專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)鍍鉍的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬基體化學(xué)鍍鉍的方法。
與電鍍相比，化學(xué)鍍有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)(1)具有廣泛的覆蓋能力、對(duì)于復(fù)雜工件的各個(gè)部位可以得到均勻的鍍層；(2)具有比電鍍優(yōu)良得多的深度能力，可以大大地減少鍍件盲孔、深孔內(nèi)的無(wú)鍍層現(xiàn)象。
由于鉍的毒性較小，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；鉍的電化學(xué)序位于氫與銅之間，不溶于稀的鹽酸、稀的硫酸或濃硫酸，其耐腐蝕性好，近年來(lái)受到一些環(huán)保和電化學(xué)工作者的關(guān)注，想用鍍鉍層代替鍍鉻層。另外，鉍還用于半導(dǎo)體元件致冷。
鉍的鹽在水溶液中很容易生成堿性鉍鹽，形成沉淀，造成金屬鉍離子在溶液中顯著下降，勢(shì)必要加大鍍液的酸度，通常用鹽酸或是高氯酸來(lái)抑制堿性鉍鹽的生成。如果用電化學(xué)的方法在水溶液中沉積鉍，鍍層受析氫影響嚴(yán)重，而且鍍液不穩(wěn)定。而采用化學(xué)鍍方法鍍鉍還未見(jiàn)有報(bào)道。
本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)鍍鉍的方法，該方法不生成鉍氧化物和析氫，且鍍液穩(wěn)定，從而解決電鍍鉍所存在的上述問(wèn)題。
本發(fā)明的化學(xué)鍍鉍方法包括以下步驟(1)基體的預(yù)處理基體(待鍍件)的預(yù)處理方法與常規(guī)電鍍或化學(xué)鍍相同，經(jīng)拋光、酸洗、水洗、脫脂處理。
(2)鍍液的配制以有機(jī)溶劑二甲基亞砜(DMSO)為溶劑，以鉍鹽為主鹽，酒石酸或檸檬酸為絡(luò)合劑，聚乙二醇或甘露醇為穩(wěn)定劑，第八族鐵、鈷、鎳的無(wú)機(jī)鹽作為敏化劑，將主鹽、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑和敏化劑按以下濃度比例與溶劑DMSO配制成化學(xué)鍍鍍液鉍鹽20～40g·L-1，絡(luò)合劑15～25g·L-1，穩(wěn)定劑20～25g·L-1，敏化劑12.5～18g·L-1；(3)實(shí)施化學(xué)鍍將經(jīng)預(yù)處理的基體置于上述化學(xué)鍍鍍液中施鍍即可；操作溫度(鍍液溫度)通常控制在18～35℃，施鍍時(shí)間通常為5—720分鐘。
上述方法中所用的有機(jī)溶劑DMSO最好先用4A活化分子篩干燥，其它帶結(jié)晶水的化合物最好也先經(jīng)真空脫水處理，再用于配制鍍液。
上述所說(shuō)的鉍鹽通常為硝酸鉍、高氯酸鉍、氯化鉍等簡(jiǎn)單、易得的無(wú)機(jī)鹽，最好為硝酸鉍；所說(shuō)的敏化劑通常為氯化鎳、氯化鈷、氯化亞鐵、硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸亞鐵等，最好為氯化鎳。
上述工藝中，鉍鹽的最佳濃度范圍為25～35g·L-1。絡(luò)合劑的最佳濃度范圍為15～25g·L-1。穩(wěn)定劑的最佳濃度范圍為20～25g·L-1。敏化劑的最佳濃度范圍為15～18g·L-1。最佳操作溫度范圍為25～30℃。施鍍時(shí)間最好為10—45分鐘。
本發(fā)明優(yōu)選的鍍液成分配比如表1所示(溶劑為DMSO)。
表1
本發(fā)明采用有機(jī)體系進(jìn)行化學(xué)鍍鉍，因無(wú)水，故可避免生成鉍氧化物和析氫，且鍍液穩(wěn)定。能在鍍件表面沉積出銀白光亮致密的鍍層，鍍層金屬鉍顆粒細(xì)小，分布均勻。本發(fā)明最適合鐵、銅基體的鍍鉍。本發(fā)明化學(xué)鍍的機(jī)理(以銅基體為例)在敏化劑作用下，先由銅提供電子，而后鉍自催化使鍍層增厚。
通過(guò)Oxford ISIS 300能量色散譜儀(EDAX)分析鍍層中金屬的含量，其中銅的含量占據(jù)25％，是來(lái)自基體銅。鉍占75％。沒(méi)有其它的金屬共析出，鍍層中只有金屬鉍。
上述金屬鉍的鍍層，用Hitachi S-520掃描電子顯微鏡放大15000倍觀察沉積物的表面形態(tài)，如附圖2所示。鍍層表面鉍的金屬顆粒堆集較緊密，分布較均勻，顆粒表觀尺寸為200～300nm。
用D/MAX-3A X射線衍射儀分析上述鍍層物相構(gòu)成，如附圖3所示。通過(guò)分析XRD圖中六個(gè)主要衍射峰的d值，前三個(gè)峰的實(shí)驗(yàn)d值為3.3091，2.3767，2.2872，通過(guò)檢索JCPDS的粉末衍射卡片組(PDF)，鉍的數(shù)據(jù)是3.28x，2.374，2.274，對(duì)比兩組d值可知，銅的表面確實(shí)存在鉍且是以金屬晶體的形式析出。鍍層中鉍的平均粒徑為38nm。
由于環(huán)境日益惡化，人類(lèi)越來(lái)越關(guān)注生存的空間。以本發(fā)明方法代替現(xiàn)有的電鍍鉻方法，可以大大減少三價(jià)和六價(jià)鉻離子對(duì)人體的危害以及對(duì)環(huán)境的污染。本發(fā)明方法的鍍液穩(wěn)定，只需補(bǔ)充鉍鹽，循環(huán)利用，成本低，無(wú)污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
以下通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是通過(guò)Oxford ISIS 300能量色散譜儀(EDAX)分析鍍層中金屬的含量能譜圖。其中銅的含量占據(jù)25％，是來(lái)自基體銅。鉍占75％。沒(méi)有其它的金屬共析出，鍍層中只有金屬鉍。
圖2是用Hitachi S-520掃描電子顯微鏡觀察沉積物的表面形貌圖。放大15000倍后，可觀察到鍍層表面鉍的金屬顆粒堆集較緊密，分布較均勻，顆粒表觀尺寸為200～300nm。
圖3是射線粉末衍射圖。用D/MAX-3A X射線衍射儀分析鍍層物相構(gòu)成，通過(guò)分析XRD圖中六個(gè)主要衍射峰的d值，前三個(gè)峰的實(shí)驗(yàn)d值為3.3091，2.3767，2.2872，通過(guò)檢索JCPDS的粉末衍射卡片組(PDF)，鉍的數(shù)據(jù)是3.28x，2.374，2.274，對(duì)比兩組d值可知，銅的表面確實(shí)存在鉍且是以金屬晶體的形式析出。鍍層中鉍的平均晶粒大小(D)可以用最強(qiáng)衍射峰面的半高寬B，運(yùn)用Scherrer方程計(jì)算D＝Kλ/(Bcosθ)式中，K為Scherrer常數(shù)，當(dāng)B為半高寬時(shí)，K＝0.89，λ為X射線的入射波長(zhǎng)。根據(jù)該方程計(jì)算得金屬鉍粒子的平均粒徑為38nm。
本發(fā)明實(shí)施例1—15的鍍液成分組成及其含量配比，以及操作條件如表2所示。
表2
各實(shí)施例的工藝步驟如下1.試劑的前處理所用有機(jī)溶劑DMSO用4A活化分子篩干燥；帶結(jié)晶水的化合物經(jīng)真空脫水處理。
2.基體的預(yù)處理與常規(guī)電鍍或化學(xué)鍍的基體預(yù)處理方法相同，具體為金屬基體→金相砂紙機(jī)械拋光→化學(xué)拋光→酸洗→水洗→脫脂→酸洗→水洗→丙酮洗3.按表2條件配制鍍液。
4.按表2操作條件將經(jīng)預(yù)處理的基體置于鍍液中，即可在基體表面形成金屬鉍鍍層。
鍍液中鉍鹽濃度越高，鉍鍍層的形成越快；隨著鉍鍍層的形成，鍍液中鉍鹽濃度會(huì)降低，這時(shí)只需向鍍液中添加鉍鹽，使其保持在所需濃度范圍即可。鍍液可連續(xù)循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)鍍鉍的方法，包括以下步驟(1)基體的預(yù)處理基體按常規(guī)方法經(jīng)拋光、酸洗、水洗、脫脂處理；(2)鍍液的配制以有機(jī)溶劑DMSO為溶劑，以鉍鹽為主鹽，酒石酸或檸檬酸為絡(luò)合劑，聚乙二醇或甘露醇為穩(wěn)定劑，鐵、鈷或鎳的無(wú)機(jī)鹽作為敏化劑，將主鹽、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑和敏化劑按以下濃度比例加入溶劑DMSO中，配制成化學(xué)鍍鍍液鉍鹽20～40g·L-1，絡(luò)合劑15～25g·L-1，穩(wěn)定劑20～25g·L-1，敏化劑12.5～18g·L-1；(3)實(shí)施化學(xué)鍍將經(jīng)預(yù)處理的基體置于上述化學(xué)鍍鍍液中施鍍即可；操作溫度控制在18～35℃，施鍍時(shí)間為5—720分鐘。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所用的有機(jī)溶劑DMSO先用4A活化分子篩干燥，其它帶結(jié)晶水的化合物也先經(jīng)真空脫水處理，再用于配制鍍液。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所說(shuō)的鉍鹽為硝酸鉍、高氯酸鉍或氯化鉍。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所說(shuō)的敏化劑為氯化鎳、氯化鈷、氯化亞鐵、硫酸鎳、硫酸鈷或硫酸亞鐵。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是鉍鹽的濃度范圍為25～35g·L-1。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是絡(luò)合劑的濃度范圍為15～25g·L-1。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是敏化劑的濃度范圍為15～18g·L-1。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是操作溫度范圍為25～30℃，施鍍時(shí)間為10—45分鐘。
9.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是鍍液成分組成及濃度配比為∶硝酸鉍25～35g·L-1，酒石酸15～25g·L-1，聚乙二醇20～25g·L-1，NiCl215～18g·L-1。
10.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是鍍液成分組成及濃度配比為∶硝酸鉍25～35g·L-1，檸檬酸15～25g·L-1，甘露醇20～25g·L-1，NiCl215～18g·L-1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬基體化學(xué)鍍鉍的方法。以二甲基亞砜為溶劑,以鉍鹽為主鹽,酒石酸或檸檬酸為絡(luò)合劑,聚乙二醇或甘露醇為穩(wěn)定劑,鐵、鈷、鎳的無(wú)機(jī)鹽為敏化劑,配制成化學(xué)鍍鍍液;再將經(jīng)預(yù)處理的基體置于鍍液中施鍍即可。本發(fā)明采用有機(jī)體系進(jìn)行化學(xué)鍍鉍,能沉積出銀白光亮致密的鍍層。以該方法代替電鍍鉻方法,可大大減少三價(jià)和六價(jià)鉻離子的污染。而且該方法的鍍液穩(wěn)定,循環(huán)利用,成本低,無(wú)污染,有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C23C18/20GK1332269SQ0112761
公開(kāi)日2002年1月23日 申請(qǐng)日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月10日
發(fā)明者袁定勝, 劉冠昆, 童葉翔 申請(qǐng)人:中山大學(xué)