一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液及其电镀工艺制造技术

本发明专利技术属于表面工程和表面处理技术领域，公开了一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液及其电镀工艺。本发明专利技术电镀液由包括以下浓度组分组成：水溶性铁盐/亚铁盐1‑300g/L、柠檬酸和/或柠檬酸盐1‑1000g/L、氟化钠1‑50g/L、表面活性剂0.01‑200g/L、辅助配位剂0.1‑500g/L、氨水1‑1000mL/L，水为溶剂。利用本发明专利技术电镀液可一步法于镁合金表面电沉积铁，所制备的纯铁镀层致密、均匀、结合力良好，生物相容性好、可降解且效果稳定，可为镁合金基体提供有效的腐蚀防护，还可实现对镀层形貌、晶粒尺寸和厚度等的可控制备。本发明专利技术电镀液及其电镀工艺成本低、操作简单、易于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液及其电镀工艺
本专利技术属于表面工程和表面处理
，特别涉及一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液及其电镀工艺。
技术介绍
镁及镁合金的密度和力学性能与人体骨骼接近，且具有良好的生物相容性和可降解性，作为人体植入材料具有广阔的应用前景。然而，镁的化学性质极为活泼，这决定了镁合金在富含氯离子的复杂生理环境中极易发生腐蚀，以至于在组织没有充分愈合前就丧失其完整性，从而限制了其应用。表面防护处理在保留了镁合金固有性能不变的情况下，能够显著改善其表面耐蚀性能，成为推动生物医用镁合金发展的技术关键。生物医用镁合金表面镀层不仅要求对人体无害，还要具备一定的生物相容性。铁的电化学稳定性比镁高、储量较镁丰富、且价格更为低廉，最为重要的是铁作为人体所需微量元素，在人体的新陈代谢过程中有着不可代替的作用。因此，沉积铁不但能够显著改善镁合金的耐体液腐蚀能力，还具备了作为人体植入材料所必须的生物相容性。如CN103498129A利用铁离子注入沉积对镁合金进行表面改性。而现有表面改性方法中，电沉积因其低成本、操作简单、不对材料结构造成破坏、且不受材料形状限制等优点，被视为合金表面防护的最佳途径。然而，受镁合金的化学活泼性限制，迄今尚未见镁合金表面直接电沉积铁的相关研究报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液。利用本专利技术电镀液可直接在镁合金表面电沉积得到纯铁镀层，并实现了对镀层形貌、晶粒尺寸和厚度等的可控制备，制备得到的纯铁镀层致密、均匀，且铁镀层与镁合金结合力优异；解决了现有技术中由于镁合金的化学活泼性极易溶于电镀液中而无法直接在镁合金表面直接沉积纯铁镀层的问题，既可用于工业级镁合金的预镀处理，亦可用于生物医用镁合金的表面防护。本专利技术另一目的在于提供一种上述电镀液的电镀工艺。本专利技术再一目的在于提供一种上述电镀液的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液，由包括以下浓度组分组成：水溶性铁盐/亚铁盐1-300g/L、柠檬酸和/或柠檬酸盐1-1000g/L、氟化钠1-50g/L、表面活性剂0.01-200g/L、辅助配位剂0.1-500g/L、氨水1-1000mL/L，水为溶剂。所述水溶性铁盐/亚铁盐的浓度优选为1-100g/L；更优选为56g/L。所述柠檬酸和/或柠檬酸盐的浓度优选为100-500g/L；更优选为294g/L。所述氟化钠的浓度优选为1-30g/L；更优选为10g/L。所述表面活性剂的浓度优选为0.01-20g/L；更优选为0.1g/L。所述辅助配位剂的浓度优选为1-50g/L；更优选为30g/L。所述氨水的浓度优选为1-100mL/L；更优选为20mL/L。所述的水溶性铁盐/亚铁盐可包括硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁及其它含有铁离子或亚铁离子的水溶性盐中的至少一种。所述的柠檬酸盐可包括柠檬酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸钾、柠檬酸钙、柠檬酸铵等中的至少一种。所述的表面活性剂可包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯醚类、聚丙烯酸钠和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；优选为十二烷基硫酸钠。所述的辅助配位剂可包括酒石酸及其盐、焦磷酸及其盐、次磷酸及其盐、氨三乙酸及其盐、草酸及其盐、乳酸及其盐、烟酸及其盐、氨基磺酸及其盐、氟硼酸及其盐、羟基乙叉二磷酸及其盐、5,5’-二甲基乙内酰脲及其盐中的至少一种；优选为焦磷酸及其盐中的至少一种，更优选为焦磷酸钠。本专利技术电镀液pH可为1-14，可通过柠檬酸和氨水进行调节。本专利技术的用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液通过将各组分按比例混合后即可得到。本专利技术电镀液组成绿色、环保，有机结合使用柠檬酸和/或柠檬酸盐、氟化钠、表面活性剂及辅助配位剂，可直接在镁合金表面电沉积得到纯铁镀层；同时，主盐主要用以提供电化学还原过程所需铁离子，柠檬酸和/或柠檬酸盐还表现为可抑制镁对铁离子的置换反应，氟化钠还表现为可促进铁的沉积反应，表面活性剂还表现为可改善镀层结合力，辅助配位剂还表现为可改善镀层形貌，从而使本专利技术实现了对镀层形貌、晶粒尺寸和厚度等的可控制备，制备得到的纯铁镀层致密、均匀，且铁镀层与镁合金结合力优异；解决了现有技术中由于镁合金的化学活泼性极易溶于电镀液中而无法直接在镁合金表面直接沉积纯铁镀层的问题，既可用于工业级镁合金的预镀处理，亦可用于生物医用镁合金的表面防护。本专利技术还提供一种上述电镀液的电镀工艺，包括以下步骤：(1)镁合金前处理；(2)在镁合金表面电沉积铁：将镁合金放入本专利技术的电镀液中，通过电沉积在镁合金上镀铁，待电沉积完成后，将样品取出、清洗、吹干即得到表面覆有铁镀层的镁合金。步骤(1)中，所述的前处理优选为根据镁合金基体表面油污状态的不同，可采用洗洁精、去污粉、丙酮、酒精、汽油等有机溶剂对其进行超声除油，然后用去离子水冲洗；当镁合金表面有锈蚀或氧化膜的情况下，步骤(1)中所述的前处理还包括除锈或活化过程，如可用磷酸水溶液对镁合金进行清洗，然后用去离子水冲洗。步骤(2)中，所述的电沉积是指以镁合金为阴极，铁板为阳极，在任意电流模式下，控制电流密度0.01-100A/dm2，电镀时间0.01-100h，工作温度0-99℃。即可得到铁镀层。步骤(2)中，所述的阳极还可以是惰性阳极；优选的，所述的惰性阳极可为不锈钢、铂、石墨、钽铱钛、钌钛铱等不溶于镀液的导体中的一种。优选的，步骤(2)中所述的电流模式可为直流、单脉冲电流、双脉冲电流或直流/脉冲叠加电流等中的一种。当步骤(2)中电沉积采用直流电沉积时，工艺参数为电流密度0.01-100A/dm2，电沉积时间0.01-100h。电镀制备的铁镀层致密、均匀。当步骤(2)中电沉积采用单脉冲电流电沉积时，工艺参数为导通时间0.1-1ms，关断时间0.1-1ms，脉冲频率1-10000Hz，电流密度0.01-100A/dm2，电沉积时间0.01-100h。可制备得到致密、均匀、晶粒更为细小的铁镀层。当步骤(2)中电沉积采用双脉冲电流电沉积时，工艺参数为导通时间0.1-1ms，关断时间0.1-1ms，脉冲通断周期0.2-2ms，脉冲频率1-10000Hz，正向电流密度0.01-100A/dm2，反向电流密度0.01-100A/dm2，电沉积时间0.01-100h。可制备得到致密、均匀、表面更为平整的铁镀层。当步骤(2)中电沉积采用直流/单脉冲叠加电流电沉积时，工艺参数为脉冲频率1-10000Hz，直流电流密度0.01-100A/dm2，脉冲电流密度0.01-100A/dm2，电沉积时间0.01-100h。可制备得到致密、均匀、晶粒更为细小的铁镀层。且可通过控制施加的极限电流密度实现沉积速率的调控，电流密度越高，沉积速率越快。当步骤(2)中电沉积采用直流/双脉冲叠加电流电沉积时，工艺参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液，其特征在于由包括以下浓度组分组成：水溶性铁盐/亚铁盐1-300g/L、柠檬酸和/或柠檬酸盐1-1000g/L、氟化钠1-50g/L、表面活性剂0.01-200g/L、辅助配位剂0.1-500g/L、氨水1-1000mL/L，水为溶剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液，其特征在于由包括以下浓度组分组成：水溶性铁盐/亚铁盐1-300g/L、柠檬酸和/或柠檬酸盐1-1000g/L、氟化钠1-50g/L、表面活性剂0.01-200g/L、辅助配位剂0.1-500g/L、氨水1-1000mL/L，水为溶剂。


2.根据权利要求1所述的用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液，其特征在于：所述水溶性铁盐/亚铁盐的浓度为1-100g/L；所述柠檬酸和/或柠檬酸盐的浓度为100-500g/L；所述氟化钠的浓度为1-30g/L；所述表面活性剂的浓度为0.01-20g/L；所述辅助配位剂的浓度为1-50g/L；所述氨水的浓度为1-100mL/L。


3.根据权利要求1所述的用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液，其特征在于：所述水溶性铁盐/亚铁盐的浓度为56g/L；所述柠檬酸和/或柠檬酸盐的浓度为294g/L；所述氟化钠的浓度为10g/L；所述表面活性剂的浓度为0.1g/L；所述辅助配位剂的浓度为30g/L；所述氨水的浓度为20mL/L。


4.根据权利要求1所述的用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液，其特征在于：所述的水溶性铁盐/亚铁盐包括硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁及其它含有铁离子或亚铁离子的水溶性盐中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的用于镁合金表面直接电沉积铁的电镀液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆阳，涂小慧，李卫，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44