[发明专利]一种Cr-Ni合金电镀液及电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及电镀铬工艺的技术领域，尤其涉及一种Cr-Ni合金电镀液及电镀方法。

背景技术

Cr是微带蓝色的银白色金属，在空气中易钝化，表面被一层氧化膜覆盖，具有很好的耐蚀性，在大气中很稳定，能长期保持其光泽；在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐溶液及有机酸中非常稳定。Cr硬度很大，摩擦系数小，耐磨性、耐蚀性、耐热性好。Cr镀层具有表面光亮、硬度高、耐腐蚀等优点，是一种很好的防护和装饰镀层，广泛地用于汽车、航天等多个领域。但是，Cr镀层在较高温度下会变软，300℃时硬度值开始下降，510℃时镀层已处于完全退火状态；同时，Cr镀层一般具有微裂纹(厚度大于0.7wm)，这些微裂纹可能被吸附物填满，从而降低镀层对基体的保护能力。

Cr-Ni合金是一种非常好的多功能材料，用Cr-Ni合金代替单金属Ni和Cr可以使上述问题得到缓解。Cr-Ni合金具有耐磨、硬度高、耐氧化性酸或盐以及抗高温氧化、硫化腐蚀的能力，能应用于一些较为苛刻的工作环境，例如可用于轴、轴瓦及齿轮等耐磨损、耐高温部件表而的防护，也可以作为优良的装饰性涂层使用。此外，Cr-Ni合金膜具有电阻率高，电阻温度系数低，对温度依赖小等特点，常用于制备薄膜电阻应变计。

现有的Cr-Ni合金电镀存在镀层中Cr含量较低，镀层厚度不够，镀层结合力较差及镀液的电流效率较低的技术缺陷，这些严重制约了Cr-Ni合金电镀在工业上的大规模应用。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种Cr-Ni合金电镀液，该Cr-Ni合金电镀液的电流效率高，镀层镀层中Cr含量高、镀层厚度大、镀层结合力强。

一种Cr-Ni合金电镀液，包括含量为0.65～0.9mol/L的三氯化铬、含量为0.1～0.4mol/L的硫酸镍、含量为0.15～0.35mol/L的甲酸、含量为0.4～0.65mol/L的柠檬酸盐、含量为0.3～0.5mol/L的草酸盐、含量为1～2mol/L的尿素和含量为1～2mol/L的溴化铵。

其中，包括含量为0.8mol/L的三氯化铬、含量为0.15mol/L的硫酸镍、含量为0.30mol/L的甲酸、含量为0.55mol/L的柠檬酸盐、含量为0.4mol/L的草酸盐、含量为1.5mol/L的尿素和含量为1.5mol/L的溴化铵。

其中，所述柠檬酸盐为柠檬酸钾或柠檬酸钠，所述草酸盐为草酸钾或草酸钠。

以上Cr-Ni合金电镀液的技术方案中，复合选用柠檬酸盐、草酸盐和尿素作为配位剂。金属铬的标准电极电位(-0.74V)比镍的标准电极电位(-0.25V)要负得多。欲使两种金属共同沉积，必须满足动力学条件，即使两者在溶液中的电极电位趋于相同。配位剂中的配体可与金属离子配位，从而降低金属离子的有效浓度，一般电位较正金属的平衡电位负移程度大于电位较负金属，以使它们的平衡电位趋于接近。另外，由于络离子在阴极放电活化能增加，阴极极化增强，也有利于共沉积电位趋于接近。柠檬酸盐、草酸盐通羧基均能与三价铬离子和二价镍离子配位，尿素主要通过氨基与三价铬离子和二价镍离子配位，从而缩小三价铬离子和二价镍离子的沉积电位，三种配位剂能产生较强的协同效应推动三价铬离子和二价镍离子的共沉积。三价铬离子配位能力很强三价铬离子和二价镍离子配位，几乎能与所有的路易斯碱的离子或分子配位。加入柠檬酸盐、草酸盐和尿素前，三价铬离子主要与镀液中的水分子配位形成羟基桥式化合物；加入柠檬酸盐、草酸盐和尿素后，由于阴离子渗透反应，三价铬离子与两者的羧基发生配位从而将置换水与三价铬离子的配位以破坏羟基桥式化合物，从而降低其对三价铬离子在阴极沉积的阻碍作用。柠檬酸盐和草酸盐的阴离子配位渗透能力较强，当其浓度达到一定程度时，可提高镀层的厚度。尿素还能提高氢的析出电位，抑制三价铬离子与溶液中的水及氢氧根形成Cr(OH)₃，避免了Cr(OH)₃与Cr(OH)₃之间继续配合形成轻基桥式化合物，并提高电流效率，促进合金离子的共沉积。

选用溴化铵为导电盐，其中的铵根离子可以提高电流效率而且稳定镀液及改善镀层质量；其中的溴离子可以抑制六价铬离子的生成和氯气的析出。电镀过程中阳极析出的具有毒性的氯气不仅会污染环境，而且会增加镀层内应力使之缓慢脱落。电镀过程中在阳极生成的六价铬离子会阻碍铬单质的沉积，影响镀层的质量。