堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑及其應用制造技術

本發明專利技術公開了一種堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑及其應用，所述堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑由添加劑和超純水配制而成，所述添加劑為有機添加劑或者是無機添加劑和有機添加劑的混合物，可用于堿性無氰電沉積鋅鎳合金鍍液中，用以替代傳統的鎘鍍層和氰化物電沉積鋅鎳合金工藝。本發明專利技術通過對添加劑的篩選和添加，對電沉積鋅鎳合金的電鍍工藝進行了優化，最終獲得了外觀光亮，硬度高且耐蝕性良好的鋅鎳合金鍍層，所得鍍液穩定性、分散能力、覆蓋能力良好，從根本上解決了常規堿性鋅鎳合金鍍液穩定性較差、電流效率低、所得鍍層質量差的問題，提升了其在工業化應用的可行性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電鍍鋅鎳合金
，涉及一種堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑及其在電沉積鋅鎳合金中的應用。
技術介紹
據發達國家統計，每年由于腐蝕造成的直接損失占國民經濟生產總值的1.5 ~ 4.2%，我國每年因腐蝕造成的鋼鐵損失就高達600萬噸。因而耐蝕性鍍層的開發存在重大的經濟價值。鎘鍍層由于其較好的耐蝕性和良好的力學性能在航海船舶、航空電子等行業得到廣泛應用，但鎘鍍層毒性大，對人體和環境存在較大的危害。作為鎘鍍層的替代性鍍層，鋅和鋅合金逐漸成為耐蝕性鍍層的研究熱點。但鍍鋅層在腐蝕介質中耐蝕性差，對鍍層厚度要求較高，一般大于25 μm，造成鍍層的成形性和可焊性變差。相比于鋅鍍層，鋅鎳合金不僅具有優異的耐蝕性，還具有良好的耐磨性、可焊性及二次加工性能，因此越來越受到機械工業、汽車工業和電子工業等大量制造行業的重視。鋅鎳合金鍍液主要分為酸性體系和堿性體系兩大類，其中酸性鍍液最早得到商業化應用，其鍍液電流效率較高，但是鍍層分散能力差，不適于形狀復雜的零件的電鍍。堿性氰化物鍍液由于毒性大，對人體身體危害大，且對環境會造成極大的污染，在全世界范圍內都有明確的指令限制氰化物的使用。隨著國內外對于電沉積鋅鎳合金的研究，無氰電沉積鋅鎳合金的技術取得了很大的發展，但現有的無氰電沉積鋅鎳合金的技術還是存在著一些難以克服的缺點，尤其是在鍍液電流效率、穩定性、鍍層耐蝕性和外觀光亮性上與氰化物電沉積鋅鎳合金和傳統鎘鍍層存在著一定差距，使得其應用受到了限制。添加劑對鍍液和鍍層性能有較大影響，鍍液中添加劑的加入能夠明顯的改善鍍液和鍍層性能，而且所用成本較低。因此，從環保、安全、鍍液性能、鍍層性能、工藝可行性及生產成本等方面考慮，添加劑的研制對于研制一種低毒、低污染、鍍液和鍍層性能優異，能夠完全替代隔鍍層和鋅鍍層的堿性無氰電沉積鋅鎳合金體系具有十分重要的技術應用價值和深遠的歷史意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種有效的堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑及其應用。通過對添加劑的篩選和添加，對電沉積鋅鎳合金的電鍍工藝進行了優化，最終獲得了外觀光亮，硬度高且耐蝕性良好的鋅鎳合金鍍層，所得鍍液穩定性、分散能力、覆蓋能力良好，從根本上解決了常規堿性鋅鎳合金鍍液穩定性較差、電流效率低、所得鍍層質量差的問題，提升了其在工業化應用的可行性。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑，由添加劑和超純水配制而成，所述添加劑為有機添加劑或是無機添加劑和有機添加劑的混合物。由于微量的添加劑即具有很明顯的改善鍍液和鍍層性能的作用，因此，所配制的添加劑濃度不宜過高，添加劑各組分濃度為0.1 ~ 50 g/L。本專利技術所述的添加劑能夠起到明顯提高鍍層光亮性、耐蝕性、鍍液穩定性、細化晶粒的作用，因此可用于堿性無氰電沉積鋅鎳合金鍍液中，以獲得鍍液穩定性良好、電流效率高、外觀光亮和耐蝕性高的電鍍鋅鎳合金工藝，用以替代傳統的鎘鍍層和氰化物電沉積鋅鎳合金工藝，其添加量為0.05 ~ 100 mL/L。本專利技術所述堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑的獨特之處在于使用了一種或多種有機添加劑或者是使用一種或多種無機和有機添加劑的組合，添加劑的用量范圍廣。添加劑的加入很大程度上改善了鍍液和鍍層性能。而且本專利技術中的添加劑并不會在鍍層中產生夾雜，可以明顯提升鍍層表面光亮性，從而達到鏡面光澤，添加劑的加入還會提高鍍層耐蝕性，且不會降低陰極電流效率和鍍液穩定性。各種添加劑在鍍液中起到協同作用，缺一不可。加入添加劑后的堿性無氰電沉積鋅鎳合金鍍液可以適用于不同領域的生產要求，達到替代氰化物電鍍鋅鎳合金，所得鋅鎳合金鍍層替代鎘鍍層的目的，以實現電沉積鋅鎳合金的工業化和綠色環保化。本專利技術所使用的電沉積鋅鎳合金添加劑綠色環保且具有極高的穩定性，在鍍液中不會發生分解、經過多次恒電流沉積和長時間放置后不會出現沉淀和變色等現象，在提升鍍層光亮性和耐蝕性的同時并不會對陰極電流效率產生影響。鍍液允許的可工作溫度范圍和電流密度范圍變寬，由掃描電子顯微鏡觀察發現鍍層結晶細致、平整且無氣孔和裂紋，說明添加劑的加入對鍍液和鍍層性能都會有很大程度的提升，提高了其工業化的可行性，能夠完全替代氰化物電鍍鋅鎳合金，所得鋅鎳合金鍍層能到達到替代鎘鍍層的目的，以實現電沉積鋅鎳合金的工業化和綠色環保化。附圖說明圖1為具體實施方式五獲得的加入添加劑前后所得SEM圖；圖2為具體實施方式五獲得的加入添加劑前后所得Tafel圖；圖3為具體實施方式八獲得的加入添加劑前后所得SEM圖。圖4為具體實施方式八獲得的加入添加劑前后所得Tafel圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本專利技術技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本專利技術技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本專利技術的保護范圍中。具體實施方式一：本實施方式中的堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑由添加劑和超純水配制而成，所述添加劑為有機添加劑或者是無機添加劑和有機添加劑的混合物，添加劑各組分濃度為0.1 ~ 50 g/L。堿性無氰電沉積鋅鎳合金操作如下所示：一、堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑的配制：依次稱取相應量的有機添加劑或者是無機添加劑和有機添加劑的混合物，使用超純水配制成澄清溶液后定容保存。二、堿性無氰電沉積鋅鎳合金鍍液配制：（1）以乙內酰脲衍生物為主配位劑，稱取主配位劑20 ~ 400 g/L、硫酸鋅：5 ~ 200 g/L混合，得到澄清溶液A；（2）稱取輔助配位劑：5 ~ 300 g/L、硫酸鎳：1 ~ 150 g/L混合，得到澄清溶液B；（3）將碳酸鉀：5 ~ 435 g/L按2:1 ~ 5:1 比例分別加入上述所得澄清溶液A和B中，攪拌使鍍液澄清后將兩種鍍液混合，作為電沉積鋅鎳合金的基礎鍍液；（4）向基礎鍍液中加入堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑：0.05 ~ 100 mL/L，控制溫度為30 ~ 60 ℃，攪拌1 ~ 12 h，然后在直流電鍍條件下進行鋅鎳合金的沉積。三、電鍍鋅鎳合金鍍層：采用陽極電解除油、1:1的HCl水溶液酸洗對基體進行前處理后用蒸餾水、超純水水洗，然后直接進行鍍槽中進行電鍍，電鍍完成后取出鍍片，用超純水清洗干凈表面，冷風干燥，其中電沉積采用直流電源，電流密度為0.5 ~ 5 A/dm2，鍍液溫度為30 ~ 60 ℃，陰陽極間距離為0.5 ~ 25 cm，鍍液攪拌速度為0 ~ 3000 rpm，電沉積時間為1~120 min。本實施方式中，所述的主配位劑為乙內酰脲、3-羥甲基-5,5-二甲基乙內酰脲、5,5-二苯基乙內酰脲、1,3-二氯-5,5-二甲基乙內酰脲、1-氨基乙內酰脲、5,5-二甲基乙內酰脲、2-硫代乙內酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙內酰脲、1,3-二羥甲基-5,5-二甲基乙內酰脲、2-硫代-5,5-二甲基乙內酰脲的一種或幾種的混合物。本實施方式中，所述的輔助配位劑為二甲胺、乙二胺，三乙醇胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、氨基乙酸、酒石酸鉀、酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸銨、蘋果酸、聚乙二醇、羥基乙叉二膦酸、焦磷酸鈉、焦磷酸鉀、草酸、尿素、甲酸鈉、甲酸銨、乙酸鈉、乙酸銨、亞硫酸鈉、亞硫酸銨、亞硫酸鉀、硫代硫酸鈉、硫脲中的一種或幾種的混合物。本實施方式中，所述的無機添加劑為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑，其特征在于所述堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑由添加劑和超純水配制而成，所述添加劑為有機添加劑或者是無機添加劑和有機添加劑的混合物，添加劑各組分濃度為0.1?~?50?g/L。

【技術特征摘要】
1.一種堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑，其特征在于所述堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑由添加劑和超純水配制而成，所述添加劑為有機添加劑或者是無機添加劑和有機添加劑的混合物，添加劑各組分濃度為0.1 ~ 50 g/L。2.根據權利要求1所述的堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑，其特征在于所述無機添加劑為金屬鹽、非金屬鹽、金屬化合物或是非金屬化合物中的一種或幾種的混合物。3.根據權利要求2所述的堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑，其特征在于所述金屬為Mo、Al、Mn、Cu、Ba以及Sn中的一種或幾種的混合物。4.根據權利要求2所述的堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑，其特征在于所述非金屬為Si、Se以及S中的一種或幾種的混合物。5.根據權利要求1所述的堿性無氰電沉積鋅鎳合金添加劑，其特征在于所述有機添加劑為腺嘌呤、鳥嘌呤、次黃嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶、3-甲基喹啉、5-氨基喹啉、2，3-二氯喹喔啉、4-羥基喹啉-3-甲酸、N-乙基碘化喹醛啶、8-甲基-4-喹唑酮、2-乙基吡啶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安茂忠，馮忠寶，任麗麗，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23