一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法
【專利摘要】本發明涉及復合電鍍【技術領域】，特指一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法。本發明在焦磷酸鹽電鍍銅錫合金的鍍液中加入一定量的Al2O3納米粉（平均粒徑小于100nm），在制備過程中用攪拌器對槽液進行攪拌，使之在鍍液中充分懸浮，避免納米粉體產生團聚，利用電沉積的原理，在金屬離子還原的同時，將納米氧化鋁嵌入到鍍層中，減少了鍍層表面的孔隙與裂紋，所制備的涂層表面較致密，顯微硬度分布更加均勻。
【專利說明】一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法
【技術領域】
[0002]本發明涉及復合電鍍【技術領域】，特指一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法。
【背景技術】
[0003]白銅錫合金由于具有鍍層整平性、光亮度好，成本較低廉，色澤較逼真，裝飾效果好，良好的平滑性、耐蝕性和適宜的硬度；能阻止底層金屬向面層的擴散，防止金屬鍍層變色等優點，因而獲得了廣泛的應用；銅錫合金鍍液由可溶性錫鹽、銅鹽、有機酸、表面活性劑和防氧化劑等組成，電鍍銅錫合金常采用高氰、低氰和無氰鍍液；含氰電鍍銅錫合金工藝最成熟，鍍液分散能力好，鍍層成分和色澤容易控制，但毒性大，污染嚴重；考慮到環保和效益，從發展趨勢看，研制無氰鍍液，并獲得性能優良、裝飾性和防護性能良好的銅錫合金鍍層具有十分重要的意義。
[0004]但該合金較脆，不能經受變形，電鍍過程較難控制，且焦磷酸鹽電鍍銅錫合金工藝存在鍍液穩定性差等問題，另外鍍層表面存在氣孔及裂紋，顯微硬度低，且不均勻；隨著納米材料與納米技術研究的不斷深入，把納米級的不溶顆粒引入到合金鍍層中已成為電鍍發展的趨勢；納米氧化鋁價格低廉，物理化學性質很穩定，具有小尺寸效應、量子尺寸效應和表面效應等特殊性能，比普通鍍層的性能更優越。
[0005]
【發明內容】
為解決高錫銅合金電鍍技術中存在的上述不足，本發明提供了一種納米復合高錫銅合金電鍍材料及其制備方法。
[0006]為達到發明目的，本發明采用的技術方案是:
在焦磷酸鹽電鍍銅錫合金的鍍液中加入一定量的Al2O3納米粉(平均粒徑小于lOOnm)，在制備過程中用攪拌器對槽液進行攪拌，使之在鍍液中充分懸浮，避免納米粉體產生團聚，利用電沉積的原理，在金屬離子還原的同時，將納米氧化鋁嵌入到鍍層中，減少了鍍層表面的孔隙與裂紋，所制備的涂層表面較致密，顯微硬度分布更加均勻。
[0007]所述的納米復合高錫銅合金電鍍工藝如下:
所用設備主要有IOA多功能電鍍電源、方槽、攪拌系統組成。
[0008]所述的納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法包括將黃銅試片堿液除油的步驟、清水沖洗的步驟、稀硫酸活化的步驟、清水沖洗的步驟、電鍍高錫銅-錫合金的步驟、清水沖洗的步驟和吹干的步驟，其特征在于所述電鍍高錫銅-錫合金的步驟為:配置鍍液:鍍液的組成為 Cu2P2O7 20~30g/l，Sn2P2O7 8~16g/l，K4P2O7 250~300g/l，K2HPO4 80g/l，配置完鍍液后再向鍍液中加入Al2O3納米粉，Al2O3納米粉的加入量為每升鍍液加入4-16 g/1，滴加磷酸溶液中和溶液，直到PH達到8.8-9 ;將鍍液倒入鍍槽中，在空氣攪拌下，采用恒流方式，電流密度為lA/dm2，電 鍍時間為lOmin，溫度30 ° C。
[0009]鍍液配好后，用滴管所加的磷酸溶液量很少，對濃度基本無影響。
[0010]所述的在空氣攪拌下指:在鍍液中通入空氣，促進槽內液體的流動。[0011]所述的電鍍高錫銅-錫合金的步驟中陽極為不銹鋼，陰極為黃銅片。
[0012]鍍液體積為200ml，鍍液基本組成 Cu2P2O7 20~30g/l，Sn2P2O7 8~16g/l，K4P2O7250~300g/l，K2HPO4 80g/l，陽極為不銹鋼(6.5 cm X 6.5cm)，陰極為黃銅片(6.5cm X 5cm)，在相同的電流密度(lA/dm2)和溫度(30° C)下電鍍10 min (空氣攪拌)；電鍍實驗工藝流程為:拋過光的陰極黃銅試片一堿液除油(0.5wt %氫氧化鈉溶液)一清水沖洗—5wt%稀硫酸活化一清水沖洗一電鍍高錫銅-錫合金一清水沖洗一吹干一鍍層測試。
[0013]本發明所述的納米復合高錫銅合金電鍍材料及其制備方法的有益效果主要體現在:(I)所述納米鍍層表面氣孔及裂紋減少，較光滑，粗糙度減小；(2)顯微硬度分布較均勻；(3)原料廉價、普通，工藝簡單、成本低，利于工業化生產。
[0014]納米復合電鍍保留了復合電鍍的優點和特點，納米氧化鋁復合電鍍白銅錫合金鍍層，具有優良的裝飾性和防護性，可代替鎳鍍層，環保無污染，加入納米氧化鋁使白銅錫合金鍍層表面更加致密均勻，光滑光亮，硬度提高，耐磨性，腐蝕性挺高；在空氣和磁力攪拌下使，鍍液中納米顆粒均勻懸浮在鍍液中，無需添加劑，操作簡單經濟；且白銅錫合金電鍍過程控制不易，目前加入納米顆粒復合電鍍銅錫合金還無人研究。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1添加不同質量分數納米Al2O3所制備的樣品合金鍍層微觀形貌；
(a)未添加納米添加劑；(b)添加納米Al2O3: 4g/l ； (c)添加納米Al2O3: 8g/l ； (d)添加納米 Al2O3: 12g/l ； (e)添加納米 Al2O3: 16g/l。
[0016]圖2添加8g/l納米Al2O3所制備的樣品鍍層表面的(EDS)能譜分析圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體方式對本`發明進行進一步描述:
實施例1:
鍍液配方=Cu2P2O7 5g，Sn2P2O7 1.6g，K4P2O7 50g，K2HPO4 16g，鍍液體積為 200ml。
[0018]鍍液配制:稱取需要量的K4P2O7放入燒杯中，加入適量蒸餾水，在磁力攪拌下待完全溶解后,加入所需的Cu2P2O7固體攪拌溶解至溶液澄清，然后加入稱量好的Sn2P2O7,再加入需要量的導電鹽K2HPO4，然后加入適量的蒸餾水，在攪拌條件下，滴加磷酸溶液中和溶液，直到PH達到8.8，放置片刻等鍍液變成深藍色澄清之后，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0019]由該復合鍍液制備復合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復合鍍液；
b.選擇陽極和陰極基體；
陽極為不銹鋼(6.5 cm X 6.5cm),陰極為黃銅片(6.5cm X 5 cm),鍍前對陰極試片進行堿液除油，稀硫酸活化除銹，清水沖洗，陰極背面粘上絕緣膠。
[0020]c.確定電鍍工藝參數；
pH:8.8，電流密度為lA/dm2，電鍍時間為lOmin，溫度30。C。
[0021]d.打開電源，進行電鍍。[0022]實施例2:
鍍液配方=Al2O3 納米粉 0.8g，Cu2P2O7 5g，Sn2P2O7 1.6g，K4P2O7 50g，K2HPO4 16g，鍍液體積為200ml。
[0023]鍍液配制:稱取需要量的K4P2O7放入燒杯中，加入適量蒸餾水，在磁力攪拌下待完全溶解后,加入所需的Cu2P2O7固體攪拌溶解至溶液澄清，然后加入稱量好的Sn2P2O7,再加入需要量的導電鹽K2HPO4,加入納米Al2O3,再加入適量的蒸餾水，在攪拌條件下，滴加磷酸溶液中和溶液，直到PH達到8.8，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0024]由該復合鍍液制備復合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復合鍍液； b.選擇陽極和陰極基體；
陽極為不銹鋼(6.5 cm X 6.5cm),陰極為黃銅片(6.5cm X 5 cm),鍍前對陰極試片進行堿液除油，稀硫酸活化除銹，清水沖洗，陰極背面粘上絕緣膠。
[0025]c.確定電鍍工藝參數；
pH:8.8，電流密度為lA/dm2，電鍍時間為lOmin，溫度30。C。
[0026]d.打開電源，進行電鍍。
[0027]實施例3:
鍍液配方=Al2O3 納米粉 1.6g，Cu2P2O7 5g，Sn2P2O7 1.6g，K4P2O7 50g，K2HPO4 16g，鍍液體積為200ml。
[0028]鍍液配制:稱取需要量的K4P2O7放入燒杯中，加入適量蒸餾水，在磁力攪拌下待完全溶解后,加入所需的Cu2P2O7固體攪拌溶解至溶液澄清，然后加入稱量好的Sn2P2O7,再加入需要量的導電鹽K2HPO4,加入納米Al2O3,加入適量的蒸餾水，在攪拌條件下，滴加磷酸溶液中和溶液，直到PH達到8.9，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0029]由該復合鍍液制備復合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復合鍍液；
b.選擇陽極和陰極基體；
陽極為不銹鋼(6.5 cm X 6.5cm),陰極為黃銅片(6.5cm X 5 cm),鍍前對陰極試片進行堿液除油，稀硫酸活化除銹，清水沖洗，陰極背面粘上絕緣膠。
[0030]c.確定電鍍工藝參數；
pH:8.9，電流密度為lA/dm2，電鍍時間為lOmin，溫度30。C。
[0031]d.打開電源，進行電鍍。
[0032]實施例4:
鍍液配方=Al2O3 納米粉 2.4g，Cu2P2O7 5g，Sn2P2O7 1.6g，K4P2O7 50g，K2HPO4 16g,鍍液體積為200ml。
[0033]鍍液配制:稱取需要量的K4P2O7放入燒杯中，加入適量蒸餾水，在磁力攪拌下待完全溶解后,加入所需的Cu2P2O7固體攪拌溶解至溶液澄清，然后加入稱量好的Sn2P2O7,再加入需要量的導電鹽K2HPO4,加入納米Al2O3,加入適量的蒸餾水，在攪拌條件下，滴加磷酸溶液中和溶液，直到PH達到9，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0034]由該復合鍍液制備復合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復合鍍液；b.選擇陽極和陰極基體；
陽極為不銹鋼(6.5 cm X 6.5cm),陰極為黃銅片(6.5cm X 5 cm),鍍前對陰極試片進行堿液除油，稀硫酸活化除銹，清水沖洗，陰極背面粘上絕緣膠。
[0035]c.確定電鍍工藝參數；
pH:9,電流密度為lA/dm2，電鍍時間為lOmin，溫度30 ° C。
[0036]d.打開電源，進行電鍍。
[0037]實施例5:
鍍液配方=Al2O3 納米粉 3.2g，Cu2P2O7 5g，Sn2P2O7 1.6g，K4P2O7 50g，K2HPO4 16g,鍍液體積為200ml。
[0038]鍍液配制:稱取需要量的K4P2O7放入燒杯中，加入適量蒸餾水，在磁力攪拌下待完全溶解后,加入所需的Cu2P2O7固體攪拌溶解至溶液澄清，然后加入稱量好的Sn2P2O7,再加入需要量的導電鹽K2HPO4,加入納米Al2O3,加入適量的蒸餾水，在攪拌條件下，滴加磷酸溶液中和溶液，直到PH達到9，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0039]由該復合鍍液制備復合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復合鍍液；
b.選擇陽極和陰極基體；
陽極為不銹鋼(6.5 cm X 6.5cm),陰極為黃銅片(6.5cm X 5 cm),鍍前對陰極試片進行堿液除油，稀硫酸活化除銹，清水沖洗，陰極背面粘上絕緣膠。
[0040]c.確定電鍍工藝參數；
pH:9,電流密度為lA/dm2，電鍍時間為lOmin，溫度30 ° C。
[0041]d.打開電源，進行電鍍。
[0042](I)所制備的樣品采用HVS-5Z自動轉塔維氏硬度計測試試樣的顯微硬度，表1為5種實例下制備的樣品不同測試點處的顯微硬度值:
【權利要求】
1.一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法，包括將黃銅試片堿液除油的步驟、清水沖洗的步驟、稀硫酸活化的步驟、清水沖洗的步驟、電鍍高錫銅-錫合金的步驟、清水沖洗的步驟和吹干的步驟，其特征在于所述電鍍高錫銅-錫合金的步驟為:配置鍍液:鍍液的組成為 Cu2P2O7 20~30g/l，Sn2P2O7 8~16g/l，K4P2O7 250~300g/l，K2HPO4 80g/l，配置完鍍液后再向鍍液中加入Al2O3納米粉，Al2O3納米粉的加入量為每升鍍液加入4-16 g/Ι，滴加磷酸溶液中和溶液，直到PH達到8.8-9 ;將鍍液倒入鍍槽中，在空氣攪拌下，采用恒流方式，電流密度為l A/dm2，電鍍時間為lOmin，溫度30 ° C。
2.如權利要求1所述的一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法，其特征在于:所述的在空氣攪拌下指:在鍍液中通入空氣，促進槽內液體的流動。
3.如權利要求1所述的一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法，其特征在于:所述的電鍍高錫銅-錫合金的步驟中陽極為不銹鋼，陰極為黃銅片。
4.如權利要求1所述的一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法，其特征在于:Al2O3納米粉的加入量為每升鍍液加入8g/l。
5.如權利要求4所述的一種納米復合高錫銅合金電鍍材料的制備方法，其特征在于:Al2O3納米粉的平均粒徑小于lOOnm。
【文檔編號】C25D15/00GK103668402SQ201310463482
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】宋仁國, 郭燕清, 王超, 戈云杰 申請人:常州大學