，除去表面氧化膜之後水洗， 用暖風進行充分乾燥）作為陰極，在IKTC以3. OA/dm2的外加電流密度通電60分鐘，進行鍍 敷處理。其結果，可以在被鍍物的表面形成白色的均勻的鋁鍍膜（厚度：約40μπι)。接著， 為了研究鍍液中所含的水分對在被鍍物的表面形成的鋁鍍膜有怎樣的影響，在250mL的鍍 液中添加 I. 2g的水，花費充分的時間至鍍液和水的反應結束為止之後，以和上述相同的條 件進行鍍敷處理，進而依次每添加 I. 2g的水重複相同的操作。關於鍍液中添加的水量和在 被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1中。由表1可知， 即使水的添加量為21. 6g也不發生燒焦。
[0031] 實施例4
[0032] 以10 : 3.5 : 0.9的比率將二甲基碸、無水氯化鋁及二甲胺鹽酸鹽和二乙胺 鹽酸鹽的混合物混合（摩爾比），加熱至IKTC使之熔融，由此製備電鍍鋁液。在250mL 的該鍍液中，設置40mmX20mmX2mm的純錯板（A1090)作為陽極，設置作為被鍍物的 20臟\2〇1111]1\0.51111]1的純度為99.99%的無氧銅板（預先浸漬在1〇111171的硝酸水溶液中， 除去表面氧化膜之後水洗，用暖風進行充分乾燥）作為陰極，在IKTC以3. OA/dm2的外加 電流密度通電60分鐘，進行鍍敷處理。其結果，可以在被鍍物的表面形成白色的均勻的鋁 鍍膜（厚度：約40 μ m)。接著，為了研究鍍液中所含的水分對在被鍍物的表面形成的鋁鍍 膜有怎樣的影響，在250mL的鍍液中添加 I. 2g的水，花費充分的時間至鍍液和水的反應結 束為止之後，以和上述相同的條件進行鍍敷處理，進而依次每添加 I. 2g的水重複相同的操 作。關於鍍液中添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀 察的結果示表1中。由表1可知，即使水的添加量為20. 4g也不發生燒焦。
[0033] 實施例5
[0034] 以10 : 1.5 : 0.75的比率將二甲基碸、無水氯化鋁和二乙胺鹽酸鹽混合 (摩爾比），加熱至IKTC使之熔融，由此製備電鍍鋁液。在250mL的該鍍液中，設置 40mmX20mmX2mm的純鋁板（A1090)作為陽極，設置作為被鍍物的20mmX20mmX0· 5mm的純 度為99. 99 %的無氧銅板（預先浸漬在10mL/L的硝酸水溶液中，除去表面氧化膜之後水洗， 用暖風進行充分乾燥）作為陰極，在IKTC以3. OA/dm2的外加電流密度通電60分鐘，進行鍍 敷處理。其結果，可以在被鍍物的表面形成白色的均勻的鋁鍍膜（厚度：約40μπι)。接著， 為了研究鍍液中所含的水分對在被鍍物的表面形成的鋁鍍膜有怎樣的影響，在250mL的鍍 液中添加 I. 2g的水，花費充分的時間至鍍液和水的反應結束為止之後，以和上述相同的條 件進行鍍敷處理，進而依次每添加 I. 2g的水重複相同的操作。關於鍍液中添加的水量和在 被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1中。由表1可知， 即使水的添加量為21. 6g也不發生燒焦。
[0035] 實施例6
[0036] 以10 : 4 : 0.2的比率將二甲基碸、無水氯化鋁和二乙醇胺鹽酸鹽混合 (摩爾比），加熱至IKTC使之熔融，由此製備電鍍鋁液。在250mL的該鍍液中，設置 40mmX20mmX2mm的純鋁板（A1090)作為陽極，設置作為被鍍物的20mmX20mmX0· 5mm的純 度為99. 99 %的無氧銅板（預先浸漬在10mL/L的硝酸水溶液中，除去表面氧化膜之後水洗， 用暖風進行充分乾燥）作為陰極，在IKTC以3. OA/dm2的外加電流密度通電60分鐘，進行鍍 敷處理。其結果，可以在被鍍物的表面形成白色的均勻的鋁鍍膜（厚度：約40μπι)。接著， 為了研究鍍液中所含的水分對在被鍍物的表面形成的鋁鍍膜有怎樣的影響，在250mL的鍍 液中添加 I. 2g的水，花費充分的時間至鍍液和水的反應結束為止之後，以和上述相同的條 件進行鍍敷處理，進而依次每添加 I. 2g的水重複相同的操作。關於鍍液中添加的水量和在 被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1中。由表1可知， 即使水的添加量為20. 4g也不發生燒焦。
[0037] 對比例1
[0038] 本對比例與實施例1的差別在於不含二甲胺鹽酸鹽，其它條件相同。關於鍍液中 添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1 中。由表1可知，水的添加量為3. 6g時發生燒焦。
[0039] 對比例2
[0040] 本對比例與實施例2的差別在於不含二乙胺鹽酸鹽，其它條件相同。關於鍍液中 添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1 中。由表1可知，水的添加量為4. 8g時發生燒焦。
[0041] 對比例3
[0042] 本對比例與實施例3的差別在於不含二乙醇胺鹽酸鹽，其它條件相同。關於鍍液 中添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表 1中。由表1可知，水的添加量為2. 4g時發生燒焦。
[0043] 對比例4
[0044] 本對比例與實施例4的差別在於不含二甲胺鹽酸鹽和二乙胺鹽酸鹽的混合物，其 它條件相同。關於鍍液中添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係， 將目視觀察的結果示表1中。由表1可知，水的添加量為2. 4g時發生燒焦。
[0045] 對比例5
[0046] 本對比例與實施例5的差別在於不含二乙胺鹽酸鹽，其它條件相同。關於鍍液中 添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表1 中。由表1可知，水的添加量為3. 6g時發生燒焦。
[0047] 對比例6
[0048] 本對比例與實施例6的差別在於不含二乙醇胺鹽酸鹽，其它條件相同。關於鍍液 中添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結果示表 1中。由表1可知，水的添加量為2. 4g時發生燒焦。
[0049] 對比例7
[0050] 本對比例與實施例1的差別在於以氯化銨替換二甲胺鹽酸鹽，其它條件相同。關 於鍍液中添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀察的結 果示表1中。由表1可知，水的添加量為10. 8g時發生燒焦。
[0051] 對比例8
[0052] 本對比例與實施例2的差別在於以四甲基氯化銨替換二乙胺鹽酸鹽，其它條件相 同。關於鍍液中添加的水量和在被鍍物的表面上形成的鍍敷被膜的外觀的關係，將目視觀 察的結果示表1中。由表1可知，水的添加量為9. 6g時發生燒焦。
[0053] 表 1

【權利要求】
1. 一種水相容性電鍍鋁液，其特徵在於，所述電鍍鋁液中相對於10. OmoL的二甲基碸 含有1. 5?4. OmoL的滷化錯，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為1/20?1/2的二甲胺 鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。
2. 根據權利要求1所述的水相容性電鍍鋁液，其特徵在於，所述電鍍鋁液中相對於 10. OmoL的二甲基碸含有2. 0?3. 5moL的滷化鋁，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為 1/10?1/4的二甲胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。
3. 根據權利要求1或2所述的水相容性電鍍鋁液，其特徵在於，所述電鍍鋁液中相對 於10. OmoL的二甲基碸含有2. 5?3. OmoL的滷化鋁，並且相對於滷化鋁含有以摩爾比計為 1/8?1/5的二甲胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽、二乙醇胺鹽酸鹽或它們的混合物。
4. 根據權利要求1-3任一項所述的水相容性電鍍鋁液，其特徵在於，所述滷化鋁為氯 化鋁、溴化鋁或它們的混合物。
5. 根據權利要求1-4任一項所述的水相容性電鍍鋁液，其特徵在於，所述滷化鋁為氯 化錯。
6. 根據權利要求1-5任一項所述的水相容性電鍍鋁液，其特徵在於，所述滷化鋁為無 水物。
7. 根據權利要求1-6任一項所述的水相容性電鍍鋁液，其特徵在於，所述滷化鋁為無 水氯化鋁。
8. -種鋁鍍膜的形成方法，其特徵在於，所述方法包括在權利要求1-7任一項所述的 水相容性電鍍鋁液中設置被鍍物作為陰極，進行通電，由此在被鍍物的表面形成鋁鍍膜。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述被鍍物為具有導電性的金屬材料或 通過表面上形成金屬被膜賦予導電性的碳材料或合成樹脂材料。
10. -種鋁鍍物品，其特徵在於，所述鋁鍍物品是通過權利要求8或9所述的鋁鍍膜的 形成方法在被鍍物表面形成鋁鍍膜而成的。
【文檔編號】C25D3/44GK104213157SQ201410476312
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】朱忠良 申請人:朱忠良