[发明专利]一种在低共熔溶剂中化学镀镍或镍合金镀层的方法

说明书

本发明涉及一种在低共熔溶剂中化学镀镍或镍合金镀层的方法，属于化学镀领域。本发明将镍盐、还原剂，合金元素X，稳定剂，促进剂，以及pH调节剂等溶解于低共熔溶剂中制得化学镀液。施镀温度为60℃～150℃，施镀pH为7.0～14.0，施镀时间为0.5～4.0h，镀液在施镀条件下稳定性好，镀速快且可以连续施镀，可以获得纯镍、二元或多元镍基合金镀层。该方法采用低共熔溶剂的化学镀体系，金属盐和还原剂的溶解度高，镀液稳定性强，工艺简单，操作安全，镀液易回收，可循环利用。所获得的化学镍及其合金镀层平整致密，耐磨和耐腐蚀性能优良，是一种绿色环保的化学镀镍或镍合金镀层的方法。

技术领域

本发明涉及一种在低共熔溶剂中化学镀镍或镍合金镀层的方法，属于表面处理领域，特别涉及化学镀技术领域，主要应用于电子、航空航天、石油、化工等领域。

背景技术

表面处理是一种利用物理或者化学的方法对基体表面性能进行优化，从而使其表面性能更优越或赋予新功能的方法。化学镀是导体与非导体基材表面改性的一种方法，且是提高基材导电、信号传输、焊接、硬度、耐磨、耐蚀以及装饰性的一种有效方法。

化学镀镍及其合金由于具有完美的物理、化学性能如高的硬度，耐磨性和耐蚀性而广泛应用于在机械、电子、航空、化工等行业。化学镀镍及其合金的镀液体系多为水溶液体体系，虽然水溶液体系具有价格低廉，金属盐溶解性能好的特点。但由于金属盐和还原剂在酸性或碱条件下易发生沉淀、分解等问题，需在镀液中加入大量的络合剂、稳定剂和pH缓冲剂，但仍存在镀液稳定性差，使用周期短，以及镀液回收处理难度大等不足。

另外，一些金属及其盐对水较为敏感，不能在水溶液体系下获得其镍基合金。水体系下的化学镀过程，镀层表面始终伴随着大量氢气的析出。析氢会导致镀层表面出现针孔，降低防护性能。同时，氢气在镀层中的残留会造成氢脆，影响镀层机械性能。水溶液体系化学镀镍及其合金多在70～95℃的中高温条件下进行，镀液挥发快、能耗高，镀液维护难度大，同时酸碱蒸气的挥发也增加了废气处理的难度和成本。镀液中大量添加的络合剂、重金属稳定剂以及纷繁复杂的添加剂也给后期镀液的回收及再利用带来了很大的困难。

低共熔溶剂又称为深共晶溶剂或低共熔型离子液体，是由一定化学计量比的氢键受体和氢键给体组合而成的两组分或三组分低共熔混合物。2003年由Abbot等人首次成功制备，已被广泛用于金属及其合金的电化学制备。也有研究者，利用低共熔型溶剂中氢键供体多元醇的还原性制备金属粉体和纯金属镀层。2012年公开的中国专利CN201210082683.0，该方法利用低共熔剂体系成功制备了Ni-P的纳米粉体，但该方法需经回流、离心等工艺，且粉体中镍磷比例不可控，不适用于耐磨耐蚀等领域的功能性镀层的制备及应用。在镀层应用方面，公开的中国专利CN201210083060.5、CN201610490460.6等，这些方法都是利用多元醇的弱还原性在非水体系下制备出化学镀纯镍层。但是由于没有还原剂的参与，而多元醇的还原能力有限，镀速慢，施镀时间长，镀层增厚困难，镀液利用率低，不能制备二元或多元合金镀层，不利于其规模化应用。多元醇作为氢键供体来源单一，且随着分子量的增大，低共熔离子液体的熔点逐渐提高，粘度逐渐增大，不利于镀液的配制和施镀，更给镀液的分离回收带来困难。研究表明，镍的二元或多元合金的性能远高于纯镍镀层，一些特殊的元素如W、Co、Mo等在没有还原剂的参与下很难获得其与镍的合金，而用于水体系化学镀镍的还原剂如肼、次亚磷酸盐、硼氢化物等由于在低共熔溶剂中的溶解度小，稳定性差而得不到广泛应用。

另外，镀液的稳定性、镀层性能受流体性质、镀液浓度、施镀温度以及pH影响，其中pH是的影响最为显著的因素之一。在低共熔溶剂中pH影响络合基团的稳定性进而影响整个镀液的稳定性，将氢氧化钠等无机碱直接加入到镀液中会致使局部镀液pH过高，从而导致镀液产生沉淀或分解。另外pH直接影响还原剂的还原能力，进而影响镀层镀层成分，继而影响镀层的物理化学性能。因此，开发一种镀液体系稳定，金属离子及还原剂溶解度高，施镀温度范围宽，镀速快，镀液使用周期长，可连续施镀以及适合多元合金的易分离回收且环保的化学镀镍及其合金的配方及工艺具有广阔的应用前景和重要意义。

发明内容