一種通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni?P化學鍍層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni?P化學鍍層的方法，在酸性化學鍍鎳液中添加離子液體，通過化學鍍技術制備出疏水、結晶細致具有更為優(yōu)異耐蝕性能的高磷非晶Ni?P合金層；該方法中的鍍液配制是由酸性化學鍍鎳液和微量離子液體復合而成，在不改變酸性化學鍍Ni?P合金層制備條件(溫度、pH等控制)、施鍍時間和處理操作規(guī)范特點下，便能得到稍增加表面硬度，卻能明顯提高耐蝕性的Ni?P非晶鍍層。
【專利說明】
一種通過添加離子液體制備高耐蝕性N i-P化學鍍層的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于化學鍍技術領域，涉及金屬化學鍍Ni-P合金層的表面處理，特別涉及 一種通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni -P化學鍍層的方法。
【背景技術】
[0002] 化學鍍Ni-P非晶防護層，無需外電源，通過還原劑次亞磷酸鈉的還原在催化活性 表面均勻施鍍，鍍層硬度高、抗磨性能優(yōu)，耐腐蝕性好，還具有諸如電磁、可焊、耐熱等特殊 性能，因而在航空、機械、石化、電子等工業(yè)領域中獲得廣泛應用，并頗受研究關注。目前，化 學鍍鎳技術已相對成熟，各種門類齊全的化學鍍鎳溶液已經商品化、系列化。但隨著科技進 步和工業(yè)的不斷發(fā)展對于材料及構件表面的性能要求日益苛刻和趨于全面，因此，更高性 能的化學鍍鎳工藝制備技術依然倍受關注。
[0003] 為了獲得更高性能的Ni-P合金鍍層，從調整鍍液組成、引入各類添加劑、優(yōu)化工藝 參數等多方面開展著不懈研究。其中考慮化學鍍過程本質上屬于受混合電位控制的電化學 反應過程，沉積過程中電極/溶液微區(qū)的結構及性能的改變均會對陰陽極各自的電極反應 產生一定的影響，因此，通過選擇適宜的添加劑應是行之有效的一條技術途徑。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種通過添加離子液體制 備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，離子液體具有低的蒸汽壓、高的熱穩(wěn)定性、高的電導率、 寬的電化學窗口和可調的酸堿性及溶解能力，同時還具有類似表面活性劑的吸附、潤濕特 性，因此通過離子液體添加于酸性化學鍍鎳液中，實現高溫沉積出結晶細致，同時與PTFE乳 液相互混合有助于獲得低表面能，使得耐蝕性更佳，硬度稍增大的Ni-P合金鍍層。
[0005] 為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：
[0006] -種通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，在化學鍍工藝制備 Ni-P化學鍍層時，在酸性化學鍍鎳液中加入離子液體。
[0007] 所述離子液體以ppm量級加入，具體加入濃度可以為20~50ppm。先與濃度為IOmg/ L的聚四氟乙烯PTFE乳液相混合，充分攪拌，然后再加入到酸性化學鍍鎳液中。離子液體與 聚四氟乙烯PTFE乳液混合時，體積比最好為2:3，PTFE粒徑<2μπι。
[0008] 所述離子液體在室溫大氣和水環(huán)境中穩(wěn)定，且其水溶性也較好，在施鍍高溫下以 ppm微量存在，還可通過其動態(tài)吸附使沉積表面活性調控，從而得到更快速沉積、致密結晶 并呈現疏水性的化學鍍層。初步篩選可以為咪唑類離子液體、吡啶類離子液體或嗎啉類離 子液體。咪唑類離子液體可以為1-乙基-3-己基咪唑四氟硼酸鹽或1-乙基-3-辛基咪唑四氟 硼酸鹽;吡啶類離子液體可以為N-辛基吡啶硫酸氫鹽;嗎啉類離子液體可以為N-甲基，丁基 嗎啉四氟硼酸鹽。
[0009] 所述酸性化學鍍鎳液以硫酸鎳為主鹽，次亞磷酸鈉為還原劑，添加絡合劑、緩沖 劑、穩(wěn)定劑，控制pH值為酸性，80~95 °C下施鍍得到高磷(P 10.5~13mass % )含量的Ni-P化 學鍍層。
[0010] 其中，硫酸鎳濃度可為20~25g/L，次亞磷酸鈉濃度可為25~30g/L。絡合劑可為檸 檬酸和乳酸，緩沖劑乙酸鈉，穩(wěn)定劑乙酸鉛。檸檬酸濃度可為30~35g/L，乳酸濃度可為2g/ L，乙酸鈉濃度可為8~15g/L，乙酸鉛濃度可為8~20ppm。
[0011]本發(fā)明通過將離子液體與PTFE混合分散后再與酸性化學鍍鎳液相復合，實現在不 改變酸性化學鍍Ni-P合金層制備條件(溫度、pH等控制）、施鍍時間和操作規(guī)范的情況下，能 得到稍增加表面硬度，卻能明顯提高耐蝕性的Ni-P合金鍍層，實現沉積鍍層的結構調控和 性能優(yōu)化。
【附圖說明】
[0012]圖1是有無離子液體輔助制備的酸性Ni-P鍍層的接觸角對比示意圖，其中a表示了 離子液體輔助沉積的Ni-P層接觸角，為121° ;b表示了無離子液體輔助沉積的Ni-P層接觸 角，為77。。
[0013]圖2是有無離子液體輔助制備的酸性Ni-P鍍層的電化學測試結果之Nyquist譜圖 對比示意圖。
[0014] 圖3是有無離子液體輔助制備的酸性Ni-P鍍層的電化學測試結果之動電位極化曲 線對比示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0016] 以室溫大氣和水環(huán)境中穩(wěn)定，且其水溶性較好的咪唑類離子液體為例制備出高耐 蝕性的Ni-P化學鍍層工藝技術。
[0017] 實施例！
[0018] 1鍍件預處理：
[0019] (1)除油：將待鍍工件先用去污粉去除表面較厚油垢，用去離子水沖洗，再將鍍件 放進丙酮有機溶劑中常溫超聲清洗15分鐘，或放入化學清洗溶液中除油，水洗。
[0020] (2)侵蝕:將除油后潔凈的鍍件放入3.6%鹽酸溶液中，常溫下侵蝕50~60s，然后 用去離子水沖洗。
[0021 ] (3)活化:采用5%的硫酸溶液作為活化劑，在室溫條件下活化10~30s?；罨笥?去離子水沖洗表面。
[0022] 2鍍液組成： 硫酸鎳 21g/L 次亞磷酸鈉 24g/L
[0023]乙酸鈉 12g/L 乳酸 34g/L 丙酸 2g/L 氟化鈉 2.1g/L 1-乙基-3-己基咪唑四氟硼酸鹽 20~50ppm
[0024] PTFE I Omg/L 氨水 適量調節(jié)pH
[0025] 3施鍍參數：
[0026] 溫度為90~95°C、pH為4.8~5.2，裝載量為1(11112/1，時間依照鍍速20~4(^111/11確 定。
[0027] 實施例2
[0028] 20#碳鋼制品化學鍍鎳，具體操作步驟如下：
[0029] 1鍍件預處理：
[0030] (1)除油:將20#碳鋼制品鍍件先用去污粉去除表面較厚油垢，用去離子水沖洗，再 將鍍件放入4%的KF金屬清洗劑常溫除油，水洗后再放進丙酮有機溶劑中超聲清洗15分鐘， 水洗。
[0031] (2)侵蝕:將除油后的鍍件放入3.6%鹽酸溶液中，常溫下侵蝕60s，然后用去離子 水沖洗。
[0032] (3)活化:采用5%的硫酸溶液作為活化劑，在室溫條件下活化30s?；罨笥萌ルx 子水沖洗表面。
[0033] 2化學鍍：
[0034] 鍍液組成1: N-辛基毗啶硫酸氫鹽 SOjjpffi 硫酸鎳 2ig/L 次亞磷酸鈉 24g/L
[0035] 乙酸鈉 12g/L 乳酸 34g/L 丙酸 2g/L 氟化鈉 2.1g/L
[0036] 氣水 適量
[0037] 鍍液組成2: 1-乙基-3-辛基咪唑四氟硼酸鹽 15ppm 硫酸鎳 24g/L 次亞磷酸鈉 26g/L
[0038] 檸檬酸 35g/L 乳酸 2g/L 氟化鈉 1%?Ι
[0039] 施鍍參數：
[0040] 溫度為90~95°C、pH為4· 8~5 · 2，裝載量為ldm2/L。
[00411 3鍍層性能
[0042]對鍍液組成1中化學鍍1小時后制備的Ni-P鍍層進行觀察和對其硬度、接觸角及在 3.5%NaCl溶液中電化學腐蝕的阻抗及腐蝕電流測試，并與不加離子液體的鍍液中所制備 出的鍍層性能分別進行對比，結果表明，相同溫度條件下加入離子液體的鍍液中沉積出的 鍍層厚度(22μπι)是不添加離子液體酸性化學鍍鎳層厚度的1.56倍，而且結晶致密。加入離 子液體鍍制的鍍層出槽硬度為602.3ΗΚ0.49Ν相比于未加入離子液體的酸性Ni-P鍍層出槽 硬度559.6ΗΚ0.49Ν稍有增加。圖1所示為有無離子液體輔助制備的酸性Ni-P鍍層的接觸角 測試結果，直觀地表明疏水性增強。圖2和圖3所示3.5%NaCl溶液中電化學腐蝕的阻抗及腐 蝕電流測試結果則說明離子液體輔助制備的酸性Ni-P鍍層的耐蝕性明顯增加，其腐蝕電流 是酸性Ni-P鍍層的1/3。
[0043]以上通過具體的實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說 明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據 本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，故本說明書內容不應理解 為對本發(fā)明的限制。
【主權項】
1. 一種通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-p化學鍍層的方法，其特征在于，在化學鍍 工藝制備Ni-P化學鍍層時，在酸性化學鍍鎳液中加入離子液體。2. 根據權利要求1所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特征 在于，所述離子液體以ppm量級加入，加入濃度為20~50ppm。3. 根據權利要求1或2所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特 征在于，所述離子液體為咪唑類離子液體、吡啶類離子液體或嗎啉類離子液體。4. 根據權利要求3所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特征 在于，所述咪唑類離子液體為1-乙基-3-己基咪唑四氟硼酸鹽或1-乙基-3-辛基咪唑四氟硼 酸鹽;吡啶類離子液體為N-辛基吡啶硫酸氫鹽;嗎啉類離子液體為N-甲基，丁基嗎啉四氟硼 酸鹽。5. 根據權利要求1所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特征 在于，所述離子液體先與濃度為l〇mg/L的聚四氟乙烯PTFE乳液相混合，充分攪拌，然后再加 入到酸性化學鍍鎳液中。6. 根據權利要求1所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特征 在于，所述酸性化學鍍鎳液以硫酸鎳為主鹽，次亞磷酸鈉為還原劑，添加絡合劑、緩沖劑、穩(wěn) 定劑，控制pH值為酸性，80~95°C下施鍍得到高磷含量的Ni-P化學鍍層。7. 根據權利要求6所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特征 在于，所述硫酸鎳濃度20~25g/L，次亞磷酸鈉濃度25~30g/L。8. 根據權利要求6所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特征 在于，所述絡合劑為檸檬酸和乳酸，緩沖劑乙酸鈉，穩(wěn)定劑乙酸鉛。9. 根據權利要求8所述通過添加離子液體制備高耐蝕性Ni-P化學鍍層的方法，其特征 在于，所述檸檬酸濃度30~35g/L，乳酸濃度2g/L，乙酸鈉濃度8~15g/L，乙酸鉛濃度8~ 20ppm〇
【文檔編號】C23C18/36GK106086834SQ201610702655
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月22日
【發(fā)明人】唐長斌, 鄭超, 薛娟琴, 于麗花, 畢強
【申請人】西安建筑科技大學