專利名稱：鎂鋰合金表面電鍍銅溶液及鎂鋰合金表面電鍍銅處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電鍍銅溶液，具體地說是一種用于鎂鋰合金表面處理的電鍍銅溶液。本發(fā)明也涉及一種鎂鋰合金表面電鍍銅處理方法。
背景技術(shù)：
鎂鋰合金是目前為止最輕的合金，是發(fā)展高強超輕合金最具有潛力的合金體系之一，鎂鋰合金具有高的比強度、良好的切削加工性、優(yōu)良的電磁屏蔽性和防震等性能。因此鎂鋰合金將成為21世紀重要的高強度、輕質(zhì)且環(huán)保的材料之一。對于鎂鋰合金而言，鋰的加入可以降低密度、提高合金的塑性，但是同時，也使合金的抗腐蝕性能顯著降低，從而嚴重限制了該合金的實際應用，這正是鎂鋰合金雖受到各領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，卻沒有得到大規(guī)模應用的最主要原因。為了擴大鎂鋰合金的應用范圍，對 鎂鋰合金的腐蝕行為和防護方法有必要進行深入研究。目前國內(nèi)外對鎂鋰合金的研究大多側(cè)重于對合金的設(shè)計和改善鑄造條件，而對鎂鋰合金進行表面改性來提高和改善其耐蝕性能的研究大多是在合金的表面生成具有保護性能的膜或涂層。對在鎂鋰合金表面生成的膜或涂層主要有化學轉(zhuǎn)化膜、氧化膜和化學鍍層等。韓玉昌等(韓玉昌，周鐵濤，劉培英，Mg-13Li-5Zn合金化學鍍鎳研究[J].材料保護，2006，38(3) :38-40.)研究了一種在Mg-13Li-5Zn合金上化學鍍鎳的方法，獲得的鍍鎳層較為均勻、致密并且沒有很明顯的缺陷，這種方法可以為鎂-鋰合金提供一定的保護。但是，化學鍍的原理是通過自發(fā)的化學反應實現(xiàn)的，其反應速率較慢，效率較低。鑒于此，發(fā)明一種新的針對鎂鋰合金的表面處理的方法迫在眉睫，使得此鍍層能具有高的耐蝕性和抗磨性，具有很好的可焊性和導電導熱性能，并且與基體結(jié)合牢固，還可以達到裝飾的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既可以達到良好的電鍍效果，又能減少對人類健康和環(huán)境的危害的鎂鋰合金表面電鍍銅溶液。本發(fā)明的目的還在于提供一種能有效地提高鍍層制備的效率，改善鎂鋰合金的耐蝕性能的鎂鋰合金表面電鍍銅處理方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的鎂鋰合金表面電鍍銅溶液的組成為焦磷酸銅5(T70g/L、焦磷酸鉀300g/L、磷酸氫二鉀40g/L、酒石酸鉀鈉40g/L、檸檬酸O. lg/L、植酸O. lg/L、香蘭素O. 02g/L和余量的水。本發(fā)明的鎂鋰合金表面電鍍銅處理方法包括如下步驟( I)對鎂鋰合金表面進行前處理；(2)在室溫和超聲條件下進行活化，活化后放入蒸餾水中超聲清洗；活化液的組成為10ml磷酸、4. 5gNH4HF2和50ml蒸懼水；(3)在4(T60°C溫度下進行浸鋅，浸鋅時間為IOlOmin ;浸鋅是采用如下方法制備的將7. 5g的K4P2O7加入到50ml溫度為50°C的蒸餾水中，攪拌待其完全溶解，再加入O. 25g的 Na2CO3'O. 2g 的 NaF 和 2. Og 的 ZnSO4,攪拌；(4)在鍍銅溶液中進行電鍍銅；所述電鍍銅溶液的組成為焦磷酸銅5(T70g/L、焦磷酸鉀300g/L、磷酸氫二鉀40g/L、酒石酸鉀鈉40g/L、檸檬酸O. lg/L、植酸O. lg/L、香蘭素O. 02g/L和余量的水；電鍍銅的條件為pH為8 9、溫度為3(T50°C、電壓為2 4V、電流為
O.02 O. 04A、時間為 20 40min。本發(fā)明在化學鍍層的基礎(chǔ)上引進了電鍍銅鍍層，采用常規(guī)的鎂鋰合金表面前處理工藝，在化學鍍鋅的基礎(chǔ)上，利用特定工藝進行電鍍銅，該發(fā)明改善了傳統(tǒng)鎂鋰合金表面處理的不足之處，不僅提高了鍍層制備的速度，而且使鎂鋰合金的抗腐蝕性得到改善，其強度、硬度、導電導熱性能等也都得以提高，同時光亮的銅鍍層還能使鎂鋰合金表面美化，起到了裝飾的作用。此發(fā)明有效地提高鍍層制備的效率，并且提高了鎂鋰合金的耐蝕性能，為解決鎂鋰合金不能大規(guī)模應用的問題提供了一種新鮮思路，從而可以推進鎂鋰合金行業(yè)的進一步發(fā)展。
本發(fā)明所具有的實質(zhì)性特點和有益效果表現(xiàn)在(I)本發(fā)明采用常規(guī)的鎂鋰合金表面前處理方法，在鎂鋰合金表面浸鋅后，進行電鍍銅，得到的銅鍍層具有很好的耐蝕性能，使得鎂鋰合金的耐蝕性能大大提高，打破了傳統(tǒng)的利用化學轉(zhuǎn)化和化學鍍來對鎂鋰合金做表面處理的局限，可以作為鎂鋰合金在表面電鍍領(lǐng)域里的先進向?qū)?，為鎂鋰合金表面處理提供了一種創(chuàng)新思路。(2)在傳統(tǒng)的鎂鋰合金表面處理的方法中，常常采用化學鍍鉻或者是化學轉(zhuǎn)化得到含有Cr+6轉(zhuǎn)化膜的方法，然而這些方法對環(huán)境帶來很大的污染，對人類身體健康造成危害；同時，在以往電鍍領(lǐng)域中，氰化物鍍銅倍受人們的青睞，但是氰化物具有劇毒，同樣對人類和環(huán)境造成威脅。本發(fā)明采用硫酸鋅作為浸鋅的主鹽，焦磷酸銅作為電鍍銅的主鹽，應用此種配方既可以達到良好的電鍍效果，又可以對人類健康和環(huán)境減少危害。(3)本發(fā)明在鎂鋰合金表面電鍍銅得到了一層致密的紅棕色銅鍍層，此鍍層經(jīng)劃痕法和熱震法處理后，鍍層并沒有脫落或出現(xiàn)鼓泡等現(xiàn)象，表明此銅鍍層與基體的結(jié)合牢固，此結(jié)合力遠高于以往的鎂鋰合金表明轉(zhuǎn)化膜或化學鍍層與基體的結(jié)合力，因此，可以有效地發(fā)揮對鎂鋰合金的防護作用。(4)本發(fā)明得到的鎂鋰合金表面鍍銅層平整、光滑、致密，沒有凹凸不平的區(qū)域，可以有效地保護鎂鋰合金基體；同時銅鍍層的導電導熱性能優(yōu)良，具有金屬光澤，表面光亮，還可以對鎂鋰合金起到裝飾作用。此種在鎂鋰合金表面電鍍銅的方法，操作簡便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，有利于大規(guī)模廣泛應用。
圖1(a)-圖I (b)為實施例I中鎂鋰合金表面銅鍍層的組織照片，其中圖1(a)為宏觀照片；圖I (b)為掃描照片。圖2實施例I中鎂鋰合金表面鍍銅后的截面金相照片。
具體實施例方式本發(fā)明的鎂鋰合金表面電鍍銅鍍液配方焦磷酸銅5(T70g/L ;焦磷酸鉀300g/L ；磷酸氫二鉀40g/L ;酒石酸鉀鈉40g/L ;檸檬酸O. lg/L ;植酸O. lg/L ;香蘭素O. 02g/L ；電鍍溫度為3(T50°C ;電流密度為I 2A/dm2 ;pH值為8 10 ;電鍍時間為2(T40min。此鎂鋰合金表面電鍍銅的工藝流程包括所用的試樣材料為Mg-5Li_3Al鎂鋰合金，隨后將試樣按照以下流程進行打磨一水洗一丙酮超聲清洗一堿洗一熱水洗一冷水洗—酸洗一水洗一活化一水洗一浸鋅一水洗一鍍銅一水洗一吹干。其具體操作步驟如下打磨將試樣進行打磨，經(jīng)320#和1500#砂紙打磨，打磨過程中用蒸餾水頻繁清洗，打磨后放入丙酮中進行超聲清洗，隨后用冷風吹干。堿洗將稱量的Ig的NaOH、I. 5g的Na3PO4和O. 5g的Na2SiO3加入到50ml的蒸餾水中，攪拌后放入60 V的水浴鍋中，再將打磨好的試樣放入其中，計時lOmin，取出后放入熱蒸餾水中清洗，再放入冷蒸餾水中進行超聲清洗。酸洗將9g的Cr03、2g的Fe (NO3) 3和O. 2g的NaF加入到50ml蒸餾水中，攪拌后， 將上步結(jié)束后的試樣放入其中，在室溫下并且在超聲條件下進行酸洗，酸洗時間為f2min，酸洗后立即用蒸餾水進行超聲清洗。活化將IOml磷酸和4. 5g的NH4HF2加入到50ml的蒸餾水中，將酸洗后的試樣放入活化液中，在室溫和超聲條件下進行活化，活化后放入蒸餾水中超聲清洗。浸鋅將7. 5g的K4P2O7加入到50ml溫度為50°C的蒸餾水中，攪拌待其完全溶解后，再將O. 25g的Na2CO3'O. 2g的NaF和2. Og的ZnSO4加入其中攪拌，將試樣放入其中，在40^600C的水浴鍋中進行浸鋅，浸鋅時間為l(T20min。鍍銅將15g的K4P2O7和2g的K2HPO4加入到50ml溫度為50°C的蒸餾水中，攪拌，待其完全溶解后，將2. 5^3. 5g的Cu2P2O7加入其中并進行攪拌，再將2g的酒石酸鉀鈉、O. Olg的植酸、O. 005g的香蘭素和O. Ig的檸檬酸加入溶液中，攪拌均勻后，調(diào)節(jié)pH為8 9，將其放入3(T50°C水浴鍋中，調(diào)節(jié)電源的電壓和電流，使電壓為2 4V，電流為O. 02、. 04A，將試樣連接陰極，銅片連接陽極，打開輸出開關(guān)，計時2(T40min后取出試樣，用蒸餾水清洗后吹干。下面舉例對本發(fā)明做更詳細的描述實施例I :鍍銅液配方為焦磷酸銅60g/L ;焦磷酸鉀300g/L ;磷酸二氫鉀40g/L ;酒石酸鉀鈉40g/L ;檸檬酸O. lg/L ;植酸O. lg/L ;香蘭素O. 02g/L。電鍍條件電鍍溫度為30°C ;電流密度ΙΑ/dm2 ；pH為9 ;電鍍時間30min。電鍍銅工藝具體步驟打磨將試樣進行打磨，經(jīng)320#和1500#砂紙打磨，打磨過程中用蒸餾水頻繁清洗，打磨后放入丙酮中進行超聲清洗，隨后用冷風吹干。堿洗將Ig的NaOH>I. 5g的Na3PO4和O. 5g的Na2SiO3加入至丨J 50ml的蒸懼水中，攪拌后放入60°C的水浴鍋中，再將打磨好的試樣放入其中，計時lOmin，取出后放入熱水中清洗，再放入冷蒸餾水中進行超聲清洗。酸洗將9g的Cr03、2g的Fe (NO3) 3和O. 2g的NaF加入到50ml蒸餾水中，攪拌后，將上步結(jié)束后的試樣放入其中，在室溫和超聲條件下進行酸洗，酸洗時間為廣2分鐘，酸洗后立即用蒸餾水進行超聲清洗。活化將IOml的磷酸和4. 5g的NH4HF2加入到50ml的蒸餾水中，將酸洗后的試樣放入活化液中，在室溫超聲條件下進行活化。活化后放入蒸餾水中超聲清洗。浸鋅將7. 5g的K4P2O7加入到50ml溫度為50°C的蒸餾水中，攪拌待其完全溶解后，再將O. 25g的Na2C03、0· 2g的NaF和2. Og的ZnSO4加入其中攪拌，將試樣放入其中在60°C的水浴鍋中進行浸鋅，浸鋅時間為lOmin。鍍銅將15g的K4P2O7和2g的K2HPO4加入到50ml溫度為50度的蒸餾水中，攪拌待其完全溶解后，將3g的Cu2P2O7加入其中并進行攪拌，再將2g的酒石酸鉀鈉、O. Olg的植酸、O. 005g的香蘭素和O. Ig的檸檬酸加入到溶液中，攪拌均勻后，放入30°C水浴鍋中，調(diào)節(jié)電源的電壓和電流，使電壓為2 4V，電流為O. 02A，將試樣連接陰極，銅片連接陽極，打開輸出開關(guān)，計時30min后取出試樣，用蒸餾水清洗后吹干。得到完整的表面銅鍍層。本實施例所得的鎂鋰合金表面的銅鍍層具有如下特征(I)該條件下所得到的銅鍍層宏觀上為光亮的紅棕色銅鍍層，表面光滑平整，沒有 缺鍍和漏鍍現(xiàn)象。參見附圖I (a)。(2)該條件下所制得的銅鍍層從微觀上觀察銅鍍層表面均勻致密，沒有裂紋和缺陷的現(xiàn)象。參見附圖1(b)。(3)該條件下所制得的銅鍍層從截面上觀察鍍層較厚，其厚度約為20μπι，有的地方厚度甚至超過20 μ m。參見附圖2。實施例2 鍍銅液配方為焦磷酸銅60g/L ;焦磷酸鉀300g/L ;磷酸二氫鉀40g/L ;酒石酸鉀鈉40g/L ;檸檬酸O. lg/L ;植酸O. lg/L ;香蘭素O. 02g/L。電鍍條件電鍍溫度為40。。；電流密度ΙΑ/dm2 ；pH為9 ;電鍍時間40min。電鍍銅工藝具體步驟同實施例1，需要修改的是電鍍銅的溫度在40°C條件下進行，并且施鍍時間為40min。本實施例所得的鎂鋰合金表面的銅鍍層從微觀上觀察銅鍍層表面均勻致密。實施例3 鍍銅液配方為焦磷酸銅50g/L ;焦磷酸鉀300g/L ;磷酸氫二鉀40g/L ;酒石酸鉀鈉40g/L ;檸檬酸O. lg/L ;植酸O. lg/L ;香蘭素O. 02g/L。電鍍條件電鍍溫度為30°C ;電流密度2A/dm2 ；pH為9 ;電鍍時間40min。電鍍銅工藝具體步驟同實施例1，此實施例中電鍍銅的時間為40min，電鍍溫度為30°C，電流調(diào)節(jié)到O. 04A。本實施例所得的鎂鋰合金表面的銅鍍層從微觀上觀察銅鍍層表面均勻致密，并且沒有明顯缺陷。實施例4 鍍銅液配方為焦磷酸銅70g/L ;焦磷酸鉀300g/L ;磷酸氫二鉀40g/L ;酒石酸鉀鈉40g/L ;檸檬酸O. lg/L ;植酸O. lg/L ;香蘭素O. 02g/L。電鍍條件電鍍溫度為40。。；電流密度2A/dm2 ；pH為9 ;電鍍時間為30min。電鍍銅工藝具體步驟同實施例1，但在此實施例中電鍍條件為在40°C下進行電鍍，電流調(diào)節(jié)到O. 04A,電鍍時間為30min。本實施例所得的鎂鋰合金表面的銅鍍層從微觀上觀察銅鍍層表面均勻致密，并且沒有明顯缺陷和疏松等現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種鎂鋰合金表面電鍍銅溶液，其特征是組成為焦磷酸銅5(T70g/L、焦磷酸鉀300g/L、磷酸氫二鉀40g/L、酒石酸鉀鈉40g/L、檸檬酸O. lg/L、植酸O. lg/L、香蘭素O. 02g/L和余量的水。
2.一種鎂鋰合金表面電鍍銅處理方法，其特征是包括如下步驟 (1)對鎂鋰合金表面進行前處理； (2)在室溫和超聲條件下進行活化，活化后放入蒸餾水中超聲清洗；活化液的組成為IOml 磷酸、4. 5gNH4HF2 和 50ml 蒸懼水； (3)在4(T60°C溫度下進行浸鋅，浸鋅時間為IOlOmin;浸鋅是采用如下方法制備的將7. 5g的K4P2O7加入到50ml溫度為50°C的蒸餾水中，攪拌待其完全溶解，再加入O. 25g的Na2CO3、O. 2g 的 NaF 和 2. Og 的 ZnSO4,攪拌； (4)在鍍銅溶液中進行電鍍銅；所述電鍍銅溶液的組成為焦磷酸銅5(T70g/L、焦磷酸鉀300g/L、磷酸氫二鉀40g/L、酒石酸鉀鈉40g/L、檸檬酸O. lg/L、植酸O. lg/L、香蘭素O. 02g/L和余量的水；電鍍銅的條件為pH為8 9、溫度為3(T50°C、電壓為2 4V、電流為O.02 O. 04A、時間為 20 40min。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種鎂鋰合金表面電鍍銅溶液及鎂鋰合金表面電鍍銅處理方法。(1)對鎂鋰合金表面進行前處理；(2)在室溫和超聲條件下進行活化；(3)在40~60℃溫度下進行浸鋅；(4)在鍍銅溶液中進行電鍍銅；所述電鍍銅溶液的組成為焦磷酸銅50~70g/L、焦磷酸鉀300g/L、磷酸氫二鉀40g/L、酒石酸鉀鈉40g/L、檸檬酸0.1g/L、植酸0.1g/L、香蘭素0.02g/L和余量的水；電鍍銅的條件為pH為8~9、溫度為30~50℃、電壓為2~4V、電流為0.02~0.04A、時間為20~40min。本發(fā)明的鍍層具有以往鎂鋰合金表面處理方法所未能達到的性能，同時鍍層形成迅速，提高了鍍層形成的速度，提高了表面處理的效率，操作簡便，生產(chǎn)效率高，有利于大規(guī)模推廣應用。
文檔編號C25D5/42GK102776535SQ201210178038
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者冷哲, 尹婷婷, 巫瑞智, 張密林, 張景懷, 杜冠軍 申請人:哈爾濱工程大學