一种Cu-Sn基合金镀层及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种Cu

【技术实现步骤摘要】
一种Cu
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Sn基合金镀层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及Cu
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Sn基合金，具体涉及一种Cu
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Sn基合金镀层及其制备方法。

技术介绍

[0002]锡青铜是以锡为主要元素的合金材料，锡含量一般为3～14％(质量分数)。其次，在合金中还添加有微量磷、铅、锌、镍等元素。这种合金具有较高的力学性能、耐腐蚀性和良好的减摩性能，被广泛用做蒸汽锅炉、船舶、高精密机械中耐蚀耐磨零件、弹性零件，以及滑动轴承、轴套、蜗轮、阀门等零件；当锡含量较高时，锡青铜合金还有较好的可焊性，可以代替传统的有毒锡铅合金，提高电子元器件焊接的可靠性。
[0003]由于铜、锡属于贵金属元素，使得锡青铜材料的价格较高，增加了机械零件的制造成本。因此，减少锡青铜用量对于节约铜、锡原材料，降低产品成本具有十分重要的意义。目前，减少锡青铜用量主要采用双金属材料，即铜锡合金
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钢背双金属轴瓦或轴套，充分利用了钢的高强度、经济性和铜锡合金的耐磨减摩特性，它在轴瓦和轴套零件中得到了较好的应用。双金属材料的制备方法主要有浇注轧制、粉末冶金烧结、表面喷涂、堆焊和电沉积等方法，其中，电沉积技术具有设备投资少、工艺简单、显著节约铜锡材料和不需机械加工等优势，而受到高度关注。但是，目前在工业上使用的Cu
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Sn合金主要是含有氰化物的剧毒电沉积液，随着国家对环境保护的高度重视，对氰化物电镀工艺进行严格限制，广大科研人员对无氰电沉积进行了许多研究，并取得了一定进展，但仍然无法与氰化物电沉积液相媲美，迄今多以低氰和微氰为主，无氰电镀电沉积液应用较少。其次，从文献检索来看，电沉积含磷、铁和镍Cu
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Sn合金镀层未见报道。因此，开发无氰多元Cu
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Sn合金镀层对于提高Cu
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Sn镀层的力学和摩擦磨损性能，减少环境污染有非常重要的作用，它将显著降低机械零件的制造成本，扩大镀层材料的应用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种Cu
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Sn基合金镀层及其制备方法，采用电沉积制备，在Cu
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Sn合金中添加少量Ni、Fe、P等元素，所得Cu
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Sn基合金镀层具有较好的力学性能和耐磨减摩性能，并且工艺简单、可靠，操作容易，利于工业化生产，且生产成本低，不污染环境，便于普及推广。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种Cu
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Sn基合金镀层，通过在基体上先电沉积预镀镍镀层再电沉积Cu
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Sn合金镀层得到，采用的Cu
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Sn合金镀液的成分为：焦磷酸铜20～35g/L、硫酸亚锡10～30g/L、硫酸镍0.2～5g/L、硫酸亚铁0.2～5g/L、次磷酸钠0.2～3g/L、焦磷酸钾100～140g/L、酒石酸钾钠30～50g/L、柠檬酸20～30g/L、柠檬酸三钠30～40g/L、乙酸钠10～12g/L、H3BO
3 25～35g/L、糖精0.8～1.0g/L；并调节Cu
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Sn合金镀液的pH值为4.2～4.8。
[0007]进一步地，Cu
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Sn合金镀液的pH值以体积浓度为5～10％的H2SO4或质量浓度为5～10％的NaOH溶液进行调节。
[0008]上述Cu
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Sn基合金镀层的制备方法，包括基体的前处理、表面活化，基体的电沉积预镀镍、镀件清洗后电沉积Cu
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Sn合金镀层和热扩散处理。
[0009]进一步地，所述基体的前处理包括基体的去油、除锈、打磨、清洗。
[0010]进一步地，基体材料为Q235钢、45钢或316L不锈钢。
[0011]进一步地，所述预镀镍采用的预镀镍液组成为：NiSO4·
6H2O 80～100g/L，柠檬酸15～20g/L，柠檬酸三钠15～20g/L，柠檬酸三胺10～15g/L，硼酸20～30g/L，十二烷基硫酸钠0.1～0.2g/L，糖精0.5～0.8g/L；并调节镀镍液的pH值为3.4～3.7。
[0012]进一步地，镀镍液的pH值以体积浓度为5～10％的H2SO4或质量浓度为5～10％的NaOH溶液进行调节。
[0013]进一步地，所述电沉积预镀镍具体为：温度控制在43～45℃，以电解镍作为阳极，将活化后的基体材料与阴极连接、垂直放置于镀镍液中；开启电源，采用控制电流方式进行电沉积Ni镀层，电沉积工艺参数为：电流密度8～9A/dm2，阴极与阳极距离为3～4cm，施镀时间为25～35分钟。
[0014]进一步地，所述电沉积Cu
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Sn合金镀层采用的Cu
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Sn合金镀液的成分为：焦磷酸铜20～35g/L、硫酸亚锡10～30g/L、硫酸镍0.2～5g/L、硫酸亚铁0.2～5g/L、次磷酸钠0.2～3g/L、焦磷酸钾100～140g/L、酒石酸钾钠30～50g/L、柠檬酸20～30g/L、柠檬酸三钠30～40g/L、乙酸钠10～12g/L、H3BO
3 25～35g/L、糖精0.5～1.0g/L；并调节Cu
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Sn合金镀液的pH值为4.2～4.8。
[0015]进一步地，所述电沉积Cu
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Sn合金镀层工艺具体为：温度控制在35～45℃，以锡磷青铜QSn6.5
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0.1为阳极，将预镀镍后的镀件清洗后放置于镀液中与电源阴极连接，阴极与阳极距离为3～4cm；开启电源，采用控制电流方式进行电沉积Cu
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Sn合金镀层，电沉积工艺参数为：电流密度3～5A/dm2，施镀时间为1～3小时。
[0016]进一步地，所述扩散热处理具体为：将电沉积Cu
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Sn合金镀层后的试件放置于真空电阻炉中，随炉升温到280～300℃，升温速度为3～5℃/分钟，保温80～100分钟，随炉冷却至室温；从炉内取出Cu
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Sn合金镀层试件，即为Cu
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Sn基合金镀层。
[0017]本专利技术采用金属材料作基体，先将基体表面进行前处理和预镀镍，再电沉积含磷、铁、镍的Cu
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Sn合金镀层，再经低温扩散热处理而得到耐磨减摩Cu
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Sn基合金镀层；它克服了浇注轧制、粉末冶金烧结、表面喷涂、氰化物电沉积等方法制备Cu
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Sn合金材料工艺复杂、设备投资大、能耗高、涂层致密性差、污染环境等缺点，显著减少了Cu
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Sn合金材料用量，大大降低了生产成本。
[0018]本专利技术相比现有技术所产生的有益效果在于：
[0019](1)本专利技术的Cu
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Sn基合金镀层比整体锡青铜材料显著节约了铜、锡等贵金属材料；
[0020](2)本专利技术的Cu
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Sn基合金镀层比双金属材料、热喷涂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu
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Sn基合金镀层，其特征在于，通过在金属基体上先电沉积预镀镍镀层再电沉积Cu
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Sn合金镀层得到，采用的Cu
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Sn合金镀液的成分为：焦磷酸铜20～35g/L、硫酸亚锡10～30g/L、硫酸镍0.2～5g/L、硫酸亚铁0.2～5g/L、次磷酸钠0.2～3g/L、焦磷酸钾100～140g/L、酒石酸钾钠30～50g/L、柠檬酸20～30g/L、柠檬酸三钠30～40g/L、乙酸钠10～12g/L、H3BO
3 25～35g/L、糖精0.8～1.0g/L；并调节Cu
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Sn合金镀液的pH值为4.2～4.8。2.根据权利要求1所述的Cu
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Sn基合金镀层，其特征在于，Cu
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Sn合金镀液的pH值以体积浓度为5～10％的H2SO4或质量浓度为5～10％的NaOH溶液进行调节。3.权利要求1或2所述的Cu
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Sn基合金镀层的制备方法，其特征在于，包括金属基体的前处理、表面活化，金属基体的电沉积预镀镍、镀件清洗后电沉积Cu
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Sn合金镀层和热扩散处理。4.根据权利要求3所述的Cu
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Sn基合金镀层的制备方法，其特征在于，所述基体的前处理包括基体的去油、除锈、打磨、清洗。5.根据权利要求3所述的Cu
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Sn基合金镀层的制备方法，其特征在于，基体材料为Q235钢、45钢或316L不锈钢。6.根据权利要求3所述的Cu
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Sn基合金镀层的制备方法，其特征在于，所述预镀镍采用的预镀镍液组成为：NiSO4·
6H2O 80～100g/L，柠檬酸15～20g/L，柠檬酸三钠15～20g/L，柠檬酸三胺10～15g/L，硼酸20～30g/L，十二烷基硫酸钠0.1～0.2g/L，糖精0.5～0.8g/L；并调节镀镍液的pH值为3.4～3.7。7.根据权利要求3所述的Cu
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Sn...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭成章，彭昭玮，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：