一種納米復(fù)合高錫銅合金電鍍材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及復(fù)合電鍍【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種納米復(fù)合高錫銅合金電鍍材料的制備方法。本發(fā)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(duì)槽液進(jìn)行攪拌，使之在鍍液中充分懸浮，避免納米粉體產(chǎn)生團(tuán)聚，利用電沉積的原理，在金屬離子還原的同時(shí)，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(fù)合高錫銅合金電鍍材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及復(fù)合電鍍【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種納米復(fù)合高錫銅合金電鍍材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[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(kuò)散，防止金屬鍍層變色等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛的應(yīng)用；銅錫合金鍍液由可溶性錫鹽、銅鹽、有機(jī)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(yán)重；考慮到環(huán)保和效益，從發(fā)展趨勢(shì)看，研制無氰鍍液，并獲得性能優(yōu)良、裝飾性和防護(hù)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(jīng)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(wěn)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(shù)研究的不斷深入，把納米級(jí)的不溶顆粒引入到合金鍍層中已成為電鍍發(fā)展的趨勢(shì)；納米氧化鋁價(jià)格低廉，物理化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等特殊性能，比普通鍍層的性能更優(yōu)越。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

為解決高錫銅合金電鍍技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種納米復(fù)合高錫銅合金電鍍材料及其制備方法。
[0006]為達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(duì)槽液進(jìn)行攪拌，使之在鍍液中充分懸浮，避免納米粉體產(chǎn)生團(tuán)聚，利用電沉積的原理，在金屬離子還原的同時(shí)，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(fù)合高錫銅合金電鍍工藝如下:
所用設(shè)備主要有IOA多功能電鍍電源、方槽、攪拌系統(tǒng)組成。
[0008]所述的納米復(fù)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(dá)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(shí)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(duì)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(jìn)槽內(nèi)液體的流動(dòng)。[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(shí)驗(yàn)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(cè)試。
[0013]本發(fā)明所述的納米復(fù)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(xiàn)在:(I)所述納米鍍層表面氣孔及裂紋減少，較光滑，粗糙度減?。?2)顯微硬度分布較均勻；(3)原料廉價(jià)、普通，工藝簡單、成本低，利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0014]納米復(fù)合電鍍保留了復(fù)合電鍍的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，納米氧化鋁復(fù)合電鍍白銅錫合金鍍層，具有優(yōu)良的裝飾性和防護(hù)性，可代替鎳鍍層，環(huán)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(jīng)濟(jì)；且白銅錫合金電鍍過程控制不易，目前加入納米顆粒復(fù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體方式對(duì)本`發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述:
實(shí)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(dǎo)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(dá)到8.8，放置片刻等鍍液變成深藍(lán)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(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復(fù)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(duì)陰極試片進(jìn)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(shù)；
pH:8.8，電流密度為lA/dm2，電鍍時(shí)間為lOmin，溫度30。C。
[0021]d.打開電源，進(jìn)行電鍍。[0022]實(shí)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(dǎo)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(dá)到8.8，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0024]由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復(fù)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(duì)陰極試片進(jìn)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(shù)；
pH:8.8，電流密度為lA/dm2，電鍍時(shí)間為lOmin，溫度30。C。
[0026]d.打開電源，進(jìn)行電鍍。
[0027]實(shí)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(dǎo)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(dá)到8.9，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0029]由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復(fù)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(duì)陰極試片進(jìn)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(shù)；
pH:8.9，電流密度為lA/dm2，電鍍時(shí)間為lOmin，溫度30。C。
[0031]d.打開電源，進(jìn)行電鍍。
[0032]實(shí)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(dǎo)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(dá)到9，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0034]由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復(fù)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(duì)陰極試片進(jìn)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(shù)；
pH:9,電流密度為lA/dm2，電鍍時(shí)間為lOmin，溫度30 ° C。
[0036]d.打開電源，進(jìn)行電鍍。
[0037]實(shí)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(dǎo)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(dá)到9，倒入鍍槽中，電鍍過程中采用空氣攪拌。
[0039]由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟:
a.配制復(fù)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(duì)陰極試片進(jìn)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(shù)；
pH:9,電流密度為lA/dm2，電鍍時(shí)間為lOmin，溫度30 ° C。
[0041]d.打開電源，進(jìn)行電鍍。
[0042](I)所制備的樣品采用HVS-5Z自動(dòng)轉(zhuǎn)塔維氏硬度計(jì)測(cè)試試樣的顯微硬度，表1為5種實(shí)例下制備的樣品不同測(cè)試點(diǎn)處的顯微硬度值:
【權(quán)利要求】
1.一種納米復(fù)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(dá)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(shí)間為lOmin，溫度30 ° C。
2.如權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)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(jìn)槽內(nèi)液體的流動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)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(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)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(quán)利要求4所述的一種納米復(fù)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(hào)】C25D15/00GK103668402SQ201310463482
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】宋仁國, 郭燕清, 王超, 戈云杰 申請(qǐng)人:常州大學(xué)