化学镀-电镀用镍铜合金液及镍铜合金非晶基复合镀层的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种化学镀-电镀用镍铜合金液，以去离子水为溶剂，其中包含铜盐1~10g/L、镍盐20~60g/L、络合剂10~20g/L和还原剂1~10g/L。使用该镍铜合金液，采用化学镀-电镀协同沉积的方法，在金属基底表面制备镍铜合金复合镀层，该镀层同时具有纳米晶态和非晶态的结构，并且纳米晶均匀分布在非晶连续相中，是一种镍铜合金非晶基纳米晶复合镀层，兼具非晶和晶态两种结构的性能，从而显著提高了镀层的综合性能，如耐腐蚀、耐磨损性、高强高硬以及优异的室温塑性，大大扩展了金属基体的使用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料表面镀层制备、电镀、化学镀
，具体涉及一种化学镀-电镀用镍铜合金液，使用该化学镀-电镀用镍铜合金液制备镍铜合金非晶基复合镀层的方法，以及制备得到的非晶-纳米晶结构的镍铜合金复合镀层。
技术介绍
电镀和化学镀均有160多年的历史。工业应用电镀方法制备镀层的历史已经有相当一段时间，应用化学镀制备的镀层是从十九世纪50年代的General AmericanTransportation公司(GATC)开始的。电镀的方法制备的镀层为晶态或者纳米晶结构，化 学镀制备的镀层随着还原剂量的改变，可以得到非晶到晶态多种结构的镀层。非晶态和纳米晶材料各自具有独特的结构和一系列的优良特性。非晶态材料由于其原子排列的长程无序、短程有序特点，在物理、化学及力学性能上表现出一系列优异特性，如高强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性等，然而塑性差是非晶态材料需要解决的关键技术之一。与非晶材料相比，纳米晶材料由于大量原子处于晶界上，同样具有良好的力学性能，如高硬度、高耐磨性等，另外纳米晶材料还具有良好的塑性和韧性，但是其晶间腐蚀严重。因此，如何利用非晶结构和纳米晶结构的优势互补，制备具有高性能的非晶纳米晶复合材料是当前非晶、纳米晶材料领域的研究热点。电镀和化学镀同时发生最早是由Brenner和Riddell在电沉积镍时发现的。目前采用这两种方法同时制备镀层的研究比较少。公开号为CN101654797A的中国专利技术专利在钢铁工件表面预镀铜时采用电化学和化学镀的工艺，得到了很大的反响，然而，该方法只为酸性镀铜提供了一种预镀的方法，得到的镀层厚度仅为几个微米量级，其综合力学性能不能实际应用的要求。公开号为CN1818141A的中国专利技术专利中，公开了一种可以发生两种沉积反应的镀液，但是这两种沉积并非同时发生，而是通过反应条件的改变，使之在不同条件下发生。利用电镀化学镀制备非晶纳米晶复合镀层的研究仍然微少。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是针对上述技术现状，提供一种电化学沉积和化学沉积两种方法协同制备镍铜非晶基复合镀层的方法。这种方法原位可控，成本更低，操作简单，得到的镀层的综合力学性能较晶态镀层和非晶镀层都有很大的提高。本专利技术实现上述技术目的所采用的技术方案为一种化学镀-电镀用镍铜合金液，该合金液是以去离子水为溶剂，其中包含以下重量体积百分比浓度的溶质铜盐I 10g/L 镍盐 20 60g/L 还原剂 I 10g/L 络合剂 10 20g/L所述的铜盐包括但不限于硫酸铜、焦磷酸铜、氯化铜中的至少一种；所述的镍盐包括但不限于硫酸镍、氯化镍中的至少一种；所述的还原剂包括但不限于次磷酸钠、氨基硼烷、盐酸羟胺、硼氢化钠、甲醛、水合肼中的至少一种；所述的络合剂包括但不限于柠檬酸、柠檬酸钠、硼酸、硼酸钠、焦磷酸钾钠、焦磷酸钠中的至少一种。使用本专利技术化学镀-电镀用镍铜合金液，采用化学镀-电镀协同制备镍铜合金非 晶基复合镀层的制备工艺包括如下步骤步骤I、将金属基底表面进行除油、除氧化膜处理；步骤2、用去离子水将铜盐、镍盐、络合剂、还原剂按重量百分比配制化学镀-电镀用镍铜合金液；步骤3、镍铜合金非晶纳米晶复合镀层的制备将步骤I中处理后的金属基底置于步骤2配制的化学镀-电镀用镍铜合金液中进行化学镀电镀协同沉积，其条件是阳极为纯镍板，阴极电流密度为15飞OmA/cm2，镀液用碱性溶液调节pH为4 12，镀液温度为3(T80°C，沉积时间为I小时 2小时，阴极移动、搅拌镀液，循环过滤完成金属基底非晶纳米晶复合镀层的制备。作为优选，所述的镀层沉积速度为0. 2^1. Oum/min。作为优选，所述的步骤3中的碱性溶液包括但不限于氨水溶液或氢氧化钠溶液。所述的步骤I中，金属基底的表面除油优选采用以下过程在质量百分比浓度为5% 20%的NaOH溶液，或者在质量百分比浓度为5% 20%的KOH溶液中加入适量十二烷基硫酸钠，得到混合溶液，将金属基底放入该混合溶液中，在清洗温度为40°C 70°C下清洗3分钟 10分钟。其中，十二烷基硫酸钠在混合溶液中的浓度优选为0. 5g/l 10g/l，进一步优选为2g/l ;清洗温度优选为60V 70°C。所述的步骤I中，金属基底的表面除氧化膜处理优选采用机械抛光、化学抛光对金属基底进行表面氧化膜去除处理。采用本专利技术的化学镀-电镀用协同制备的镍铜合金非晶基复合镀层由镍、铜以及非金属元素磷、氮、碳中的至少一种组成，如图I所示，复合镀层的结构为非晶(连续相)包覆纳米晶(第二相)结构，纳米晶颗粒尺寸在f 10nm，并且纳米晶第二相均匀分布在非晶连续相中。综上所述，本专利技术提供了一种化学镀-电镀用镍铜合金液，采用电化学镀与化学镀协同沉积的方法，在金属基底表面制备镍铜合金复合镀层，该镀层同时具有晶态(纳米晶)和非晶态的结构，并且纳米晶第二相均匀分布在非晶连续相中，是一种镍铜合金非晶基纳米晶复合镀层。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果(I)本专利技术的镍铜合金液中不仅包含镍铜元素，还包含还原剂，因此，不仅在外加电流下会发生电化学沉积反应，还因为溶液中有还原剂的存在可以发生化学沉积反应，所以是一种化学镀-电镀用合金液；(2)由于电化学沉积和化学沉积同时并分别成核与生长，因此可以同时得到晶态成核和非晶态成核，最 终得到非晶纳米晶复合镀层。而非晶镀层和晶态镀层各自具有其自身的优缺点，将两种结构同时生成于同一镀层中，使得该镀层同时具有非晶和晶态两种结构的性能，从而显著提高镀层的综合性能，比如耐腐蚀、耐磨损性、高强高硬以及优异的室温塑性，大大扩展了金属基体的使用范围；(3)由于还原剂的存在，会在镀液中引入非金属元素磷、碳、氮中的至少一种，非金属原子与镍铜两种金属原子的原子半径有较大的差别，这也促进了镀层的非晶部分的形成。(4)通过对镀液中还原剂量的多少、阴极电流大小和镀液温度高低的调整可以控制该复合镀层中非晶部分和晶态部分分别所占的比例，从而达到对复合镀层性能上进行调控的目的。附图说明图I是本专利技术化学镀-电镀协同制备的镍铜合金非晶纳米晶复合镀层的结构示意图；图2为本专利技术实施例I制备的镍铜合金非晶纳米晶复合镀层的TEM照片。具体实施例方式以下通过具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例I :在本实施例中化学镀-电镀用镍铜合金液配方为溶剂为去离子水，磷酸铜8g/L，硫酸镍20g/L，水合肼lg/L,硼酸10g/L。使用上述镍铜合金液化学镀-电镀协同制备镍铜合金非晶基复合镀层的制备工艺如下(I)金属基底为低碳钢；将金属基底表面进行除油、除氧化膜预处理，具体过程为在质量百分比浓度为10%的NaOH溶液中加入适量十二烷基硫酸钠，得到混合溶液，十二烷基硫酸钠在混合溶液中的浓度为lg/1，将金属基底放入该混合溶液中，在清洗温度为50°C下清洗8分钟，然后采用机械抛光对金属基底进行表面氧化膜去除处理；(2)用去离子水将磷酸铜、硫酸镍、水合肼和硼酸配置成化学镀-电镀用镍铜合金液，其中重量百分比浓度为磷酸铜8g/L，硫酸镍20g/L，水合肼lg/L，硼酸10g/L ；(3)将步骤(I)处理后的金属基底置于步骤(2)配制的化学镀-电镀用镍铜合金液中进行化学镀电镀协同沉积，其条件是阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学镀-电镀用镍铜合金液，其特征是以去离子水为溶剂，其中包含以下重量体积百分比浓度的溶质铜盐I 10g/L镍盐20 60g/L 还原剂 I 10g/L 络合剂 10~20g/L所述的还原剂为次磷酸钠、氨基硼烷、盐酸羟胺、硼氢化钠、甲醛、水合肼中的至少一种；所述的络合剂为柠檬酸、柠檬酸钠、硼酸、硼酸钠、焦磷酸钾钠、焦磷酸钠中的至少一种。2.根据权利要求I所述的化学镀-电镀用镍铜合金液，其特征是所述的铜盐为硫酸铜、焦磷酸铜、氯化铜中的至少一种。3.根据权利要求I所述的化学镀-电镀用镍铜合金液，其特征是所述的镍盐为硫酸镍、氯化镍中的至少一种。4.使用权利要求I至3中任一权利要求所述的镍铜合金液化学镀-电镀协同制备镍铜合金非晶基复合镀层的制备工艺，其特征是包括如下步骤 步骤I、将金属基底表面进行除油、除氧化膜处理； 步骤2、用去离子水将铜盐、镍盐、络合剂、还原剂按重量百分比配制化学镀-电镀镍铜合金液； 步骤3、将步骤I中处理后的金属基底置于步骤2配制的化学镀-电镀镍铜合金液...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志翔，于全耀，乌学东，薛群基，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：