一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层的方法技术

本发明专利技术为一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层的方法。包括如下步骤：(1)电解液配制：将镍源、铜源、表面活性剂、络合剂和缓冲剂按照0.08～0.7：0.06～0.1：3

【技术实现步骤摘要】
一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层的方法


[0001]本专利技术属于表面防腐领域，具体涉及一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层的方法。

技术介绍

[0002]金属材料的腐蚀在大自然中是一种普遍存在的现象，我国每年由于金属腐蚀失效产生的经济损失在国民生产总值中的占比高达3％左右，其中又以海洋腐蚀引起的失效最为严重，因此对金属材料的防护研究刻不容缓。为了进一步提高金属材料的耐蚀性和实际应用价值，采用在金属材料表面电镀耐蚀层的方法，目前采用电沉积技术制备的已应用于纯铜表面的耐蚀镀层主要有镍镀层和锡镀层，其中，锡镀层主要是为了防止铜的大气氧化，提高其导电性，因此在海洋防腐领域，镍镀层的应用更为广泛。镍元素作为稀缺元素，制备成本比较高昂，且镀镍的金属预处理工艺复杂，容易因为预处理不当造成镀层与基体结合力不理想。锡镀层电解液的导电性能和分散能力较差，镀层孔隙率较高，使用碱性电解液电镀时电流效率较低，沉积速度较慢，制备过程中容易生成二价锡导致海绵状沉积层的产生，使用酸性电解液电镀时在高温下挥发的酸雾也会对人体和环境造成不良影响。
[0003]铜镍合金层作为一种在各种媒介中均具有良好耐蚀性的金属镀层，具有电解液成分简单，绿色环保，废液易回收，能耗小，反应过程简单可控，沉积效率高，制备成本更低廉等优势，有效规避了镍镀层和锡镀层的生产缺陷。目前从铜
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镍硫酸盐体系中实现铜表面耐蚀铜镍合金层的电镀以恒电流法为主，但此方法制备效率较低，一般仅能形成厚度范围在1微米～30微米的薄膜，很难超过100微米以上，使其对基体的保护效率相对有限。此外，该方法制备的铜镍合金层孔隙较多，组织致密性较差，也容易影响材料的耐蚀性，需要通过后续的热处理消除孔隙，进一步提高其组织致密性和耐蚀性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层的方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)电解液配制：将镍源、铜源、表面活性剂、络合剂和缓冲剂按照0.08～0.7：0.06～0.1：3
×
10
‑4～7
×
10
‑4：0.2～0.6：0.5～0.6摩尔比进行充分混合，得到混合溶液；
[0007]步骤(2)阴极基板表面预处理：将纯铜阴极板表面用金相砂纸打磨，再用金相抛光机进行抛光，抛光完毕后超声清洗，随后酸洗除油，最后将阴极板与铜导线相连接，做成电极置于干燥处备用；
[0008]步骤(3)双脉冲电沉积铜镍合金：以纯镍板为阳极，步骤(2)制备的金属电极为阴极，以步骤(1)配制的溶液作为电解液，通过调节镍源中的硫酸镍和铜源硫酸铜两种主盐间的质量比来改变两种金属离子浓度比，从而获得不同镍含量的铜镍合金层。
[0009]进一步的，步骤(1)中，镍源为NiSO4·
6H2O及NiCl2·
6H2O，铜源为CuSO4·
5H2O；
[0010]进一步的，步骤(1)中所使用的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
[0011]进一步的，步骤(1)中的络合剂是二水合柠檬酸钠。
[0012]进一步的，步骤(1)中的缓冲剂是硼酸。
[0013]进一步的，步骤(1)采用稀硫酸和氨水将混合溶液调节PH至4～5。
[0014]进一步的，步骤(2)中纯铜表面依次用400、600、800目的金相砂纸进行打磨，使用氧化铝悬浮液抛光，抛光完毕后在无水乙醇内超声清洗30min，继续使用稀硝酸酸洗除油30s，清洗干燥做成电极备用。
[0015]进一步的，步骤(3)电沉积的电参数条件为：正向电流密度为7.5A/dm2～10.5A/dm2，反向电流密度为0.5A/dm2～1A/dm2，正向脉冲频率为100Hz～1600Hz，反向脉冲频率为100Hz～1600Hz，正向占空比为20％～40％，反向占空比为20％～40％。
[0016]进一步的，步骤(3)采用水浴加热的方式将电沉积温度设置为42℃～52℃；
[0017]沉积所需时间为2h～4h。
[0018]一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层，采用上述的方法制备，铜镍合金层中镍的含量分别为6.2％、23.5％或70.3％。
[0019]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0020](1)本专利技术通过改变两种主盐的浓度，即改变两种金属离子的浓度，并调整工艺参数(平均电流密度、PH、温度、电沉积时间等)实现镍含量与合金层厚度的可控。本专利技术首先从配方着手，选取了二水合柠檬酸钠作为络合剂，减小铜离子和镍离子二者的沉积电位差，促进镍的沉积；再选取一定浓度的硼酸作为PH缓冲剂来稳定沉积液内的PH值在4～5范围内，避免PH值减小加剧析氢副反应，PH过大造成沉积液内铜离子沉淀；其次通过水浴加热的方式将沉积温度设置在42℃～52℃范围内，确保镍离子具有较好的活性，降低沉积层内应力，减少组织内的孔隙，提高组织致密性，从而达到比较理想的沉积效果；最后选取8.5A/dm2的平均电流密度，在此电流密度下，可有效促进镍的析出和减小晶粒尺寸，也可显著提高沉积速率，从而获得较厚的细小均匀致密的铜镍合金层。通过对沉积时间的设置，实现沉积层厚度的可控，本专利技术将沉积时间设置为3h可获得400微米以上较厚的铜镍合金层，可实现对基体的充分保护。
[0021](2)与现有技术相比，制备成本低廉，沉积液内不含毒性较强的化合物，属绿色环保配方，对环境无毒无害无污染。
[0022](3)对样品进行扫描电镜观察发现，双脉冲电沉积制备的样品组织致密性有明显提高，孔隙明显减少。
[0023](4)对不同成分的铜镍合金层进行电化学测试，其耐腐蚀性显著优于裸铜基板。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1、实施例2及实施例3制备的纯铜表面铜镍合金层的XRD图谱。
[0025]图2是本专利技术实施例1制备的铜镍合金层动电位极化曲线图与裸铜基板动电位极化曲线图。
[0026]图3是本专利技术实施例2制备的铜镍合金层动电位极化曲线图与裸铜基板动电位极化曲线图。
[0027]图4是本专利技术实施例3制备的铜镍合金层动电位极化曲线图与裸铜基板动电位极
化曲线图。
[0028]图5是裸铜基板和本专利技术实施例1、实施例2及实施例3制备的铜镍合金层Nyquist图。
[0029]图6是裸铜基板和本专利技术实施例1、实施例2及实施例3制备的铜镍合金层Bode图；其中(a)为频率
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阻抗图，(b)为频率
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相位角图。
[0030]图7是本专利技术实施例1、实施例2及实施例3制备的铜镍合金层的扫描电镜图；(a)是实施例1的铜镍合金层，(b)是实施例2的铜镍合金层，(c)是实施例3的铜镍合金层。
具体实施方式
[0031]下面的实施例1、实施例2及实施例3结合附图是对本专利技术具体实施方式的详细说明。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯铜表面双脉冲电沉积铜镍合金层的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)电解液配制：将镍源、铜源、表面活性剂、络合剂和缓冲剂按照0.08～0.7：0.06～0.1：3
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‑4～7
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‑4：0.2～0.6：0.5～0.6摩尔比进行充分混合，得到混合溶液；步骤(2)阴极基板表面预处理：将纯铜阴极板表面用金相砂纸打磨，再用金相抛光机进行抛光，抛光完毕后超声清洗，随后酸洗除油，最后将阴极板与铜导线相连接，做成电极置于干燥处备用；步骤(3)双脉冲电沉积铜镍合金：以纯镍板为阳极，步骤(2)制备的金属电极为阴极，以步骤(1)配制的溶液作为电解液，通过调节镍源中的硫酸镍和铜源中的硫酸铜两种主盐间的质量比来改变两种金属离子浓度比，从而获得不同镍含量的铜镍合金层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，镍源为NiSO4·
6H2O及NiCl2·
6H2O，铜源为CuSO4·
5H2O。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所使用的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄洁雯，朱军卫，孔见，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：