本发明专利技术公开了一种钴‑镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法及其制备系统，以钴、镍或钴‑镍合金为阳极，以待镀工件为阴极，在三元体系乳化液中进行电镀，所述三元体系乳化液包括电解液、表面活性剂和超临界二氧化碳流体，电解液为包含有钴盐20‑100 g/L、镍盐50‑200 g/L、钠盐20‑100 g/L、硼酸10‑50 g/L、十二烷基硫酸钠0.01‑0.2 g/L、糖精钠1‑5 g/L的混合溶液。制备的合金镀层为纳米晶结构，晶粒尺寸为10‑30 nm，钴含量为70‑85%；制备的纳米合金镀层不仅表面光亮平整、硬度高，具有优异的耐磨、减摩和耐腐蚀性能。适用于要求高硬度、高耐磨、低摩擦系数及耐腐蚀的部件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米功能薄膜材料制备
，具体为一种钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法及其制备系统。
技术介绍
众所周知，磨损、腐蚀与断裂是机械零部件和工程构件的三大主要破坏形式，它们所导致的经济损失十分巨大。金属材料至今仍然是应用最多的工程材料，实际上金属材料的多数失稳始于材料的表面，摩擦磨损、腐蚀氧化、疲劳断裂等过程主要发生在金属材料的表面，因此只要在材料表面获得一定厚度的功能防护表层，就能够通过表面组织和性能的优化提高金属材料的整体力学性能和环境服役行为。电镀由于成本低廉、操作条件简单、效率高及镀层厚度容易控制等优点被广泛用于在零部件表面沉积具有高硬度、抗疲劳磨损、耐腐蚀、电性、磁性等性能以及美观的薄膜材料。过去铬（Cr）金属由于具备优异的机械强度及耐蚀性，常被用来进行表面处理。但在制备的过程中，需使用含有六价Cr离子的镀液，从环境角度考虑，六价Cr电镀严重污染环境、危害人类的身体健康，故六价Cr的制品已被欧盟以及许多国家下令禁用。因此，工业上开始寻找代替用的保护性镀层材料，其中镍（Ni）和钴（Co）及其合金薄膜由于具有优异的性能引起了很多学者的关注。相对于单金属Ni或Co，Co-Ni合金镀层具有更加优异的性能（Electroplating & Pollution Control, 25(2005)14-16），同时由于Co-Ni合金具有高硬度、优异的耐摩擦和耐腐蚀性能被认为具有应用于航天航空、汽车以及在一般的工业中代替硬Cr镀层的潜力（Applied Surface Science 242 (2005) 326-332）。然而，由于传统的电镀大多需要在水溶液中进行电化学反应，在电镀的过程中，同时会发生电解水的副反应，因此在阴极上会有氢气的形成，进而聚集为针孔或是缺陷，对于镀层的品质、强度等都会造成负面影响。为了解决这一问题，有很多的改良方法被提出，如搅拌、脉冲电镀、添加剂的使用等方式，但其效果都有一定的限度，并不能从根本上解决问题。
技术实现思路
本专利技术专利的目的在于解决现有技术存在的缺陷，利用超临界电沉积技术，提供了一种钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法及其制备系统。本专利技术制备的钴-镍纳米合金镀层不仅表面光亮平整、硬度高，而且具有优异的减磨、耐磨和耐腐蚀性能，其制备方法简单，在航天航空、汽车、机械和精密制造领域具有广泛的应用。本专利技术的目的通过以下方式来实现：一种钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，以钴、镍或钴-镍合金为阳极，以待镀工件为阴极，在三元体系乳化液中进行电镀，所述三元体系乳化液包括电解液、表面活性剂和超临界二氧化碳流体，所述电解液为包含有钴盐20-100 g/L、镍盐50-200 g/L、钠盐20-100 g/L、硼酸10-50 g/L、十二烷基硫酸钠0.01-0.2 g/L、糖精钠1-5 g/L的混合溶液。通过采用超临界二氧化碳作为流体，充分利用超临界二氧化碳具有低的表面张力和粘度的特点，可控扩散性及对氢的高溶解能力，有效解决电镀过程中出现的析氢问题。同时，采用超临界二氧化碳作为流体，可以避免常规电镀面临着环保压力和成本问题，如传统添加剂会夹到沉积物中形成夹杂，造成镀层的污染；如传统有机添加剂存在化学热稳定性差，毒性较强等缺点，在使用过程中往往易分解对环境不友好。而超临界二氧化碳具有无毒、无害、价格便宜、超临界条件易达到等优点，超临界二氧化碳流体技术是国际上公认的绿色技术。其制备过程可以减少电镀液的用量，并且对于环境中的二氧化碳可以回收再利用，既减少了重金属废液的产生又降低了处理成本。进一步地，所述电解液中钴盐为硫酸钴和氯化钴中的一种或两种，镍盐为硫酸镍或氯化镍中的一种或两种，钠盐为硫酸钠和氯化钠中的一种或两种。进一步地，所述表面活性剂为十二醇聚氧乙烯醚、PEO-PPO、月桂醇聚氧乙烯醚、乙基乙烯基醚表面活性剂中的一种。进一步地，所述表面活性剂含量为0.1-2.0 vol%。进一步地，所述二氧化碳在电镀反应釜中的体积分数为10-50 %。进一步地，所述电镀采用直流或脉冲电镀法，镀液pH值为3-8，电镀时磁力搅拌速度为300-800转/分，电镀反应釜温度为35-80 ℃、电镀反应釜压力为8-20 MPa，电镀平均电流密度为1.0-20.0 A/dm2，电镀时间为0.5-2 h。采用直流电镀方法，相比传统的电镀方式，传统电镀方式在水电解液中制备的Co-Ni合金镀层的硬度范围在300～500 HV（Transactions of the IMF 93 (2015) 104-112），而采用本专利技术的制备方法，在直流电镀下制备的Co-Ni合金镀层的硬度也能达到650 HV以上。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1、本专利技术的制备方法可在各种大小和形状各异的金属表面制备Co-Ni合金镀层，该镀层不仅表面光亮平整、硬度高，而且具有优异的耐磨、防腐蚀功能。2、本专利技术解决了在传统水电解液电镀过程中，由于在阴极上形成氢气，进而聚集为针孔或是缺陷，对于镀层的品质、强度等造成负面影响的问题。3、本专利技术的制备方法简单，操作方便；电镀液的用量少，二氧化碳可回收再利用，从而减少了重金属废液的产生又降低了处理成本；绿色环保，生产效率高，易于实现工业化生产。4、本专利技术所制备的镀层适用于要求高硬度、高耐磨、低摩擦和耐腐蚀的部件，在汽车、机械、精密制造和航天航空领域具有广泛的应用，可以延长零件的使用寿命，降低动力消耗，节约能源。。附图说明图1为超临界流体电镀装置示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合实施例对本专利技术产品作进一步详细的说明。实施例1一种钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，具体步骤如下：制备钴-镍纳米合金镀层的电解液，其组分为：硫酸钴30 g/L、氯化镍80 g/L、硫酸钠50 g/L、硼酸30 g/L、十二烷基硫酸钠0.1 g/L、糖精钠3 g/L、十二醇聚氧乙烯醚0.5 vol%。将上述镀液加入到反应釜，通入二氧化碳直到反应釜压力为8 MPa，加热使反应釜内温度为40 ℃，使二氧化碳达到超临界状态，并占反应釜体积为40 %。电镀阴极为经过除油-清洗-酸活化-清洗-干燥的黄铜基材，阳极为镍片，采用脉冲电镀方法，平均电流密度为1.5 A/dm2，镀液pH为4，磁力搅拌速度为400转/分，电镀时间为1 h，制备得到钴-镍纳米合金镀层，性能如表1所示。实施例2一种钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，具体步骤如下：制备钴-镍纳米合金镀层的电解液，其组分为：氯化钴30 g/L、硫酸镍100 g/L、氯化钠30 g/L、硼酸30 g/L、十二烷基硫酸钠0.1 g/L、糖精钠1 g/L、月桂醇聚氧乙烯醚1 vol%。将上述镀液加入到反应釜，通入二氧化碳直到反应釜压力为10 MPa，加热使反应釜内温度为50 ℃，使二氧化碳达到超临界状态，并占反应釜体积为30 %。电镀阴极为经过除油-清洗-酸活化-清洗-干燥的黄铜基材，阳极为钴片，采用直流电镀方法，平均电流密度为2.5 A/dm2，镀液pH为5，磁力搅拌速度为500转/分，电镀时间为1 h，制备得到钴-镍纳米合金镀层，性能如表本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钴‑镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，其特征在于，以钴、镍或钴‑镍合金为阳极，以待镀工件为阴极，在三元体系乳化液中进行电镀，所述三元体系乳化液包括电解液、表面活性剂和超临界二氧化碳流体，所述电解液为包含有钴盐20‑100 g/L、镍盐50‑200 g/L、钠盐20‑100 g/L、硼酸10‑50 g/L、十二烷基硫酸钠0.01‑0.2 g/L、糖精钠1‑5 g/L的混合溶液。
【技术特征摘要】
1.一种钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，其特征在于，以钴、镍或钴-镍合金为阳极，以待镀工件为阴极，在三元体系乳化液中进行电镀，所述三元体系乳化液包括电解液、表面活性剂和超临界二氧化碳流体，所述电解液为包含有钴盐20-100 g/L、镍盐50-200 g/L、钠盐20-100 g/L、硼酸10-50 g/L、十二烷基硫酸钠0.01-0.2 g/L、糖精钠1-5 g/L的混合溶液。2.根据权利要求1所述的钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，其特征在于：所述电解液中钴盐为硫酸钴和氯化钴中的一种或两种，镍盐为硫酸镍或氯化镍中的一种或两种，钠盐为硫酸钠和氯化钠中的一种或两种。3.根据权利要求2所述的钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二醇聚氧乙烯醚、PEO-PPO、月桂醇聚氧乙烯醚、乙基乙烯基醚表面活性剂中的一种。4.根据权利要求3所述的钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，其特征在于：所述表面活性剂含量为0.1-2.0 vol%。5.根据权利要求3所述的钴-镍合金光亮防护镀层的超临界电镀制备方法，其特征在于：所述二氧化碳在电镀反应釜内的体积分...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏峰华，李佳，李立文，
申请(专利权)人：佛山市零碳节能光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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