一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種鎳-鈷-鈦三元合金 電鍍光亮工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的金屬表面處理工藝中，鋼鐵件在經(jīng)過電鍍堿銅一酸銅一亮鎳工序之后，還 需鍍上一層鉻來達(dá)到保護(hù)及裝飾基體的目的。鉻鍍層具有光亮、潔白的外觀并有硬度高、耐 磨、耐蝕、耐高溫的特點(diǎn)。但是鍍鉻工藝因其對(duì)環(huán)境、水源、大氣以及人體帶來很大的不利影 響，而且加之鍍鉻前又有其它三道工序，占用場(chǎng)地大、設(shè)備多，又會(huì)帶來很大的廢水排放和 能源消耗。
[0003] 鈦是一種耐熱性很好的銀白色金屬，密度為4. 54g/cm3,熔點(diǎn)高達(dá)1668°C。在常溫 下對(duì)強(qiáng)酸強(qiáng)堿有優(yōu)異的耐蝕性，甚至王水都不能腐蝕它。它還具有重量輕、強(qiáng)度高、抗氧化 性強(qiáng)、耐低溫的特點(diǎn)，被譽(yù)為"太空金屬"。如將鈦元素引入單一的或合金的鍍層中，則得到 的鍍層在物理、化學(xué)性能上將會(huì)呈現(xiàn)各項(xiàng)性能的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供了一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮 工藝，僅通過一道電鍍工序就達(dá)到保護(hù)和裝飾鐵基件的目的，減小場(chǎng)地占用面積、減少設(shè)備 的使用，降低廢水的排放和能源消耗。
[0005] 本發(fā)明的三元合金中，鎳是基礎(chǔ)金屬，很易電沉積出來，所占的百分質(zhì)量比例在 80%左右。鈷與鎳的性質(zhì)類似，很易單獨(dú)或與鎳在陰極上電化學(xué)共沉積，由于鈦與鎳、鈷的 電化學(xué)基本氧化-還原電極電勢(shì)相差較大，鈦較難沉積，如：
[0006]
[0007] 可以看出，Ni2+、C〇2+較易在水溶液中單獨(dú)于電極上沉積出來；而Ti 4+還原為Ti是 需分三步進(jìn)行的，在還原為Ti2+時(shí)，最低須達(dá)到-2V、Ti 2+還原為Ti時(shí)最低需達(dá)-I. 68V，這 在實(shí)際上是很困難達(dá)到的，因此不能單獨(dú)沉積出來的。然而，在本發(fā)明的鍍液中，由于Ni2+、 Co2+的存在，可以對(duì)Ti 4+進(jìn)行"誘導(dǎo)沉積"，可以較容易地以合金的形式共沉積出來，于是形 成了 NiCoTi三元合金鍍層，這就是電化學(xué)理論上的"誘導(dǎo)共沉積"。
[0008] 本發(fā)明電鍍液中采用檸檬酸鈉作為主配位劑的，以期對(duì)Ni2+、Co2+、Ti4+進(jìn)行配位絡(luò) 合作用。主配位劑若與Ni2+配合形成HL P陰離子絡(luò)合物，則穩(wěn)定常數(shù)為5. 11，若形成L3^陰 離子絡(luò)合物，則穩(wěn)定常數(shù)為14. 3 ;若與Co2+形成陰離子絡(luò)合物，則穩(wěn)定常數(shù)為4. 8、若形 成L3-陰離子絡(luò)合物，則穩(wěn)定常數(shù)為12. 5。而檸檬酸根僅與一價(jià)的Ti +進(jìn)行配位，且只生成 HI^形式的絡(luò)合物，穩(wěn)定常數(shù)也只有1.04,可忽略不計(jì)。因此本發(fā)明采用一種輔助配位劑， 以期對(duì)Ti4+進(jìn)行配位絡(luò)合。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮工藝，將工件進(jìn)行前處理 后，放入鎳-鈷-鈦三元合金電鍍液中進(jìn)行電鍍，然后將工件取出，得到表面鍍有鎳-鈷-鈦 三元合金的工件，所述電鍍液的組成成分包括二價(jià)鎳鹽、二價(jià)鈷鹽、四價(jià)鈦鹽、檸檬酸鈉、輔 助配位劑和緩沖劑；
[0010] 所述輔助配位劑為含有如下結(jié)構(gòu)的物質(zhì)
[0011]
[0012] 其中R為氨基或亞胺基。
[0013] 進(jìn)一步地，所述電鍍液中各組成成分的含量分別為二價(jià)鎳鹽60~75g/L、二價(jià)鈷 鹽5~7. 5g/L、四價(jià)鈦鹽1. 5~2g/L、檸檬酸鈉50~60g/L、輔助配位劑8~12g/L、緩沖 劑25~30g/L，加去離子水至1L。
[0014] 進(jìn)一步地，所述輔助配位劑為丁二酰亞胺，所述緩沖劑為硼酸或磷酸。
[0015] 進(jìn)一步地，所述二價(jià)鎳鹽為六水合硫酸鎳和/或六水合鹽酸鎳，所述二價(jià)鈷鹽為 六水合硫酸鈷和/或六水合鹽酸鈷。
[0016] 進(jìn)一步地，所述電鍍液由下述方法配制而成，其步驟如下：
[0017] (1)取硫酸氧鈦，加入硫酸溶液中，加熱溶解，除去雜質(zhì)，并加入雙氧水，得到四價(jià) 鈦溶液；
[0018] (2)向蒸餾水中加入所述二價(jià)鎳鹽和二價(jià)鈷鹽，加熱溶解；
[0019] (3)向蒸餾水中加入檸檬酸鈉和所述輔助配位劑，加熱溶解；
[0020] (4)將所述步驟（2)中溶液與所述步驟（3)中溶液混合，再向其中加入所述步驟 (1)中四價(jià)鈦溶液，加入所述緩沖劑調(diào)節(jié)溶液PH值。
[0021] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中加熱溶解溫度為30~50°C，所述步驟（2)和（3)中加 熱溶解溫度均為大于等于60°C。
[0022] 進(jìn)一步地，所述電鍍液中還包括初級(jí)光亮劑，所述初級(jí)光亮劑由如下成分組成：糖 精160~180g/L、輕丙基硫代硫酸鈉5~10g/L，加去離子水至1L。
[0023] 進(jìn)一步地，所述電鍍液中還包括次級(jí)光亮劑，所述次級(jí)光亮劑由以下成分組成：丙 烷磺酸吡啶嗡鹽35~45g/L、乙氧基醚丙炔醇30~40g/L、炔丙基磺酸鈉25~35g/L，加去 離子水至1L。
[0024] 進(jìn)一步地，所述電鍍液中，所述初級(jí)光亮劑的體積濃度為8~12mL/L，所述次級(jí)光 亮劑的體積濃度為8~12mL/L。
[0025] 更進(jìn)一步地，鎳-鈷-鈦三元合金電鍍工藝的操作條件為溫度20~60°C，電流密 度 0· 5 ~5. OA/dm2, pH 值 2. 5 ~5. 5。
[0026] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：
[0027] (1)本發(fā)明因其含有強(qiáng)度高、抗氧化性強(qiáng)、耐低溫耐熱性強(qiáng)的特點(diǎn)的鈦金屬，電鍍 工藝所得到的NiCoTi合金鍍層表現(xiàn)出較佳的韌性、較強(qiáng)結(jié)合力、強(qiáng)耐低溫耐熱性和強(qiáng)耐蝕 性。
[0028] (2)本發(fā)明采用的鎳鈷鈦三元合金電鍍工藝，電鍍液中的主配位劑檸檬酸鈉和輔 助配位劑，可將二價(jià)鎳、二價(jià)鈷、四價(jià)鈦直接絡(luò)合沉積出來，即該工藝僅通過一道電鍍工序 即可得到光亮度較好、分散能力和均勻性良好的電鍍層，與傳統(tǒng)金屬表面處理需通過四道 工序的工藝相比，占用場(chǎng)地面積小，設(shè)備少，降低了廢水的排放和能源消耗，提高生產(chǎn)效率， 其次，減少了傳統(tǒng)鍍鉻工藝，避免了對(duì)環(huán)境、水源、大氣和人體帶來的不利影響；
[0029] (3)本發(fā)明的三元合金含鈦量在1. 5~4%、含鈷量在10~15%，該NiCoTi三元 合金不僅達(dá)到了鉻鍍層的光亮程度和耐磨性，且比"鍍銅+鍍銅+鍍鎳+鍍鉻"四道工序得 到的鍍層耐蝕性更好；
[0030] (4)本發(fā)明工藝鍍液中各類金屬鹽含量低，較多道工序電鍍的成本低，具有較高的 經(jīng)濟(jì)效益，并且鎳鹽、鈷鹽毒性極低，環(huán)境污染小，可以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，有極好的 應(yīng)用前景，尤其適用于高寒地區(qū)交通器械、遠(yuǎn)洋船舶以及航空航天器材部件的表面處理；
【附圖說明】
[0031] 圖1為陰極極化曲線圖，其中：
[0032] ①基礎(chǔ)液；②：①+Ni2+鹽液；③：① +Co 2+鹽液；④：① +Ti 4+鹽液；⑤：① +Ni 2+鹽 液+Co2+鹽液+Ti 4+鹽液；
[0033] 圖2為溫度、電流密度、pH對(duì)合金層中鈷含量的影響曲線圖；
[0034] 圖3為溫度、電流密度、pH對(duì)合金層中鈦含量的影響曲線圖；
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：
[0036] 一種鎳-鈷-鈦三元合金電鍍光亮工藝，將工件除銹、除油、活化等前處理后，放入 鎳-鈷-鈦三元合金電鍍液中進(jìn)行電鍍，然后將工件取出，得到表面鍍有鎳-鈷-鈦三元合 金的工件，所述電鍍液的組成成分包括二價(jià)鎳鹽、二價(jià)鈷鹽、四價(jià)鈦鹽、檸檬酸鈉、輔助配位 劑和緩沖劑；
[0037] 所述輔助配位劑為含有如下結(jié)構(gòu)的物質(zhì)
[0038]
[0039] 其中R為氨基或亞胺基。
[0040] 進(jìn)一步地，所述電鍍液中各組成成分的含量分別為二價(jià)鎳鹽60~75g/L、二價(jià)鈷 鹽5~7. 5g/L、四價(jià)鈦鹽1. 5~2g/L、檸檬酸鈉50~60g/L、輔助配位劑8~12g/L、緩沖 劑25~30g/L，加去離子水至1L。
[0041] 進(jìn)一步地，所述輔助配位劑為丁二酰亞胺，所述緩沖劑為硼酸或磷酸。
[0042] 進(jìn)一步地，所述二價(jià)鎳鹽為六水合硫酸鎳和/或六水合鹽酸鎳，所述二價(jià)鈷鹽為 六水合硫酸鈷和/或六水合鹽酸鈷。
[0043] 進(jìn)一步地，所述電鍍液由下述方法配制而成，其步驟如下：
[0044] (1)取硫酸氧鈦，加入硫酸溶液中，加熱溶解，除去雜質(zhì)，并加入雙氧水，得到四價(jià) 鈦溶液；
[0045] (2)向蒸餾水中加入所述二價(jià)鎳鹽和二價(jià)鈷鹽，加熱溶解；
[0046] (3)向蒸餾水中加