一种碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于电镀Zn‑Ni‑Al2O3复合镀层技术领域，涉及一种碱性无氰Zn‑Ni‑Al2O3电镀液、制备方法及应用。镀液由主配位剂、辅助配位剂、硫酸锌、硫酸镍、碳酸钾、Al2O3纳米颗粒悬浮液及超纯水配制而成，其中主配位剂为乙内酰脲及其乙内酰脲衍生物，辅助配位剂为乙二胺等胺类有机物。采用电沉积方法制备复合镀层。本发明专利技术通过对配位剂筛选和使用，对电镀工艺进行了优化，所得镀层耐蚀性好、硬度大，镀液稳定性好、电流密度高(85％以上)，其整体性能较单一配位剂相比有了显著的提高。

An alkaline cyanide-free zinc-Ni-Al2O3 electroplating bath, its preparation method and Application

The invention belongs to the technical field of electroplating zinc Ni Al2O3 composite coating, and relates to an alkaline cyanide-free zinc Ni Al2O3 electroplating solution, a preparation method and application. The plating bath is composed of main coordinating agent, auxiliary coordinating agent, zinc sulfate, nickel sulfate, potassium carbonate, nanoparticle suspension of Al2O3 and ultrapure water. The main coordinating agent is hydantoin and its derivatives, and the auxiliary coordinating agent is ethylenediamine and other Amine Organic compounds. Composite coatings were prepared by electrodeposition. By screening and using the coordinating agent, the electroplating process is optimized. The obtained coating has good corrosion resistance, high hardness, good bath stability and high current density (over 85%), and its overall performance is significantly improved compared with that of a single coordinating agent.

【技术实现步骤摘要】
一种碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液、制备方法及应用
本专利技术属于电镀Zn-Ni-Al2O3复合镀层
，涉及一种碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液、制备方法及应用。
技术介绍
据统计，每年我国因腐蚀损失的钢铁为600万吨，造成直接经济损失高达上百亿元，因而钢铁的防腐显得尤为重要。与其他防腐方法相比，电沉积作为金属防腐处理最重要的方法之一，具有加工效率高、成本低、操作简单和易于产业化等特点，在钢铁表面电沉积一种防腐镀层是解决钢铁腐蚀的最有效手段。目前，镉镀层因良好的耐蚀性、耐磨性、抗高温性而受到人们的关注，但是镉镀层毒性大，对环境和生物危害巨大，使镉镀层的应用受到了限制。因此，环保型Zn-Ni合金镀层由于良好的耐蚀性、耐磨性、机械强度大和二次加工性能高等优点，逐渐成为耐蚀性镀层的研究热点。虽然Zn-Ni合金镀层应用广泛，但耐磨性仍有待提高。由于Al2O3熔点高，硬度大，耐磨性和抗高温氧化性良好，污染小，将其与Zn-Ni合金制备出Zn-Ni-Al2O3复合镀层，其具有稳定性高，耐蚀性好，硬度大，无污染等优点。传统制备Zn-Ni-Al2O3电镀液的方法是直接将Al2O3颗粒放入到Zn-Ni合金电镀液中，通过机械方法不断搅拌，使其悬浮在电镀液中。而本专利技术采用溶胶凝胶法直接制备出纳米级的Al2O3颗粒悬浮液，将其加入到Zn-Ni合金电镀液中。与传统方法相比，溶胶凝胶法制备的Al2O3纳米颗粒无需搅拌即可均匀的悬浮在电镀液中，操作简单。因此，Zn-Ni-Al2O3复合镀层越来越受到汽车、机械加工、航空航天领域的重视。Zn-Ni-Al2O3电镀液分为酸性镀液和碱性镀液，其中酸性镀液由于分散能力差而不适用于形状复杂的零件的电镀。而碱性的氰化物毒性大，对环境及人类危害大，所以研发出一种碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液尤为重要。但现有的碱性无氰Zn-Ni-Al2O3复合镀层还存在着一些问题，尤其是电流效率较低(50％～75％)、硬度低及稳定性差这几点，使此应用受到了一定的限制。配位剂可以通过吸附作用阻碍金属离子放电，从而增加阴极极化，提高镀液及镀层性能。所以配位剂的研发对于增强性能起着至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种有效的碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液、制备方法及应用。通过对电镀液配位剂的筛选和添加，获得可以应用于碱性无氰电镀Zn-Ni-Al2O3复合镀层的主配位剂和辅助配位剂，从而得到硬度高，耐蚀性良好的镀层。所得镀液稳定性好、电流密度高、覆盖能力良好，提高了其在工业化应用的可行性。本专利技术的具体技术方案为：一种碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液，由主配位剂、辅助配位剂、硫酸锌、硫酸镍、碳酸钾、Al2O3纳米颗粒悬浮液及超纯水配制而成；电镀液中各成分含量分别为：主配位剂20～400g/L、辅助配位剂5～300g/L、硫酸锌10～300g/L、硫酸镍5～200g/L、碳酸钾10～500g/L、Al2O3纳米颗粒悬浮液1～100ml/L；所述主配位剂为乙内酰脲、乙内酰脲衍生物的一种或两种以上的混合物。进一步地，上述乙内酰脲衍生物为3-羟甲基-5,5-二苯基乙内酰脲、5,5-二苯基乙内酰脲、1,3-二氯-5,5-二苯基乙内酰脲、1-氨基乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、2-硫代乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲、1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲或2-硫代-5,5-二甲基乙内酰脲。进一步地，上述辅助配位剂为二甲胺、乙二胺、三乙醇胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、氨基乙酸、酒石酸钾、酒石酸钾钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵、苹果酸、聚乙二醇、羟基乙叉二膦酸、焦磷酸钠、焦磷酸钾、草酸、尿素、甲酸钠、甲酸铵、乙酸钠、乙酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸铵、亚硫酸钾、硫代硫酸钠、硫脲中的一种或两种以上。上述碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液制备方法，包括如下步骤：步骤1，制备Al2O3纳米颗粒悬浮液：在仲丁醇铝试剂中加入无水乙醇，将试剂充分溶解，进行磁力搅拌，缓慢加入超纯水，仲丁醇铝试剂与超纯水的摩尔比为0.01:1.24，得到溶液A；向每升溶液A中添加10-20ml质量浓度为30％的硝酸溶液，使pH值达到3-5，此时有白色沉淀产生；在60℃下继续搅拌，直至所有沉淀溶解，即得到Al2O3纳米颗粒悬浮液；步骤2，配置电镀液：根据电镀液中各成分的目标含量，首先将主配位剂与硫酸锌加水混合，得到一号澄清溶液；辅助配位剂与硫酸镍加水混合，得到二号澄清溶液；其次，将碳酸钾和Al2O3纳米颗粒悬浮液分别加入到一号和二号溶液中并搅拌；最后，待一号和二号溶液澄清后将两种溶液混合，得到碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液。应用上述碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液制备复合镀层的方法，包括如下步骤：基体首先进行除油、酸洗(盐酸：水＝1:1)，用蒸馏水和超纯水进行冲洗；然后直接将基体放入到含有碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液的镀槽中，进行电镀；完成电镀后，从电镀液中取出试样，用超纯水清洗表面，冷风干燥，得到镀层；所述电镀过程中电流密度为1～5A/dm2，镀液温度为20～60℃，pH值在7～11之间，阴阳极间距离为1～30cm，镀液搅拌速度为0～3000rpm，电镀时间为10～120min。基体采用的是铜片，阳极采用的是不溶性金属阳极。上述制备得到的Zn-Ni-Al2O3复合镀层中Ni含量为10～16wt.％，Al2O3含量为0.5～1wt.％。本专利技术的有益效果是以乙内酰脲及其衍生物为主配位剂，通过和辅助配位剂的联合使用，能够使得不同物质在镀液中发挥不同的作用，获得更加良好的Zn-Ni-Al2O3复合镀层。并且能够在较宽的电流密度范围内得到Al含量均一的Zn-Ni-Al2O3复合镀层，所得镀层硬度高。由于镀液稳定性好，电流密度高(85％以上)，废液污染小，容易处理等特点，保证了本镀液体系可以适应不同的生产要求，有利于工业化过程中生产效率的提高。附图说明图1为本专利技术实施例3获得的复合镀层SEM图。图2为本专利技术实施例1～13的电流密度和硬度图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。实施例1：碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液组成为：1-氨基乙内酰脲35g/L，四乙烯五胺5g/L，碳酸钾100g/L，硫酸锌60g/L，硫酸镍30g/L，Al2O3纳米颗粒悬浮液10ml/L,铜片经碱性除油、酸洗(盐酸：水＝1：1)及水洗后作为阴极，以惰性金属作为阳极(Pt片)，阴阳极之间的距离为5cm，镀液温度为50℃，pH值为10，电流密度为2A/dm2,搅拌速度为500rpm，电镀时间为10min，所得镀液电流效率为87％，镀层外观光亮，硬度大，镀液稳定性好，镀层Ni含量为12.76wt.％，Al2O3含量为0.86wt.％。实施例2：碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液组成为：3-羟甲基-5,5-二苯基乙内酰脲120g/L，氨基乙酸10g/L，碳酸钾100g/L，硫酸锌60g/L，硫酸镍30g/L，Al2O3纳米颗粒悬浮液20ml/L,铜片经碱性除油、酸洗(盐酸：水＝1：1)及水洗后作为阴极，以惰性金属作为阳极(Pt片)，阴阳极之间的距离为10cm，镀液温度为60℃，pH值为8，电流密度为1A/dm2,搅拌速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱性无氰Zn‑Ni‑Al2O3电镀液，其特征在于，由主配位剂、辅助配位剂、硫酸锌、硫酸镍、碳酸钾、Al2O3纳米颗粒悬浮液及水配制而成；电镀液中各成分含量分别为：主配位剂20～400g/L、辅助配位剂5～300g/L、硫酸锌10～300g/L、硫酸镍5～200g/L、碳酸钾10～500g/L、Al2O3纳米颗粒悬浮液1～100ml/L；所述主配位剂为乙内酰脲或乙内酰脲衍生物的一种或两种以上的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液，其特征在于，由主配位剂、辅助配位剂、硫酸锌、硫酸镍、碳酸钾、Al2O3纳米颗粒悬浮液及水配制而成；电镀液中各成分含量分别为：主配位剂20～400g/L、辅助配位剂5～300g/L、硫酸锌10～300g/L、硫酸镍5～200g/L、碳酸钾10～500g/L、Al2O3纳米颗粒悬浮液1～100ml/L；所述主配位剂为乙内酰脲或乙内酰脲衍生物的一种或两种以上的混合物。2.根据权利要求1所述的电镀液，其特征在于，所述乙内酰脲衍生物为3-羟甲基-5,5-二苯基乙内酰脲、5,5-二苯基乙内酰脲、1,3-二氯-5,5-二苯基乙内酰脲、1-氨基乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、2-硫代乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲、1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲或2-硫代-5,5-二甲基乙内酰脲。3.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述辅助配位剂为二甲胺、乙二胺、三乙醇胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、氨基乙酸、酒石酸钾、酒石酸钾钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵、苹果酸、聚乙二醇、羟基乙叉二膦酸、焦磷酸钠、焦磷酸钾、草酸、尿素、甲酸钠、甲酸铵、乙酸钠、乙酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸铵、亚硫酸钾、硫代硫酸钠、硫脲中的一种或两种以上。4.权利要求1或3任一所述的碱性无氰Zn-Ni-Al2O3电镀液制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，制备Al2O3纳米颗粒悬浮液：在仲丁醇铝试剂中加入无水乙醇，将试剂充分溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯忠宝，王琳，邢鹏飞，安茂忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21