專利名稱：電鍍低應(yīng)力鎳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將低應(yīng)力鎳電鍍到導(dǎo)電基底上的電鍍液以及使用這種電鍍液的方法。
許多工業(yè)通過在電鍍液中對基底進行連續(xù)或間歇鍍鎳，為導(dǎo)電基底提供耐腐蝕性、裝飾性面層和電鑄鍍層。
需要低應(yīng)力鎳鍍層(如電鑄用途)時，或鎳鍍層受到外應(yīng)力的情況下，一般使用氨基磺酸鎳電鍍液。氨基磺酸鎳溶液比硫酸鎳溶液優(yōu)先采用是因為(a)用氨基磺酸鹽形成的鍍層比由硫酸鹽溶液形成的鍍層具有更好的機械性能，(b)用氨基磺酸鹽溶液可能獲得高的電鍍速度，以及(c)電鍍質(zhì)量受pH和電流密度的影響較小。然而，使用氨基磺酸鎳電鍍液時，必須注意幾個問題。
常規(guī)的氨基磺酸鎳電鍍液含有氨基磺酸鎳(400-650克/升)、氯化鎳(5-20克/升)和硼酸(30-40克/升)。操作pH為3.5-4.5，溫度為35-50℃。用可溶的鎳陽極補充電解過程中電鍍到陰極上的鎳。電流密度為0.5-30A/dm2。
使用氨基磺酸鎳電鍍液的問題之一是氨基磺酸根離子的穩(wěn)定性。
在中性或微堿性溶液中，氨基磺酸根離子即使在高溫下也是穩(wěn)定的。然而，由于發(fā)生氫氧化鎳沉淀，在pH大于5時不能使用這些溶液。
氨基磺酸根離子的水解可能是一個問題。氨基磺酸根離子的水解一般用形成銨離子和硫酸氫根或硫酸根陰離子表示
已對氨基磺酸根水解反應(yīng)進行了研究，發(fā)現(xiàn)氫離子濃度越大(如pH較低時)，其水解速度越高。研究人員也發(fā)現(xiàn)氨基磺酸根水解反應(yīng)隨電解質(zhì)溶液的增高而加快。因此，氨基磺酸鎳溶液一般在比Watts型鍍鎳溶液更低的溫度下進行操作。
氨基磺酸根離子在陽極上，例如在鉑之類的不溶性陽極和純態(tài)的氧化鎳電極上，也會發(fā)生分解。氨基磺酸根離子的分解可能產(chǎn)生幾種中間體，如亞硫酸鹽、連二硫酸鹽、偶氮二磺酸鹽和另一些未知的物質(zhì)。這些物質(zhì)可能會影響電鍍層的質(zhì)量。
因此，需要氨基磺酸鎳以外的鎳電鍍液。
當(dāng)選擇鍍鎳溶液時，重要的是考慮所產(chǎn)生的鎳鍍層中的內(nèi)應(yīng)力。鎳鍍層中的應(yīng)力從-15000PSI(壓縮)到約+100000PSI(拉伸)。高的拉伸應(yīng)力可能導(dǎo)致鎳鍍層的開裂，特別是當(dāng)鎳受到機械變形(應(yīng)力和應(yīng)變)或遇到高溫時。如果鎳處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)，鎳電鑄件(如用氨基磺酸鎳溶液形成的電鑄件)在除去其基底時可能發(fā)生變形或尺寸改變。高的拉伸應(yīng)力也會降低鋼或鋁合金的疲勞壽命。研究人員已發(fā)現(xiàn)如果鍍上去的是壓縮狀態(tài)的鎳，高強度鋼的疲勞壽命減少22％，但如果鍍的是處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)的鎳，則疲勞壽命減少59％。類似地，鍍有處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)下鎳的鋁合金會減少55％的疲勞壽命，而如果鍍的是處于壓縮應(yīng)力的鎳，則僅減少10％的疲勞壽命。
為降低鍍層的拉伸應(yīng)力，通常在鎳溶液中加入有機添加劑。應(yīng)力降低劑的組成和濃度取決于鎳電解質(zhì)(如硫酸鎳或氨基磺酸鎳)的性質(zhì)?，F(xiàn)已研究了有機應(yīng)力降低劑對用硫酸鎳溶液形成的鎳鍍層內(nèi)應(yīng)力的影響。含硫的添加劑(如糖精、萘-1,5-二磺酸和萘三磺酸)都是有效的應(yīng)力降低劑。還研究了含硫化合物及其對鎳鍍層中內(nèi)應(yīng)力的影響。苯磺酸鈉、苯磺酰胺和對氨基苯磺酸有減少內(nèi)應(yīng)力的作用，但只有苯磺酰胺產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。然而，對氨基苯磺酰胺在用硫酸鹽溶液形成的鎳鍍層中能產(chǎn)生非常大的拉伸應(yīng)力。
Kudryavtsev等人發(fā)表在Proceedings of American Electroplaters,SurfaceFinishing,837-841頁(1996)中題目為“用甲磺酸基電鍍液電鍍鎳”一文中，對用Ni(CH3SO3)2(也稱為NiMSA)電鍍鎳和用氨基磺酸鎳電鍍液電鍍鎳進行了比較。
Kudryavtsev等人揭示了氨基磺酸鹽電鍍液的如下缺點(1)氨基磺酸鹽電鍍液是化學(xué)不穩(wěn)定的，(2)氨基磺酸鹽在60℃開始分解，而電鍍液在45-60℃范圍內(nèi)工作，(3)電鍍液對其它金屬離子雜質(zhì)非常敏感，因此，為了防止鍍層質(zhì)量的降低、可塑性和陰極電流效率的降低，電鍍液中可存在的最大鐵濃度為20毫克/升，最大銅濃度為10毫克/升，最大鋅濃度為10毫克/升，最大鉛濃度為2毫克/升，最大鉻濃度為2毫克/升。
Kudryavtsev等人揭示，他們試驗的組合物包含100-400克/升Ni(CH3SO3)2、17-40克/升H3BO3、0.01-1.8克/升糖精和0.02-0.5克十二烷基硫酸鈉；電鍍時的pH為0.8-2.0，溫度為30-60℃，電流密度(CD)為0.5-39A/dm2。然而用Kudryavtsev等揭示的組合物電鍍時存在如下問題。第一，由于糖精酸鈉(sodium saccharin)在水中的溶解性很高，而糖精酸的溶解度很低，當(dāng)操作pH＞2時糖精酸開始結(jié)晶，糖精酸顆粒會與電鍍的鎳一起淀積，產(chǎn)生的鍍層不合格。第二，Kudryavtsev等人揭示；試驗的Ni(CH3SO3)2組合物產(chǎn)生正(拉伸)的內(nèi)應(yīng)力，而沒有產(chǎn)生所需的負(fù)(壓縮)內(nèi)應(yīng)力。
因此，本發(fā)明試圖獲得避免相關(guān)領(lǐng)域中遇到的這些或哪些困難的優(yōu)點。本發(fā)明是通過提供能基本上消除現(xiàn)有方法和組合物的一種或多種限制和缺點的方法和組合物來獲得這些或哪些優(yōu)點的。
為獲得這些優(yōu)點和其它優(yōu)點，根據(jù)具體體現(xiàn)的和概括描述的本發(fā)明目標(biāo)，本發(fā)明包括把鏈烷磺酸鎳用于電鍍過程中的組合物，以制造具有壓縮應(yīng)力的低應(yīng)力鎳鍍層。
本發(fā)明的一個實施方案是用于制造低應(yīng)力鎳電鍍層的組合物。該組合物是含有鏈烷磺酸鎳和能使鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑的酸性含水電鍍液。
本發(fā)明的另一個實施方案是通過在裝有陽極的電鍍液中電鍍陰極導(dǎo)電基底制造電鍍層的方法，所述電鍍液基本上由鏈烷磺酸鎳和能使鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑組成，所述電鍍液的pH值保持在0-5，所述基底上的電流密度保持在1-100A/dm2。
本發(fā)明的還一個實施方案是補充用于制造低應(yīng)力鎳電鍍層的廢電鍍液的組合物，所述的廢電鍍液最初含有Ni(CH3SO3)2和能使鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑，所述的組合物是含有碳酸鎳和芳族磺酸的漿料。
本發(fā)明的方法和組合物在導(dǎo)電基底上提供優(yōu)質(zhì)的鎳鍍層。
以下的描述說明本發(fā)明的附加技術(shù)特征和優(yōu)點，部分可從這些描述中清楚，部分可在本發(fā)明的實施過程中理解。熟練技術(shù)人員可用本發(fā)明的書面描述和權(quán)利要求書中特別指出的方法和組合物實現(xiàn)本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點。
本發(fā)明的電鍍液一般是包含如下組分的混合物約50-600克/升，較好約150-450克/升鏈烷磺酸鎳；0.5-15克/升，較好5-10克/升能使鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑；0-100克/升，較好約20-40克/升任選的鹵化鎳；以及0-60克/升任選的緩沖劑。
鏈烷磺酸鎳鏈烷磺酸鎳包含通式為(R)(SO3)x的鏈烷磺酸，式中R和x在下文中定義。
鏈烷磺酸鎳包括水溶性的化合物，它是指在室溫(約20℃)或低于室溫(10-20℃)，并最好是從這些溫度到或稍低于電鍍液的操作溫度間能溶解于水的化合物。該類化合物具有如下通式Ni[(R)(SO3)x]y通式(A)式中x的值為1-3；y的值為1-2，使得當(dāng)x大于1時，y可以為1。
R是含1-15個碳原子，特別是1-7個碳原子的烷基，包括其直鏈或支鏈異構(gòu)體，如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、叔丁基、異丁基、戊基、異戊基等。所述的烷基也包括羥基取代的烷基。這一方面具體的鎳鹽包括甲磺酸鎳、乙磺酸鎳、丙磺酸鎳、異丙磺酸鎳、丁磺酸鎳、異丁磺酸鎳、叔丁磺酸鎳、戊磺酸鎳、異戊磺酸鎳等、以及它們的羥基取代化合物。R也包括環(huán)烴和雜環(huán)烴取代基，如含4-16個碳原子，特別是含6-14個碳原子的脂環(huán)、不飽和脂環(huán)和芳基，包括環(huán)丁基、環(huán)丁烯基、環(huán)己基、環(huán)己烯基、環(huán)己二烯基、環(huán)辛基、環(huán)辛二烯基。
該化合物的用量應(yīng)足以使Ni++的濃度較好為25-135克/升，更好為50-100克/升，最好約為80克/升。
本發(fā)明電鍍液中優(yōu)選使用的是甲磺酸鎳-即Ni(CH3SO3)2。
鎳的合金本發(fā)明也包括電鍍成鎳的合金作為本發(fā)明的鎳鍍層，而且可以使用合金金屬的鏈烷磺酸鹽和鏈烷磺酸鎳。通式(A)中，成合金金屬取代“Ni”,“y”的值從1到成合金金屬的化合價，“x”具有上述的值。代替或除了使用這些磺酸成合金元素化合物(sulfonate alloying compounds)以外，在電鍍液中使用成合金添加劑也可以電鍍鎳的合金。任何其它ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅣB、ⅤA、ⅤB、ⅥB、ⅦB或ⅧB族金屬都可用作成合金金屬。也可制造Ⅷ族和/或ⅡB族成合金金屬或Cr或Mn的混合物，特別是兩組分或三組分合金。鍍層中成合金金屬的含量約為0.1-20％重量，特別是約5-15％重量。實例包括NiZn、NiCr、NiFe、NiP、NiMn、NiSn和NiW。
通過按本領(lǐng)域中已知的方法將成合金金屬插入電鍍液中作為陽極或在電鍍液中加入成合金金屬的鹽，制備合金。
能在鍍層中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑電鍍液中能使鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑的濃度為0.5-15克/升，較好2-15克/升，更好為5-10克/升，最好大約為8克/升。該添加劑的濃度一般為電鍍液中鎳離子濃度的5-20％。
適用的添加劑包括在Watts和氨基磺酸鹽電鍍液中所用的已知添加劑。包括芳族磺酸，該化合物的芳基可以是任何六元環(huán)或含10-14個碳原子的多環(huán)。這些化合物在本領(lǐng)域中都是已知的。芳環(huán)上可取代1-3個磺基。實例包括氨基苯磺酸、苯磺酸、苯二磺酸、萘胺二磺酸、萘一磺酸、萘二磺酸、萘三磺酸、萘酚一磺酸和對甲苯磺酸。
其它適用的應(yīng)力降低添加劑包括苯磺酰胺、半胱氨酸鹽酸、糖精(電鍍液保持在pH＞2時有用)、對甲苯磺酰胺、硫代乙酰胺、氨基硫脲和硫脲。
優(yōu)選采用的是萘三磺酸，特別是1,3,6-萘三磺酸。
鹵化鎳當(dāng)本方法采用可溶性鎳陽極時，電鍍液較好含有鹵化鎳，如NiCl2或NiBr2。鹵化鎳有助于可溶性陽極的溶解。電鍍液中鹵化鎳的含量為0-100克/升，較好為20-40克/升。
電鍍液中的其它添加劑加入本領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的其它組分來調(diào)節(jié)電鍍液也在本發(fā)明的范圍中。這些其它添加劑例如包括0-60克/升，較好35-45克/升的緩沖劑(如硼酸)和/或0-2毫升/升，較好為1毫升/升表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉)，以降低表面張力和防止放出氫氣。
pH按本發(fā)明方法進行電鍍時，pH為0-5，較好為約0.5-4.5，最好為約1-4。
電流密度本發(fā)明組合物和方法操作時的電流密度為約1-200Amps/dm2，較好為2-30Amps/dm2。在高速電鍍時(如在鋼帶上)，優(yōu)選的電流密度約為50-100Amps/dm2。
溫度本發(fā)明方法進行時的溫度約為室溫(20℃)-80℃，較好為約30-70℃，最好為約40-60℃。
攪拌為防止高電流密度區(qū)的“過熱”并對溶液提供更加均勻的溫度控制，可對溶液進行攪拌?？諝鈹嚢?、機械攪拌、泵抽、陰極棒和其它溶液攪拌方法都是令人滿意的。另外，溶液也可在沒有攪拌的條件下進行操作。
在高速電鍍時(如在鋼帶上)，電鍍液的攪拌較好產(chǎn)生約為0.5-5米/秒的流速。
補充組合物當(dāng)本方法使用不可溶陽極時，為了使電鍍液中有足夠的鎳用于電鍍低應(yīng)力的鎳，結(jié)果必須補充電鍍液。適合于補充含廢鏈烷磺酸鎳和應(yīng)力降低添加劑的電鍍液的組合物是含(a)能補充鎳和提高電鍍液pH的碳酸鎳以及(b)初始電鍍液中所用的使電鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的那種應(yīng)力降低添加劑的漿料。
對于漿料中存在的每1000克/升碳酸鎳，該漿料一般含有0.5-10克/升，較好含有1.5-5克/長的應(yīng)力降低添加劑。然而，應(yīng)力降低添加劑的用量取決于漿料中所用的具體應(yīng)力降低添加劑。例如，如果應(yīng)力降低添加劑是1,3,6-萘三磺酸，對于每1000克/升碳酸鎳，它的用量較好為約1-6克/升，最好為約3克/升。
電鍍液中漿料的加入量取決于廢電鍍液所經(jīng)受的安培小時，應(yīng)足以將電鍍液中的鎳量維持在電鍍裝置所需的濃度。
陽極本發(fā)明方法中所用的陽極包括鎳箔之類的可溶性陽極以及鉑和貴金屬氧化物之類的不可溶陽極。
本發(fā)明中所用的不可溶(惰性)陽極在所用電解質(zhì)溶液中是不溶解(惰性)的，并由選自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、ⅧB和ⅠB族中的固體陽極金屬或金屬化合物(如氧化物)構(gòu)成，或者該陽極包括固定在載體材料上的上述金屬或它們的合金。所述的載體材料例如包括選自ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和ⅧB族的廉價基金屬或它們的合金(如不銹鋼)。一種優(yōu)選的陽極金屬化合物是二氧化銥(IrO2)。IrO2的合金金屬較好是ⅥB和ⅦB族中的金屬，如鉻、鉬和鎳。
不可溶陽極除了可用于電鍍鎳以外，還可用來電鍍?nèi)魏纹渌饘佟＿@些可電鍍的金屬對于本領(lǐng)域中技術(shù)人員是已知的，它們包括鋅、銅、鉛、鉻、鎂、錫、鉬和它們的合金。
基底(陰極)電鍍是用本發(fā)明的組合物按照下面所述的方法在導(dǎo)電基底進行的。所述的基底(陰極)可以是任何導(dǎo)電基底，也可以是聚合物基底或絕緣基底(合成聚合物材料之類的聚合物基底或陶瓷基底)，其上面覆有一層導(dǎo)電性材料如金屬或碳。
雖然實施例以鋼基底上電鍍?yōu)槔枋霰景l(fā)明的電鍍方法，但可以使用任何導(dǎo)電基底，不論是聚合物、塑料、純金屬、金屬合金，而且包括非鐵合金基底或基于ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅣB、ⅤA、ⅤB、ⅥB、ⅦB或ⅧB族中金屬和元素的金屬或合金，這些合金包括兩種或多種這些金屬和元素的組合物，特別是兩組分、三組分或四組分金屬和元素的組合物。
方法電鍍的方法是在電鍍液中的陽極和陰極基底間通電一段時間，該時間應(yīng)足以在陰極上電鍍所需的鎳鍍層。
說明書中描述本發(fā)明的各種數(shù)值范圍也包括該范圍下限和上限的任何結(jié)合，具體是包括各化合物濃度范圍、這些化合物的相互比例、分子量、pH、電流密度、溫度等以及這些范圍內(nèi)的所有整數(shù)和/或分?jǐn)?shù)值。
實施例1制備含Ni(CH3SO3)2(300克/升)和1,3,6-萘三磺酸(7.5克/升)的電鍍液。不加入鹵化鎳和緩沖劑。
用1升的電鍍槽，內(nèi)裝上述的電鍍液在鋼板上電鍍鎳鍍層，此時溫度為50℃，并用空氣溫和地進行攪拌。陽極是一片鎳箔。平均電流密度約為4安培/分米2(dm)。開始電鍍時，電鍍液的pH為3.5，電鍍結(jié)束時，電鍍液的pH為2.1。
電鍍進行15分鐘，產(chǎn)生7-10微米厚的鍍層。該鍍層是光滑和半光亮的。鍍層中的應(yīng)力為-6000 PSI(壓縮)。
實施例2制備含Ni(CH3SO3)2(300克/升)、1,3,6-萘三磺酸(7.5克/升)、NiCl2(40克/升)和H3BO3(45克/升)的電鍍液。
用1升的電鍍槽，內(nèi)裝上述的電鍍液在鋼板上電鍍鎳鍍層，此時溫度為50℃，并用空氣溫和地進行攪拌。陽極是一片鎳箔。平均電流密度約為4安培/分米2(dm)。開始電鍍時，電鍍液的pH為3.5，電鍍結(jié)束時，電鍍液的pH為3.4。
電鍍進行15分鐘，產(chǎn)生9-12微米厚的鍍層。該鍍層是光滑和半光亮的。鍍層中的應(yīng)力為-5200 PSI(壓縮)。
實施例3制備含Ni(CH3SO3)2(300克/升)、糖精酸鈉(1克/升)、NiCl2(40克/升)和H3BO3(45克/升)的電鍍液。
用1升的電鍍槽，內(nèi)裝上述的電鍍液在鋼板上電鍍鎳鍍層，此時溫度為50℃，并用空氣溫和地進行攪拌。陽極是一片鎳箔。平均電流密度約為4安培/分米2(dm)。開始電鍍時，電鍍液的pH為3.3，電鍍結(jié)束時，電鍍液的pH為3.4。
電鍍進行30分鐘，產(chǎn)生19-23微米厚的鍍層。該鍍層是光滑和半光亮的。鍍層中的應(yīng)力為-2000PSI(壓縮)。
實施例4制備含Ni(CH3SO3)2(300克/升)和1,3,6-萘三磺酸(7.5克/升)的電鍍液。用1升的電鍍槽，內(nèi)裝上述的電鍍液在鋼板上電鍍鎳鍍層，此時溫度為50℃，并用空氣溫和地進行攪拌。陽極是一片涂有氧化銥的鈦。平均電流密度約為4安培/分米2(dm)。開始電鍍時，電鍍液的pH為1.8，電鍍結(jié)束時，電鍍液的pH為1.7。
電鍍進行60分鐘，產(chǎn)生40-45微米厚的鍍層。該鍍層是光滑和半光亮的。鍍層中的應(yīng)力為-3200PSI(壓縮)。
實施例5制備含Ni(CH3SO3)2(300克/升)和1,3,6-萘三磺酸(7.5克/升)的電鍍液。用1升的電鍍槽，內(nèi)裝上述的電鍍液在鋼板上電鍍鎳鍍層，此時溫度為50℃，并用空氣溫和地進行攪拌。使用兩個陽極，一片可溶性鎳箔和一片涂有氧化銥的鈦。平均電流密度約為5安培/分米2(dm)。開始電鍍時，電鍍液的pH為2.0，電鍍結(jié)束時，電鍍液的pH為1.8。
電鍍進行30分鐘，產(chǎn)生18-22微米厚的鍍層。該鍍層是光滑和半光亮的。鍍層中的應(yīng)力為-1500PSI(壓縮)。
實施例6將150克/升NiCO3溶解在70％甲磺酸中制備甲磺酸鎳溶液。碳酸鎳溶解完全后，將溶液過濾，除去殘留的顆粒物質(zhì)。然后加入30克/升硼酸、5克/升萘三磺酸。將此溶液加熱到60℃，溶解硼酸。冷卻到室溫后，用70％甲磺酸將pH調(diào)節(jié)到2.0。
A．用50克/升NaOH對一塊鋼板進行陽極清潔處理，然后用水清洗。室溫下用5％鹽酸活化5秒鐘。鋼板在4安培/分米2條件下電鍍15分鐘。鍍了鎳的鋼板是光亮和光滑的。陰極電流效率為89.3％。
B．在此溶液中加入10克/升Al2O3(150目)，混合。按上述方法對第二塊鋼板進行預(yù)處理，然后電鍍15分鐘。鍍了鎳的鋼板是光亮和半光滑的。陰極電流效率為90.2％。掃描電子顯微照片表明，在鍍出的鎳基體中存在著共淀積的氧化鋁。
實施例7將150克/升NiCO3溶解在70％甲磺酸中制備甲磺酸鎳溶液。碳酸鎳溶解完全后，將溶液過濾，除去殘留的顆粒物質(zhì)。然后加入15克/升氯化鎳、30克/升硼酸、5克/升萘三磺酸。將此溶液加熱到60℃，溶解硼酸。冷卻到室溫后，用70％甲磺酸將pH調(diào)節(jié)到3.2。
A．按上述方法對鋼板進行預(yù)處理，然后放在該溶液中電鍍。鍍了鎳的鋼板是光亮和光滑的。陰極電流效率為96％。
B．在此溶液中加入2克/升MoS2(二硫化鉬)，混合10分鐘。按上述方法對另一塊鋼板進行預(yù)處理和電鍍。陰極電流效率為94％。掃描電子顯微鏡分析表明，在鎳鍍層中存在MoS2顆粒。
C．向新的鎳溶液中加入2克/升MoSi2。將這些顆粒在鎳溶液中混合10分鐘。按上述方法對鋼板進行清潔和放在該溶液中進行電鍍。掃描電子顯微鏡分析表明，鎳鍍層中存在MoSi2顆粒。
實施例8制備5％氨基磺酸水溶液，并將其pH調(diào)節(jié)到3.0。用一臺三電極電化學(xué)裝置研究氨基磺酸的氧化。反電極是IrO2柵極。參比電極是銀/氯化銀。工作電極是鍍銥的鈦。從-0.2伏開始，向陽極方向掃描測出該體系的電勢。在+0.3伏處觀察到一個大的氧化峰。
制備5％甲磺酸溶液，并用碳酸氫鈉將其pH調(diào)節(jié)到3.0。這個研究中也使用相同的上述三電極系統(tǒng)。在此甲磺酸溶液中沒有觀察到在+0.3伏的氧化峰。
因此，人們可以在甲磺酸鎳電解質(zhì)溶液中使用不溶性的陽極，而不會發(fā)生副產(chǎn)物的降解。而在氨基磺酸溶液中使用不溶性的陽極會在陽極上產(chǎn)生分解產(chǎn)物。
對比例1制備含Ni(CH3SO3)2(300克/升)、糖精酸鈉(1克/升)的電鍍液。沒有使用鹵化鎳。
用1升的電鍍槽，內(nèi)裝上述的電鍍液在鋼板上電鍍鎳鍍層，溫度為50℃，并用空氣進行溫和攪拌。陽極是一片鎳箔。平均電流密度約為4安培/分米2(dm)。開始電鍍時，電鍍液的pH為3.3，電鍍結(jié)束時，電鍍液的pH為1.7。電鍍結(jié)束時，在電鍍液中觀察到白色的沉淀物。這是由于pH值的降低而沉淀出來的糖精酸。
電鍍進行30分鐘，產(chǎn)生17-23微米厚的鍍層。該鍍層有點粗糙并是半光亮的。應(yīng)力為+4200PSI(拉伸)。
對比例2-5用含Ni(CH3SO3)2的電鍍液進行電鍍，研究H3BO3、NiCl2、pH、電流密度(CD)和NTS(1,3,6-萘三磺酸)對所得五種鍍層中應(yīng)力的影響。電鍍過程的溫度均為60℃。
結(jié)果總結(jié)電鍍液中不加NTS的情況下，所有鍍層中的應(yīng)力都是拉伸的。因此NTS是確保壓縮應(yīng)力所必需的。
只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以對本發(fā)明的組合物和方法作各種改進和變化。這就是說，如果本發(fā)明的這些改進和變化在所附權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)，它們也包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1．用于制造低應(yīng)力鎳電鍍層的組合物，其特征在于該組合物是含有如下組分的酸性含水電鍍液a．鏈烷磺酸鎳，b．能使鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑，c．任選的鹵化鎳，和d．任選的緩沖劑。
2．如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于所述鏈烷磺酸鎳的濃度為50-600克/升，所述應(yīng)力降低添加劑的用量0.5-15克/升，所述鹵化鎳的用量為0-100克/升，所述緩沖劑的用量為0-60克/升。
3．如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于所述鏈烷磺酸鎳的濃度為150-300克/升，所述應(yīng)力降低添加劑的用量5-10克/升，所述鹵化鎳的用量為20-40克/升，所述緩沖劑的用量為35-45克/升。
4．如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于所述應(yīng)力降低添加劑是芳族磺酸。
5．如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于所述鏈烷磺酸鎳是甲磺酸鎳，所述應(yīng)力降低添加劑是萘三磺酸。
6．如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于它還含有鹵化鎳。
7．如權(quán)利要求6所述的組合物，其特征在于所述的鹵化鎳是NiCl2。
8．低應(yīng)力鎳電鍍層的制造方法，其特征在于它包括在裝有陽極的電鍍液中電鍍陰極導(dǎo)電基底，所述電鍍液的組成主要包括a．鏈烷磺酸鎳，b．能使鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑，c．任選的鹵化鎳，和d．任選的緩沖劑；將所述電鍍組合物的pH值保持在0-5，將所述基底上的電流密度保持在1-200A/dm2。
9．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的電鍍液還含有鹵化鎳。
10．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的pH保持在0.5-2.0。
11．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述基底包括鋼管。
12．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的基底包括鋼絲。
13．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的基底包括扁鋼。
14．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述鏈烷磺酸鎳的濃度為50-600克/升，所述應(yīng)力降低添加劑的用量0.5-15克/升，所述鹵化鎳的用量為0-100克/升，所述緩沖劑的用量為0-60克/升。
15．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述鏈烷磺酸鎳的濃度為150-300克/升，所述應(yīng)力降低添加劑的用量5-10克/升，所述鹵化鎳的用量為20-40克/升，所述緩沖劑的用量為35-45克/升。
16．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的鏈烷磺酸鎳是甲磺酸鎳，所述應(yīng)力降低添加劑是萘三磺酸。
17．如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的鏈烷磺酸鎳是甲磺酸鎳，所述應(yīng)力降低添加劑是糖精酸鈉，所述組合物的pH保持在2-5。
18．用于補充含Ni(CH3SO3)2和應(yīng)力降低添加劑的廢電鍍液的組合物，所述的電鍍液已用于制造低應(yīng)力的鎳電鍍層，其特征在于該組合物是含碳酸鎳和初始液中應(yīng)力降低添加劑的漿料。
19．如權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于對于每1000克/升碳酸鎳，所述漿料含有0.5-10克/升應(yīng)力降低添加劑。
20．如權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于所述的應(yīng)力降低添加劑是芳族磺酸。
21．在采用不溶性陽極的條件下將金屬電鍍層電鍍到導(dǎo)電基底上的方法，其特征在于該方法包括將所述陽極和所述基底浸在可溶鏈烷磺酸或所述電鍍金屬的芳族磺酸鹽的水溶液中，讓電流通過所述的溶液，電流密度足以使所述的電鍍金屬淀積所述的基底上。
22．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述的鏈烷磺酸是甲磺酸。
全文摘要
使用含鏈烷磺酸鎳和能使電鍍層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的應(yīng)力降低添加劑的酸性水溶液,可以電鍍鎳和鎳合金。所述的電鍍液是pH為0—5的酸性溶液。
文檔編號C25D21/12GK1213019SQ9811493
公開日1999年4月7日 申請日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月18日
發(fā)明者N·M·馬爾季亞克 申請人:阿托泰克德國有限公司